OS MOTORES SÍNCRONOS

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Essa é exatamente a mesma equação de um gerador, exceto pelo fato de o sinal do termo de corrente ter sido invertido.

Campo Magnético de um Motor Síncrono

Vimos em aulas passadas que o gerador síncrono tem uma máquina motriz aplicada a seu eixo, fazendo-o girar. Nas figuras 3 e 4 podemos observar o diagrama fasorial e o diagrama de campo magnético de um gerador síncrono, respectivamente.

Figura 3 – Diagrama fasorial de um gerador síncrono.

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Figura 4 – Diagrama de campo magnético de um gerador síncrono.

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O conjugado induzido para um gerador é no sentido horário, opondo-se ao sentido de rotação. Assim, denomina-se que o conjugado induzido em um gerador é um contraconjugado. A equação do conjugado induzido para uma máquina síncrona é dada por

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Em um motor, o rotor perde velocidade devido ao arraste no seu eixo e se atrasa em relação ao campo magnético líquido da máquina. Quando está atrasado em relação a , o sentido do conjugado torna-se anti-horário. Neste caso o conjugado da máquina é no sentido do movimento. O aumento do ângulo de conjugado resulta em um conjugado cada vez maior no sentido de rotação até que finalmente o conjugado induzido do motor torna-se igual ao conjugado de carga no eixo. Nesse ponto, a máquina estará operando em regime permanente e novamente com velocidade síncrona, mas agora como motor.[pic 13][pic 14][pic 15]

Nas figuras 5 e 6 podemos observar o diagrama fasorial e diagrama de campo magnético de um motor, respectivamente.

Figura 5 – Diagrama fasorial de um motor síncrono.

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Figura 6 – Diagrama de campo magnético de um motor síncrono.

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Como pode-se notar nas figuras acima, em um motor, está atrasado de e está atrasado de .[pic 18][pic 19][pic 20][pic 21]

Curva Característica de Conjugado versus Velocidade do Motor Síncrono

Usualmente, os motores síncronos são ligados a sistemas de potência que são muito maiores do que eles próprios, de modo que os sistemas de potência atuam como barramentos infinitos para os motores. Isso significa que a tensão de terminal e a frequência do sistema serão constantes, independentemente da quantidade de potência demandada pelo motor.

Na figura 7 temos a curva característica de conjugado versus velocidade. A velocidade de regime permanente do motor é constante desde a vazio até o conjugado máximo que o motor pode fornecer, conhecido como conjugado máximo.

Figura 7 – Característica de conjugado versus velocidade de um motor síncrono.

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O conjugado induzido, relacionado às características elétricas da máquina é dado pela seguinte equação

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em que o conjugado máximo ocorrerá quando = 90°.[pic 24]

Partida de Motores Síncronos

Existem problemas para realizar a partida de um motor síncrono, pois como pode ser visto na figura abaixo durante um ciclo elétrico, quando o rotaciona uma revolução completa, o conjugado médio é nulo, devido ao fato de em alguns momentos o mesmo ser horário e em outros momentos anti-horário, pois tende a seguir . Assim, o motor ficará vibrando e sobreaquecerá.[pic 25][pic 26][pic 27]

Figura 8 – Ciclo elétrico de partida do rotor com conjugado médio nulo

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Três abordagens básicas podem ser utilizadas para dar a partida segura a um motor síncrono:

- Reduzir a velocidade do campo magnético do estator a um valor suficientemente baixo para que o rotor possa acelerar e entrar em sincronismo durante um semiciclo da rotação do campo magnético.

- Usar uma máquina motriz externa para acelerar o motor síncrono até a velocidade síncrona e, em seguida, passar pelo procedimento de entrar em paralelo, conectando a máquina à linha como um gerador. A seguir, ao desativar ou desconectar a máquina motriz, a máquina síncrona torna-se um motor.

- Utilizar enrolamentos amortecedores.

Partida do motor pela redução da frequência elétrica

Se o campo magnético do estator de um motor síncrono girar em uma velocidade suficientemente baixa, não haverá problemas para que o rotor acelere e entre em sincronismo com o campo magnético. A velocidade do campo magnético do estator poderá então ser aumentada até a velocidade de funcionamento, aumentando gradualmente até seu valor normal de 50 ou 60 Hz.[pic 29]

Quando um motor síncrono opera em uma velocidade inferior à velocidade nominal, sua tensão gerada interna será menor do que a normal. Se o valor de for reduzido, então a tensão de terminal aplicada ao motor também deverá ser reduzida para manter a corrente de estator em níveis seguros. A tensão em qualquer acionador ou circuito de partida de frequência variável deve variar de forma aproximadamente linear com a frequência aplicada.[pic 30][pic 31]

Partida do motor com uma máquina motriz externa

O segundo modo de dar partida a um motor síncrono é acoplando-o a um motor de partida externo e levando a máquina síncrona até a velocidade plena com o motor externo. A seguir, a máquina síncrona pode ser colocada em paralelo com o sistema de potência como gerador e o motor de partida pode ser desacoplado do eixo da máquina. Quando o motor de partida é desligado, o eixo da máquina desacelera, o campo magnético do rotor fica para trás de e a máquina síncrona começa a funcionar como um motor. Uma vez que a entrada em paralelo esteja completa, então o motor síncrono poderá receber carga de forma ordinária. [pic 32][pic 33]

Além disso, o motor de partida precisa superar apenas a inércia da máquina síncrona a vazio – nenhuma carga é aplicada até