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

Transcrição

1 Motores Síncronos 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. Motores Síncronos 1

2 PLANO DE AULA Onde se situa o Motor Síncrono do motor síncrono Principais partes do motor síncrono Tipos de motores síncronos Curvas típicas Vantagens Desvantagens Principais aplicações Atividade Motores Motores Síncronos MOTORES mapa geral Motores Motores Síncronos 2

3 Definição Motor Síncrono é aquele cuja velocidade de rotação é a mesma da frequência da alimentação, em condições de regime. Motores Motores Síncronos 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. Motores Motores Síncronos 3

4 Motor Síncrono pode ter rotor com: - Ímã permanente - Eletroímã com bobina excitada por CC: campo constante - Composto: bobinas e gaiola Motores Motores Síncronos Polos salientes (baixas rotações, maior nº polos) e Polos lisos (altas rotações, menor nº polos) Motores Motores Síncronos 4

5 CAMPO GIRANTE Motores Motores Síncronos A velocidade síncrona é diretamente proporcional à frequência da rede e inversamente proporcional ao número de polos: N = 120.f p Motores Motores Síncronos 5

6 A frequência é controlada por meio de inversor. N = 120.f p Motores Motores Síncronos EXCITAÇÃO ESTÁTICA O enrolamento excitadoramortecedor do rotor é alimentado em CC através de anéis e escovas. Motores Motores Síncronos 6

7 EXCITAÇÃO ESTÁTICA Motores Motores Síncronos 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. Motores Motores Síncronos 7

8 26/08/2016 EXCITAÇÃO BRUSHLESS Excitatriz CA com diodos montados no eixo do rotor. O enrolamento indutor fica no estator. Motores Motores Síncronos EXCITAÇÃO BRUSHLESS Excitatriz CA com diodos montados no eixo do rotor. O enrolamento indutor fica no estator. Motores Motores Síncronos 8

9 EXCITAÇÃO BRUSHLESS Motores Motores Síncronos 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 Motores Motores Síncronos 9

10 PARADA 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. Motores Motores Síncronos 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. Motores Motores Síncronos 10

11 Faixas de utilização mais vantajosas: $ Motores Motores Síncronos Alto Rendimento Rendimentos típicos à plena carga para motores de alta rotação. Rendimentos típicos à plena carga para motores de baixa rotação. Motores Motores Síncronos 11

12 Alto 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 Motores Síncronos Correção do Fator de Potência Fp unitário Em vazio Motores Motores Síncronos 12

13 Correção do Fator de Potência 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. Motores Motores Síncronos Correção do Fator de Potência 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. Motores Motores Síncronos 13

14 Correção do Fator de Potência A Fig. mostra a quantidade de KVAR em avanço corretivo 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. Motores Motores Síncronos Correção do Fator de Potência A Fig. mostra a direção da corrente IA e da tensão VA do motor nas duas condições: -Fornecendo potência reativa; -Consumindo potência reativa. Consome P MOTOR V A em atraso face a V fase Fornece Q Consome Q ( V A cosd > V fase ) ( V A cosd < V fase ) I A V fase V fase I A V A sobre-excitação V A sub-excitação Motores Motores Síncronos 14

15 Curva de torque Motores Motores Síncronos 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. Motores Motores Síncronos 15

16 Aspectos construtivos O aumento ou redução da carga não afeta sua velocidade. Se a carga exceder 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 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. Motores Motores Síncronos 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. Motores Motores Síncronos 16

17 Gaiola de esquilo de rotor Aspectos construtivos Motores Motores Síncronos Motor com mancais em pedestais Aspectos construtivos Motores Motores Síncronos 17

18 Principais aplicações - Geradores de hidreléticas - Geradores Eólicos - Processos que necessitem rotação mais precisa - Correção de Fator de Potência de grandes sistemas Motores Motores 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. Motores Motores Síncronos 18