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1 Index Terms-- Synchronous generator, finite element, machine parameters. Resumo-- Este trabalho apresenta a determinação dos parâmetros da máquina síncrona de polos salientes através da simulação dos ensaios de curto circuito brusco utilizando as técnicas dos elementos finitos. As simulações dos ensaios baseiam- se na norma Std115 do IEEE e a norma 34-4 do IEC, [5], [6]. Estas simulações foram realizadas devido à importância de se obter valores precisos dos parâmetros, de modo a apurar a análise e melhorar o desempenho do estudo da máquina síncrona. Os resultados são analisados para uma máquina de 6,25 MVA, 4,16 kV, 60 Hz, e 360 rpm. Palavras chave-- Gerador síncrono, elementos finitos, determinação de parâmetros. Abstract-- This paper shows the determination of the parameters of a salient-pole synchronous machine by simulation of the sudden short-circuit test using the finite elements techniques. The simulations are based on IEEE Std115 standard and 34-4 IEC tests, [5], [6]. These simulations are performed due to importance to obtain the precise values of the parameters, in order to refine the analysis and improve the performance of the study of synchronous machine. The results are analyzed to a machine of 6,25 MVA, 4,16 kV, 60 Hz, and 360 rpm. I. INTRODUÇÃO necessidade da obtenção dos parâmetros característicos do gerador síncrono de polos salientes surge no intuito de viabilizar um modelo matemático caracterizado por um circuito elétrico equivalente que seja capaz de predizer ou representar o seu comportamento em diversas condições de operação e conhecer sua influência a partir dos seus aspectos construtivos. Uma alternativa para encontrar os parâmetros da máquina síncrona de polos salientes é a partir do conhecimento do projeto da mesma. É de grande interesse obter valores precisos dos parâmetros, de modo a apurar a análise e melhorar o desempenho do estudo da máquina síncrona. Este trabalho contou com o apoio financeiro da CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior e da CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico. D. Luque (e-mail: [email protected]). E. Ruppert, UNICAMP, Brasil (e-mail: [email protected]). Para a determinação dos parâmetros do gerador síncrono de polos salientes são utilizados diversos procedimentos de ensaios descritos na literatura, [5], [16]. Os parâmetros elétricos da máquina síncrona são conhecidos também como parâmetros padronizados, [10]. Esses parâmetros padronizados são associados ao sistema de referência dos eixos direto “d” e de quadratura “q” da máquina elétrica e que são descritos como: X d , reatância de eixo d, X’ d , reatância transitória de eixo d, X” d , reatância subtransitória de eixo d, T’ d , constante de tempo transitória no eixo d, T” d , constante de tempo subtransitória de eixo d, X q , reatância de quadratura, X” q , reatância subtransitória de quadratura e T” q , constante de tempo subtransitória de eixo q, [11]. Existe uma série de procedimentos de ensaios que permitem determinar os valores dos parâmetros elétricos de uma máquina síncrona de polos salientes entre eles os mais utilizados são os ensaios realizados em laboratórios como é o caso do curto circuito brusco, este ensaio quando realizado no campo, é perigoso e pode trazer alguns riscos como, por exemplo, expor a máquina síncrona a uma elevada corrente entre seus terminais. Esses ensaios são modelados e simulados usando a formulação das técnicas dos elementos finitos (EF) a partir do conhecimento das características do projeto de máquina. A determinação dos fluxos magnéticos e outras grandezas são realizadas durante a operação transitória (análise dinâmica). Os pacotes computacionais