Glossário de termos técnicos

Ângulo de cargaδ#

Em uma máquina síncrona o rotor não escorrega; em vez disso, fica atrás (motor) ou à frente (gerador) do campo do estator pelo ângulo de carga δ. O conjugado é proporcional a sen δ, com máximo em 90° elétricos em uma máquina de rotor liso (antes em uma de polos salientes). Além disso a máquina perde o sincronismo; a margem de estabilidade é o que resta até esse limite.

↑ Ao aumentar: A máquina entrega mais conjugado ou potência, até o limite de estabilidade perto de 90°.

Unidade

°

Fórmula

P = 3 · V · E_f · sin δ / X_s

Típico

0–90°

Ângulo de correnteθ_i#

O ângulo do vetor de corrente do estator medido a partir do eixo d; define como a corrente se divide entre fluxo e conjugado.

↑ Ao aumentar: Perto de 45° dá o máximo conjugado por ampère; um ângulo menor favorece o fluxo e um maior eleva a demanda de conjugado e a tensão necessária.

Unidade

°

Fórmula

θ_i = atan(i_q / i_d)

Ângulo de desligamento#

O ângulo de desligamento é a posição do rotor em que a tensão de fase é retirada. Depois disso a corrente não desaparece de uma vez: decai pelos diodos de roda livre enquanto a indutância do enrolamento resiste à variação. Se a corrente ainda circula quando o rotor passa o alinhamento e a indutância começa a cair, ela produz conjugado negativo (de frenagem). Por isso o ângulo de desligamento deve ser cedo o bastante para a corrente de cauda se extinguir e tarde o bastante para aproveitar a região de indutância crescente.

↑ Ao aumentar: A fase conduz por mais tempo: no início soma conjugado, mas a corrente pode ainda circular quando começa o conjugado negativo, o que reduz o rendimento.

Unidade

°

Ângulo de disparo do triacα#

O ângulo de disparo é o atraso, medido a partir da passagem por zero da tensão alternada, com que o triac é disparado. Até disparar, o motor não recebe tensão; depois o triac conduz até a corrente se anular. A 0° o motor vê a senoide completa e, conforme o ângulo cresce, a tensão eficaz cai (cerca de 70 % a 90° com carga resistiva). A onda recortada acrescenta harmônicos e ondulação de conjugado, o preço desse controle de velocidade barato.

↑ Ao aumentar: O triac conduz por uma parte menor de cada meio ciclo, então a tensão eficaz, o conjugado e a velocidade diminuem.

Unidade

°

Típico

0–180°

Ângulo de ligação#

Em um motor de relutância chaveado, uma fase produz conjugado positivo enquanto sua indutância aumenta, quando o polo do rotor se aproxima do alinhamento com o do estator. O ângulo de ligação é a posição do rotor em que a fase começa a ser energizada. Ligar cedo dá tempo para a corrente subir antes de o polo chegar, o que importa em alta velocidade, quando a força contraeletromotriz se opõe à subida. Se for cedo demais, a corrente circula mais tempo que o necessário e acrescenta perdas sem muito conjugado.

↑ Ao aumentar: A fase liga mais tarde, então se forma menos corrente antes do alinhamento dos polos: menos conjugado e menor corrente de pico.

Unidade

°

Ângulo de passo#

O ângulo de passo é quanto o eixo gira a cada pulso enviado ao driver. Os motores de passo híbridos típicos têm 1,8° (200 passos por volta) ou 0,9° (400 passos), definidos pelo número de dentes do rotor. O microparo divide ainda mais o passo completo moldando as correntes dos enrolamentos, o que suaviza o movimento e refina o posicionamento, embora essa resolução extra não traga a mesma exatidão nem conjugado. Com uma dada taxa de passos, um ângulo de passo maior significa um eixo mais rápido.

↑ Ao aumentar: Cada pulso gira mais o eixo: a resolução fica mais grossa e o movimento menos suave, mas a mesma taxa de passos dá mais velocidade.

Unidade

°

Fórmula

N = 360° / θ

Típico

0.9–1.8°

Ângulo de passo da páβ#

Ângulo em que as pás são giradas em torno do eixo longitudinal; alterá-lo muda a potência do vento captada pelo rotor.

↑ Ao aumentar: Aumentar o ângulo de passo reduz o Cp e a potência captada; assim a turbina limita potência e velocidade acima da velocidade nominal do vento.

Unidade

°

Ângulo do sincronoscópio#

O sincronoscópio mostra o ângulo de fase entre a tensão do gerador e a da rede. Se o gerador é um pouco mais rápido que a rede, o ângulo continua crescendo e o ponteiro gira em um sentido; se é mais lento, gira no outro. O objetivo é ajustar a velocidade até o ponteiro girar bem devagar e fechar o disjuntor quando ele passar por zero. Fechar com um ângulo diferente de zero causa um pico de corrente e um solavanco de torque até a máquina entrar em sincronismo.

↑ Ao aumentar: Um ângulo maior indica tensões mais defasadas; fechar então o disjuntor causaria uma corrente e um choque de torque maiores.

Unidade

°

Típico

0°

Autoexcitação#

Um gerador shunt alimenta o próprio enrolamento de campo com sua saída; o magnetismo residual inicia a tensão, que então cresce sozinha.

↑ Ao aumentar: A tensão só se estabelece com fluxo residual, campo ligado na polaridade correta e resistência de campo e velocidade dentro dos limites.

Capacitor de marcha#

Um enrolamento monofásico sozinho produz um campo pulsante, não girante. Um capacitor em série com o enrolamento auxiliar adianta sua corrente em relação à do principal, e quando as duas ficam a cerca de 90° no tempo e no espaço o campo gira de forma quase circular. O capacitor de partida é grande e é desligado após a partida; o de funcionamento é menor e permanece no circuito para melhorar conjugado, rendimento e fator de potência.

↑ Ao aumentar: Conjugado e rendimento melhoram até o campo ficar quase circular; além desse ponto ótimo a corrente auxiliar cresce demais e o campo volta a ser elíptico.

Unidade

µF

Capacitor de partida#

Capacitor grande em série com o enrolamento auxiliar durante a partida; uma chave centrífuga o desliga quando o motor chega perto da velocidade nominal.

