Maquinas Sincronas

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Introdução às Máquinas Elétricas
� Campos Magnéticos;
� Tensão Gerada;
� Torque Eletromagnético;
� Aspectos Construtivos
Introdução às Máquinas Elétricas:
Campos Magnéticos
Eixo Magnético
Linhas de Campo de um Enrolamento
Rotórico Bipolar Concentrado
ESTATOR
ROTOR
Indução Magnética no
Entreferro
Posição
x
Bg
Passo Polar
piD
Campo Magnético no
Entreferro
Posição
x
Hg
Passo Polar
piD
Introdução às Máquinas Elétricas:
Campos Magnéticos
Enrolamento Distribuído
com Quatro PolosEnrolamento de P Pólos:
• Passo Polar =
•
P
D
P
pi
τ =
maggeom P
θθ 2=
Introdução às Máquinas Elétricas:
Campos Magnéticos
• Campos estacionários: bobina 
estacionária alimentada em c.c.
• Campos girantes: bobina girante
alimentada em c.c. 
• Campos pulsantes: bobina 
alimentada em c.a.
Introdução às Máquinas Elétricas:
Campos Magnéticos
Campo Magnético Estacionário produzido em Máquina de C.C.
Introdução às Máquinas Elétricas:
Campos Magnéticos
Campo Girante Produzido por Enrolamentos Polifásicos
Introdução às Máquinas Elétricas:
Tensão Gerada
Uma mudança no campo magnético que atravessa um 
determinado condutor induz uma diferença de potencial 
sobre este condutor.
Na figura pode-se observar que a bobina inferior não 
possui fonte de tensão, logo o aparecimento de corrente 
que faz a lâmpada acender é devido a variação de campo 
magnético.
Considere um imã permanente produzindo uma indução 
B que corta um condutor de comprimento l que se move 
com velocidade v. Uma tensão será induzida nos termi-
nais deste condutor.
lvBU ..====
Introdução às Máquinas Elétricas:
Tensão Gerada
Φ= ....44,4 fNkU wbob
Seja um condutor de comprimento l, em movimento relativo a velocidade v dentro 
de um campo de indução magnética normal B(x) :
B(x)
x
τP
v
lxBvui ).(.= Tensão induzida no condutor
Valor eficaz da tensão induzida em uma bobina
de uma máquina é calculado por:
onde kw depende do projeto do enrolamento.
Introdução às Máquinas Elétricas:
Torque Eletromagnético
liBF ..=
Introdução às Máquinas Elétricas:
Torque Eletromagnético
Em Máquinas Elétricas tem-se uma 
produção de conjugado em função da
interação entre campos magnéticos 
(Conjugado Síncrono).
Condições para existência de conjugado 
médio não-nulo:
» campos com mesmo número de 
pólos;
» campos estacionários entre si.
( )δδδδ
µµµµ
pipipipi
sen
2
lg
2 maxmax rso
e BB
DPT −=
Introdução às Máquinas Elétricas:
Torque Eletromagnético
Em Máquinas de Pólos Salientes ainda tem-se, além do conjugado síncrono, uma 
produção de conjugado por interação de um campo magnético e uma estrutura 
de relutância variável (Conjugado de Relutância).
Condições para existência de conjugado de relutância:
» número de peças ferromagnéticas sub-múltiplo do número de pólos;
» campo e peças ferromagnéticas estacionários entre si
( )δδδδpipipipi 2sen
42
2
max2 se H
PT Ρ−=
Introdução às Máquinas Elétricas:
Torque Eletromagnético
Máquinas Elétricas segundo sua Geometria:
• Máquinas com entreferro constante: rotor cilíndrico;
• Máquinas a pólos salientes.
Introdução às Máquinas Elétricas:
Aspectos Construtivos
ESTATOR: 
� Enrolamento de Armadura: 
enrolamento trifásico distribuído simétrico equilibrado conectado a fonte trifásica 
simétrica equilibrada, tendo a função de enrolamento de potência
ROTOR:
� Enrolamento de Campo: 
responsável pela excitação da máquina (produção de campo magnético) 
alimentado em c.c.