utilizadas para este fim são o Maxwell e o Simplorer, ambas de propriedade da ANSYS, [18], [19]. Para o tratamento dos dados tem sido usados processos de identificação e de otimização com a finalidade de obter resultados satisfatórios. Neste trabalho simulam-se os ensaios de curto circuito brusco, cujos procedimentos são descritos pela norma Std115 do IEEE, [5]. II. MODELAGEM DO GERADOR SÍNCRONO ATRAVÉS DO MEF Os fenômenos eletromagnéticos presentes nas máquinas síncronas de polos salientes, como, por exemplo, a saturação dos materiais ferromagnéticos quando submetidos a campos de grande intensidade, a geometria complexa da máquina entre outros fatores fazem das máquinas síncronas um problema de complexa solução analítica, sendo necessário recorrer a formulações e métodos numéricos para sua modelagem e solução. Neste trabalho o gerador síncrono de polos salientes é modelado utilizando técnicas de elementos finitos no domínio Estudo e determinação de parâmetros de geradores síncronos de polos salientes utilizando técnicas de elementos finitos (Parte I) Diodomiro Luque, e Ernesto Ruppert A

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1 IndexTerms--Synchronousgenerator,finiteelement,machine parameters. Resumo--Estetrabalhoapresentaadeterminaodos parmetrosdamquinasncronadepolossalientesatravsda simulaodosensaiosdecurtocircuitobruscoutilizandoas tcnicas dos elementos finitos. As simulaes dos ensaios baseiam-senanormaStd115doIEEEeanorma34-4doIEC,[5],[6]. Estassimulaesforamrealizadasdevidoimportnciadese obter valores precisos dos parmetros, de modo a apurar a anlise emelhorarodesempenhodoestudodamquinasncrona.Os resultadossoanalisadosparaumamquinade6,25MVA,4,16 kV, 60 Hz, e 360 rpm. Palavraschave--Geradorsncrono,elementosfinitos, determinao de parmetros. Abstract-- This paper shows the determination of the parameters of a salient-pole synchronous machine by simulation of the sudden short-circuittestusingthefiniteelementstechniques.The simulationsarebasedonIEEEStd115standardand34-4IEC tests, [5], [6]. These simulations are performed due to importance toobtaintheprecisevaluesoftheparameters,inordertorefine theanalysisandimprovetheperformanceofthestudyof synchronousmachine.Theresultsareanalyzedtoamachineof 6,25 MVA, 4,16 kV, 60 Hz, and 360 rpm. I.INTRODUOnecessidadedaobtenodosparmetroscaractersticos do gerador sncrono de polos salientes surge no intuito de viabilizarummodelomatemticocaracterizadoporum circuitoeltricoequivalentequesejacapazdepredizerou representaroseucomportamentoemdiversascondiesde operao e conhecer sua influncia a partir dos seus aspectos construtivos. Uma alternativa para encontrar os parmetros da mquinasncronadepolossalientesapartirdo conhecimentodoprojetodamesma.degrandeinteresse obtervaloresprecisosdosparmetros,demodoaapurara anliseemelhorarodesempenhodoestudodamquina sncrona.

Este trabalho contou como apoio financeiro da CAPES - Coordenao de AperfeioamentodePessoaldeNvelSuperioredaCNPq-Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico. D. Luque (e-mail: [email protected]). E. Ruppert, UNICAMP, Brasil (e-mail: [email protected]). Paraadeterminao dos parmetros do gerador sncrono depolossalientessoutilizadosdiversosprocedimentosde ensaiosdescritosnaliteratura,[5],[16].Osparmetros eltricosdamquinasncrona so conhecidos tambm como parmetros padronizados, [10]. Esses parmetros padronizados so associados ao sistema de referncia dos eixos direto d e dequadraturaqdamquinaeltricaequesodescritos como: Xd, reatncia de eixo d, Xd, reatncia transitria de eixo d,Xd,reatnciasubtransitriadeeixod,Td,constantede tempotransitrianoeixod,Td,constantedetempo subtransitriadeeixod,Xq,reatnciadequadratura,Xq, reatnciasubtransitriadequadraturaeTq,constantede tempo