Question

Em relação a máquina Síncrona. Assinale V ou F. Justifique as FALSAS

(    ) A reatância síncrona de um gerador síncrono pode ser determinada experimentalmente por meio de dados de ensaios de circuito-aberto e de curto-circuito efetuados na máquina.

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(   ) A máquina síncrona com rotor liso é utilizada para acionamentos em baixa velocidade.

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( ) Dado um gerador síncrono que opera inicialmente com fator de potência 0,8 indutivo. Ao aumentar-se a sua corrente de excitação o seu fator de potência aumenta.

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(   ) Dado um gerador síncrono que alimenta uma certa carga num sistema elétrico isolado, ao aumentar a corrente de excitação a tensão no barramento aumenta.

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( ) A máquina síncrona ao operar como gerador produz tensões alternadas, logo a sua corrente de excitação é alternada.

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(   ) 3 enrolamentos defasados entre si no espaço de 120º, aos quais se aplicam 3 tensões defasadas entre si no tempo de 120º, produzem um campo girante, de amplitude variável, que gira a uma velocidade constante, que depende da frequência das tensões aplicadas aos enrolamentos.

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(   ) Considerando a frequência de alimentação de 60 Hz, a velocidade de campo girante de uma máquina síncrona de 2 polos é de 1.800 rpm

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(   ) Sua excitação ocorre pela alimentação em corrente alternada do enrolamento situado no rotor.

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(   ) Quando operadas com sobre-excitação, degradam o fator de potência de uma instalação industrial.

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(   ) Para a determinação da reatância síncrona, é necessária a realização dos ensaios de circuito aberto e curto-circuito.

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(   ) A máquina síncrona de polos salientes possui entreferro uniforme.

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(   ) Em uma máquina síncrona com 8 polos alimentada com tensão à frequência de 60Hz, a velocidade do campo girante é 800 RPM.

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2ª QUESTÃO	Valor:	3
Objetivo: Desenvolver e analisar diagrama fasorial.

Geradores síncronos ou alternadores são máquinas elétricas usadas para converter potência mecânica em potência elétrica, os geradores também podem ser modelados em diagramas fasoriais, desenhe os diagramas fasoriais COMPLETO, ou seja, o gerador possui reatância síncrona e resistência de armadura, para um gerador síncrono trifásico ligado a um barramento infinito operando com fp = 0,8 indutivo, fp =1 e fp = 0,8 capacitivo. (obs: capriche no diagrama)

3ª QUESTÃO	Valor:	4
Objetivo: calcular características do gerador.

Você como engenheiro eletricista foi chamado ao chão de fabrica para solucionar um problema no gerador (síncrono). Chegando ao local percebeu que apenas algumas informações eram disponíveis do gerador: 380V, 150kVA, 60Hz ligado em Y, além da corrente de campo de 5A, e que para solucionar o problema era necessário saber os valores da resistência de armadura e da reatância síncrona.

Você então sugeriu três testes para encontrar os valores desejados. O primeiro foi medindo a tensão a vazio do terminal do gerador em condições nominais e foi encontrado 415V, o segundo foi um teste de curto entre dois terminais da maquina no qual foi encontrado 303A de corrente de linha também em condições nominais, já no último teste você aplicou uma tensão constante de 10V em dois terminais do gerador e com amperímetro percebeu uma corrente 22A.

Com essas informações do gerador síncrono e os testes por você realizado, você foi capas de calcular os valores restantes que faltava. Calcule e mostre passo a passo os valores encontrados. (resistência de armadura e da reatância síncrona)

4ª QUESTÃO	Valor:	7
Objetivo: Calcular e analisar gerador síncrono.

Um dos tipos mais importantes de máquinas elétricas rotativas é o Gerador Síncrono, que é capaz de converter energia mecânica em elétrica quando operada como gerador e energia elétrica em mecânica quando operada como motor.

Os Geradores Síncronos são utilizados na grande maioria das Centrais Hidroeléctricas e Termoelétricas.

