O que é carta de capacidade (ou curva de capabilidade) de uma máquina síncrona?

Passo 1

Estamos falando da carta de capacidade (ou curva de capabilidade) de uma máquina síncrona, que é uma forma gráfica de mostrar quais combinações de potência ativa P e potência reativa Q o gerador pode entregar de forma contínua sem violar limites elétricos, térmicos ou de estabilidade. Para montar essa carta, precisamos conhecer os principais limites da máquina: limites de corrente de estator, limites de corrente de campo e limites de estabilidade de ângulo.

Passo 2

Limite térmico do enrolamento de estator
  1. A corrente de linha no estator não pode exceder o valor máximo de projeto (corrente nominal aumentada de um fator de segurança), sob pena de superaquecimento.
  2. Graficamente, esse limite aparece como um círculo de raio I_{\mathrm{estator,max}} no diagrama de componentes de corrente no eixo direto Id e eixo em quadratura Iq.
  3. Convertendo Id e Iq em P e Q, esse círculo vira o arco de círculo de potência aparente máxima S_{\mathrm{max}}, onde
S_{\mathrm{max}} = \sqrt{P^2 + Q^2}\leq S_{\mathrm{nominal}}.

Passo 3

Limites de excitação de campo
  1. Para gerar reativo em excesso (sobreelevação), há um limite de corrente de campo máxima que o rotor pode suportar termicamente. Esse é o limite de superexcitação.
  2. Para absorver reativo (subexcitação), existe um limite de fluxo magnético mínimo, sob o qual a máquina perde excitação e pode entrar em operação motora indesejada—é o limite de subexcitação.
  3. No diagrama P Q, esses limites aparecem como duas linhas inclinadas à esquerda e à direita, fechando a região de operação em potência reativa.

Passo 4

Limite de estabilidade angular
  1. A máquina síncrona tem um ângulo rotor-estator \delta. Se a potência ativa P for muito alta, \delta aproxima-se de 90^\circ e a máquina pode perder estabilidade (perda de sincronia).
  2. Geralmente, usa-se um limite prático de \delta_{\max}\approx 90^\circ ou menos (dependendo do projeto) para definir outra curva que, convertida em P Q, fecha a região superior da carta.

Passo 5

Construção final da carta
Unindo:
  • o arco de círculo do limite de S_{\mathrm{max}},
  • as retas de super- e subexcitação (limites de campo),
  • e a fronteira de estabilidade angular,
    obtemos o polígono ou a curva fechada que define todas as curvas de Q em função de P permitidas.

Resposta

A carta de capacidade de uma máquina síncrona é o gráfico que mostra, no plano de potência ativa P versus potência reativa Q, a região de operação segura delimitada pelos limites térmicos do estator (corrente máxima), pelos limites de excitação do campo (super- e subexcitação) e pelo limite de estabilidade angular. Essa curva define todas as combinações de P e Q que a máquina pode entregar de forma contínua sem danos ou perda de sincronia.

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