5- Por que a potência máxima de um alternador de 60 Hz deve ser reduzida se este é operado na frequência de 50 Hz ? Qual a razão de potência que é reduzida?
Passo 1
O enunciado pergunta por que um alternador projetado para operar a
deve ter sua potência máxima reduzida se for ligado a
, e qual é a razão de redução. O conteúdo principal é a relação entre tensão, frequência e fluxo magnético num gerador síncrono, além da fórmula de potência mecânica
.
Passo 2
Num alternador, a força eletromotriz induzida por fase é dada por
onde
é a frequência,
o número de espiras e
o fluxo por polo. Se reduzirmos
de
para
,Hz mantendo a tensão nominal
, o fluxo
subiria em
vezes, levando a saturação do núcleo e aumento das perdas.
Passo 3
Para não saturar o ferro, devemos reduzir a tensão de armadura na mesma razão da queda de frequência, ou seja, manter
Assim o fluxo
fica constante em seu valor nominal.
Passo 4
Como a corrente de armadura no limite térmico permanece praticamente a mesma, o torque máximo
não varia. Entretanto, a velocidade síncrona mecânica
é proporcional a
. Logo, a potência máxima mecânica
sofre a mesma redução que a frequência, ou seja, um fator
.
Resposta
A potência deve ser reduzida porque, para evitar saturação do núcleo, a tensão cai em proporção à frequência. Consequentemente a velocidade síncrona cai na mesma razão, diminuindo a potência máxima em