↑ Ao aumentar: Um valor maior aumenta conjugado e corrente de partida, mas um excessivo aquece o enrolamento auxiliar. Diferente do de funcionamento, atua só na partida.

Unidade

µF

Carga de lâmpadas#

Um banco de lâmpadas é uma carga resistiva prática: cada lâmpada ligada é mais uma resistência em paralelo, de modo que a resistência total diminui e a corrente de carga aumenta. A corrente da armadura aumenta junto, e a tensão nos terminais cai pela queda na resistência da armadura e pela reação da armadura. Em um gerador em derivação, a tensão menor nos terminais também reduz a corrente de campo, e a tensão cai mais do que em uma máquina de excitação independente.

↑ Ao aumentar: Cada lâmpada adicionada puxa mais corrente e a tensão nos terminais cai mais; em um gerador em derivação, o campo mais fraco agrava a queda.

Carga elétrica#

Em ilha, o gerador é a única fonte, então os consumidores decidem quanta potência ativa ele deve fornecer. Uma carga maior tende a frear o rotor porque o torque elétrico supera o da turbina, e o regulador de velocidade precisa abrir a turbina para restabelecer a frequência. A corrente de carga também provoca queda de tensão na impedância do estator, que o regulador automático de tensão compensa aumentando a excitação. Uma carga acima da nominal superaquece a máquina ou excede a capacidade da turbina.

↑ Ao aumentar: Em ilha, se a potência da turbina não aumentar, caem a velocidade e a frequência; se a excitação não subir, a tensão também cai.

Unidade

kW

Carga mecânica#

A carga mecânica é o conjugado que a máquina acionada, como uma bomba, um ventilador ou uma esteira, exige do eixo; aqui é dada como porcentagem do conjugado nominal. O motor se estabiliza onde seu conjugado iguala o conjugado de carga: o de indução faz isso escorregando, o CC puxando mais corrente de armadura e o síncrono aumentando o ângulo de carga. Acima de 100 % o motor fica sobrecarregado e esquenta, e além do conjugado máximo ou de rotor bloqueado ele para.

↑ Ao aumentar: O motor puxa mais corrente e esquenta; a velocidade cai um pouco (o escorregamento sobe em um motor de indução) e o ângulo de carga de um síncrono aumenta.

Unidade

%

Típico

0–120 %

Ciclo de trabalho PWM#

A modulação por largura de pulso liga e desliga o barramento CC milhares de vezes por segundo. O ciclo de trabalho D é a fração de cada período em que a chave está ligada, de modo que a tensão média é D vezes a tensão do barramento. A indutância do motor alisa a corrente, que responde à média e não a cada pulso. Com 100 % o motor vê toda a tensão do barramento, e com 0 % nenhuma.

↑ Ao aumentar: O motor vê uma tensão média maior, então sua velocidade e seu conjugado sobem, e a corrente também.

Unidade

%

Fórmula

V_avg = D · V_dc

Típico

0–100 %

Circuito equivalente#

Um circuito equivalente substitui enrolamentos, ferro e entreferro por algumas resistências e reatâncias, de modo que correntes, conjugado e perdas são calculados com análise de circuitos comum. O modelo por fase do motor de indução tem resistência e dispersão do estator, um ramo de magnetização e um ramo de rotor com resistência R_r / s. Os simuladores resolvem esses modelos; supõem ferro linear e parâmetros constantes.

↑ Ao aumentar: Não é um único ajuste: cada elemento (resistência, reatância) altera corrente, conjugado ou perdas à sua maneira.

Coeficiente de acoplamentok#

O coeficiente de acoplamento k é a fração do fluxo produzido por um enrolamento que também enlaça o outro, com k = M / √(L₁ · L₂). Um transformador ideal tem k = 1. Em um real, parte do fluxo se dispersa pelo ar e enlaça apenas um enrolamento, o que aparece como indutância de dispersão (1 − k) · L e causa queda de tensão com carga. Transformadores de potência com núcleo de ferro chegam a 0,95 a 0,99, enquanto bobinas com núcleo de ar e fracamente acopladas, como na recarga sem fio, têm valores bem menores.

↑ Ao aumentar: Mais fluxo enlaça os dois enrolamentos, há menos indutância de dispersão e a tensão de saída cai menos com carga.

Típico

0.9–0.99

Coeficiente de potência (Cp)C_p#

Fração da potência cinética do vento que o rotor capta; nunca pode superar o limite de Betz de 16/27 ≈ 0,593.

↑ Ao aumentar: Um Cp maior significa que mais potência do vento vira potência mecânica; depende da razão de velocidade na ponta e do ângulo de passo.

Fórmula

P = ½ · ρ · A · v³ · C_p

Típico

0.35-0.48 in practice; Betz limit 0.593

Comando de velocidade#

O comando de velocidade é a velocidade-alvo do acionamento, dada como porcentagem da velocidade base, aquela em que o motor atinge a tensão nominal. Abaixo da velocidade base o acionamento sobe tensão e frequência juntas, então o fluxo e o conjugado máximo permanecem constantes. Acima de 100 % a tensão é limitada e aplica-se o enfraquecimento de campo: o conjugado disponível cai aproximadamente como 1/n e a potência fica quase constante, até atingir o limite de conjugado máximo.

↑ Ao aumentar: O acionamento pede mais velocidade; acima de 100 % o fluxo é enfraquecido e o conjugado disponível cai.

Unidade

%

Comprimento da via#

O comprimento da via é a distância ao longo da qual os trechos de estator são instalados, então o empuxo atua apenas nele. O simulador informa o tempo até o fim da via e a velocidade ali. Em uma via curta o veículo sai com a velocidade que ganhou, v = √(2 · a · L) com aceleração constante; em uma longa ele se aproxima da velocidade estável em que o empuxo iguala a força contrária, abaixo da síncrona.

↑ Ao aumentar: O veículo tem mais distância para acelerar: a velocidade no fim da via é maior, embora o percurso demore mais.

Unidade

m

ConjugadoT#

O conjugado é o efeito de rotação de uma força em torno do eixo do veio, T = F · r, medido em newton-metros. Ele é produzido no entreferro pela interação dos campos magnéticos do estator e do rotor e, na maioria dos motores, é proporcional à corrente vezes o fluxo. A potência mecânica é P = T · ω, então, na mesma potência, uma máquina mais lenta tem mais conjugado. A carga exige um conjugado e o motor se estabiliza na velocidade em que seu conjugado iguala o da carga.

