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MÁQUINAS ELÉTRICAS

MÁQUINAS ELÉTRICAS – Motores SíncronosProfessor: Carlos Alberto Ottoboni Pinho


MÁQUINAS ELÉTRICAS – Motores SíncronosProfessor: Carlos Alberto Ottoboni Pinho

Ementa:

•Máquinas de corrente contínua: características operacionais; acionamento do motor CC; aplicações específicas.

•Máquinas síncronas trifásicas: características operacionais; partida e regulação do fator de potência operando como motor.

•Máquinas assíncronas monofásicas e trifásicas; características operacionais; controle de velocidade do motor.

•Máquinas especiais: motor de passo, motor universal, motor de histerese e motor de relutância.

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MÁQUINAS ELÉTRICAS – Motores Motores SíncronosProfessor: Carlos Alberto Ottoboni Pinho

PLANO DE AULA

•Onde se situa o Motor Síncrono•Princípio de funcionamento do motor síncrono•Principais partes do motor síncrono•Tipos de motores síncronos•Curvas típicas•Vantagens•Desvantagens•Principais aplicações•Atividade



MOTORES – mapa geral

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MOTORES SÍNCRONOSDefinição

Motor Síncrono é aquele cuja velocidade de rotação é a mesma da frequência da alimentação, em condições de regime.



MOTORES SÍNCRONOSPrincípio de funcionamento

Um campo trifásico giranteatrai o fluxo magnético dorotor, fazendo-o girar namesma velocidade.O rotor tem um campomagnético criado porinjeção de corrente CC,como nos motores CC.

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Motor Síncrono pode ter rotor com:

- Ímã permanente- Eletroímã com bobina excitada por CC: campo constante- Composto: bobinas e gaiola




Polos salientes(baixas rotações, maior nº polos)

e

Polos lisos(altas rotações, menor nº polos)

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CAMPO GIRANTE




A velocidade síncrona é diretamente proporcional à frequência da rede e inversamente proporcional ao número de polos:

N = 120.f p

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A frequência é controlada por meio de inversor.

N = 120.f p




EXCITAÇÃO ESTÁTICAO enrolamento excitador-amortecedor do rotor é alimentado em CC através de anéis e escovas.

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EXCITAÇÃO ESTÁTICA




EXCITAÇÃO BRUSHLESSO circuito que retifica a tensão da rede e controla o enrolamento amortecedor do rotor fica instalado no rotor e é alimentado por indução.

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EXCITAÇÃO BRUSHLESSExcitatriz CA com diodos montados no eixo do rotor.O enrolamento indutor fica no estator.




EXCITAÇÃO BRUSHLESSExcitatriz CA com diodos montados no eixo do rotor.O enrolamento indutor fica no estator.

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MOTORES SÍNCRONOSPrincípio de funcionamentoEXCITAÇÃO BRUSHLESS




PARTIDA•O motor síncrono não parte por si só, porque o campo magnético do rotor fica alinhado com o polo mais próximo e só fica vibrando com o 60Hz.•O motor síncrono precisa de uma “ajuda” para alcançar a rotação síncrona. Pode ser por meio de:

- motor auxiliar- motor de indução interno no rotor- Controle por Inversor de Frequência

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PARADAO motor síncrono deve ser parado transferindo-se asbobinas trifásicas a um banco de resistores, porque ao serdesligado girando ele funciona como GERADOR e essaenergia deve ser dissipada.Isso exige um circuito dedicado de desligamento.



MOTORES SÍNCRONOSPorque Motores Síncronos?

Principais vantagens:

1. Alto rendimento.2. Alto fator de potência.3. Manutenção reduzida.4. Manter a velocidade constante.5. Alta capacidade de torque.6. Maior estabilidade na operação com inversores

de frequência.

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MOTORES SÍNCRONOSFaixas de utilização mais vantajosas:

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MOTORES SÍNCRONOSAlto Rendimento

Rendimentos típicos à plena carga para motores de alta rotação.

Rendimentos típicos à plena carga para motores de baixa rotação.