subtransitria de eixo q, [11]. Existeumasriedeprocedimentosdeensaiosque permitemdeterminarosvaloresdosparmetroseltricosde umamquinasncronadepolossalientesentreelesosmais utilizados so os ensaios realizados em laboratrios como o caso do curto circuito brusco, este ensaio quando realizado no campo,perigosoepodetrazeralgunsriscoscomo,por exemplo,exporamquinasncronaaumaelevadacorrente entre seus terminais. Esses ensaios so modelados e simulados usando a formulao das tcnicas dos elementos finitos (EF) a partirdoconhecimentodascaractersticasdoprojetode mquina.Adeterminaodosfluxosmagnticoseoutras grandezassorealizadasduranteaoperaotransitria (anlise dinmica). Os pacotes computacionais utilizadas para este fim so o Maxwell e o Simplorer, ambas de propriedade da ANSYS, [18], [19]. Para o tratamento dos dados tem sido usadosprocessosdeidentificaoedeotimizaocoma finalidade de obter resultados satisfatrios. Nestetrabalhosimulam-seosensaiosdecurtocircuito brusco, cujos procedimentos so descritos pela norma Std115 do IEEE, [5].II.MODELAGEM DO GERADOR SNCRONO ATRAVS DO MEF Osfenmenoseletromagnticospresentesnasmquinas sncronas de polos salientes, como, por exemplo, a saturao dos materiais ferromagnticos quando submetidos a campos de grandeintensidade,ageometriacomplexadamquinaentre outros fatores fazem das mquinas sncronas um problema de complexasoluoanaltica,sendonecessriorecorrera formulaesemtodosnumricosparasuamodelageme soluo. Nestetrabalhoogeradorsncronodepolossalientes modelado utilizando tcnicas de elementos finitos no domnio Estudo e determinao de parmetros de geradores sncronos de polos salientes utilizando tcnicas de elementos finitos (Parte I) Diodomiro Luque, e Ernesto RuppertA 2 bidimensional, que consiste em representar a regio de corte da seo transversal da mesma. Na operao de um modelo de duasdimenses,algumasconsideraesdevemsertomadas: reduo da estrutura segundo a sua simetria axial, os efeitos de borda e os efeitos nas cabeas de bobina do estator, o circuito amortecedor, entre outras, todas elas podem ser caracterizados atravs da insero de parmetros concentrados, [19]. Existem no mercado diferentes ferramentas computacionais baseadosemtcnicasdeelementosfinitosquedosuporte pararealizarumaanliseeletromagntica,[10],[18].Para realizar uma modelagem por meio de mtodo dos elementos finitosrequerem-seconhecerapriori os dados do projeto de mquina referidos aos valores geomtricos e as propriedades fsicas dos elementos eltricos, magnticos que envolvem uma mquina sncrona. O estudo e anlise eletromagntico de mquinas sncronas usando o mtodo dos elementos finitos (MEF) baseiam-se nas equaesmagnetodinmicasdeMaxwell,[18].Ainduo magntica possui uma relao direta com o fluxo magntico, o que leva a estabelecer de uma maneira simples o acoplamento entreoscamposeltricoemagntico.Umaformadese resolver a induo magnticaBno planoxy utilizando a formulaochamadadepotencialvetormagntico zA , equao 1. xAyABz zy x , =,(1) A primeira equao de Maxwell, equao 2, corresponde lei de Faraday, onde, um campo magntico varivel no tempo produzumatensoinduzida,denominadaforaeletromotriz ou simplesmentefem. 0 = ) (,= ) (,,tAEx y tBEx yzzy xz+ + (2) Considerando que o campo vetorial zE gerado somente pela variao no tempo da induo magnticaBe o potencial vetor zAdefinido no tempo. As duas expresses representam o gradiente do potencial escalar eltrico V , equao 3. zVtAEzz+ =(3) Utilizandoaequao3esubstituindo-lonarelaodas grandezasfsicasE J = ,podemosobteradensidadede corrente eltrica em termos de potencial vetor zAe potencial escalar eltrico V , equao 4. ) ( = =zVtAE Jzz z (4) z y xJ Hx y= ) (,, (5) Da equao 5, que descreve a relao entre a intensidade do campo e a densidade de corrente e da relao constitutiva de y x y xH