Método de Impedância Síncrona
O Método da Impedância Síncrona, também conhecido como o Método de EMF, substitui o impacto da reação do armadura com uma reatância imaginária equivalente. Para calcular a regulagem de tensão usando este método, são necessários os seguintes dados: resistência do armadura por fase, a Curva Característica de Circuito Aberto (OCC) que descreve a relação entre a tensão de circuito aberto e a corrente de campo, e a Curva Característica de Curto-Circuito (SCC) que mostra a relação entre a corrente de curto-circuito e a corrente de campo.
Para um gerador síncrono, as equações abaixo são fornecidas:
Para calcular a impedância síncrona Zs, medidas são tomadas, e o valor de Ea (EMF induzida no armadura) é derivado. Usando Ea e V (tensão terminal), a regulagem de tensão é então calculada.
Medição da Impedância Síncrona
A impedância síncrona é determinada através de três testes principais:
Teste de Resistência DC
Neste teste, o alternador é considerado estrelado com seu enrolamento de campo DC em circuito aberto, conforme ilustrado no diagrama de circuito abaixo:
Teste de Resistência DC
A resistência DC entre cada par de terminais é medida usando o método amperímetro-voltímetro ou a ponte de Wheatstone. A média de três valores de resistência medidos Rt é calculada, e a resistência DC por fase RDC é derivada dividindo Rt por 2. Considerando o efeito pele, que aumenta a resistência AC efetiva, a resistência AC por fase RAC é obtida multiplicando RDC por um fator de 1,20–1,75 (valor típico: 1,25), dependendo do tamanho da máquina.
Teste de Circuito Aberto
Para determinar a impedância síncrona via o teste de circuito aberto, o alternador opera na velocidade síncrona nominal com os terminais de carga abertos (cargas desconectadas) e a corrente de campo inicialmente definida como zero. O diagrama de circuito correspondente é mostrado abaixo:
Teste de Circuito Aberto (Continuação)
Depois de definir a corrente de campo para zero, ela é gradualmente aumentada em etapas enquanto se mede a tensão terminal Et em cada incremento. A corrente de excitação é geralmente aumentada até que a tensão terminal atinja 125% do valor nominal. Um gráfico é traçado entre a tensão de fase de circuito aberto Ep = Et/sqrt 3 e a corrente de campo If, resultando na Curva Característica de Circuito Aberto (O.C.C). Esta curva reflete a forma de uma curva de magnetização padrão, com sua região linear estendida para formar uma linha de vão de ar.
A O.C.C e a linha de vão de ar são ilustradas na figura abaixo:
Teste de Curto-Circuito
No teste de curto-circuito, os terminais do armadura são curtos através de três amperímetros, conforme ilustrado na figura abaixo:
Teste de Curto-Circuito (Continuação)
Antes de iniciar o alternador, a corrente de campo é reduzida a zero, e cada amperímetro é ajustado para um intervalo que excede a corrente de carga total nominal. O alternador é operado na velocidade síncrona, com a corrente de campo aumentada em etapas graduais—semelhante ao teste de circuito aberto—enquanto se mede a corrente do armadura em cada incremento. A corrente de campo é ajustada até que a corrente do armadura atinja 150% do valor nominal.
Para cada etapa, a corrente de campo If e a média de três leituras de amperímetro (corrente do armadura Ia) são registradas. Um gráfico traçando Ia contra If resulta na Curva Característica de Curto-Circuito (S.C.C), que geralmente forma uma linha reta, conforme mostrado na figura abaixo.
Cálculo da Impedância Síncrona
Para calcular a impedância síncrona Zs, primeiro sobreponha a Curva Característica de Circuito Aberto (OCC) e a Curva Característica de Curto-Circuito (SCC) no mesmo gráfico. Em seguida, determine a corrente de curto-circuito ISC correspondente à tensão nominal do alternador por fase Erated. A impedância síncrona é então derivada como a razão da tensão de circuito aberto EOC (na corrente de campo que produz Erated) para a corrente de curto-circuito correspondente ISC, expressa como s = EOC / ISC.
O gráfico é mostrado abaixo:
Na figura acima, considere a corrente de campo If = OA, que produz a tensão nominal do alternador por fase. Correspondendo a esta corrente de campo, a tensão de circuito aberto é representada por AB.
Pressupostos do Método da Impedância Síncrona
O método da impedância síncrona assume que a impedância síncrona (determinada a partir da razão da tensão de circuito aberto para a corrente de curto-circuito via as curvas OCC e SCC) permanece constante quando essas características são lineares. Além disso, assume-se que o fluxo sob condições de teste corresponde ao fluxo sob carga, embora isso introduza erro, pois a corrente de armadura em curto-circuito atrasa a tensão em ~90°, causando predominantemente reação demagnetizadora do armadura. Os efeitos da reação do armadura são modelados como uma queda de tensão proporcional à corrente do armadura, combinada com a queda de tensão de reatância, com a relutância magnética assumida constante (válido para rotores cilíndricos devido a lacunas de ar uniformes). Em baixas excitações, é constante (impedância linear/não saturada), mas a saturação reduz além da região linear da OCC (impedância saturada). Este método resulta em maior regulagem de tensão do que a real, ganhando o termo método pessimista.