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MOTORES SÍNCRONOSAlto Rendimento

O alto rendimento dos motores síncronos tem como benefício a baixa geração de calor, tanto no enrolamento do rotor como no enrolamento do estator, permitindo:

- Redução do tamanho da carcaça

- Menor necessidade de ventilação forçada

- Menor consumo de energia

- Menor escorregamento do rotor



MOTORES SÍNCRONOSCorreção do Fator de Potência

Fp unitário

Em vazio

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Plantas industriais geralmente possuempredominância de cargas reativas indutivas, taiscomo motores de indução e transformadores, asquais requerem considerável quantidade de potênciareativa (kVAr) consumida como corrente demagnetização(indutiva).

Pode-se usar capacitores para corrigir a potênciareativa, mas havendo a possibilidade, éfrequentemente preferível a utilização de motoressíncronos para este objetivo.




Em regime, isto é, carga menor que a nominal e baixo escorregamento,potência reativa(kVAr) não é necessária. Somente potência ativa(kW).Fator de Potência = 1.

O controle da potência ativa que é consumida ou fornecida pelo motorsíncrono é feito controlando a potência/torque entregue ao eixo domotor. Este controle é possível pela variação de tensão no circuito deexcitação CC do rotor.

Portanto, aplicar um motor síncrono no lugar de um motor de induçãotraz economia de energia consumida da rede por um sistema.

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A Fig. mostra a quantidade deKVAR em avanço corretivofornecido pelos motores comFP 1.0 e 0.8 quando aexcitação é mantida constantee a potência útil (KW)requerida do motor pela cargaé diminuída.




A Fig. mostra adireção dacorrente IA e datensão VA domotor nas duascondições:-Fornecendopotência reativa;-Consumindopotência reativa.

Fornece Q Consome Q( VA cosd > Vfase ) ( VA cosd < Vfase )

VA em atrasoface a Vfase

Consome P

MOTOR Vfase Vfase

VA VA

IA

IA

sub-excitaçãosobre-excitação

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MOTORES SÍNCRONOS

Curva de torque



MOTORES SÍNCRONOSConjugado e inércia

Temos três condições de carga/inérca:1 – Conjugado de partida com carga parada;2 – Conjugado de aceleração para levar a carga à velocidade de sincronismo.3 – Conjugado máximo em sincronismo, para manter rotação em sobrecargas momentâneas.

Para aquisição de motor síncrono é necessário informar detalhadamente todas as condições de carga e operação, para que o fabricante o projete com as características adequadas.

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MOTORES SÍNCRONOSAspectos construtivos

• O aumento ou redução da carga não afeta sua velocidade. Se a cargaexceder o limite nominal, o motor trava.• O motor síncrono pode ser usado como gerador.• Todos os grandes geradores são síncronos.• O motor síncrono tem, em geral, comprimento menor e diâmetro maiordo um motor de indução de mesma potência.• O motor síncrono tem o mesmo número de polos no estator e no rotor.• Não há indução de tensão no rotor pelo fluxo magnético do estator.• Até os anos 60 havia excitação CC no rotor por meio de anéis eescovas. Atualmente, o sistema sem escovas(brushless) com controleeletrônico é mais utilizado.




• Para partida do motor síncrono, é construída uma gaiola de esquiloscom barras curto-circuitadas, como no motor de indução, junto aoenrolamento do rotor.• O motor síncrono necessita de proteção contra falta de campo do rotore perda de sincronismo.• O motor síncrono tem rendimento maior do que o motor de indução.• Quanto maior a velocidade maior o comprimento em relação aodiâmetro do rotor.• O motor síncrono de baixa velocidade tem diâmetro maior, mancais empedestais(fora da carcaça) e alguns base não auto-portante.

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Gaiola de esquilo de rotor




Motor com mancais em pedestais

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MOTORES SÍNCRONOSPrincipais aplicações

- Geradores de hidreléticas

- Geradores Eólicos

- Processos que necessitem rotação

mais precisa

- Correção de Fator de Potência de

grandes sistemas

MÁQUINAS ELÉTRICASMOTORES SÍNCRONOS

ATIVIDADE PARTICIPATIVA:

Com base na aula de hoje sobre Motores Síncronos, elaborar um texto a partir das seguintes palavras-chave:


• partes principais do motor• tipos de rotor• condições de partida• principais vantagens do motor Síncrono.

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