B, ,= associadaequao1,pode-seobtera densidade de corrente em termos do potencial vetor zA . zz zJyAxA += ) (2222(6) Aequao6conhecidatambmcomoaequaode Poissonparaopotencialvetormagntico zA eparaa densidade de corrente eltrica. Na sua forma geral ela descreve noapenasosfenmenoseletromagnticos,mastambm outrosfenmenoscomoso:fluxodecalor,gravitao, presso, entre outros. A seguir, substituindo a equao 4 na equao 6 podemos determinar a equao 7, ela representa a evoluo temporal do potencialvetor zA paraaseotransversal) , ( y x da mquina. O primeiro termo da direita da equao representa a densidadedecorrenteaplicadanoscondutoresexternos conectadosnasfontesdetensoeosegundotermodessa mesma equao representa a densidade de corrente induzida. tAzVyAy xAxz z z++ = )1( )1( (7) AsoluoatravsdoMEFsustenta-senaformulao do mtodovariacional,procedimentonumricobaseadona minimizaodefunesquediscretizaespacialmenteo domnio atravs de malhas triangulares. O mtodo variacional utiliza a equao 7 para resolver problemas eletromagnticos no domnio do tempo. Definidaaformulaomatemtica,oprocedimento computacionalpararesolverproblemaseletromagnticos mediante o MEF divida em trs etapas: pre-processamento, processamento e ps-processamento. Pr-processamento Processamento Ps-processamento Figura 1:Etapas de modelagem Pr-processamento Consisteempreparar,adequaredefinirosdados geomtricos do gerador sncrono de polos salientes atravs da implementao de desenhos assistidos por computador CAD. Definida a geometria da mquina, procede-se definio das propriedades fsicas, as condies de fronteira e a gerao de malhas triangulares da mquina. A idia bsica da aplicao do MEF dividir o domnio da mquinaempequenoselementossuficientes.Aformamais comum de aproximao para o potencial vetor magntico zAnointeriordeumelementotriangularaaproximao polinomial, de forma geral o polinmio pode-se definir como: y a x a a y x Az 2 1 0= ) , ( + +(8) Ascondiesdecontornoescolhidasparaogerador sncronosoascondiesdeDirichleteNeumann.A 3 condio de Dirichlet utilizada no contorno onde o campo paralelo ao segmento. A condio de Neumann utilizada na fronteiraondeocampoperpendicularaosegmento,esta condio se relaciona com a simetria da mquina. Porltimo,omodelorequeraatribuiodeoutras propriedades como, por exemplo: corrente, velocidade, torque, alm de representar os parmetros concentrados. Processamento AsoluodoproblemaatravsdoMEF,requera determinao do potencial vetor magntico zA , para cada n doelementotriangularrepresentadopormeiodaexpresso polinomial,equao8.Assim,aetapadeprocessamento requer uma srie de clculos computacionais que envolvem a soluodeumdeterminadonmerofinitodeequaes algbricas lineares. A ferramenta computacional utilizada para este propsito o Maxwell. A soluo do modelo representado emmuitoscasosdependefortementedacapacidade computacional do equipamento utilizado. Ps-processamento A etapa de ps-processamento ocupa-se de sistematizar os resultados obtidos por meio do MEF. Nesta etapa, podem-se computarvriostiposdemagnitudesegrandezasderivadas dosvaloresdopotencialvetormagnticoAz.Istopermite determinardiferentesquantidadesecaractersticaseltricas, magnticas e mecnicas. Figura 2:Geometria da mquina atravs do MEF A.Geometria do modelo Numamquinaeltricageralmenteexisteumasimetria entre os polos da mquina em relao ao nmero de ranhuras do estator. Pelas suas condies de simetria e periodicidade a mquina foi reduzida para um quarto do seu tamanho original. Nafigura2mostra-seaestruturaemestudodamquina sncrona.Odomniorepresentadodivididoemtrssub-regies principais com base em suas propriedades eltricas e magnticasqueso:condutor,aoear.Nasub-regiodo entreferro, nas sub-regies interpolares, fora dos enrolamentos das ranhuras a condutividade eltrica assumida como