MÁQUINAS ELÉTRICAS. MÁQUINAS ELÉTRICAS Motores Síncronos Professor: Carlos Alberto Ottoboni Pinho MÁQUINAS ELÉTRICAS

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MÁQUINAS ELÉTRICAS – Motores Síncronos Professor: Carlos Alberto Ottoboni Pinho

MÁQUINAS ELÉTRICAS

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 Síncronos Professor: Carlos Alberto Ottoboni Pinho •Principais partes do motor síncrono

•Tipos de motores síncronos •Curvas típicas •Vantagens •Desvantagens •Principais aplicações •Atividade

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MÁQUINAS ELÉTRICAS – Motores Motores Síncronos Professor: Carlos Alberto Ottoboni Pinho

Definição

Motor Síncrono é aquele cuja

velocidade de rotação é a

mesma da frequência da

alimentação, em condições

de regime.

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Princípio de funcionamento

Um campo trifásico girante

atrai o fluxo magnético do

rotor, fazendo-o girar na

mesma velocidade.

O rotor tem um campo

magnético

criado

por

injeção de corrente CC,

como nos motores CC.

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com:

- Ímã permanente

- Eletroímã com bobina excitada

por CC: campo constante

- Composto: bobinas e gaiola

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Princípio de funcionamento

Polos salientes

(baixas rotações,

maior nº polos)

e

Polos lisos

(altas rotações,

menor nº polos)

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Princípio de funcionamento

CAMPO GIRANTE

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Princípio de funcionamento

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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por meio de inversor.

N = 120.f

p

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Princípio de funcionamento

EXCITAÇÃO ESTÁTICA

O enrolamento

excitador-amortecedor do rotor é

alimentado em CC através

de anéis e escovas.

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Princípio de funcionamento

EXCITAÇÃO ESTÁTICA

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Princípio de funcionamento

EXCITAÇÃO BRUSHLESS

O 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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Excitatriz CA com diodos

montados no eixo do rotor.

O enrolamento indutor fica

no estator.

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Princípio de funcionamento

EXCITAÇÃO BRUSHLESS

Excitatriz CA com diodos

montados no eixo do rotor.

O enrolamento indutor fica

no estator.

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Princípio de funcionamento

EXCITAÇÃO BRUSHLESS

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Princípio de funcionamento

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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O motor síncrono deve ser parado transferindo-se as

bobinas trifásicas a um banco de resistores, porque ao ser

desligado girando ele funciona como GERADOR e essa

energia deve ser dissipada.

Isso exige um circuito dedicado de desligamento.

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Porque 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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Faixas de utilização mais vantajosas:

$

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Alto 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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MÁQUINAS ELÉTRICAS – Motores Motores Síncronos Professor: Carlos Alberto Ottoboni Pinho como no enrolamento do estator, permitindo:

- Redução do tamanho da carcaça

- Menor necessidade de ventilação forçada - Menor consumo de energia

- Menor escorregamento do rotor

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Correção do Fator de Potência

Fp unitário

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Plantas industriais geralmente possuem predominância de cargas reativas indutivas, tais como motores de indução e transformadores, as quais requerem considerável quantidade de potência reativa (kVAr) consumida como corrente de magnetização(indutiva).

Pode-se usar capacitores para corrigir a potência reativa, mas havendo a possibilidade, é frequentemente preferível a utilização de motores

síncronos para este objetivo.

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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 motor síncrono é feito controlando a potência/torque entregue ao eixo do motor. Este controle é possível pela variação de tensão no circuito de excitação CC do rotor.

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

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MÁQUINAS ELÉTRICAS – Motores Motores Síncronos Professor: Carlos Alberto Ottoboni Pinho fornecido pelos motores com

FP 1.0 e 0.8 quando a excitação é mantida constante e a potência útil (KW) requerida do motor pela carga é diminuída.

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A Fig. mostra a

direção da

corrente IA e da tensão VA do motor nas duas condições: -Fornecendo potência reativa; -Consumindo potência reativa. Fornece Q Consome Q

( VAcosd > Vfase) ( VAcosd < Vfase)

VAem atraso

face a Vfase

Consome P

MOTOR Vfase Vfase

VA VA

IA

sub-excitação sobre-excitação

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Conjugado 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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MÁQUINAS ELÉTRICAS – Motores Motores Síncronos Professor: Carlos Alberto Ottoboni Pinho • O motor síncrono pode ser usado como gerador.

• Todos os grandes geradores são síncronos.

• O motor síncrono tem, em geral, comprimento menor e diâmetro maior do 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 e escovas. Atualmente, o sistema sem escovas(brushless) com controle eletrônico é mais utilizado.

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Aspectos construtivos

• Para partida do motor síncrono, é construída uma gaiola de esquilos com barras curto-circuitadas, como no motor de indução, junto ao enrolamento do rotor.

• O motor síncrono necessita de proteção contra falta de campo do rotor e perda de sincronismo.

• O motor síncrono tem rendimento maior do que o motor de indução. • Quanto maior a velocidade maior o comprimento em relação ao diâmetro do rotor.

• O motor síncrono de baixa velocidade tem diâmetro maior, mancais em pedestais(fora da carcaça) e alguns base não auto-portante.

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Aspectos construtivos

Gaiola de esquilo de rotor

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Aspectos construtivos

Motor com mancais em pedestais

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MÁQUINAS ELÉTRICAS – Motores Motores Síncronos Professor: Carlos Alberto Ottoboni Pinho - Geradores Eólicos

- Processos que necessitem rotação mais precisa

- Correção de Fator de Potência de grandes sistemas

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ATIVIDADE PARTICIPATIVA:

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

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