↑ Ao aumentar: O eixo entrega mais força de rotação: na mesma velocidade a potência mecânica sobe e o motor consome mais corrente.

Unidade

N·m

Fórmula

T = F · r

Conjugado de partidaT_st#

Conjugado que o motor desenvolve parado (velocidade zero); precisa superar o conjugado da carga, senão o eixo não começa a girar.

↑ Ao aumentar: Um conjugado de partida maior permite acelerar cargas mais pesadas, mas geralmente vem junto com uma corrente de partida maior.

Unidade

N·m

Típico

1.5-3 × rated for capacitor-start; 0.5-1 × for PSC

Conjugado de retenção#

O conjugado de retenção é o maior conjugado externo que pode ser aplicado a um motor de passo parado, com os enrolamentos energizados em corrente nominal, antes de o eixo ser tirado da posição. É a principal medida de tamanho de um motor de passo: um NEMA 17 pequeno sustenta cerca de 0,4 N·m. Não é o mesmo que o conjugado disponível em rotação, que é menor e cai conforme a taxa de passos sobe. Manter a posição consome corrente plena mesmo sem realizar trabalho, por isso o motor esquenta.

↑ Ao aumentar: O motor pode resistir parado a um conjugado de carga maior sem perder a posição, mas precisa de mais corrente e esquenta mais.

Unidade

N·m

Típico

0.1–10 N·m

Conjugado máximo de sincronismoT_max#

Conjugado de carga máximo que um motor síncrono suporta; acima dele o rotor perde o sincronismo com o campo do estator e para.

↑ Ao aumentar: Aumentar a corrente de campo (e com ela a FEM interna) eleva o conjugado máximo e a margem antes de o motor perder o sincronismo.

Unidade

N·m

Fórmula

T_max ≈ 3 · V · E_f / (ω_s · X_s)

Conjugado nominalT_n#

O conjugado nominal é o que o eixo entrega na potência e na velocidade nominais, T_n = P_n / ω_n com ω_n = 2π · n_n / 60. Ele é limitado pelo aquecimento: o motor pode superá-lo por pouco tempo como conjugado de pico, mas não de forma contínua. As folhas de dados de servomotores e motores de passo costumam informar separadamente o conjugado contínuo e o de pico, mais alto.

↑ Ao aumentar: O motor é especificado para mais carga contínua; na mesma velocidade isso significa proporcionalmente mais potência no eixo, P = T · ω.

Unidade

N·m

Fórmula

T_n = P_n / ω_n

Constante de conjugadoK_t#

A constante de conjugado relaciona corrente e conjugado: T = K_t · I. Nas máquinas de corrente contínua de ímãs permanentes ou de excitação independente, depende do fluxo e do enrolamento, e em unidades SI tem o mesmo valor numérico da constante de força contraeletromotriz K_e em V·s/rad. Um K_t alto dá mais conjugado com menos corrente, mas também mais força contraeletromotriz e, portanto, menor velocidade a vazio.

↑ Ao aumentar: Cada ampère dá mais conjugado, mas a força contraeletromotriz também sobe e a velocidade a vazio cai.

Unidade

N·m/A

Fórmula

T = K_t · I

Controle de velocidade#

O coeficiente de potência de um rotor é máximo para uma razão de velocidade de ponta específica, a razão entre a velocidade da ponta da pá e a do vento. No modo MPPT, um rastreador define a velocidade do rotor para que a razão permaneça nesse ótimo quando o vento muda, dentro dos limites de escorregamento que o conversor suporta. No modo manual, o usuário ajusta a velocidade do rotor dentro da janela de escorregamento; longe da razão ótima, a turbina capta menos potência do que poderia. Acima do vento nominal, o controle de passo limita a potência nos dois modos.

↑ Ao aumentar: Passar de manual para MPPT leva o ponto de operação à curva de razão de ponta ótima, e se capta mais potência abaixo do vento nominal.

Cor do LED#

A cor de um LED é definida pela banda proibida do semicondutor, pois o fóton é emitido com energia próxima de E_g e comprimento de onda λ ≈ 1240 / E_g (nm, com E_g em eV). LEDs vermelhos usam AlGaInP ou GaAsP com banda próxima de 1,9 eV, verdes e azuis usam InGaN com cerca de 2,5 a 3,0 eV, e o branco costuma ser um LED azul com fósforo. Uma banda mais larga implica maior tensão direta, de cerca de 1,8 V no vermelho a mais de 3 V no azul, então o resistor em série precisa ser recalculado ao mudar a cor.

↑ Ao aumentar: Escolher um comprimento de onda menor (do vermelho ao azul) eleva a tensão direta: é preciso mais alimentação e com o mesmo resistor circula menos corrente.

Corrente de armaduraI_a#

Corrente no enrolamento da armadura, a parte da máquina que conduz a corrente de carga e produz (ou absorve) o conjugado.

↑ Ao aumentar: O conjugado é proporcional à corrente de armadura, então mais carga a eleva; o excesso aquece o enrolamento e, num motor, castiga o comutador.

Unidade

A

Fórmula

I_a = (V − E) / R_a

Corrente de drenoI_D#

A corrente que flui pelo canal do dreno à fonte; é a corrente de saída do MOSFET e é controlada pela tensão de porta.

↑ Ao aumentar: É zero abaixo da tensão de limiar e depois cresce com V_GS e, na região ôhmica, com V_DS; na saturação fica quase constante.

Unidade

A

Fórmula

I_D = K·(V_GS − V_th)² (saturation)

Corrente de excitaçãoI_f#

A corrente de excitação magnetiza o rotor (ou o sistema de polos) de uma máquina com campo bobinado. Define a fem gerada internamente, de modo que em um gerador eleva a tensão nos terminais. Em uma máquina síncrona também comanda a potência reativa: subexcitada absorve, sobreexcitada fornece; a curva em V mostra a corrente de armadura contra a de excitação.

↑ Ao aumentar: O fluxo e a fem interna crescem: a tensão do gerador sobe e o motor síncrono passa para reativa adiantada.