zero, por tanto, 1 =r, a permeabilidade magntica nas sub-regies onde se encontram as lminas ferromagnticas obtido a partir decurvasB-Hfornecidaspelofabricantedeaoea condutividadeeltricadoscondutoresdeterminadapelas caractersticasdomaterialutilizadonassub-regiesque correspondemaosenrolamentosamortecedores,os enrolamentosdorotor,edoestator.Asmalhasimpostas mquina contm no total 20106 elementos triangulares e eles estomaisconcentradosnaregiodoentreferroenaregio das ranhuras do estator, onde o campo varivel no tempo.Emtermosdetempodeprocessamentocomputacional reduzirogeradorsncrononasuamnimasimetriae periodicidade uma vantagem. B.Condies preliminares dos ensaios Osprocedimentosparadeterminarosparmetros caractersticosdamquinasncronadepolossalientesso baseados nos ensaios descritos na norma Std115 do IEEE e da norma 34-4 do IEC, [5], [6]. TABELA 1: CONDIES NOMINAIS DO HIDROGERADOR Potncia aparente 6250 kVA Tenso de linha 4160 V Corrente 867,4 A Fator de potncia0,85 Frequncia 60 Hz Nmero de polos20 Tenso de excitao 86,2 V Corrente de excitao 315,2 A Emgeral,osensaiosemcamporequeremuma implementao significativa de equipamentos, instrumentao, sistemas de alimentao, leo, ar, hidrognio, gua, etc. e elas demandamumaltocusto,[10].Poroutrolado,atravsdas ferramentascomputacionaisatuaispossvelrealizar representar os ensaios sem nenhuma limitao fsica e perigo que envolve um ensaio real. TABELA 2: DIMENSES DE PROJ ETO DO HIDROGERADOR6250 kVA4160 V60 Hz 360 rpmEstatorRotor Dimetro externo 2745,7 mmNmero de polos 20Dimetro interno 2387,6 mmDimetro externo 2367,3 mm Comprimento 660,4 mm Corpodasapata polar635 mm Nmerode ranhuras228Distnciada sapata polar301,3 mm Altura da coroa 93,76 mmPasso polar376,625 mm Altura dos dentes 84,04 mm Alturadopolono centro36,16 mm Largura do dente 17,53 mmAltura do polo 226 mm Largura da ranhura 17,68 mm Larguradocorpo polar177 mmPasso de dentadura 32,96 mmLargura da bobina 62,15 mm No trabalho, a mquina sncrona utilizada para a simulao dosensaioscorrespondeaumhidrogeradorcujas caractersticas nominais e dimenses so mostradas nas tabelas 1 e 2. Os parmetros obtidos a partir dos dados de no projeto do hidrogerador (tabelas 3 e 4) so utilizados para validar os 4 resultados a serem alcanados nas simulaes dos ensaios por elementos finitos. TABELA 3: PARMETROS DO HIDROGERADORResistncia de armadura0,0166616 Reatncia de disperso na armadura0,284745 Reatncia de magnetizao do eixo d2,52046 Reatncia de magnetizao do eixo q1,35831 Reatncia sncrona de eixo d2,80521 Reatncia sncrona de eixo q0,284745 Resistncia de enrolamento de campo0,273394 TABELA 4: PARMETROS TRANSITRIOS E CONSTANTES DE TEMPO DO HIDROGERADOR- Reatncia transitria de eixo d dX 0,77826 - Reatncia sub-transitria de eixo d dX 0,539801 - Reatncia sub-transitria de eixo q qX 0,425392 - Reatncia de disperso de campo fX 0,613675 - Reatncia de disperso do enrolamento amortecedor no eixo d mdX 0,527866 - Reatncia de disperso do enrolamento amortecedor no eixo q mqX 0,156893 - Resistncia de enrolamento amortecedor no eixo d kdR 0,131828 - Resistncia de enrolamento amortecedor no eixo q kqR 0,0618237 - Constante de tempo transitrio de eixo d dT 0,86721s- Constante de tempo transitrio de eixo d comarmadura emcircuito aberto 0 dT 0,0205518s- Constante de tempo sub-transitrio de eixo d dT 0,0142547s- Constante de tempo sub-transitrio de eixo q qT 0,0168315s- Constante de tempo sub-transitrio de eixo q comarmadura emcircuito aberto 0 qT 0,0650106s Asimulaodosensaiosrealizadospodeser classificada como: ensaio de curto circuito brusco, ensaio de rejeio de cargadeeixodireto,ensaioderejeiodecargaem quadratura,ensaioderejeiodecargadeeixoarbitrrioe ensaio de resposta em freqncia. III.ENSAIO DE CURTO CIRCUITO BRUSCO A maioria dos