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Motores síncronos O motor síncrono recebeu este nome porque o seu rotor gira com a mesma velocidade do campo magnético girante produzido no enrolamento trifásico do estator (velocidade cincrona) Graças a seu fator de potência elevado e variável são também usados na correção de fator de potência, necessitando de fonte de corrente contínua ou retificada para sua excitação, além de exigirem um complexo equipamento de controle. São semelhantes aos alternadores vistos com a única diferença na forma como é feito o enrolamento do rotor O estator é alimentado com corrente alternada (campo girante em trifásicos) enquanto que o rotor é alimentado com corrente contínua, assim como no alternador, proveniente da excitatríz (pequeno dínamo) montado no próprio eixo do rotor. Um motor síncrono pode funcionar como alternador se fornecer força mecânica em seu eixo apesar de não ser construído para isso Vantagens · Alto rendimento. · Corrigir o fator de potência da rede · Características de partida especiais · Velocidade constante sob variações de carga · Manutenção reduzida. Princípio de funcionamento Motor Síncrono Trifásico (mais utilizado que o monofásico) Como no motor de indução, o estator é energizado com tensão trifásica gerando o campo magnético girante. O rotor é alimentado pela excitatriz com tensão CC se transformando num eletroímã que tenta se alinhar com os polos norte e sul instantâneos do campo magnético girante. Quando o campo magnético gira, o rotor gira em sincronismo com o campo. Quando o campo magnético girante é forte, ele exerce uma intensa força de torção sobre o rotor (torque ou conjugado), e este, portanto, se torna capaz de acionar uma carga. Se o rotor sair do sincronismo (se desacoplar magneticamente) não se desenvolve nenhum torque e o motor para. Assim, ou o motor síncrono funciona à velocidade síncrona ou não funciona. A velocidade do campo magnético girante depende da frequência da rede CA. Como a frequência da rede é constante, os motores síncronos são, na prática, motores de uma única velocidade ns. Observe que em um motor síncrono, operando a velocidade síncrona, não há fem induzida no rotor, pois não há movimento relativo entre o campo girante e o rotor. (S=0) Partida Uma das desvantagens do motor síncrono puro é que ele não pode partir de uma posição de repouso apenas com a aplicação da tensão CA trifásica ao estator. Como o motor síncrono desenvolve um torque somente quando gira na velocidade síncrona, ele não tem partida própria e consequentemente precisa de algum dispositivo que faça o rotor girar até atingir a velocidade síncrona. No processo de partida de um motor síncrono o seu rotor deve ser levado até uma velocidade suficientemente próxima da síncrona, para que ele possa se acoplar magneticamente com o campo girante e entrar em sincronismo. Um tipo de partida simples é usando um outro motor, seja CA ou CC, que leva o rotor até aproximadamente 90% da sua velocidade síncrona. O motor de partida é então desligado e o rotor acompanha o campo rotativo. Um outro método de partida é um enrolamento secundário do tipo “gaiola” no rotor. Este enrolamento de indução leva o rotor até uma velocidade quase síncrona (basicamente um motor de indução temporário) e, é quando a corrente contínua é ligada aos enrolamentos do rotor, fazendo ele entrar em sincronismo com o campo. Quando a gaiola está em sincronismo com o campo girante, não é mais induzida FEM nela. Partes construtivas Estator Constituído por um pacote laminado de chapas de aço silício de alta qualidade, com ranhuras para alojar o enrolamento do estator, que opera com alimentação de potência em corrente alternada para gerar o campo magnético girante. Rotor O rotor pode ser construído com pólos lisos ou salientes dependendo das características construtivas do motor e da aplicação. Consiste nas partes ativas giratórias compostas da coroa do rotor, o enrolamento de campo e o enrolamento amortecedor. Em funcionamento, os polos se alinham magneticamente pelo entreferro e giram em sincronismo com o campo girante do estator. Os eixos são fabricados em aço forjado e usinados conforme as especificações. A ponta de eixo normalmente é cilíndrica ou flangeada. Carcaça Sua função principal é apoiar e proteger o motor, alojando também o pacote de chapas e enrolamentos do estator. Podem ser construídas nos tipos horizontal e vertical e com grau de proteção de acordo com as necessidades do ambiente. A carcaça é construída em chapas e perfis de aço soldado, formando um conjunto sólido e robusto que é a base estrutural da máquina. Esse tipo de construção proporciona excelente rigidez estrutural, de maneira a suportar esforços mecânicos provenientes de eventuais curtos-circuitos e vibração, capacitando o motor à atender as mais severas solicitações. Mancais Em função da aplicação, os motores síncronos podem ser fornecidos com mancais de rolamento ou mancais de deslizamento. Mancais de Rolamento Estes mancais são normalmente constituídos de rolamento de esferas ou de rolos cilíndricos, dependendo da rotação e dos esforços axiais e radiais a que são submetidos, sendo que em algumas aplicações podem ser utilizados rolamentos especiais. Os mancais de rolamentos podem ser lubrificados à óleo ou graxa. Mancais de Deslizamento Os mancais de deslizamento podem ter lubrificação natural (auto lubrificáveis) ou lubrificação forçada (lubrificação externa) EXCITATRIZ Sua função é fornecer corrente magnetizante para o bobinado de campo do motor. A excitatriz brushles (sem escovas) é composta pelo rotor, estator, diodos retificadores e circuito de disparo. A excitatriz estática é composta de anéis coletores e escovas e depende de uma fonte externa para alimentação do campo do motor. Excitatriz estática (com escovas) Motores