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Auteur Author: tassio...
Type : Application
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Mis à jour Updated: 15/08/2019 - 02:58:01
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Description 

capítulo


5
Motores síncronos


OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
 Compreender o circuito equivalente de um motor síncrono.
 Ser capaz de desenhar diagramas fasoriais para um motor síncrono.
 Conhecer as equações de potência e conjugado de um motor síncrono.
 Compreender como e por que o fator de potência varia quando a carga de um mo-
tor síncrono aumenta.
 Compreender como e por que o fator de potência varia quando a corrente de cam-
po de um motor síncrono aumenta – a curva “V”.
 Compreender como é dada a partida de motores síncronos.
 Ser capaz de diferenciar se uma máquina síncrona está operando como motor ou
como gerador e também se ela está fornecendo ou consumindo potência reativa
pelo exame do diagrama fasorial.
 Compreender as especificações nominais dos motores síncronos.


Motores síncronos são máquinas síncronas usadas para converter potência elétrica
em potência mecânica. Este capítulo explora o funcionamento básico dos motores
síncronos e estabelece sua relação com os geradores síncronos.


5.1 PRINCÍPIOS BÁSICOS DE OPERAÇÃO DE UM MOTOR
Para compreender o conceito básico de motor síncrono, examine a Figura 5-1, a qual
mostra um motor síncrono de dois polos. A corrente de campo IF do motor produz
um campo magnético BR em regime permanente. Um conjunto trifásico de tensões
é aplicado ao estator da máquina, produzindo um fluxo trifásico de correntes nos
enrolamentos.
272 Fundamentos de Máquinas Elétricas




BR

BS



sinc ind  k BR  BS
 anti-horário




FIGURA 5-1
Um motor síncrono de dois polos.


Como foi mostrado no Capítulo 3, um conjunto trifásico de correntes nos enro-
lamentos de armadura produz um campo magnético uniforme girante BS. Portanto,
há dois campos magnéticos presentes na máquina e o campo do rotor tenderá a se
alinhar com o campo do estator, exatamente como duas barras imantadas tenderão a
se alinhar se forem colocadas próximas entre si. Como o campo magnético do estator
está girando, o campo magnético do rotor (e o próprio rotor) tentará constantemente
se alinhar. Quanto maior for o ângulo entre os dois campos magnéticos (até um certo
valor máximo), maior será o conjugado no rotor da máquina. O princípio básico de
operação do motor síncrono é que o rotor “persegue” em círculo o campo magnético
girante do estator, sem nunca conseguir se alinhar com ele.
Como um motor síncrono é igual fisicamente ao gerador síncrono, todas as
equações básicas de velocidade, potência e conjugado dos Capítulos 3 e 4 aplicam-se
também aos motores síncronos.

O circuito equivalente de um motor síncrono
Um motor síncrono é o mesmo que um gerador síncrono sob todos os aspectos, ex-
ceto pelo fato de o sentido do fluxo de potência ser invertido. Como esse sentido é
invertido, pode-se esperar que o sentido do fluxo de corrente no estator também seja
invertido. Portanto, o circuito equivalente de um motor síncrono é exatamente o mes-
mo que o circuito equivalente de um gerador síncrono, exceto pelo fato de o sentido
de referência de IA ser invertido. O circuito equivalente completo resultante está mos-
trado na Figura 5-2a e o circuito equivalente por fase está mostrado na Figura 5-2b.
Como antes, as três fases do circuito equivalente podem ser ligadas em Y ou em .
Devido à mudança no sentido de IA, a equação da lei das tensões de Kirchhoff
para o circuito equivalente também muda. A equação para o novo circuito equiva-
lente é
Capítulo 5 ♦ Motores síncronos 273

IA1

jXS
RA

EA1 V1

IF

IA2
RF
RF
jXS
RA
VF 
EA2 V2

LF

IA3

jXS
RA

EA3 V3




(a)


IF RF IA

jXS
RA

VF LF EA V




(b)

FIGURA 5-2
(a) O circuito equivalente completo de um motor síncrono trifásico. (b) O circuito equivalente
por fase.



V  EA  jXS IA  RAIA (5-1)


ou EA  V  jXS IA  RAIA (5-2)

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


O motor síncrono visto da perspectiva do campo magnético
Para começar a entender o funcionamento do motor síncrono, examine novamente
um gerador síncrono conectado a um barramento infinito. O gerador tem uma máqui-
na motriz aplicada a seu eixo, fazendo-o girar. O sentido do conjugado aplicado ap
pela máquina motriz é no sentido do movimento, porque a máquina motriz é a que
está fazendo o gerador girar.
O diagrama fasorial de um gerador que funciona com uma corrente de campo
elevada está mostrado na Figura 5-3a e o respectivo diagrama do campo magnéti-
co está mostrado na Figura 5-3b. Como descrito anteriormente, BR corresponde a
(produz) EA, Blíq corresponde a (produz) V e BS corresponde a Eest ( jXS IA). Na
figura, a rotação de ambos, diagrama fasorial e diagrama do campo magnético, é no
sentido anti-horário, seguindo a convenção matemática padrão de ângulo crescente.
O conjugado induzido no gerador pode ser obtido a partir do diagrama de cam-
po magnético. Das Equações (3-60) e (3-61), o conjugado induzido é dado por
ind  kBR  Blíq (3-60)

ou ind  kBRBlíq sen  (3-61)
Observe no diagrama de campo magnético que o conjugado induzido nesta máquina
é horário, opondo-se ao sentido de rotação. Em outras palavras, o conjugado induzi-
do no gerador é um contraconjugado, opondo-se à rotação causada pelo conjugado
aplicado externo ap.
Imagine que a máquina motriz repentinamente perdesse potência e, em vez
de impelir o eixo no sentido do movimento, ela começasse a ser arrastada pelo eixo
da máquina síncrona. Que acontecerá agora à máquina? O rotor perde velocidade
devido ao arraste no seu eixo e se atrasa em relação ao campo magnético líquido
da máquina (veja a Figura 5-4a). Quando o rotor, e com isso BR também, reduz a
velocidade e fica para trás de Blíq, o funcionamento da máquina muda repentina-
mente. Pela Equação (3-60), quando BR está atrasado em relação a Blíq, o sentido
do conjugado induzido inverte-se e torna-se anti-horário. Em outras palavras, ago-
ra o conjugado da máquina é no sentido do movimento e a máquina está atuando
como motor. O aumento do ângulo de conjugado  resulta em um conjugado cada

BR
EA



jXSIA sinc

Blíq
 V 
IA


(a) BS (b)

...

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