Trabalho 01 - Máquinas Síncronas e Máquinas Assíncronas

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Extended Abstract: Máquinas síncronas e assíncronas
	
	Renan Cardoso de Oliveira
Universidade Estácio de Sá (UNESA) – Avenida Presidente Vargas, 2560
sandimasr@gmail.com
	
Abstract - Electrical energy can be converted into other types of energy. Electric machines known as engines make the conversion of electrical energy into mechanical energy of rotation. Electric motors are classified into direct current motors, alternating current and special. The focus of the work is in AC motors which are divided into synchronous motors and asynchronous motors. The synchronous motor is a type of very useful and reliable electric motor. However, it is rarely used in small powers. The asynchronous motor is basically constituted by the stator, by coils located in open cavities in the stator and fed by the alternating current network, a rotor, in which are induced currents caused by the alternating current of the stator coils.
Index Terms – Electric motors, AC motors, synchronous motor, asynchronous motor.
Introdução
A energia elétrica possui muitas vantagens, dentre elas, ser uma energia limpa, de fácil transporte e de fácil manuseio, podendo ser convertida em outros tipos de energia. A conversão de energia elétrica em energia mecânica de rotação quando condutores que conduzem corrente são obrigados a girar por um campo magnético é feita pelas máquinas elétricas conhecidas como motores. A conversão de energia mecânica de rotação em energia elétrica produzindo correntes em condutores que giram através de um campo magnético é feita pelo gerador. Os motores elétricos são classificados em motores de corrente contínua, de corrente alternada e especiais. O objetivo do estudo está centrado nos motores de corrente alternada que são divididos em motores síncronos e motores assíncronos.
Motores elétricos
É uma máquina que converte a energia elétrica em energia mecânica rotativa, possui construção simples e custo reduzido, além de ser muito versátil e não poluente. A finalidade básica dos motores é o acionamento de máquinas, equipamentos mecânicos, eletrodomésticos, entre outros, não menos importantes.
Fonte: WEG.
FIGURA 1. Motor de indução trifásico
No estator encontram-se os componentes a seguir:
1 – Carcaça que é a estrutura suporte do conjunto de construção robusta em ferro fundido, aço ou alumínio injetado, resistente à corrosão e com aletas para refrigeração.
2 – Núcleo de chapas que são de aço magnético tratadas termicamente para reduzir ao mínimo as perdas no ferro.
8 – Enrolamento trifásico composto por três conjuntos iguais de bobinas, uma para cada fase, formando um sistema trifásico ligado a uma rede trifásica de alimentação.
No rotor encontram-se os componentes a seguir:
7 – Eixo que transmite a potência desenvolvida pelo motor. É tratado termicamente para evitar problemas como empenamento e fadiga.
3 – Núcleo de chapas que possuem as mesmas características das chapas do estator.
12 – Barras e anéis de curto-circuito que são de alumínio injetado sob pressão numa única peça.
Outras peças são a 4 – Tampa, 5 – Ventilador, 6 – Tampa defletora, 10 – Terminais, 9 – Caixa de ligação, 11 – Rolamentos.
O motor elétrico distingue-se principalmente por essas duas peças citadas acima. O estator, conjunto de elementos fixados à carcaça da máquina, e o rotor, conjunto de elementos fixados em torno do eixo, internamente ao estator. Pela terminologia o enrolamento de armadura é o grupo de bobinas que conduz corrente alternada (AC). Nas máquinas AC, este está no denominado ESTATOR e nas máquinas DC, este está no chamado ROTOR. Já o enrolamento de campo é o grupo de bobinas que conduz corrente contínua (DC) e é usado para produzir o fluxo principal de operação da máquina. Nas máquinas AC, este está no ROTOR e nas máquinas DC, este está no ESTATOR.
Todo o motor apresenta suas principais características elétricas escrita sobre o mesmo ou em uma placa de identificação. Os principais dados elétricos são: tipo de motor, tensão nominal, corrente nominal, frequência, potência mecânica, velocidade nominal, esquema de ligação, grau de proteção, temperatura máxima de funcionamento, fator de serviço, entre outras. Na figura abaixo se tem um exemplo de uma placa de identificação.
Fonte: WEG.
