Gerador síncrono

Configuração não salva
  • Desligar
    Sentido horário · Visualização do final da unidade
  • Fase U
  • Fase V
  • Fase W
  • Arraste para girar

Parâmetros

Desligado

0,0 / 15 é

Valores nominais do alternador e a corrente de campo que os mantém

Editável

Potência ativa nominal 80 kW, corrente nominal 144,3 A e velocidade síncrona de 1.500 rpm na frequência nominal.

Modelo educacional · Não é para dimensionamento industrial

Valores do motor ativo

Velocidade do rotor0rpm
Frequência0Hz
FEM de excitação E_f (por fase)0V
Tensão nos terminais (de linha)0V
Regulação de tensão—
Corrente de armadura0A
Ângulo de carga δ (E_f adiante de V)—
Potência ativa fornecida0kW
Potência reativa (negativa = absorvida)0kvar
Fator de potência—
Potência no eixo0W
Perdas totais0W
Perdas no cobre do campo0W
Rendimento—
Torque do motor primário0Nm

Gráficos

Diagrama fasorial (por fase): E_f = V + jXs·I

  • V
  • E_f
  • I
  • jXs·I
Diagrama fasorial (por fase): E_f = V + jXs·IV 233E_f 337I 87 AjXs·Iδ = 19,1° · φ = 37° indut.Convenção de gerador: E_f adianta V em δ e I é a corrente que sai da máquina.

Diagrama de capabilidade (P–Q)

Tensão nos terminais em função da carga

Uma turbina gira o rotor de polos salientes e o campo de corrente contínua define a FEM E_f = V + jXs·I. Use-o ilhado para ver como o tamanho e o fator de potência da carga movem a tensão, ou coloque-o em paralelo com a rede: a turbina define P, o campo define Q e o ângulo de carga mostra a proximidade do escorregamento de polos.

O que é um gerador síncrono (alternador)?

Princípio de funcionamento

Um gerador síncrono converte a potência do eixo em corrente alternada trifásica. Uma corrente contínua de campo magnetiza o rotor e os polos em rotação induzem uma FEM E_f nos enrolamentos do estator. O rotor precisa girar exatamente na velocidade síncrona n = 120·f/p; uma máquina de 4 polos a 1500 rpm fornece 50 Hz. Por fase, E_f = V + jXs·I: a tensão nos terminais é a FEM de excitação menos a queda na reatância síncrona, e E_f adianta V pelo ângulo de carga δ. Quase toda a eletricidade do mundo é produzida assim, por turbinas que acionam alternadores.

Operação isolada e regulação de tensão

Quando o alternador alimenta a própria carga, a velocidade define a frequência e a corrente de campo define a tensão, enquanto a carga decide a corrente. Uma carga indutiva, como um motor, torna a reação da armadura desmagnetizante: a tensão cai e é preciso aumentar o campo. Uma carga de fator de potência 1 reduz menos, e uma carga capacitiva magnetiza a máquina e pode elevar a tensão acima do valor em vazio. A regulação de tensão é (E_f − V)/V: positiva para cargas indutivas e negativa para capacitivas.

Operação em paralelo e sincronização

Antes de ligar um alternador à rede, quatro condições devem ser atendidas: tensões iguais, frequências iguais, mesma sequência de fases e ângulo de fase nulo, que o sincronoscópio mostra. Fechar o disjuntor fora de fase causa um grande pico de corrente e um forte choque de torque. Já na rede, tensão e frequência pertencem à barra: o torque da turbina define a potência ativa e a corrente de campo define a reativa. Sobreexcitada, a máquina fornece reativo; subexcitada, absorve.

Ângulo de carga, estabilidade e capabilidade

A potência ativa é P = 3·V·E_f·sen δ / Xs, então δ cresce com a potência da turbina. Em δ = 90° a potência atinge o máximo, cerca de 3·V·E_f/Xs; além disso o rotor escorrega polos e o sincronismo se perde. Um campo mais forte eleva o limite. O diagrama de capabilidade (P–Q) reúne todos os limites: aquecimento do estator (círculo da corrente de armadura), do rotor (círculo da corrente de campo), potência da máquina motriz e limite de estabilidade.

Perguntas frequentes

Por que a tensão nos terminais cai ao adicionar uma carga indutiva?
Uma corrente atrasada produz um fluxo de reação da armadura que se opõe ao fluxo do campo e ainda causa queda de tensão na reatância síncrona. Os dois efeitos agem quase na direção de E_f, por isso V cai mais do que com carga de fator de potência 1. Para manter a tensão, aumenta-se a corrente de campo. Uma carga capacitiva faz o contrário e pode elevar a tensão.
Como se controlam as potências ativa e reativa de um alternador na rede?
A rede mantém tensão e frequência, então elas não podem ser escolhidas. Abrir a válvula da turbina aumenta o torque no eixo e, com ele, a potência ativa e o ângulo de carga. A corrente de campo muda a potência reativa: aumente para fornecer mais e reduza para absorver. Teste os dois no simulador e acompanhe P e Q no diagrama de capabilidade.
O que acontece se a potência da turbina for alta demais?
O ângulo de carga cresce até chegar a 90°, o limite de estabilidade em regime permanente. Além dele, a potência elétrica não equilibra mais a da turbina, o rotor acelera e escorrega polos em relação ao campo da rede, e a máquina precisa ser desligada. Uma corrente de campo maior eleva o limite, por isso uma máquina pouco excitada é a primeira a perder o sincronismo.