Máquina síncrona

Uma máquina síncrona é uma máquina elétrica cuja rotação é proporcional à frequência da rede à qual está conectado.

Gerador Síncrono

Um dos tipos mais importantes de máquinas elétricas rotativas é o Gerador Síncrono, esta máquina é capaz de converter energia mecânica em eléctrica quando operada como gerador e energia eléctrica em mecânica quando operada como motor.

Os Geradores Síncronos são utilizados na grande maioria das Centrais Hidroeléctricas e Termoeléctricas.

O nome Síncrono se deve ao fato de esta máquina operar com uma velocidade de rotação constante sincronizada com a frequência da tensão eléctrica alternada aplicada aos terminais da mesma, ou seja, devido ao movimento igual de rotação, entre o campo girante e o rotor é chamado de máquina síncrona (sincronismo entre campo do estator e rotor).

Partes constituintes do Gerador Síncrono

Rotor (campo)

Parte girante da máquina, constituído por um material ferromagnético envolto num enrolamento designado como enrolamento de campo, que tem como função produzir um campo magnético constante assim como no caso do gerador de corrente contínua para interagir com o campo produzido pelo enrolamento do estator.

A tensão aplicada nesse enrolamento é contínua e a intensidade da corrente suportada por esse enrolamento é muito menor que o enrolamento do estator, além disso o rotor pode conter dois ou mais enrolamentos, sempre em número par e todos conectados em série sendo que cada enrolamento será responsável pela produção de um dos pólos do eletroimã.

Estator (armadura)

Parte fixa da máquina, montada em volta do rotor de forma que o mesmo possa girar no seu interior, também constituído de um material ferromagnético envolto num conjunto de enrolamentos distribuídos ao longo da sua circunferência. Os enrolamentos do estator são alimentados por um sistema de tensões alternadas trifásicas.

Pelo estator circula toda a energia eléctrica gerada, sendo que tanto a tensão quanto a corrente elétrica que circulam são bastante elevadas em relação ao campo(rotor), que tem como função apenas produzir um campo magnético para "excitar" a máquina de forma que seja possível a indução de tensões nos terminais dos enrolamentos do estator.

Comparemos, por exemplo, um gerador de grande porte no qual circulam 18kV e 6556A no estator contra 350V e 1464A no rotor.

Princípio de funcionamento

Operação como Gerador Síncrono

Ao operar como gerador, a energia mecânica é fornecida à máquina pela aplicação de um torque e pela rotação do eixo/veio da mesma, a fonte de energia mecânica pode ser, por exemplo, uma turbina hidráulica, a gás ou a vapor. Uma vez estando o gerador ligado à rede elétrica, a tensão aos seus terminais é ditada pela frequência de rotação e pelo número de polos: a frequência da tensão trifásica gerada depende directamente da velocidade da máquina.

Para que a máquina síncrona seja capaz de efectivamente converter a energia mecânica aplicada no seu eixo/veio, é necessário que o enrolamento de campo localizado no rotor da máquina seja alimentado por uma fonte de tensão contínua de forma que ao girar o campo magnético gerado pelos pólos do rotor tenham um movimento relativo aos condutores dos enrolamentos do estator.

Devido a esse movimento relativo entre o campo magnético dos pólos do rotor, a intensidade do campo magnético que atravessa os enrolamentos do estator irá variar no tempo, e assim teremos pela lei de Faraday uma indução de tensões aos terminais dos enrolamentos do estator. Devido à distribuição e disposição espacial do conjunto de enrolamentos do estator, as tensões induzidas aos seus terminais serão alternadas sinusóidais trifásicas.

A corrente eléctrica utilizada para alimentar o campo (enrolamento do rotor) é denominada corrente de excitação. Quando o gerador está a funcionar de forma isolada de um sistema elétrico (ou seja, está como uma ilha de potência), a excitação do campo irá controlar a tensão elétrica gerada. Quando o gerador está conectado a um sistema/rede elétrica que possui diversos geradores interligados, a excitação do campo irá controlar a potência reativa.

Operação como Motor Síncrono

Ao operar como Motor síncrono, a energia elétrica é fornecida à máquina pela aplicação de tensões alternadas trifásicas aos terminais dos enrolamentos do estator, além disso os enrolamentos de campo do rotor são alimentados por uma fonte de tensão contínua.

Como as tensões aplicadas aos enrolamentos do estator são alternadas e trifásicas, circulará nos mesmos uma corrente alternada de mesma frequência que a tensão, essa corrente produzirá campos magnéticos também alternados que variam no tempo.

Além disso, devido a disposição espacial dos enrolamentos no estator, esses campos magnéticos variantes no tempo também irão circular pelo estator, de forma que o campo magnético resultante irá rodar em torno da circunferência do estator com velocidade angular proporcional à frequência da tensão alternada aplicada nos enrolamentos.

Assim, quando um dos pólos do campo magnético gerado pelo enrolamento de campo do rotor interagir com o campo girante resultante do estator, tentará alinhar-se com o pólo de sinal oposto, e como o pólo do campo girante do estator está a girar, surgirá no rotor um binário de forças que gerarão um torque de forma que o rotor gire e mantenha os campos do enrolamento de campo do rotor e o campo girante do estator alinhados.

Com o surgimento do torque, o rotor girará seguindo o sentido e velocidade do campo girante do estator, logo, a velocidade angular do motor Síncrono estará sincronizada com a frequência da tensão alternada aplicada aos enrolamentos do estator.

Ver também

• Motor elétrico
• Motor de corrente alternada
• Sistema trifásico
• Equações de Maxwell
• Transformador
• Gerador de indução ou Gerador Assíncrono
• Gerador de Corrente contínua

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