Unidade

A

Corrente de faseI_ph#

Corrente em um enrolamento (fase) do estator; seu valor acompanha o conjugado e define as perdas no cobre e o porte do inversor.

↑ Ao aumentar: Mais conjugado de carga ou menor fator de potência a elevam; a perda no cobre cresce com o quadrado, e o enrolamento aquece mais rápido que a corrente.

Unidade

A

Fórmula

I_ph = P / (√3·V_LL·cosφ) (three-phase)

Corrente de joelhoI_ZK#

A corrente de joelho I_ZK é a menor corrente Zener com a qual a região de ruptura ainda é nítida. Abaixo dela, a curva V-I se arredonda, a resistência dinâmica cresce e a tensão de saída cai abaixo de V_Z. Em um regulador em paralelo a corrente no diodo é (V_alimentação − V_Z) / R_s − I_carga, então o resistor em série deve ser escolhido para ficar acima de I_ZK mesmo com a tensão mínima e a corrente de carga máxima.

↑ Ao aumentar: O Zener só regula a partir de uma corrente maior, então o resistor em série deve passar mais corrente e mais potência é desperdiçada.

Unidade

mA

Típico

0.1–5 mA

Corrente de saturaçãoI_S#

A corrente de saturação I_S é o fator de escala da equação de Shockley I = I_S·(e^{V / nV_T} − 1) e, para uma tensão muito negativa, a minúscula corrente reversa do diodo ideal. Para uma dada corrente direta, a tensão é V = nV_T·ln(I / I_S), então uma I_S maior significa tensão direta menor. Depende do semicondutor e da área da junção e dobra aproximadamente a cada 5 a 10 °C de aumento de temperatura, razão pela qual a tensão direta cai cerca de 2 mV por kelvin.

↑ Ao aumentar: A curva direta se desloca para tensão menor, o diodo liga mais cedo e a fuga reversa também é maior.

Unidade

A

Típico

1 pA–1 µA

Corrente direta máximaI_F(max)#

A corrente direta máxima I_F(max) é a maior corrente contínua com a qual a temperatura da junção permanece dentro do limite. O calor no diodo é principalmente V_F · I_F, então o limite depende da resistência térmica e da temperatura ambiente. Pulsos curtos podem excedê-la, conforme um valor de surto separado. Um diodo de sinal admite de dezenas a centenas de miliamperes, um LED típico de 5 mm de 20 a 30 mA e um retificador de potência vários ampères.

↑ Ao aumentar: O diodo pode conduzir mais corrente contínua, então é admitido um resistor em série menor antes de superaquecer.

Unidade

A

Corrente do secundárioI₂#

Corrente que a carga puxa do enrolamento secundário; é refletida ao primário dividida pela relação de espiras.

↑ Ao aumentar: Uma menor resistência de carga puxa mais corrente, o que eleva a corrente primária, a perda no cobre e a queda nos enrolamentos.

Unidade

A

Fórmula

I₂ = V₂ / R_load

Corrente máxima de drenoI_D(max)#

A corrente máxima de dreno I_D(max) é a maior corrente para a qual o MOSFET é especificado, limitada pelos fios de ligação, pela metalização e, sobretudo, pelo aquecimento. O valor contínuo supõe o encapsulamento a 25 °C, então na prática a corrente utilizável é menor e cai com a temperatura. Pulsos curtos podem ser várias vezes maiores. No simulador a corrente de dreno é limitada a este valor, que é como o teto de corrente de um dispositivo real aparece.

↑ Ao aumentar: O MOSFET suporta cargas mais pesadas antes de atingir o limite de corrente, embora um dispositivo maior costume ser mais caro.

Unidade

A

Corrente nominalI_n#

A corrente nominal é a corrente de linha em tensão, frequência e carga nominais e determina o aquecimento dos enrolamentos. A corrente de partida direta de um motor de indução costuma ser de cinco a oito vezes maior, por isso existem os dispositivos de partida. As proteções são escolhidas em relação a esse valor.

↑ Ao aumentar: Permite-se mais carga contínua e o aviso de sobrecarga aparece mais tarde.

Unidade

A

Correntes dos eixos d-qi_d, i_q#

A corrente do estator decomposta, no referencial girante do rotor, em uma parte do eixo d que cria o fluxo e outra do eixo q que produz o conjugado.

↑ Ao aumentar: O conjugado é proporcional ao produto i_d·i_q, então para uma corrente dada é máximo quando ambas são quase iguais (ângulo de corrente de 45°).

Unidade

A

Fórmula

T = 1.5·p·(L_d − L_q)·i_d·i_q

Degrau de carga#

Um degrau de carga muda de repente o conjugado de carga em uma porcentagem do conjugado nominal enquanto a simulação roda. Ele mostra a resposta dinâmica: a velocidade cai e a corrente salta, e ambas se estabilizam no novo ponto de operação após um tempo definido pela inércia e pela inclinação da curva conjugado-velocidade. Se a nova carga superar o conjugado máximo, o motor não se recupera e a velocidade despenca.

↑ Ao aumentar: A mudança brusca de velocidade e corrente é maior; o motor se estabiliza em um novo ponto de operação ou para se o degrau superar o conjugado máximo.

Unidade

%

Densidade de fluxo no núcleoB#

Fluxo magnético por unidade de área do núcleo; acompanha a tensão, B = V / (4,44 · f · N · A), e o núcleo satura se ficar alta demais.

↑ Ao aumentar: Aumenta com a tensão de alimentação e cai com a frequência; perto da saturação a corrente de magnetização dispara e o núcleo esquenta.

Unidade

T

Fórmula

B = V / (4.44 · f · N · A)

Típico

1.2-1.7 T in silicon-steel cores; saturation near 1.8-2 T

Derivação do autotransformador#

Um starter com autotransformador alimenta o motor a partir de uma derivação que fornece apenas uma fração k da tensão de linha, normalmente 50, 65 ou 80 %. A corrente do motor é proporcional a k e o conjugado a k ao quadrado; pela relação de transformação, a corrente tirada da rede também cai com k ao quadrado. Uma derivação de 65 % dá assim cerca de 42 % do conjugado da partida direta. Ao contrário do estrela-triângulo, a derivação pode ser escolhida conforme a carga, ao custo de um equipamento maior e mais caro.

