Máquinas síncronas (Aula 01)

Introdução às Máquinas Síncronas

Visão Geral da Seção: Nesta seção, o palestrante introduz o conteúdo das máquinas síncronas e discute as diferentes topologias disponíveis no mercado. Ele destaca a importância de entender o conceito de campo girante para compreender o funcionamento dessas máquinas.

Funcionamento das Máquinas Síncronas

• As máquinas síncronas possuem um campo do rotor e um campo do estator que estão em sincronismo.

• A velocidade do campo girante é igual à velocidade mecânica da máquina.

• Podem ser utilizadas como geradores ou motores.

• No caso dos motores, a associação do sistema trifásico com a disposição das bobinas gera o campo girante, que perpetua o movimento de rotação.

• Nos geradores, ocorre um processo inverso, onde uma fonte externa fornece uma força de rotação para gerar um campo girante através da disposição das bobinas.

Importância das Máquinas Síncronas no Sistema Elétrico

• O sistema elétrico é composto por várias fontes ligadas em paralelo, sendo a maioria delas máquinas síncronas.

• No Brasil, cerca de 90% das fontes são máquinas síncronas, incluindo pequenas e grandes centrais hidrelétricas e termelétricas.

Terminologia

• Rotor: parte rotórica da máquina que se move.

• Estator: parte estática da máquina que fica parada.

• Campo e Armadura: na maioria das máquinas síncronas, o enrolamento de armadura está no estator, onde a potência é ligada no caso dos motores e retirada no caso dos geradores. O campo geralmente está no rotor.

Campo Estático

• Um ímã tem um campo estático com polos bem definidos que não variam.

• Para criar um campo girante com um ímã, é necessário girá-lo.

• Ímãs permanentes são utilizados para criar o campo de máquinas síncronas, mas também é possível utilizar eletroímãs alimentados com corrente contínua.

Diferença entre Máquina de Ímãs Permanentes e Máquina com Rotor Bobinado

• Na máquina de ímãs permanentes, o campo é criado por ímãs fixos no rotor.

• Na máquina com rotor bobinado, o campo é criado por bobinas alimentadas por corrente contínua nos enrolamentos do rotor. Escovas são utilizadas para permitir o contato elétrico durante a rotação.

Diferenças entre Máquinas Síncronas

Visão Geral da Seção: Nesta seção, o palestrante discute as diferenças entre as topologias de máquinas síncronas utilizando ímãs permanentes e rotores bobinados.

Máquina de Ímãs Permanentes

• Utiliza ímãs permanentes fixos no rotor para criar o campo.

• Não requer alimentação externa para gerar o campo.

• Não possui escovas, pois não há necessidade de contato elétrico com o rotor.

Máquina com Rotor Bobinado

• Utiliza bobinas alimentadas por corrente contínua nos enrolamentos do rotor para criar o campo.

• Requer alimentação externa para gerar o campo.

• Utiliza escovas para permitir o contato elétrico durante a rotação.

Conclusão

Visão Geral da Seção: Nesta seção final, o palestrante conclui a introdução às máquinas síncronas e destaca a importância de compreender as diferentes topologias e terminologias relacionadas ao seu funcionamento.

• As máquinas síncronas desempenham um papel fundamental no sistema elétrico, sendo amplamente utilizadas como fontes de energia.

• É importante entender as diferenças entre as topologias de máquinas síncronas, como aquelas com ímãs permanentes ou rotores bobinados.

• A terminologia relacionada ao campo e à armadura também é essencial para compreender o funcionamento dessas máquinas.

Escovas da Máquina Síncrona

Visão Geral da Seção: Nesta seção, são apresentadas duas escovas da máquina síncrona: a gaiola e o enrolamento amortecedor.

Escovas da Máquina Síncrona

• A máquina síncrona possui duas escovas: a gaiola e o enrolamento amortecedor.

• A gaiola é semelhante à gaiola de esquilo dos motores de indução.

Estrutura do Estator e Rotor

Visão Geral da Seção: Nesta seção, é explicada a estrutura do estator e rotor da máquina síncrona.

Estrutura do Estator e Rotor

• O estator possui o enrolamento de armadura, enquanto o rotor é composto por barrinhas de alumínio.

• O enrolamento de campo na parte rotórica é alimentado com corrente contínua através de anéis de curto-circuito feitos de alumínio.

Função da Máquina Síncrona

Visão Geral da Seção: Nesta seção, é discutida a função e as aplicações da máquina síncrona.

Função e Aplicações

• A máquina síncrona pode ter duas aplicações distintas: como motor ou gerador.

• Como motor, ela pode ser utilizada para partida da máquina, assim como um motor de indução.