� Campo concentrado:máquinas de polos salientes;
� Campo distribuído: máquinas de polos lisos;
� Enrolamentos amortecedores: 
responsável pelo amortecimento de oscilações mecânicas e pode funcionar como 
enrolamento de partida em motores síncronos
� Enrolamento em gaiola: nas sapatas polares;
� Ferro sólido do circuito de rotor (efeito de correntes de Foucault): polos lisos
Máquina Síncrona Convencional
Motor síncrono a ímãs permanentes
� Características construtivas:
�Estator: enrolamentos das fases de estator 
semelhante à máquina de indução, com aço 
laminado para alojar os condutores das 
bobinas;
�Rotor: O rotor, cujo núcleo pode ser em 
ferro sólido, possui um certo número de 
pares de ímãs permanentes distribuídos ao 
longo de sua periferia. 
Motor síncrono a ímãs permanentes
� Ímãs permanentes:
� Os progressos registrados no domínio dos novos 
materiais magnéticos reincentivaram um grande 
desenvolvimento das máquinas síncronas a ímãs 
permanentes, 
� Com os modernos materiais à base de terras raras, 
entre os quais se destacam os de samário-cobalto e 
os de neodímio-ferro-boro, o fluxo de excitação pode 
ser criado, com grande coercividade, através de 
magnetos de espessura muito pequena e com baixa 
densidade. 
Motor síncrono a ímãs permanentes
� Vantagens da utilização de ímãs permanentes:
� Eliminação dos anéis e escovas, eliminando assim as 
perdas de rotor;
� Eliminação de perdas joulicas, uma vez que os ímãs 
são não – condutores;
� Redução por conseqüência do tamanho das 
máquinas;
� Apresenta grande adaptação às características de 
projeto desejadas pelo tipo e arranjo dos ímãs. 
Motor síncrono a ímãs permanentes
� Tecnologias de construção: as diferentes 
características construtivas das máquinas síncronas a ímã 
permanentes estão associadas sobretudo à questão de 
otimização de custos de instalação e manutenção. Procurando 
atender a certos fatores limitantes, as principais tecnologias em 
estudo são:
� Máquinas permanentemente excitadas com campo de 
entreferro radial;
� Máquinas permanentemente excitadas com campo de 
entreferro axial;
� Máquinas de fluxo transverso;
Motor síncrono a ímãs permanentes
Máquinas a imãs de fluxo radial
Imãs superficiais Imãs interiores
Introdução às Máquinas 
Elétricas:
Características:
� Campos girantes;
� Reação de armadura;
� Rotor gira na velocidade dos 
campos magnéticos
� Torque por variação angular:
� Amortecimento pobre
Máquina Síncrona
FmmR
FmmS
δSR
Wr
We
SRRSg
DLP
e FFT δ= pi sen..22
re WW =
Princípios de Operação
Introdução às Máquinas Elétricas:
ESTATOR: 
� Enrolamento trifásico distribuído simétrico 
equilibrado alimentado por fonte trifásica 
simétrica equilibrada.
ROTOR:
� Rotor bobinado (em anéis): enrolamento 
trifásico simétrico equilibrado conectado a 
fonte externa ou a circuitos passivos 
externos;
� Rotor em gaiola (em barras): enrolamento 
polifásico constituído por barras condutoras 
conectadas em curto-circuito por anéis 
condutores terminais;
Máquina Assíncrona
Rotor em Gaiola
Rotor Bobinado
Aspectos Construtivos
Introdução às Máquinas 
Elétricas:
Máquina Assíncrona
Sr.”Campo do estator”Sr. “Rotor”
Srta. Campo do Rotor
we
wr
wR
• Princípio de operação está associado ao conceito de velocidade relativa;
• Escorregamento = Velocidade da tartaruga/ Velocidade do homem.
Frequência das correntes de rotor: 0-2Hz;
Frequência das correntes de estator: 60Hz.
Rre WWW +=
Princípios de Operação