↑ Ao aumentar: O motor recebe mais tensão, então o conjugado de partida e a corrente de partida tirada da rede sobem com o quadrado da derivação.

Unidade

%

Típico

50–80 %

Disjuntor#

O disjuntor do gerador liga a máquina à rede e pode desligá-la de novo, inclusive em caso de falta. Fechá-lo com tensões, frequências ou ângulos de fase diferentes provoca uma grande corrente de equalização entre a máquina e a rede e um choque de torque no eixo. Por isso só se fecha quando o sincronoscópio mostra o gerador em fase com a rede. Logo após o fechamento, o gerador fica flutuando na rede, fornecendo quase nenhuma potência até que a potência da turbina seja aumentada.

↑ Ao aumentar: Fechá-lo liga o gerador à rede: com boa coincidência assume carga suavemente; sem ela, causa um surto de corrente e um choque mecânico.

Dissipação máxima de potênciaP_D(max)#

A dissipação máxima de potência P_D(max) é o calor que o dispositivo pode ceder ao ambiente sem que a junção exceda o limite de temperatura, normalmente 150 °C. Resulta de P_D(max) = (T_j(max) − T_a) / R_th, por isso é dada para uma temperatura ambiente específica e deve ser reduzida quando ela sobe. Em um Zener a potência dissipada é V_Z · I_Z, que define a corrente máxima permitida; em um MOSFET é I_D² · R_DS(on) mais as perdas de chaveamento.

↑ Ao aumentar: O dispositivo suporta mais calor, então é permitida uma corrente ou queda de tensão maior antes de superaquecer.

Unidade

W

Efeito de extremidade#

O campo de um motor rotativo se fecha sobre si mesmo, mas o de um motor linear tem começo e fim. Quando a placa passa, correntes parasitas surgem na borda de entrada e não se extinguem de imediato; uma onda de frenagem distorce o fluxo e reduz empuxo e rendimento. O efeito piora com a velocidade e com um fator de mérito pequeno; o simulador mostra o empuxo com e sem ele.

↑ Ao aumentar: O empuxo e o rendimento caem mais abaixo do ideal, sobretudo em velocidades maiores.

EmpuxoF#

A força linear que o primário exerce sobre o trilho de reação no sentido do movimento; o equivalente do conjugado em um motor linear.

↑ Ao aumentar: O empuxo é máximo perto da parada e cai ao se aproximar da velocidade síncrona; acelera o veículo apenas enquanto supera a força de carga.

Unidade

N

Fórmula

F = P_airgap / v_s

Enfraquecimento de campo#

A força contraeletromotriz cresce com a velocidade e o fluxo e, acima da velocidade base, excederia o que o inversor ou a rede podem fornecer. O enfraquecimento de campo reduz o fluxo (em uma máquina de relutância ou de ímãs injetando corrente negativa no eixo d) para que a velocidade continue subindo. O preço é o conjugado: cai aproximadamente com 1/velocidade, enquanto a potência fica quase constante.

↑ Ao aumentar: A velocidade pode superar a base, mas o conjugado disponível cai aproximadamente com 1/velocidade.

Enrolamento auxiliar#

O enrolamento auxiliar (de partida) é um segundo enrolamento do estator posicionado a 90 graus elétricos do principal. Alimentado por um capacitor ou uma resistência, sua corrente fica defasada da principal, de modo que os dois enrolamentos juntos criam um campo girante e um conjugado de partida. Sem ele, um motor de indução monofásico tem apenas um campo pulsante e nenhum conjugado na parada, embora continue girando se for lançado. Muitos motores o desligam com uma chave centrífuga após a partida.

↑ Ao aumentar: Adicioná-lo dá ao motor um campo girante e conjugado de partida; sem ele um motor de indução monofásico não parte sozinho.

Entreferrog#

Em um motor linear de indução o entreferro g é a distância entre a face do estator e a placa de reação. Ele é grande em comparação com um motor rotativo, tipicamente de alguns milímetros a poucos centímetros, porque o veículo precisa se mover livremente; por isso a corrente magnetizante é alta e o fator de potência baixo. Um entreferro menor aumenta fluxo, empuxo e fator de mérito, mas exige tolerâncias mecânicas mais apertadas.

↑ Ao aumentar: O acoplamento com a placa enfraquece: caem empuxo, fator de potência e rendimento, e o fator de mérito diminui em proporção (G ∝ 1/g).

Unidade

mm

Típico

5–20 mm

Erro de seguimento#

Diferença entre a posição comandada e a posição real do eixo; o controlador age sobre ela para acionar o motor.

↑ Ao aumentar: Cresce com comandos mais rápidos, cargas maiores e menor ganho da malha; um erro pequeno significa seguimento preciso.

Unidade

°

Fórmula

e = θ_cmd - θ_actual

Escorregamentos#

O escorregamento é a diferença entre a velocidade do campo magnético girante e a do rotor, dividida pela velocidade do campo. O motor de indução precisa dele: só um rotor que fica atrás do campo recebe correntes induzidas e produz conjugado. Vale 100 % com o rotor parado, quase zero a vazio e alguns por cento em carga nominal.

↑ Ao aumentar: O rotor gira mais lento em relação ao campo, então conjugado e corrente rotórica sobem até atender a carga.

Unidade

% / p.u.

Fórmula

s = (n_s - n) / n_s

Típico

1–5 %

Escorregamento de conjugado máximos_b#

O escorregamento em que o motor de indução atinge seu conjugado máximo; além dele, o conjugado cai conforme o motor desacelera.

↑ Ao aumentar: É proporcional à resistência do rotor: adicionar resistência externa desloca o pico para a parada e eleva o conjugado de partida, sem mudar o máximo.

Fórmula

s_b = R₂' / √(R₁² + (X₁ + X₂')²)

Espessura da placa#

A placa de reação é onde o campo trafegante induz as correntes parasitas que produzem o empuxo. A condutividade superficial de uma placa fina é sua condutividade vezes a espessura, σ · d, e o fator de mérito é proporcional a ela, então uma placa mais grossa dá fator de mérito maior e melhor rendimento. Placas grossas custam e pesam mais, e além da profundidade de penetração do campo a espessura extra quase não ajuda.

