Informe se é verdadeiro (V) ou falso (F) o que se afirma sobre as máquinas elétricas síncronas.
( ) Em regime permanente, a máquina síncrona é uma máquina CA e sua velocidade é proporcional à sua corrente de armadura.
( ) A indutância própria do enrolamento de campo não depende da posição do rotor, caso o estator seja cilíndrico.
( ) A corrente de excitação pode ser fornecida por uma máquina CC, frequentemente montada no mesmo eixo da máquina síncrona.
( ) Geradores síncronos não podem operar em paralelo.
( ) O Fator de Potência com o qual uma máquina síncrona opera pode ser controlado ajustando a excitação de campo.
A alternativa que apresenta a sequência correta é
а) (V); (V); (V); (F); (V).
b) (V); (V); (V); (V); (V).
c) (F); (V); (V); (F); (V).
( ) Em regime permanente, a máquina síncrona é uma máquina CA e sua velocidade é proporcional à sua corrente de armadura.
( ) A indutância própria do enrolamento de campo não depende da posição do rotor, caso o estator seja cilíndrico.
( ) A corrente de excitação pode ser fornecida por uma máquina CC, frequentemente montada no mesmo eixo da máquina síncrona.
( ) Geradores síncronos não podem operar em paralelo.
( ) O Fator de Potência com o qual uma máquina síncrona opera pode ser controlado ajustando a excitação de campo.
а) (V); (V); (V); (F); (V).
b) (V); (V); (V); (V); (V).
c) (F); (V); (V); (F); (V).
Passo 1
O pedido é verificar se cada uma das cinco afirmações sobre máquinas elétricas síncronas é verdadeira (V) ou falsa (F). As afirmações são (reproduzidas exatamente):
- Em regime permanente, a máquina síncrona é uma máquina CA e sua velocidade é proporcional à sua corrente de armadura.
- A indutância própria do enrolamento de campo não depende da posição do rotor, caso o estator seja cilíndrico.
- A corrente de excitação pode ser fornecida por uma máquina CC, frequentemente montada no mesmo eixo da máquina síncrona.
- Geradores síncronos não podem operar em paralelo.
- O Fator de Potência com o qual uma máquina síncrona opera pode ser controlado ajustando a excitação de campo.
Vou analisar cada afirmação passo a passo e explicar a teoria necessária para entender por que cada uma é verdadeira ou falsa.
Passo 2
Análise da afirmação 1: “Em regime permanente, a máquina síncrona é uma máquina CA e sua velocidade é proporcional à sua corrente de armadura.”
- Primeiro, confirmar a parte verdadeira: em regime permanente a máquina síncrona opera com tensões e correntes alternadas (CA). Então a parte “é uma máquina CA” é verdadeira.
- Agora a segunda parte: “sua velocidade é proporcional à sua corrente de armadura” — isso está incorreto. Explicação didática: a velocidade de rotação síncrona de uma máquina ligada a uma rede é determinada pela frequência da rede e pelo número de polos da máquina, pela relação
onde
é a velocidade síncrona em rpm,
é a frequência da rede em Hz e
é o número de polos. Essa velocidade é fixada pela frequência e pelos polos, NÃO pela corrente de armadura.
- O que a corrente de armadura afeta é o torque e a potência elétrica entregue/absorvida; um aumento de carga faz aumentar a corrente de armadura e faz variar o ângulo de torque (ângulo de carga)
, mas a máquina permanece girando em velocidade síncrona (em regime estacionário) enquanto a rede impor a frequência. Em resumo: velocidade não é proporcional à corrente de armadura.
Conclusão do passo: a afirmação 1 é Falsa.
Passo 3
Conceitos úteis relacionados ao passo anterior (para fixar):
- A corrente de armadura (corrente trifásica no estator) influencia potência ativa
e reativa entregues, e o torque eletromagnético instantâneo. - Uma fórmula simplificada para potência elétrica subtransitória em um modelo de máquina síncrona (carga síncrona ideal) é
onde
é a tensão terminal (fase),
é a força eletromotriz interna produzida pelo campo,
é a reatância síncrona e
é o ângulo de carga (ângulo entre
e
). Essa expressão mostra que potência depende de
e não diretamente da velocidade em regime síncrono.
