Guia de Geradores e Motores Síncronos: Funcionamento

Geradores

O funcionamento dos geradores está baseado na Lei da Indução Eletromagnética de Faraday. Toda vez que um circuito elétrico ficar sujeito a um fluxo magnético variável, será induzida uma força eletromotriz (fem) no mesmo. O gerador transforma energia mecânica fornecida no seu eixo em energia elétrica sob a forma de tensão alternada. A energia mecânica fornecida no eixo dos geradores vem, em grande parte, da força das águas dos rios (usina hidrelétrica), da pressão do vapor (usina térmica) e da força dos ventos (usina eólica).

• Indutor: Cria o campo magnético que excita o alternador. São os polos da máquina; é alimentado em CC (corrente contínua) e consome de 1% a 7% da potência nominal do gerador.
• Induzido ou Armadura: São os enrolamentos onde se induzirão as fems.
• Anéis Coletores e Escovas: Têm por função retirar a energia gerada pela máquina ou levar uma tensão CC para o seu circuito rotórico.

Barramento Infinito: Para colocar um gerador em barramento infinito, é necessário impor ao novo gerador as mesmas tensões eficazes e a mesma sequência de fases do sistema externo, além de impor ao novo gerador as mesmas tensões instantâneas em cada par de terminais a serem interligados.

Associação de Geradores em Paralelo:

• Vantagens: O sistema de geração de uma estação ou indústria tem uma maior confiabilidade se utilizarmos várias unidades menores do que uma grande unidade geradora.
• O rendimento do sistema com várias unidades é maior.
• À medida que a demanda aumenta, é mais econômico acoplar unidades de menor porte em paralelo com as outras unidades.

Condições necessárias para ligar o gerador síncrono em paralelo:

• Sequência de fases iguais;
• Frequência igual;
• Mesma tensão eficaz;
• Sincronismo de fases.

O induzido estacionário e polos girantes é mais vantajoso porque é mais fácil isolar um membro parado do que um rotativo, e tem menor quantidade e tamanho dos anéis.

Comportamento sob carga:

• Gerador com carga puramente resistiva: Frequência e tensão são constantes e é excitado normalmente. Há torque freante.
• Gerador com carga puramente indutiva: Diminui a tensão, corrente atrasada de 90º. Para regularmos a tensão, devemos superexcitá-lo; absorve potência reativa.
• Gerador com carga capacitiva: Fluxo resultante maior, tensão aumenta. Para mantermos a tensão constante, devemos subexcitá-lo; fornece potência reativa.
• Gerador resistivo-indutivo: Absorve potência ativa e reativa-indutiva. Deve-se superexcitá-lo e aumentar a potência mecânica para compensar a queda de tensão.
• Gerador resistivo-capacitivo: Absorve potência ativa e fornece reativa-indutiva. Devemos subexcitá-lo e aumentar a potência mecânica.
• Associação de duas fontes em paralelo: Tensões iguais e mesma polaridade.

Motor Síncrono

O motor síncrono tem como função transformar a energia elétrica em energia mecânica. A velocidade de rotação é proporcional à frequência de alimentação. Este motor pode ter seu rotor constituído por um eletroímã e ser alimentado por corrente contínua (CC) ou constituído por ímãs permanentes. Como não há diferença entre a velocidade do rotor e a velocidade síncrona, denomina-se síncrono.

Princípio de Funcionamento: O motor síncrono possui enrolamentos no rotor que, quando alimentados com tensão trifásica defasada de 120º entre si, são circulados por corrente de mesma defasagem. Estas correntes, variantes no tempo, dão origem a um campo magnético girante, com velocidade proporcional à frequência de alimentação do motor e ao número de pares de polos do rotor. O rotor do motor síncrono é constituído do mesmo número de pares de polos do estator; logo, os polos de mesmo nome formados no estator arrastam os polos de nomes diferentes do rotor.

O motor não tem partida própria, necessitando, portanto, que o rotor seja arrastado até a velocidade síncrona por um meio auxiliar.

Métodos de arranque:

• Motor auxiliar;
• Conversor de frequência;
• Gaiola de esquilo.

Estados de Excitação:

• Motor síncrono subexcitado: EF, >
• Motor síncrono excitado normalmente: FP = 1, absorve apenas potência ativa.
• Motor síncrono superexcitado: FP capacitivo. O motor absorve potência ativa e fornece potência reativa indutiva (ou absorve potência reativa capacitiva).