curto circuitos ou falhas que acontecem nos sistemasdedistribuiodeenergiasonosimtricosentre fases.Noentanto,ocurtocircuitotrifsicoimportante porque, a pesar de ser rara a mais grave porque desencadeia correntesmaiselevadasdecurtocircuitoqueprovocaria instabilidadenofuncionamentodamquinasncrona, colocando-aemsituaesexcepcionaisderiscoparasua integridadeeconseqentementesuainfluenzanosistema eltrico.Portanto,motivodeamploestudo,visando principalmente a determinao das caractersticas transitrias damquina.Adeterminaodosparmetrosdogerador sncronodepolossalientessorealizados atravs da anlise dinmica. Existem na literatura vrios trabalhos sobre ensaios de curto circuito brusco que permitem determinar os valores dos parmetros eltricos, [1], [4], [5], [7], [8], [12], [15], [17]. Gerador modelado por elementos finitosChaves de curto circuito simtricoAbertura das chaves aps o curto circuito Sistema em vazio (sem carga)Figura 3: Esquema de simulao para o ensaio de curto circuito brusco Oensaiodecurtocircuitobruscoatcnicamais amplamenteutilizadaeconsolidadaparaaobtenode parmetros e constantes de tempo de mquinas sncronas, [9], [16]. O mtodo consiste em realizar um curto circuito trifsico simultneo nos terminais da armadura da mquina. A obteno dos parmetros realiza-se a partir das respostas dinmicas da corrente de armadura.Embora j existam trabalhos sobre ensaios de curto circuito bruscohbastantetempo,osprimeirostrabalhosutilizando tcnicasdeelementosfinitosaplicadosaosensaiosdecurto circuito brusco comearam a ser relatados a partir da dcada doss 90 .Vriosforamospesquisadoresqueutilizaramas primeiras ferramentas computacionais orientadas a elementos finitos, [7], [9], [11], [12], [13], [16]. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-1.5-1-0.500.511.5x 104Tempo [s]Correntes de fase Ia, Ib, Ic [A]SubtransitrioTransitrioRegime permanenteFigura 4:Corrente de armadura aps o curto circuito brusco Atualmente, o ensaio de curto circuito brusco um mtodo estandarizado cujo procedimento obedece norma Std115 do IEEE,[5].No ensaio, assume-se que antes do curto circuito trifsicobruscoamquinaoperasemcarga(condioem vazio),comvelocidadederotaonominal(velocidade sncrona), excitada por uma corrente de campo que induz uma tenso nos terminais da armadura em um valor correspondente condio nominal de operao. Quando a mquina est sem carganohcorrentenosterminaisdaarmadura,anica corrente que flui no enrolamento de campo. Nessa condio 5 subitamentecurtocircuitadosimultaneamenteastrsfases dos enrolamentos da armadura e nesse instante registrado a variao da corrente nos terminais da armadura, figuras 3, e 4. A corrente de armadura e a corrente de campo durante o curto circuitosousadasparaobterasdiferentesreatnciase constantes de tempo padronizadas de eixo direto do gerador. Apsocurtocircuito o rotor da mquina deve continuar na velocidade sncrona. Nafigura4,operodosubtransitrioocorreduranteos primeiros ciclos de corrente de armadura, quando esta corrente sofreumdecaimentomuitorapidamente,seguidodeum perodo chamado de transitrio, onde, a corrente de armadura decresce lentamente buscando seu valor de regime, finalmente no perodo de regime permanente onde a corrente de armadura chega a se estabilizar no seu valor nominal. Asreatnciastransitriasesubtransitriasso determinadas a partir das envoltrias das formas de onda da correntedearmaduraobtidasapsaaplicaodocurto circuito brusco nas trs fases, figura 5. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-4000-2000020004000600080001000012000Envoltria superiorEnvoltria inferior2minI Imx 2minI Imx+Tempo [s]Corrente da fase a [A]Figura 5:Componentes da corrente de armadura

