Mergulhe nos princípios operacionais dos motores síncronos

June 28, 2024 Luciano Bertene

Ao explorar como funcionam os motores síncronos, pretendemos fornecer uma compreensão abrangente de sua construção, princípios operacionais e aplicações. Quer você seja um engenheiro, estudante ou entusiasta interessado em máquinas elétricas, este artigo servirá como um recurso valioso para você compreender as complexidades dos motores síncronos e sua importância na engenharia elétrica. Então, vamos examinar os motores síncronos e decifrar os princípios por trás de sua operação eficiente e sincronizada.

Características do motor síncrono

Um motor síncrono é um motor CA de velocidade constante. Para operar, ele retira corrente alternada da rede elétrica através do estator e uma pequena quantidade adicional de corrente contínua que é alimentada no rotor. Precisamos de dois tipos de fontes de energia, nomeadamente uma fonte CA e uma fonte CC, conforme mostrado na figura abaixo.

Algumas características importantes do motor síncrono

Ele funciona em velocidade constante (ou seja, em uma velocidade síncrona determinada pelo número de pólos e pela frequência, ou não funciona. A única maneira de alterar a velocidade é variar a frequência de alimentação.
Pode ser operado com diferentes fatores de potência, por ex. B. com atraso, liderança ou um. Portanto, pode ser utilizado para correção de fator de potência e torque para acionamento de cargas.
A principal desvantagem de um motor síncrono é que ele não tem partida automática. Portanto, ele deve ser levado à velocidade síncrona por meios externos antes de poder ser conectado à fonte de alimentação. Esta desvantagem é ignorada devido às suas condições de trabalho com fator de potência constante e variável.

construção

Um motor síncrono tem design idêntico a um alternador ou alternador. O motor síncrono possui um estator e um rotor. Há um enrolamento trifásico no estator que extrai energia de uma fonte CA e cria um campo magnético rotativo.

O projeto dos motores síncronos é projetado para fornecer sincronização entre o campo magnético rotativo do estator e o campo magnético do rotor. Esta sincronização permite que o motor opere a uma velocidade fixa e síncrona.

Vamos examinar os principais componentes dos motores síncronos:

estator

O estator é a parte fixa do motor síncrono e fornece o campo magnético primário. Consiste nos seguintes componentes:

Núcleo do estator: O núcleo do estator é geralmente feito de aço silício fino que é laminado para minimizar as perdas por correntes parasitas. A construção laminada reduz as perdas de energia devido à histerese magnética e correntes parasitas.
Enrolamentos do estator: O enrolamento do estator consiste em uma série de enrolamentos trifásicos dispostos em ranhuras ao redor do núcleo do estator. Esses enrolamentos são espaçados uniformemente em um ângulo de 120 graus eletricamente para criar um campo magnético giratório quando alimentados por energia CA.
slot: Slots são cavidades ou aberturas no núcleo do estator onde os enrolamentos do estator são colocados. A forma e o número de ranhuras afetam o desempenho e a eficiência do motor.

rotor

O rotor consiste em pólos eletromagnéticos. O projeto do rotor pode ser do tipo pólo saliente ou não saliente. O pólo do rotor obtém energia de uma fonte de corrente contínua e cria um campo eletromagnético direto para acoplamento ao campo magnético rotativo.

Existem essencialmente dois tipos de rotores usados em motores síncronos:

rotor de pólo saliente: Neste tipo de rotor, as peças polares (os chamados pólos pronunciados) projetam-se para fora da superfície do rotor. As peças polares são feitas de aço laminado para reduzir as perdas por correntes parasitas. Os enrolamentos do rotor são enrolados em torno desses pólos e podem ser excitados com corrente contínua para criar o campo magnético.
Rotor sem pólos pronunciados (cilíndrico): Este tipo de rotor possui formato cilíndrico sem pólos salientes. O rotor consiste em um ímã permanente ou possui um enrolamento excitado por CC incorporado. Os rotores de ímã permanente têm interesses que produzem um campo magnético constante, enquanto os rotores excitados por CC requerem uma corrente contínua para produzir o campo magnético.

sistema patogênico

Os motores síncronos de rotor enrolado usam um sistema de excitação para fornecer corrente contínua ao enrolamento do rotor. Este sistema de excitação garante que o campo magnético do rotor permaneça sincronizado com o campo magnético rotativo do estator. A excitação pode ser fornecida por uma fonte CC externa ou por um excitador separado montado no eixo do motor.

acampamento

Os motores síncronos possuem rolamentos que sustentam o eixo do rotor e permitem que ele gire suavemente dentro do estator. Dependendo do tamanho do motor e da aplicação, diferentes abordagens podem ser utilizadas, como rolamentos de esferas ou lisos.