Síncronos com excitatriz do tipo estática são constituidos de anéis coletores e escovas que possibilitam a alimentação de corrente Frequência dos pólos do rotor através de contato deslizante. A Corrente Contínua para alimentação dos polos deve ser proveniente de um conversor e controlador estático CA/CC. A excitatriz estática atualmente está sendo muito utilizada em aplicações com variação de velocidade através de Inversores de Frequência Excitatriz brushless (sem escovas) Motores Síncronos com sistema de excitação brushless possuem uma excitatriz girante, normalmente localizada em um compartimento na parte traseira do motor. A excitatriz funciona como um gerador de corrente alternada onde o rotor que fica localizado no eixo do motor, possui um enrolamento trifásico e o estator é formado por pólos alternados norte e sul alimentados por uma fonte de corrente contínua externa. Motores monofásicos Motor monofásico É um tipo de motor que possui apenas um conjunto de bobinas e sua alimentação é feita por uma única fase de corrente alternada. Dessa, forma eles absorvem energia elétrica de uma rede monofásica e transformam-na em energia mecânica. Os motores monofásicos são empregados para cargas que necessitam de motores de pequena potência como, por exemplo, motores para ventiladores, geladeiras, furadeiras portáteis Tipos de motores monofásicos Tipos de motores monofásicos De acordo com o funcionamento, os motores monofásicos podem ser classificados em dois tipos: Motor Universal e Motor de Indução Motor universal Os motores do tipo universal podem funcionar tanto com corrente contínua quanto com corrente alternada, daí a origem de seu nome. O motor universal é o único motor monofásico cujas bobinas do estator são ligadas eletricamente ao rotor por meio de dois contatos deslizantes (escovas). Esses dois contatos, por sua vez, ligam em série o estator e o rotor. É possível inverter o sentido do movimento de rotação desse tipo de motor, invertendo apenas as ligações das escovas, ou seja, a bobina ligada a escova deverá ser ligada à outra escova e vice-versa. Os motores universais apresentam conjugado de partida elevado e tendência a disparar, mas permitem variar a velocidade quando o valor de tensão de alimentação varia. Sua potência não ultrapassa a 500W ou 0,75cv e permite velocidades de 1.500 a 15.000 rpm. Esse tipo de motor é o motor mais empregado e está presente em máquinas de costura, liquidificadores, enceradeiras e outros eletrodomésticos, e também em máquinas portáteis, como furadeira, lixadeira e serras. Funcionamento A construção e o princípio de funcionamento do motor universal são iguais ao do motor em série de corrente contínua. Quando o motor universal é alimentado por corrente alternada, a variação do sentido da corrente provoca variação no campo, tanto do rotor quanto do estator. Dessa forma, o conjugado continua a girar no mesmo sentido inicial, não havendo inversão do sentido de rotação. Motores de indução Os motores de indução possuem um único enrolamento no estator. Esse enrolamento gera um campo magnético que se alterna juntamente com as alternâncias da corrente. Nesse caso, o movimento provocado não é rotativo. Funcionamento Quando o rotor estiver parado, o campo magnético do estator, ao variar sua polaridade entre norte e sul, induz no rotor uma corrente induzida. O campo gerado no rotor, devido a corrente induzida, tem polaridade oposta a do estator. Assim, a oposição dos campos exerce um conjugado na parte inferior e superior do rotor, o que tenderia girá-lo 180° de sua posição original. Como o conjugado é igual em ambas as direções, pois as forças são exercidas pelo centro do rotor e em sentidos contrários, o rotor continua parado. Por esse motivo os motores monofásicos têm seu acionamento diferente dos motores trifásicos, vejamos os tipos de acionamentos: · Método fase dividida: · Método com capacitor de partida: Também faz uso de um enrolamento auxiliar só que ligado em série com um capacitor de partida, que faz com que o atraso entre as bobinas seja maior que no método anterior, aumentando o conjugado de partida. · Método com capacitor de partida e capacitor de marcha: nesse método, como nos outros, também se faz uso do enrolamento auxiliar, só que nesse caso o enrolamento auxiliar não é desligado. O funcionamento é o seguinte: quando o motor é ligado, os dois capacitores estão ligados em paralelo (partida e marcha). Quando o motor atinge 75% da velocidade nominal, o interruptor desliga o capacitor de partida deixando sempre o enrolamento ligado e com o capacitor de marcha ligado com ele. · Método com capacitor permanente: nesse caso o enrolamento auxiliar (junto com um capacitor de marcha) fica ligado permanentemente, esse método é empregado principalmente em ventiladores de teto. · Método com bobina de arrastamento: nesse método o motor não possui enrolamento auxiliar, no estator do motor se constrói duas bobinas (além da principal), geralmente com uma ou duas voltas de fio, com uma espessura razoavelmente grande, essas bobinas ficam curto-circuitadas e se localizam numa porção de cada polo do estator, com a energização do motor a bobina principal induz nessas bobinas uma corrente fazendo que elas criem um campo magnético defasado da principal e inicie o movimento do motor. Vantagens e desvantagens do motor monofásico Vantagens · São mais baratos para produzir; · São eficientes em suas aplicações; · São mais práticos ao realizar ligações; · Economizam energia; · São a melhor solução para redes monofásicas. Desvantagens · Um custo mais caro do que um trifásico de potência similar; · Entre 60% a 70% menos potência do que um trifásico de mesmo tamanho; · Desempenho menor; · Custo maior de manutenção, já que têm mais componentes auxiliares.
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