Oestudodaenvoltriaimportanteporquemostrao comportamentoglobaldamquinaquandoexpostoaum eventocomoocasodocurtocircuitobrusco,elaquem preserva os fenmenos que ocorrem na mquina sncrona. O procedimentoparadeterminarasenvoltriassuperiore inferior segundo a norma Std115 do IEEE sugere realizar uma sincronizaodasenvoltrias,[5].Norecomendvel realizar uma simples adio ou subtrao para determinar as componentes,devidoaqueosvalorescorrespondentesaos picos superiores e inferiores das envoltrias para cada fase so diferentes e no correspondem a um mesmo passo no tempo, a anlisedessasenvoltriasrequerumtratamentoadequado juntoaosdadosobtidosnos ensaios. O tratamento de dados basicamente refere-se ao uso de tcnicas de ajuste de curvas, suavizaomedianteousodemtodosderegresso polinomial baseado em mnimos quadrados. O ajuste de curvas realiza-se usando a funo fitting do MatLab, as envoltrias superioreinferiordecadafasedecorrentedearmadura precisamdeoperaesalgbricasquepodemserrealizadas por modelos polinomiais j que para cada passo de tempo as trsfasesdevemcontervaloresespecficos.Inicialmente, determinam-seascomponentesquefazempartedela.Estas componentes podem ser identificadas como: componente a.c. e componentecontnua(componented.c.),[16].Asequaes para determinar as componentes tanto a.c. quanto contnua do ensaio so definidas como: 2=n i m x a macI II (9) 2=n i m x a mdcI II + (10) quando essas envoltrias so determinadas a anlise de acIpermite a identificao das constantes de tempo transitrias e subtransitriasassimcomoasreatnciatransitriae subtransitria a partir da equao 11. ) ( ) ( ) ( = ) ( t I t I t I t Iss ac + +(11) onde, ) (t Isscorrespondeaoperododeregimepermanente, ) (t I representa ao perodo transitrio e ) (t I corresponde ao perodosubtransitrio.Sendoque ) / (= ) (dT tdexp I t I e ) / (= ) (dT tdexp I t I . Emtermosdelogaritmoexpressam-secomo B t A t I ln + = )) ( ( e B t A t I ln + = )) ( ( que representam linhas retasdevidovariaoexponencialde) (t I e ) (t I . Extrapoladoportcnicasderegressopolinomialefazendo com que ) ( exp = (0) B I , ) ( exp = (0) B I no instante do curto circuito brusco, as expresses em logaritmo natural permitem determinar tanto as constantes de tempo quanto as reatncias transitrias e subtransitrias. ssdIUX =(12) ATd 1=(13) (0)=I IUXssd + (14) ATd 1=(15) (0) (0)=I I IUXssd + + (16) Por outro lado, a metodologia analtica para representar as formas de onda do ensaio de curto circuito brusco foi muito bemestudadaeestabelecidanaliteratura.Aexpresso analtica da equao 16, define o comportamento da corrente dearmaduraporfasefrenteaumcurtocircuitobrusco trifsico, [6]. ) ( ] exp )1 1( exp )1 1(1[ =0 0/ / + + + t cosX X X X XU idT td ddT td d ds

(17) onde, d ssX U I / =, d dX U X U d I / / = e d d dX U X U I / / =. 6 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.910-310-210-1100101X: 0.8668Y: 0.9448X: 0.0142Y: 0.5986Corrente [pu]Tempo [s]Td = 0,0143 Td = 0,86680,368*h1 =0,94480,368*h2 =0,5986 Figura 6: Determinao das constantes de tempo Assim,osclculosempuparaadeterminaodos parmetros do gerador sncrono foram realizados utilizando as equaes 12, 14 e 16. pu1,0130,987171= = =ssdIUX(18) pu0,281322,5675 0,987171= =+= +ss ssdI IUX(19)

pu0,19301,6267 2,5675 0,987171= =+ += + + ss ss ssdI I IUX (20) Asconstantesdetempoforamobtidasapartirdafigura 3.23. 