Observando o gerador síncrono acima de 480V, 50Hz, ligado em TRIANGULO, 8 pólos, possui uma reatância síncrona de 1,15 Ω. Sua corrente de armadura a plena carga é de 68A, com f.d.p.=0,78↓. O gerador possui perdas por atrito e ventilação de 1,1 kW, as perdas no núcleo são de 0,75kW a plena carga. Considerando que a resistência de armadura é pequena, despreze as perdas por efeito joule. A corrente de campo é ajustada tal que a tensão terminal seja de 480V sem carga.

a) Qual é a tensão terminal deste gerador quando uma carga é ligada a ele, com a corrente de carga igual a corrente nominal, f.p. = 0,78↓. Confirme sua resposta.

b) Qual a eficiência do gerador quando opera a corrente nominal e f.p.=0,78↓?

c) Qual o torque aplicado pelo motor primo a plena carga? Qual o torque induzido?

d) Qual é a regulação de tensão?

Continuação exercício 4

Answer 1

Solution:

i)The synchronous reactance of a synchronous generator can be determined experimentally by means of data from open-circuit and short-circuit tests carried out on the machine.

This statement is TRUE.

As synchronous reactance is defined as ratio of open circuit voltage and short circuit current carried out at same field current.

Xs = Open circuit voltage (Voc) / Short Circuit current (Isc) @ constant Field current (If)

ii)The synchronous machine with smooth rotor is used for low speed drives.

This statement is FALSE.

As smooth rotor means cylindrical rotor synchronous machine, which will have a constant air-gap, and windage losses will be very less as compared to salient pole type motors, so these motors are adequate to use at high speed applications.

iii)Given a synchronous generator that initially operates with 0.8 inductive power factor. As your excitation current increases, your power factor increases.

This statement is TRUE.

Initially alternator is at lagging power factor so if any load is connected to it then that load will be absorbing reactive power, as inductive load operates at lagging power factor and also absorbs reactive power. Now overexcited will be generator because it is supplying reactive power to load. If excitation is increased, the armature reaction effect will be demagnetizing and this will counter balance the increase of excitation. If excitaiton dominates so armature reaction effect become magetizing hence load becomes capacitive its power factor increases.

iv)Given a synchronous generator that supplies a certain load in an isolated electrical system, by increasing the excitation current the voltage on the bus increases.

This statement is TRUE.

As I=(E-V)/X where I is current, E is excitation and V is voltage at bus,

If E will increase, current will increase and consequently, Voltage at that bus also increases.

v)The synchronous machine, when operating as a generator, produces alternating voltages, so its excitation current is alternating.

This statement is FALSE.

Synchronous generated is a doubly excited machine, where armature carries altermating voltage and that voltage is due to the DC excitation we provide at field winding.

vi)3 windings out of phase in the space of 120º, to which 3 voltages out of phase with each other in the time of 120º are applied, produce a rotating field, of variable amplitude, which rotates at a constant speed, which depends on the frequency of the voltages applied to the windings.

This statement is TRUE.

As the condition of producing a rotating magnetic field in a stationary conductor suggests that flux cutting action should happen in any 120 degree spaced winding in which three phase sinusoidal currents will produce a rotating mmf which will be alternating in nature.

vii)Considering the 60 Hz supply frequency, the rotating field speed of a 2-pole synchronous machine is 1,800 rpm

This statement is FALSE.

Rotating field speed = 120 * frequency /Poles

speed = 120*60 / 2

speed = 3600 rpm.

viii)Its excitation occurs due to the alternating current supply of the winding located in the rotor.

This statement is FALSE.

As if winding is located on rotor, there is no need of AC supply, excitation will be caused due to rotaing action alone.

If both stator and rotor will have alternating supply then resulting torque will be zero.

(ix) When operated with over-excitation, they degrade the power factor of an industrial installation.

This statement is FALSE.

Synchronous machine running in overexcited condition at industries is used to improve power factor at industrial installations.

(xi) For the determination of the synchronous reactance, it is necessary to carry out the open circuit and short circuit tests.

This statement is TRUE

(xii) The synchronous pole pole machine has a uniform air gap.

This statement is FALSE.

As salient pole rotor is constructed for non uniform air gap, they are used in high power applications due to certain advantages . They are used where windage loss is not an issue.

(xi) In a synchronous machine with 8 poles fed with voltage at a frequency of 60Hz, the speed of the rotating field is 800 RPM.

This statement is FALSE.

as Ns= 120*60/8 rpm

Ns= 900 rpm.