Passo 4
Análise da afirmação 2: “A indutância própria do enrolamento de campo não depende da posição do rotor, caso o estator seja cilíndrico.”
- Conceito: a indutância de um enrolamento depende do fluxo resultante por cada ampère de corrente, e esse fluxo depende da geometria do entreferro (air-gap) entre rotor e estator.
- Se o estator é cilíndrico e o rotor também for do tipo cilíndrico (ou seja, rotor liso, sem saliências: máquina não salient-pole), o entreferro é praticamente uniforme ao redor da circuferência. Nessa situação a permeância vista pelo enrolamento de campo é praticamente independente da posição angular do rotor, então a indutância própria do enrolamento de campo é essencialmente constante com a posição.
- Em contraste, em uma máquina com rotor salient (pólos salientes) a permeância varia com a posição e a indutância depende da posição.
Conclusão do passo: a afirmação 2 é Verdadeira (para o caso indicado: estator cilíndrico e rotor com entreferro uniforme).
Passo 5
Análise da afirmação 3: “A corrente de excitação pode ser fornecida por uma máquina CC, frequentemente montada no mesmo eixo da máquina síncrona.”
- Explicação didática: a excitação do enrolamento de rotor é uma corrente contínua (DC). Tradicionalmente e até hoje em muitas máquinas, essa corrente DC vem de um exciter (excitação) que pode ser uma máquina geradora CC rotativa acoplada ao mesmo eixo (exciter rotativo) ou um gerador CC estático. Há também excitadores sem escovas (brushless) que geram a corrente de campo via retificação a bordo.
- Portanto é correto dizer que a corrente de excitação pode ser fornecida por uma máquina CC, e é comum que essa máquina (o exciter) seja montada no mesmo eixo.
Conclusão do passo: a afirmação 3 é Verdadeira.
Passo 6
Breve comentário técnico adicional sobre excitação (didática extra):
- O objetivo da corrente de excitação
é gerar o fluxo de campo que produz . Controlando controla-se , o que afeta tanto a potência reativa trocada com a rede quanto o fator de potência (ver mais adiante). - Tipos de excitação comuns hoje: excitador estático (retificador) e excitador rotativo (máquina CC ou gerador excitador sem escovas).
Passo 7
Análise da afirmação 4: “Geradores síncronos não podem operar em paralelo.”
- Isso é falso. Na prática de sistemas de potência, geradores síncronos são projetados para operar em paralelo com outros geradores e com a rede. Operar em paralelo é rotina em usinas e rede.
- O que é necessário para conectar (paralelar) um gerador à rede: igualar tensão eficaz, frequência (ou fase) e sequência de fases, e fechar o disjuntor no instante certo (sincronização). Existem instrumentos chamados sincronoscópios e relés de sincronismo para isso. Se essas condições não forem atendidas, a conexão pode causar correntes de curto e danos, mas isso não significa que não podem operar em paralelo — pelo contrário, é prática padrão.
Conclusão do passo: a afirmação 4 é Falsa.
Passo 8
Análise da afirmação 5: “O Fator de Potência com o qual uma máquina síncrona opera pode ser controlado ajustando a excitação de campo.”
- Conceito e intuição: o fator de potência (PF) de uma máquina síncrona é resultado da combinação de potência ativa fornecida e potência reativa trocada com o sistema. Ajustando a excitação (a corrente de campo, que muda
), a máquina passa a fornecer ou absorver reativo: - Se a máquina está superexcitada (excesso de
em relação a ), ela fornece potência reativa para a rede (comportamento de condensador) e opera com fator de potência avançado (leading). - Se está subexcitada, absorve potência reativa (comportamento de indutor) e opera com fator de potência atrasado (lagging).
- Se a máquina está superexcitada (excesso de
- A teoria em uma forma compacta: reativa
e a componente reativa da corrente dependem de e da reatância síncrona . Como exemplo da potência ativa já citado,
a variação de
também afeta a componente reativa das trocas. Assim, controlando
(portanto
) controla-se o fator de potência operacional da máquina.
Conclusão do passo: a afirmação 5 é Verdadeira.
Passo 9
Resumo dos resultados por afirmação (sem escolher ainda a alternativa):
- Falso.
- Verdadeiro.
- Verdadeiro.
- Falso.
- Verdadeiro.
Resposta
c) (F); (V); (V); (F); (V).