0,94484 368 , 0 * ' =1=ssI h (21) 0,59863 368 , 0 * " =2=ssI h(22) s0,86677 = 'dT (23)s0,014245 = ' 'dT(24) TABELA 5: PARMETROS OBTIDOS A PARTIR DOS ENSAIOS DE CURTO CIRCUITO BRUSCO Reatncia de eixo d empudX=1,013 pu Reatncia transitria de eixo d empudX =0,28132 pu Reatncia sub-transitria de eixo d empudX =0,1930 pu Reatncia de eixo d emohmsdX=2,8042 Reatncia transitria de eixo d emohmsdX=0,77875 Reatnciasub-transitriadeeixodemohmsdX =0,53426 ConstantedetempotransitriaemsegundosdT=0,86677 sConstantedetemposub-transitriaemsegundosdT =0,014245 sIV.CONCLUSES Estetrabalhorealizaadeterminaodeparmetrosda mquina sncrona de polos salientes atravs da utilizao do mtodo dos elementos finitos. Comprovou-se que possvel a modelagem por elementos finitos dos ensaios de curto circuito brusco.Adeterminaodeparmetrosusandomtodos numricosutilizaasdimensesecaractersticasfsicasda mquinasncrona.Apartirdessesdadosfoipossvel representar mediante a modelagem eletromagntica do gerador sncrono os procedimentos descritos nos ensaios. O ensaio de curto circuito brusco brinda informaes dos parmetros referentes ao eixo direto.Todososdadosobtidosapartirdoprojetodemquina foram verificados e comparados com os dados dos ensaios de curto circuito brusco. As comparaes dos resultados foram de razoveis para os parmetros encontrados tanto para o regime permanente quanto para o regime transitrio. Pode-se concluir dizendo que possvel determinar os parmetros do gerador sncrono a partir do modelo geomtrico da mquina sncrona e alcanar resultados satisfatrios sem a necessidade de realizar um ensaio real que envolve tempo e custo. V.REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS [1]I.M.Canay.Determinationofmodelparametersofsynchronous machines.IEE Proceedings Electric Power Applications, 130(5), 86-94, 1983.[2]E. Bortoni, J .A. J ardini.Synchronous machines parameters identification usingloadrejectiontestdata.IEEETransactionsonEnergyConv., 17(2), 1997.[3]F.PdeMello,J .R.Ribeiro.DerivationofSynchronousmachine parameters fromtests. IEEETrans.PowerApparat.Syst., 96(2), 1211-1218, 1977.[4]I. Kamwa, P. Viarouge, R. Mahfoudi.Experience with Computer-Aided GraphicalAnalysisofSudden-Short-circuitOscillogramsofLarge SynchronousMachines.IEEETransactionsonEnergyConv.,10(3), 1995.[5]IEEEStd115.IEEEGuideforTestProceduresforSynchronous Machines;PartI-AcceptanceandPerformanceTesting;PartII-Test ProceduresandParameterDeterminationforDynamicAnalysis. IEEE, 2009.[6]IEC34-4.Rotatingelectricalmachines,Methodsfordetermining synchronous machine quantities from tests. may, 1998.[7]J .P. Martin, C.E. Tindall, D.J . Morrow.Synchronous machine parameter determinationusingthesuddenshort-circuitaxiscurrents.IEEE Transactions on Energy Conv., 14(3), 1999.[8]J .P. Sturgess, M. Zhu, D.C. Macdonald.Finite-Element simulation of a generator on load during and after a three-phase fault. 1992.[9]P.Kundur.Powersystemstabilityandcontrol. McGraw-Hill, USA, 1994.[10]M.TuXuan,C.Ramirez,B.Kawkabani,J .J .Simond.Automatic DeterminationofLaminatedSalient-PoleSynchronousMachines Parameters Based on the Finite Element Method. 1999. [11]P.C.Krause,O.Wasynczuk,S.D.Sudhoff.AnalysisofElectric machinery and Drive Systems. 2002.[12]R. Wamkeue, I. Kamwa, M. Chacha.Line-to-line Short-Circuit-Based Finite-ElementPerformanceandparameterPredictionsoflarge Hydrogenerators.IEEE Transactions on Energy Conv., 18(3), 2003.[13]S.I. Nabeta, A. Foggia, J .L. Coulomb, G. Reyne.A Non-Linear Time-SteppedFinite-ElementSimulationofaSymmetricalShort-circuitina Synchronous Machine. 1995.[14]S.J . Salon, T. H. Pham, P. Wendling, H. Tsai, A. Windhorn.Load Short CircuitTransientAnalysisofaGeneratorUsingFlux2DWith MechanicalmotionansElectricCircuitConnections.Intell.Motion Systems, 1996.[15]J .C. Suni.Sobre a determinao de Parmetros de Geradores Sncronos para Estudos de Comportamento Dinmico de Sistemas Eltricos. Tese de doutorado - UNICAMP, 2009.[16] Peter Vas.Parameter Estimation, Condition Monitoring, and Diagnosis ofElectricalMachines.ClarendonPress,OxfordUK,SecondEdition edition, 1993.[17]K. Weeber.DeterminationofDynamicParametersofLargeHydro-GeneratorsbyFinite-ElementSimulationofThree-phaseSuddenShort-circuit Tests. 1997.[18]MAXWELL2D Users guide V12, 2009.[19]SIMPLORER Users guide V8, 2008.