Estrutura e carcaça

A carcaça do motor é uma estrutura rígida que abriga todos os componentes internos e fornece suporte mecânico. A estrutura geralmente é feita de aço e possui aberturas para ventilação para dissipar o calor gerado durante o funcionamento do motor. A carcaça protege o motor contra influências ambientais, poeira e umidade e também contribui para a segurança geral do motor.

Princípio de trabalho

Um campo magnético rotativo é criado quando um enrolamento trifásico do estator do motor é alimentado com corrente alternada trifásica. Isto pode ser visto como um pólo norte e um pólo sul girando no espaço a uma velocidade síncrona, conforme mostrado na figura. Os dois pólos do estator são assumidos e marcados como N._S e S_SEles devem girar no sentido horário a uma velocidade síncrona.

Velocidade síncrona N_S = 120f/p

Onde f = frequência de fornecimento

P = número de pólos do estator.

A excitação de corrente contínua do rotor forma os pólos do rotor N_R e S_R. No momento da posição do rotor indicada na figura, os pólos do estator estão nos pontos X Ns e YS_S.

Agora há uma reação entre os pólos do estator e do rotor. Como os poloneses N_S e n_R O estator e o rotor se repelem. Como o campo do estator se move no sentido horário, N_R e S_R do rotor tendem a girar no sentido anti-horário.

Meio ciclo depois, a posição dos pólos do estator é trocada devido à RF. Esta inversão da polaridade do estator ocorre muito rapidamente. N_S está nos pontos Y e S_S está no ponto X. Agora N_S atrai S_R, e S_S atrai N_R. O rotor agora tende a girar no sentido horário; portanto, o rotor está sujeito a um torque que muda em rápida sucessão a cada meio ciclo. Primeiro, o rotor se move no sentido anti-horário e depois no sentido horário em cada metade do processo. Devido à inércia, o rotor não pode se mover em nenhuma direção e fica estacionário. Portanto, o motor síncrono não possui torque de partida e não pode partir de forma independente.

Os motores síncronos funcionam com base em um campo magnético rotativo criado pelos enrolamentos do estator.
A corrente alternada nos enrolamentos do estator cria o campo magnético rotativo.
O rotor gira na mesma velocidade que o campo magnético rotativo.
Uma distância constante é mantida entre o estator e o rotor.
O rotor entra em sincronia com o campo rotativo.
A interação dos campos do estator e do rotor cria um torque.
Os motores síncronos não apresentam escorregamento e, portanto, permitem um controle preciso da velocidade.
Eles são usados quando a velocidade constante é crucial, por exemplo na geração de eletricidade.
Alta eficiência devido a perdas mínimas de deslizamento.
Um ímã permanente ou tipo de enrolamento de campo.
Ajusto a excitação para correção do fator de potência.
O tipo de enrolamento de campo permite parâmetros controláveis.
Menor torque de partida em comparação aos motores de indução.
Mudanças na excitação alteram o fator de potência e o ângulo de fase.
Manter a sincronização é essencial.
Se forem acionados mecanicamente mais rápido, podem funcionar como geradores.
A velocidade síncrona depende da frequência e dos pólos.
Operação estável sob mudança de carga.
Mais complexo por meio de sincronização e estimulação.
Sistemas de controle modernos aumentam a adaptabilidade

Conclusão

Ao compreender os princípios complicados, obtemos insights sobre como os motores síncronos aproveitam a potência dos campos eletromagnéticos e as velocidades síncronas para oferecer desempenho consistente. Sua capacidade de manter a operação síncrona mesmo sob cargas variadas exige deles em diversas aplicações industriais.