Qual a influência do fator de potência nominal e da reatância de eixo direto sobre a região operativa de uma máquina síncrona?
Passo 1
O enunciado pergunta qual a influência do fator de potência nominal
e da reatância de eixo direto
sobre a região operativa de uma máquina síncrona. O conteúdo envolve o diagrama de corrente no eixo direto-quadratura (plano
–
), o diagrama de capacidade (capability curve) e a capacidade máxima de potência síncrona (estabilidade angular).
Passo 2
O fator de potência nominal determina a relação entre as componentes de corrente de eixo direto (
, que ajusta a excitação) e de eixo quadratura (
, que produz torque/potência). No plano
–
, a reta de carga tem inclinação dada por
ou seja, para um
indutivo maior (mais atrasado),
cresce em relação a
. Essa reta de operação intercepta o círculo de corrente máxima
e define até onde podemos variar a potência ativa e reativa sem exceder o limite térmico de corrente do estator. Em resumo:
- Quanto mais próximo de unidade for
, mais “horizontal” fica a reta, favorecendo potência ativa. - Quanto mais indutivo for (
menor), mais “vertical” fica a reta, limitando a potência reativa disponível.
Passo 3
A reatância de eixo direto
aparece na expressão da potência síncrona transferida (por fase):
onde
é a tensão terminal,
é a tensão interna e
é o ângulo de carga. O máximo de potência ocorre em
:
Logo, quanto maior for
, menor será
e mais estreita será a “região de estabilidade” angular (limite de torque/ângulo). No diagrama de capacidade, isso se reflete numa redução do alcance em potência ativa antes de perder sincronismo.
Passo 4
Combinando os dois efeitos, a região operativa da síncrona – isto é, o conjunto de pares
ou
que não violam limites térmicos nem de estabilidade – fica condicionada por:
- A reta de carga definida por
, que fixa a proporção . - O círculo de corrente máxima
, que impõe o limite térmico. - O limite de torque/angular, que vem de
.
Em termos práticos:
- Um fator de potência nominal mais levado a atraso (mais indutivo) desloca a reta de operação para valores maiores de
, consumindo mais corrente para mesma potência ativa e reduzindo o envelope de operação reativa. - Uma reatância direta maior estreita o envelope de potência ativa (menor
) e, portanto, a máquina opera numa faixa de potência ativa menor antes de atingir o limite de estabilidade.
Resposta
O fator de potência nominal define a inclinação da reta de carga no plano
–
e, portanto, como se repartem as correntes de excitação e de torque dentro do limite térmico de corrente. Já a reatância de eixo direto controla a potência síncrona máxima transferível
e delimita a região de estabilidade angular. Em conjunto,
e
traçam o “envelope” de pares
ou componentes
em que a máquina pode operar sem violar limites térmicos nem sair de sincronismo.