Maquinas Sincronas

Introdução à Máquina Síncrona

1. Introdução

Esta apostila descreve resumidamente as principais características construtivas e tecnológicas

das máquinas síncronas. Também são abordados os processos de geração de tensão nos terminais

da máquina em vazio.

Assim como as máquinas de corrente contínua e as máquinas de indução (assíncronas), as

máquinas síncronas podem ser utilizadas tanto como motores como geradores. Devido a razões

construtivas e ao seu custo maior em relação às máquinas de indução, elas são entretanto mais

utilizadas como geradores. Como motores elas são em geral utilizadas em altas potências (acima

de 600 CV), onde apresentam vantagens importantes em relação aos motores de indução. Por

outro lado, máquinas síncronas a imãs permanentes vem tendo uma utilização cada vez maior

em baixas e médias potências especialmente quando se necessita de velocidade variável, alto

rendimento e respostas dinâmicas rápidas. Tanto as máquinas síncronas tradicionais de rotor

bobinado como as máquinas síncronas a imãs permanentes necessitam em geral um conversor

para o seu acionamento e controle, caso seja necessários que elas operem como motor com

velocidade variável.

Uma utilização típica da máquina síncrona funcionando como gerador é em centrais elétricas,

independente do seu tipo (hídrica, a carvão, a diesel, etc...). Praticamente toda a energia

elétrica disponível é produzida por geradores síncronos em centrais elétricas; eles convertem,

assim energia mecânica em elétrica. Geradores síncronos também são utilizados para geração de

energia elétrica em centrais de pequeno porte e em grupos geradores de emergência, os quais

são instalados em indústrias, hospitais, aeroportos, etc... Neste caso o gerador não está ligado a

um grande sistema de energia, mas funcionando de forma isolada.

2. Princípio de Funcionamento do Gerador Síncrono

A máquina síncrona é composta do estator, que aloja um enrolamento monofásico ou trifásico e

onde será induzida tensão pelo movimento do rotor. No enrolamento do estator será induzida

uma tensão alternada, a qual produzirá uma corrente igualmente alternada quando o mesmo se

encontrar sob carga. O rotor contém um enrolamento que é alimentado com corrente contínua e

que serve para criar campo magnético principal na máquina.

O princípio de funcionamento de um gerador é muito semelhante ao de uma máquina de

corrente contínua (figura 1). Conforme foi visto em disciplinas anteriores, sempre que houver

um movimento relativo entre um condutor e um campo magnético haverá uma tensão induzida

no condutor. No caso da máquina síncrona os condutores são fixos na armadura e o campo

magnético é forçado pela máquina primária a se mover. Por sua vez, a máquina primária é

acoplada mecanicamente ao rotor onde estão alojados os pólos e exerce sobre eles uma força

fazendo-os girar. O movimento relativo entre o campo e o condutor faz com que surja uma

tensão nos terminais do gerador. Ao ser ligado a uma carga a tensão induzida faz com que

circule corrente pelo gerador e pela carga. A potência mecânica transferida pela máquina

primária é assim convertida em energia elétrica (descontadas as perdas). O enrolamento de

campo (alojado nos pólos) é alimentado por uma fonte de corrente contínua por meio de anéis

deslizantes. Existem sistemas em que não existem anéis e escovas, sendo que a tensão contínua

necessária ao enrolamento de campo é fornecida por meio de um sistema de excitação estático

(brushless), formado por uma ou mais excitatrizes montadas no eixo e por dispositivos a base deApostila 2 - Conversão de Energia B - Introdução à Máquina Síncrona 2

semicondutores. O gerador síncrono produz uma tensão do tipo alternada senoidal, podendo ser

monofásica ou trifásica.

Numa máquina existem não apenas um condutor sendo movimentado no campo magnético, mas

uma série de condutores ligados em série, fazendo com que a potência convertida seja maior

que no caso de apenas um condutor. Com este arranjo a potência da máquina é maior,

aumentando o grau de aproveitamento dos materiais.

3. Partes Construtivas Principais

As partes construtivas principais de um gerador síncrono são mostradas na figura 1 de forma

esquemática e são discutidas brevemente no que segue.

3.1 Estator

O estator da máquina síncrona é muito semelhante ao de um motor de indução. É composto de

chapas laminadas dotadas de ranhuras axiais onde é alojado o enrolamento do estator. As chapas

possuem características magnéticas de alta permeabilidade, criando um caminho magnético de

baixa relutância para o fluxo, diminuindo assim o fluxo disperso e concentrando o campo no

entreferro. A construção do rotor a partir de chapas tem a mesma justificativa que para os

demais