↑ Ao aumentar: A placa conduz melhor (mais σ · d), então fator de mérito, empuxo e rendimento melhoram, com ganhos decrescentes em placas grossas.

Unidade

mm

Típico

3–10 mm

Espiras do primárioN₁#

O número de espiras do primário N₁ determina quanto fluxo o núcleo precisa para uma dada tensão. Pela lei de Faraday, o fluxo máximo é Φ = V₁ / (4,44 · f · N₁) com alimentação senoidal, então mais espiras dão menor densidade de fluxo e menos risco de saturar o núcleo. Junto com as espiras do secundário define a tensão de saída, V₂ = V₁ · N₂ / N₁. Mais espiras também acrescentam resistência do cobre e indutância de dispersão e exigem uma janela de enrolamento maior.

↑ Ao aumentar: O fluxo do núcleo e a corrente de magnetização diminuem com a mesma tensão, e a tensão de saída cai se as espiras do secundário não mudarem.

Espiras do secundárioN₂#

O número de espiras do secundário N₂ determina a tensão de saída: com o primário fixo, V₂ = V₁ · N₂ / N₁, de modo que a tensão por espira é a mesma nos dois enrolamentos. Dobrar N₂ dobra a tensão de saída em vazio, enquanto a corrente que o enrolamento pode fornecer é limitada pela seção do condutor, por isso um secundário de alta tensão usa fio fino e muitas espiras. Derivações no secundário dão várias tensões de saída com um só enrolamento.

↑ Ao aumentar: A tensão de saída sobe proporcionalmente e a corrente de saída para uma dada potência diminui.

Etapas da partida#

Um reostato de partida divide a resistência externa em vários degraus. Cada degrau é curto-circuitado após um tempo definido, o que reduz a resistência do rotor e leva o ponto de operação a outra curva conjugado-velocidade. Com poucos degraus cada comutação causa um salto visível de conjugado e corrente; com muitos, a partida se aproxima de uma aceleração suave e contínua. O tempo por degrau define quanto cada resistor permanece no circuito.

↑ Ao aumentar: A resistência é retirada em degraus menores, então conjugado e corrente variam com mais suavidade a cada comutação.

Excitação de campo#

A excitação de campo é a forma como o fluxo magnético principal de um motor CC é produzido. Um ímã permanente dá um fluxo fixo. Um campo em derivação fica em paralelo com a armadura, então fluxo e velocidade permanecem quase constantes. Um campo série conduz a corrente de armadura, de modo que o conjugado cresce com o quadrado da corrente e a velocidade cai muito com a carga, com risco de disparo em vazio. Um motor composto combina os dois campos. Com campo bobinado, um reostato pode enfraquecer o fluxo para aumentar a velocidade.

↑ Ao aumentar: Mudá-la altera como velocidade e conjugado variam com a carga: os de ímã e derivação mantêm a velocidade; os série caem muito, mas partem com conjugado alto.

Fator de conduçãok_n#

O fator de condução k_n, também chamado parâmetro de transcondutância, combina a mobilidade dos elétrons, a capacitância do óxido de porta por unidade de área e a razão largura/comprimento do canal W / L: k_n = µ_n · C_ox · W / L. Em saturação o simulador usa I_D = ½ · k_n · (V_GS − V_th)², de modo que dobrar k_n dobra a corrente. Um canal largo e curto dá um k_n grande, por isso os MOSFETs de potência são formados por milhares de células em paralelo.

↑ Ao aumentar: A corrente de dreno com a mesma sobretensão cresce proporcionalmente e o MOSFET se torna uma chave mais forte e de menor resistência.

Unidade

A/V²

Fórmula

I_D = ½·k_n·(V_GS − V_th)²

Fator de idealidaden#

O fator de idealidade n aparece na equação de Shockley I = I_S·(e^{V / nV_T} − 1), com V_T ≈ 26 mV à temperatura ambiente. Ele é próximo de 1 quando a difusão domina, como em muitas junções de silício com corrente moderada, e se aproxima de 2 quando domina a recombinação na região de depleção, normalmente em baixa corrente. Diodos e LEDs reais costumam ficar entre 1 e 2. Um n maior estica a exponencial: cada aumento de dez vezes na corrente exige n vezes 60 mV em vez de 60 mV.

↑ Ao aumentar: A curva direta fica menos inclinada: é preciso mais tensão para a mesma corrente e o diodo parece ligar mais tarde.

Fórmula

I = I_S·(e^{V / nV_T} − 1)

Típico

1–2

Fator de méritoG#

O fator de mérito G, introduzido por Laithwaite, combina frequência, passo polar, entreferro e a condutividade e a espessura da placa de reação. Um G alto implica campo magnetizante forte, poucas perdas por escorregamento e bom rendimento; um G pequeno dá uma máquina fraca e com perdas. Como o passo polar entra ao quadrado, máquinas de passo longo são melhores por natureza.

↑ Ao aumentar: O motor acopla melhor com a placa: melhoram empuxo, rendimento e velocidade máxima.

Fórmula

G = 2 μ₀ σ d f τ² / (π g)

Fator de potênciacos φ#

O fator de potência é a potência ativa dividida pela aparente. Um valor abaixo de um significa que parte da corrente apenas magnetiza a máquina e oscila sem realizar trabalho, carregando a rede. Motores de indução operam com fator de potência atrasado, pior com pouca carga; máquinas síncronas sobreexcitadas podem operar adiantadas.

↑ Ao aumentar: Desperdiça-se menos corrente reativa, e a rede conduz menos corrente para a mesma potência ativa.

Fórmula

PF = P / S

Típico

0–1

Fator de potência da cargacos φ_load#

O fator de potência da carga indica que parte da corrente é reativa. Uma carga indutiva (atrasada), como os motores, retira do gerador potência reativa indutiva e, pela reação da armadura desmagnetizante, faz a tensão nos terminais cair muito mais que uma resistiva, então é preciso aumentar a excitação para mantê-la. Uma carga capacitiva (adiantada) faz o oposto e pode até elevar a tensão acima do valor a vazio. Por isso a regulação de tensão de um gerador síncrono depende tanto do fator de potência quanto da corrente de carga.

