Motores eléctricos são um dispositivo electromecânico que converte energia eléctrica em energia mecânica. Com base no tipo de entrada classificamo-lo em motores monofásicos e motores trifásicos.
O tipo mais comum de motores trifásicos são motores síncronos e motores de indução. Quando os condutores eléctricos trifásicos são colocados em determinadas posições geométricas (isto é, num determinado ângulo uns dos outros) – é gerado um campo eléctrico. O campo magnético rotativo gira a uma determinada velocidade conhecida como velocidade síncrona.
Se um eletroímã estiver presente neste campo magnético rotativo, o eletroímã é bloqueado magneticamente com este campo magnético rotativo e gira com a mesma velocidade de rotação do campo magnético.
É daí que vem o termo motor síncrono, pois a velocidade do rotor do motor é a mesma do campo magnético rotativo.
É um motor de velocidade fixa pois tem apenas uma velocidade, que é a velocidade síncrona. Esta velocidade está sincronizada com a frequência de alimentação. A velocidade síncrona é dada por:
Onde:
- N= A Velocidade Síncrona (em RPM – i.e. Rotações por minuto)
- f = A frequência de alimentação (em Hz)
- p = O número de pólos
Construção do motor síncrono
Usualmente, a sua construção é quase semelhante à de um motor de indução trifásico, excepto o facto de aqui fornecermos CC ao rotor, cujo motivo explicaremos mais adiante. Agora, vamos primeiro analisar a construção básica deste tipo de motor. A partir da imagem acima, é claro que como projetamos este tipo de máquina. Aplicamos alimentação trifásica ao estator e alimentação contínua ao rotor.
Principais características dos motores síncronos
- Motores síncronos não são intrinsecamente de auto-partida. Eles requerem alguns meios externos para aproximar a sua velocidade da velocidade síncrona antes de serem sincronizados.
- A velocidade de operação dos motores síncronos está em sincronismo com a frequência de alimentação e, portanto, para a frequência de alimentação constante eles se comportam como motores de velocidade constante, independentemente da condição de carga
- Este motor tem as características únicas de operar sob qualquer fator de potência elétrica. Isto faz com que seja utilizado na melhoria do factor de potência eléctrica.
Princípio de Funcionamento Motor Síncrono
Os motores síncronos são uma máquina duplamente excitada, ou seja, são-lhe fornecidas duas entradas eléctricas. O seu enrolamento do estator, que consiste num enrolamento trifásico do estator, e um enrolamento DC do rotor.
O enrolamento trifásico do estator com correntes trifásicas produz um fluxo magnético trifásico rotativo. O rotor que transporta corrente contínua também produz um fluxo constante. Considerando a frequência de potência de 50 Hz, da relação acima podemos ver que o fluxo rotativo trifásico roda cerca de 3000 rotações em 1 minuto ou 50 rotações em 1 segundo.
Em um determinado instante o rotor e os pólos do estator podem ser da mesma polaridade (N-N ou S-S) causando uma força repulsiva no rotor e no instante seguinte será N-S causando uma força atractiva. Mas devido à inércia do rotor, ele é incapaz de girar em qualquer direção devido a essa força atrativa ou repulsiva, e o rotor permanece em estado de paralisação. Portanto, um motor síncrono não é auto-partida.
Aqui usamos alguns meios mecânicos que inicialmente giram o rotor na mesma direção que o campo magnético, para acelerar muito próximo da velocidade síncrona. Ao atingir a velocidade síncrona, ocorre o travamento magnético, e o motor síncrono continua girando mesmo após a remoção dos meios mecânicos externos.
Mas devido à inércia do rotor, ele é incapaz de girar em qualquer direção devido àquelas forças atrativas ou repulsivas, e o rotor permanece em estado de paralisação. Portanto, um motor síncrono não é auto-partida.
Aqui usamos alguns meios mecânicos que inicialmente giram o rotor na mesma direção que o campo magnético, para acelerar muito próximo da velocidade síncrona. Ao atingir a velocidade síncrona, ocorre o bloqueio magnético, e o motor síncrono continua a girar mesmo após a remoção dos meios mecânicos externos.
Métodos de Partida do Motor Síncrono
- Motor que arranca com um motor de prime Mover externo: Os motores síncronos são acoplados mecanicamente com outro motor. Pode ser um motor de indução trifásico ou um motor de derivação CC. Aqui, não aplicamos inicialmente a excitação CC. Ele gira a uma velocidade muito próxima da sua velocidade síncrona, e depois damos a excitação CC. Depois de algum tempo quando o bloqueio magnético ocorre o fornecimento ao motor externo é cortado.
- Enrolamento do amortecedor Neste caso, o motor síncrono é do tipo pólo saliente, o enrolamento adicional é colocado na face do pólo do rotor. Inicialmente, quando o rotor não está girando, a velocidade relativa entre o enrolamento do amortecedor e o fluxo de ar rotativo é grande e um emf é induzido no mesmo, o que produz o torque de partida necessário. medida que a velocidade se aproxima da velocidade síncrona, o emf e o torque são reduzidos e, finalmente, quando ocorre o travamento magnético; o torque também é reduzido a zero. Assim, neste caso o motor síncrono funciona primeiro como motor de indução trifásico usando bobinagem adicional e finalmente é sincronizado com a frequência.
Aplicação de motores síncronos
- Motor síncrono sem carga ligada ao seu eixo é usado para melhorar o factor de potência. Devido às suas características de comportamento em qualquer factor de potência eléctrica, é utilizado em sistemas de potência em situações onde os condensadores estáticos são caros.
- Motor síncrono encontra aplicação onde a velocidade de funcionamento é menor (cerca de 500 rpm) e é necessária uma potência elevada. Para potências de 35 kW a 2500 KW, o tamanho, peso e custo do motor de indução trifásico correspondente é muito alto. Por isso, estes motores são preferencialmente utilizados. Ex- Bomba recíproca, compressor, laminadores, etc.