FIGURA 2. Placa de identificação.
I. Motores de corrente alternada
Neste tipo de motor, o fluxo magnético do estator é gerado nas bobinas de campo pela corrente alternada da fonte de alimentação monofásica ou trifásica, assim trata-se de um campo magnético cuja intensidade varia continuamente e cuja polaridade é invertida periodicamente. Destaca-se a classificação dos motores elétricos de corrente alternada conforme figura a seguir:
Fonte: WEG.
FIGURA 3. Classificação dos motores elétricos CA.
Quanto ao rotor, existem dois casos a considerar como se segue:
a) Motores síncronos: o rotor é constituído por um ímã permanente ou bobinas alimentadas sem corrente contínua mediante anéis coletores. Neste caso, o rotor gira com uma velocidade diretamente proporcional a frequência da corrente no estator e inversamente proporcional ao número de polos magnéticos do motor. Possui velocidade constante e constitui-se a sua principal aplicação. São utilizados somente para grandes potências devido ao seu alto custo de fabricação.
São fabricados especialmente para atender as necessidades de cada aplicação, como por exemplo, em siderurgia (laminadores, ventiladores, bombas, compressores) e química e petroquímica (compressores, ventiladores, exaustores).
b) Motores assíncronos ou de indução: o rotor possui vários condutores conectados em curto-circuito no formato de uma “gaiola de esquilo”. O campo magnético variável no estator induz correntes senoidais nos condutores da gaiola do rotor. Estas correntes induzidas, por sua vez, criam um campo magnético no rotor que se opõe ao campo indutor do estator (Lei de Lenz). Como os polos de mesmo nome se repelem, então há uma força no sentido de giro no rotor que gira com uma velocidade um pouco inferior à velocidade síncrona, isto é, a velocidade da corrente do campo. Como é um pouco inferior, diz que este motor é assíncrono, isto é, sem sincronia. Observe que este motor não consegue partir, isto é, acelerar desde a velocidade zero até a nominal. As forças que atuam nas barras curto-circuitadas se opõem uma à outra, impedindo o giro. Então, na partida, utiliza-se uma bobina de campo auxiliar, defasada de 90º das bobinas de campo principal, que cria um campo magnético auxiliar na partida. Assim, o fluxo resultante inicial está defasado em relação ao eixo das abcissas, e produz um torque de giro (par binário). Após a partida, não há mais a necessidade do enrolamento auxiliar, pois a própria inércia do rotor compõem forças tais que mantém o giro.
Atualmente possui uma grande aplicação tanto na indústria como em utilizações domésticas, dada a sua grande robustez, baixo preço, arranque fácil (pode mesmo ser direto, em motores de baixa potência). Não possui coletor (órgão delicado e caro) tratando-se de uma gaiola de esquilo, não produz faíscas e tem uma manutenção muito mais reduzida do que qualquer outro motor.
Portanto, como foi visto, os motores elétricos são indispensáveis em nosso dia a dia, seja em casa ou na indústria, e com a elaboração desse trabalho podemos perceber as grandes vantagens das máquinas que funcionam com corrente alternada e notar que a grande diferença entre uma máquina síncrona e assíncrona é que a primeira tem sua rotação fixa (sincronizada), ou seja, a rotação e a frequência trabalham em sincronismo. Já a segunda é muito semelhante à primeira no seu aspecto geral, mas sendo que sua rotação não trabalha em sincronismo com a frequência, causando uma perda ou escorregamento.
Referências
[1] C. Geraldo, Máquinas Elétricas: Teoria e Ensaios. 4. ed. São Paulo: Érica, 2011.
[2] WEG SA. [Online]. Disponível: http://www.weg.net/.
[3] Máquinas elétricas ESTG-IPL. [Online]. Disponível: www.ufsm.br/conversao/maquinas-sincronas-assincronas.pdf.
[4] Máquinaselétricas aulas [Online]. Disponível: http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/farias/materiais.
Sobre o Autor
Renan Cardoso de Oliveira nasceu no dia 13/12/1986 na cidade do Rio de Janeiro e tem 28 anos de idade. É estudante de graduação no curso de engenharia mecânica na faculdade Estácio de Sá (UNESA). Atualmente, ele trabalha como sargento na Força Aérea Brasileira e atua na área onde se pode trabalhar depois de formado, porém desempenhando a função de técnico em mecânica automotiva no setor de gerência em manutenção.
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