↑ Ao aumentar: Um fator de potência mais próximo de 1 implica menos corrente reativa: a tensão cai menos e é preciso menos excitação para mantê-la.

Típico

0.8–1

Fator de potência nominalcos φ_n#

O fator de potência nominal liga a potência aparente à potência ativa da placa, P_n = S_n · cos φ_n. Geradores síncronos costumam ser especificados entre 0,8 e 0,95 indutivo, porque as redes e suas cargas são em sua maioria indutivas e precisam de potência reativa. Um fator de potência nominal menor significa uma máquina maior, com enrolamento de campo mais forte, para a mesma potência ativa.

↑ Ao aumentar: A potência ativa nominal sobe para os mesmos kVA, enquanto cai a potência reativa que a máquina foi projetada para fornecer.

Típico

0.8–0.95

FEM de excitaçãoE_f#

Tensão induzida nos enrolamentos da armadura pelo fluxo do campo girante; é a tensão interna da fonte atrás da impedância da própria máquina.

↑ Ao aumentar: Sobe com a corrente de campo e a velocidade. Seu tamanho frente à tensão nos terminais define a reativa e, com o ângulo de carga, a ativa.

Unidade

V

Fórmula

E_f = k·Φ_f·n

Força contraeletromotrizE#

Todo motor também é um gerador: seu campo girante induz nos enrolamentos uma tensão que se opõe à alimentação. Essa força contraeletromotriz é proporcional à velocidade, E = K_e · ω, de modo que a corrente é I = (V - E) / R e diminui à medida que o motor acelera. A vazio, a velocidade sobe até que a força contraeletromotriz quase iguale a tensão de alimentação.

↑ Ao aumentar: Sobra menos tensão para empurrar corrente: o motor consome menos corrente e seu conjugado cai.

Unidade

V

Fórmula

E = K_e · ω

Força normalF_n#

A força perpendicular ao movimento que atrai o primário em direção ao trilho de reação através do entreferro.

↑ Ao aumentar: Não realiza trabalho útil, mas carrega guias e mancais; é muito maior que o empuxo e aumenta quando o entreferro diminui.

Unidade

N

Força opostaF_load#

A força contrária é a resistência constante que o empuxo precisa vencer antes de o veículo acelerar: atrito de rolamento, uma rampa (m · g · sin α) ou uma carga rebocada. O veículo atinge uma velocidade estável onde o empuxo iguala essa força, e se a força contrária superar o empuxo na partida ele não se move. Como o empuxo de um motor de indução cai a zero perto da velocidade síncrona, uma força contrária maior significa mais escorregamento na velocidade estável e mais perdas na placa.

↑ Ao aumentar: A força líquida que acelera o veículo cai: ele acelera mais devagar e se estabiliza em velocidade menor, com mais escorregamento, onde o empuxo iguala a carga.

Unidade

N

Frequência de alimentação ou da redef#

A frequência de alimentação f define a rapidez com que o campo do estator gira, n_s = 120 · f / p. Em motores de indução e síncronos a velocidade do eixo a acompanha, e é assim que os inversores de frequência controlam a velocidade. Aumentar a frequência sem aumentar a tensão reduz o fluxo (a relação V/f cai) e o conjugado disponível, e a reatância do enrolamento X = 2π · f · L cresce. Na rede a frequência é comum a todas as máquinas e reflete o equilíbrio entre geração e demanda.

↑ Ao aumentar: O campo e a velocidade do motor sobem em proporção, enquanto a reatância cresce e o fluxo (V/f) cai se a tensão não for aumentada também.

Unidade

Hz

Típico

50 / 60 Hz

Frequência do rotorf_r#

Frequência das correntes no circuito do rotor, igual ao escorregamento vezes a frequência da rede; é zero na velocidade síncrona.

↑ Ao aumentar: Cresce ao se afastar da velocidade síncrona. Num gerador duplamente alimentado, o conversor deve aplicar ao rotor exatamente essa frequência.

Unidade

Hz

Fórmula

f_r = s · f

Frequência elétricaf_e#

Frequência das correntes de fase e da força contraeletromotriz; é o número de pares de polos vezes a velocidade mecânica em rotações por segundo.

↑ Ao aumentar: Aumenta em proporção à velocidade, e com mais pares de polos a mesma velocidade de eixo exige uma frequência elétrica maior do inversor.

Unidade

Hz

Fórmula

f_e = p · n / 60

Frequência nominalf_n#

A frequência nominal é a frequência de alimentação para a qual valem os dados da placa. Junto com o número de polos, define a velocidade síncrona. Operar em frequência menor com a mesma tensão aumenta o fluxo e pode saturar o núcleo; por isso os inversores mantêm constante a relação tensão/frequência.

↑ Ao aumentar: A velocidade síncrona sobe; com a mesma tensão o fluxo cai e o conjugado enfraquece.

Unidade

Hz

Típico

50 or 60 Hz

Ganho da malha de posiçãoK_p#

Em um servo, a malha de posição converte o erro de posição, a diferença entre o alvo e a leitura do encoder, em um comando de velocidade: quanto maior o ganho, mais velocidade é pedida para o mesmo erro. O ganho define aproximadamente a largura de banda da malha, e o erro de seguimento em velocidade constante é a velocidade dividida pelo ganho. Aumentar o ganho enrijece o eixo e reduz o erro, mas os atrasos da malha de velocidade e da mecânica acabam causando ultrapassagem e oscilação.

↑ Ao aumentar: O eixo responde mais rápido e segue melhor o comando, mas com ganho demais ultrapassa e oscila.

Inércia da cargaJ_load#

A inércia da carga é dada como múltiplo da inércia do próprio rotor J_motor. A aceleração é α = (T_motor − T_carga) / (J_motor + J_carga), então uma inércia grande, como um volante ou um ventilador grande, torna a partida lenta, mas também suaviza as variações de velocidade. A energia cinética armazenada, ½ · J · ω², é em grande parte dissipada como calor no rotor durante a partida, de modo que uma inércia muito alta pode superaquecer o motor mesmo com carga pequena em regime.

↑ Ao aumentar: A partida demora mais e a velocidade reage mais devagar às mudanças de carga; a corrente de partida flui por mais tempo e o enrolamento esquenta mais.

