Laboratório
de
Máquinas Eléctricas
O Alternador Síncrono Trifásico — sincronização
Manuel Vaz Guedes
Núcleo de Estudos de Máquinas Eléctricas
FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO
Na aplicação do alternador síncrono trifásico existe a necessidade desta máquina eléctrica funcionar
em paralelo com um sistema eléctrico, que pode ser constituído por uma vasta rede ou por outro
alternador funcionando isolado.
Existem dois problemas importantes no funcionamento em paralelo de um alternador síncrono
trifásico: a sincronização para estabelecimento do paralelo e a estabilidade de funcionamento dos
diferentes sistemas interligados.
Para se efectuar o paralelo de dois sistemas de corrente alternada, em particular formados por dois
alternadores síncronos trifásicos, é necessário que se verifiquem as seguintes condições:
—
o valor da tensão das duas máquinas deve ser igual;
—
as frequências das grandezas dos dois sistemas devem ter o mesmo valor;
—
deve verificar-se a mesma sequência de fases nos dois sistemas, e
—
as máquinas devem estar em sincronismo: os seus valores instantâneos de
tensão em cada fase devem ser iguais e com a mesma polaridade em cada
instante.
A igualdade do valor da frequência pode ser controlada através de dois frequencímetros, e pode ser
acertada através da alteração da velocidade da máquina primária. A igualdade de tensão no
momento da ligação pode ser obtida, na fase de vazio, por alteração da corrente de excitação do
alternador, mas considerando sempre que a variação da velocidade para acerto da frequência altera
o valor da tensão em vazio. No entanto, a sequência de fases nas duas máquinas, depende do acaso,
e torna-se necessário conhecer o momento em que se atingiu a situação de sincronismo dos dois
sistemas de tensão.
Sincronização
Um método expedito, e de simples concretização, para indicar a situação de
sincronismo é a utilização de lâmpadas. Pode-se utilizar uma ligação de
lâmpadas entre fases homólogas que indique o momento em que a diferença de
tensão é nula, e que os dois sistemas trifásicos têm a mesma sequência de fase
e estão sincronizados. Com a montagem, apresentada na figura, verifica-se
que:
•
quando a sequência de fases é diferente, as lâmpadas acendem e apagam
alternadamente; quando a sequência de fases é a mesma as lâmpadas
acendem e apagam simultaneamente, e
•
quando a sequência de fases é a mesma, as lâmpadas estão acesas
Texto de apoio aos trabalhos de Laboratório de Máquinas Eléctricas
© 1995, 2003
pp. 1 a 2
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quando existe diferença de tensão entre a mesma fase dos dois sistemas,
e as lâmpadas estão apagadas quando não existe diferença de tensão
entre os dois sistemas — quando os sistemas estão em sincronismo.
Exemplo_1 — Existe uma forma de justificar a relação entre o comportamento das lâmpadas e a relação entre fases dos
sistemas trifásicos de corrente alternada, através dos diagramas fasoriais com a estrela de tensões simples de
cada um dos sistemas.
O paralelo dos dois sistemas só se pode realizar quando as lâmpadas estão a acender e a apagar ao
mesmo tempo. E o paralelo dos dois sistemas só deve ocorrer no momento em que as lâmpadas
estão apagadas.
Como as lâmpadas têm uma certa remanência é necessário estimar o momento em que, as lâmpadas
estando apagadas, ocorre o zero da tensão nos seus terminais, isto é a coincidência de ângulos de fase nos
dois sistemas.
Há, no entanto, uma outra ligação, que está apresentada na figura junta, que
permite obter uma indicação sobre a forma de conduzir a velocidade da
máquina primária: nesta situação uma lâmpada está sempre apagada.
Conforme existe um avanço de fase (ou atraso de fase) do sistema trifásico do
gerador assim a sequência no acender e apagar das lâmpadas se faz no sentido
directo (ou no sentido retrógrado).
Exemplo_2 — Também nesta montagem se pode justificar a relação entre o comportamento das
lâmpadas e a relação entre fases dos sistemas trifásicos de corrente alternada, através dos
diagramas fasoriais com a estrela de tensões simples de cada um dos sistemas.
O paralelo dos dois sistemas só se pode realizar quando as lâmpadas estão a acender e a apagar de
tal forma que já não se detecta um movimento rotativo na ordem de acendimento das três lâmpadas.
E o paralelo dos dois sistemas só deve ocorrer no momento em que cessa aquele movimento — uma
das lâmpadas está permanentemente apagada e as outras duas lâmpadas estão permanentemente
acesas.
Como as lâmpadas têm uma certa remanência é necessário esperar o momento em que as lâmpadas estão
num estado permanente: acesas ou apagadas.
Qualquer uma destas ligações, envolvendo lâmpadas, é boa para promover a sincronização de dois
sistemas trifásicos de tensões: o do alternador síncrono trifásico e um de outro sistema eléctrico.
Mas, as lâmpadas, devido a variações no brilho, não dão indicações precisas, ou capazes de
denunciarem pequenas diferenças de fase (as lâmpadas têm uma certa remanência). Por isso,
utilizam-se aparelhos de medida específicos na sincronização de um alternador síncrono trifásico.
O Sincronoscópio
O sincronoscópio é um aparelho que indica a relação entre as fases das grandezas de dois
circuitos de corrente alternada.
Existem diversos tipos construtivos de sincronoscópios: sincronoscópio de placa polarizada;
sincronoscópio de ferro móvel e sincronoscópio de bobina cruzada. Todos estes aparelhos se baseiam
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no efeito mecânico produzido pelo campo magnético elíptico resultante da interacção entre um
campo criado pela corrente eléctrica com a frequência do sistema eléctrico e um campo girante
criado com correntes alternadas com a frequência do alternador.
A indicação deste aparelho é dada por um ponteiro rotativo que se desloca num sentido ou noutro
conforme a diferença de velocidade relativa dos dois sistemas de vectores do sistema de tensões
trifásico da rede e do alternador. Quando as duas frequências são iguais o deslocamento do ponteiro
indica a diferença de fase entre as tensões dos dois sistemas. Na situação de igualdade de tensões
em módulo e fase o ponteiro estaciona numa marca (vertical).
A montagem deste aparelho, que depende do seu tipo, é feita em absoluto respeito pelas indicações
do fabricante, devido à importância dos aspectos construtivos na actuação do aparelho. Este
aparelho pode ser montado utilizando transformadores de medida de tensão como transformadores
de alimentação de aparelhos (”instrument transformers”).
– MVG.03–
Bibliografia
E. W. Golding, F.C. Widdis; “Electrical Measurements and Measuring Instruments”, Pitman, 1963
Manuel Vaz Guedes; “O Alternador Síncrono Trifásico — análise do funcionamento”, FEUP, 1995
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