• Como gerador, a gaiola serve como enrolamento amortecedor para evitar perda de sincronismo durante os transitórios.

Vantagens e Desvantagens da Máquina Síncrona

Visão Geral da Seção: Nesta seção, são apresentadas as vantagens e desvantagens da máquina síncrona.

Vantagens e Desvantagens

• A máquina síncrona é mais simples em relação à montagem, pois não requer escovas ou mecanismos para transferir energia da armadura para a parte estática.

• No entanto, a montagem do campo estático nos polos pode ser complicada e requer ferramentas específicas.

• Além disso, pequenas partículas magnéticas podem ser atraídas pelo ímã permanente no rotor em movimento.

Máquina síncrona com campo no estator e armadura no rotor

Visão geral da seção: Nesta seção, o palestrante explica que a máquina síncrona em questão possui o campo no estator e a armadura no rotor. Ele destaca que essa configuração é utilizada para gerar energia elétrica.

Funcionamento da máquina síncrona

• A máquina síncrona gira a uma velocidade específica, determinada pela frequência desejada.

• O tamanho do gerador é grande em relação à potência gerada.

• A máquina possui 8 polos e gira a 1800 RPM.

• A velocidade síncrona da máquina é de 900 RPM.

• A frequência de rotação é dobrada (120Hz) devido à configuração dos polos salientes.

Vantagens da configuração do campo no estator

• Com uma frequência maior, há menos saturação do ferro utilizado na construção da máquina.

• Isso permite um pacote menor para a excitatriz, que substitui as escovas utilizadas anteriormente.

Configurações construtivas das máquinas síncronas

• As características construtivas das máquinas síncronas estão relacionadas ao acoplamento magnético entre o rotor e o estator.

• Os polos lisos ou salientes são exemplos dessas características.

• O enrolamento de campo está localizado na parte rotórica, enquanto o enrolamento de armadura está no estator.

Importância do acoplamento magnético

• O acoplamento magnético entre o rotor e o estator é fundamental para o funcionamento da máquina síncrona.

• A configuração do campo no estator e da armadura no rotor permite um acoplamento magnético eficiente.

Diferenças entre polos lisos e polos salientes

• Os polos lisos são construídos de forma que o fluxo magnético seja uniforme dentro da máquina.

• Já os polos salientes possuem uma deformação do campo para garantir que o fluxo entre nas cabeças dos polos.

Conveniência da configuração do campo no estator e armadura no rotor

• Essa configuração permite a utilização de ligações trifásicas e a geração de energia na armadura, simplificando o projeto.

• Caso fosse invertida, seria necessário ter quatro escovas para alimentar o campo no estator e lidar com a potência gerada no rotor.

Polos lisos e polos salientes

Visão geral da seção: Nesta seção, o palestrante explora as diferenças entre os polos lisos e os polos salientes nas máquinas síncronas.

Características dos polos lisos

• Os polos lisos possuem um formato que permite um fluxo magnético uniforme dentro da máquina.

• É possível contar quantos polos existem apenas observando a máquina fisicamente.

Acoplamento magnético nos diferentes tipos de polo

• O acoplamento magnético não é apenas uma questão visual, mas sim uma questão de eficiência do acoplamento entre o rotor e o estator.

• A disposição dos enrolamentos de campo e armadura varia dependendo do tipo de polo.

Vantagens da configuração com polos lisos

• A configuração com polos lisos resulta em um acoplamento magnético mais eficiente.

• Além disso, a potência é concentrada na parte estática da máquina, eliminando a necessidade de escovas.

Diferenças entre campo no estator e armadura no rotor

Visão geral da seção: Nesta seção final, o palestrante destaca as diferenças entre a configuração com campo no estator e armadura no rotor e uma configuração invertida.

Configuração com campo no estator e armadura no rotor

• Essa configuração permite um acoplamento magnético eficiente entre o rotor e o estator.

• A energia é gerada na armadura, enquanto o campo é alimentado pelo estator.

• Não há necessidade de preocupação com a frequência ou corrente contínua.

Desvantagens da configuração invertida

• Caso fosse utilizada uma configuração invertida, seria necessário ter quatro escovas para alimentar o campo no estator.

• Além disso, seriam necessários anéis adicionais para lidar com as ligações trifásicas e a potência gerada.

Resultado magnético

Visão geral da seção: Nesta parte do vídeo, o palestrante discute sobre o resultado magnético e como ele é semelhante ao que temos aqui. Ele menciona a presença de quatro polos.

Resultado magnético

• O resultado magnético é semelhante ao que temos aqui.

• Existem quatro polos no resultado magnético.