Unidade

× J_motor

Intensidade luminosaI_v#

Brilho do LED em uma dada direção; é aproximadamente proporcional à corrente direta e aqui é mostrado como porcentagem do valor nominal.

↑ Ao aumentar: Mais corrente direta deixa o LED mais brilhante, até o aquecimento e o limite de corrente restringirem; uma junção mais quente emite um pouco menos de luz.

Unidade

mcd

Largura do pacote#

A largura do pacote é a largura do núcleo laminado do estator, medida transversalmente ao sentido de deslocamento. A área do estator voltada para a placa de reação é essa largura vezes o comprimento do estator, de modo que empuxo e potência variam aproximadamente com ela, enquanto a velocidade não muda. Um pacote mais largo dá mais força com o mesmo passo polar e frequência, ao custo de mais ferro, cobre e peso, e a placa deve ser pelo menos tão larga quanto ele para evitar efeitos de borda transversais.

↑ Ao aumentar: O empuxo sobe quase em proporção à largura, e também a corrente magnetizante e a potência de entrada na mesma tensão.

Unidade

mm

Ligação do campo#

Em um gerador de excitação independente, o enrolamento de campo é alimentado por uma fonte CC própria, e o fluxo não depende da tensão da armadura. Em um gerador em derivação (autoexcitado), o campo é ligado aos terminais da armadura e a máquina precisa criar a própria tensão a partir do magnetismo residual. A autoexcitação dispensa a fonte adicional, mas a tensão cai mais com a carga, porque uma tensão menor nos terminais também enfraquece o campo.

↑ Ao aumentar: Passar de excitação independente para derivação faz a tensão depender da própria armadura: ela pode não se estabelecer e cai mais com a carga.

Limite de estabilidadeP_max#

Maior potência que uma máquina síncrona pode trocar com a rede (ângulo de carga de 90°); a margem mostra a distância do ponto de operação até ele.

↑ Ao aumentar: Mais excitação eleva o limite e a margem; uma carga maior reduz a margem e aproxima o ângulo de carga de 90°, onde o sincronismo é perdido.

Unidade

W

Fórmula

margin = (P_max - P) / P_max

Magnetismo residual#

O ferro ferromagnético mantém alguma magnetização depois que a corrente de campo é cortada, em geral alguns por cento do fluxo nominal. Ao girar a armadura nesse fluxo, induz-se uma pequena fem, que é o ponto de partida da autoexcitação de um gerador em derivação. Se o ferro perdeu a remanência, por exemplo após ser desmagnetizado, o gerador não parte até que o campo seja reexcitado por uma fonte CC externa.

↑ Ao aumentar: Um fluxo residual maior dá uma tensão inicial maior, e o gerador se autoexcita com mais facilidade.

Massa do veículom#

A massa do veículo m é a massa total que o motor precisa acelerar, carga incluída. A segunda lei de Newton dá a aceleração a = (empuxo − força de carga) / m, então um veículo pesado acelera devagar e precisa de uma via mais longa para atingir a mesma velocidade. A massa não altera o empuxo do motor, que depende do campo e do escorregamento; ela apenas define quanto tempo leva para chegar à velocidade estável.

↑ Ao aumentar: A aceleração diminui (a = F / m), então o veículo precisa de mais tempo e comprimento de via para atingir uma dada velocidade.

Unidade

kg

Material da placa de reação#

A placa de reação é o condutor no qual o campo trafegante induz correntes parasitas; sua interação com o campo produz o empuxo. O alumínio (cerca de 35 MS/m) é leve, barato e a escolha usual, enquanto o cobre (cerca de 58 MS/m) conduz aproximadamente 1,6 vez melhor. Maior condutividade eleva o fator de mérito, de modo que o mesmo estator dá mais empuxo com menor escorregamento, ao custo de mais preço e peso.

↑ Ao aumentar: O cobre no lugar do alumínio conduz cerca de 1,6 vez melhor, o que eleva o fator de mérito, o empuxo e o rendimento.

Método de partida#

A partida direta aplica a tensão plena de uma vez: o motor puxa de cinco a oito vezes a corrente nominal, mas entrega todo o conjugado de partida. Os métodos estrela-triângulo, autotransformador e soft starter partem com tensão reduzida, o que diminui a corrente de partida; como o conjugado cai com o quadrado da tensão, o conjugado de partida também diminui. Um inversor de frequência evita essa troca ao elevar tensão e frequência juntas, dando bom conjugado com pouca corrente.

↑ Ao aumentar: Passar da partida direta para um método de tensão reduzida diminui a corrente de partida, mas também o conjugado de partida.

Modo de operação#

Na operação em ilha, o gerador alimenta sozinho os consumidores: a carga decide a potência, o regulador de velocidade mantém a frequência e a excitação mantém a tensão. Em paralelo com a rede, o gerador está ligado a uma rede tão grande que impõe tensão e frequência. Então a potência da turbina define a potência ativa fornecida e a excitação define a reativa. Para passar de um modo ao outro, o gerador deve primeiro ser sincronizado com a rede.

↑ Ao aumentar: Passar de ilha para rede faz a rede impor tensão e frequência; a potência passa a ser definida pela turbina e pela excitação, não pela carga.

MTPA (conjugado máximo por ampère)#

O conjugado máximo por ampère divide a corrente do estator em uma parte de fluxo (i_d) e outra de conjugado (i_q) para obter o maior conjugado com a corrente consumida. Em uma máquina síncrona de relutância equivale a um ângulo de corrente perto de 45° do eixo d. Minimiza as perdas no cobre e o tamanho do inversor abaixo da velocidade base; acima dela entra o enfraquecimento de campo.

↑ Ao aumentar: Ao ativá-la, o inversor escolhe o melhor ângulo de corrente e o conjugado por ampère é máximo.

Fórmula

i_d = i_q (45°)

Número de polos#

O número de polos é a quantidade de polos norte e sul criados pelo enrolamento do estator, sempre par. Junto com a frequência de alimentação, define a velocidade síncrona. Mais polos dão menos velocidade e, na mesma potência, mais conjugado; por isso máquinas lentas, como geradores eólicos, têm muitos polos.

↑ Ao aumentar: O campo gira mais devagar: a velocidade cai e o conjugado para a mesma potência sobe.

Típico

2–12

Ondulação de conjugado#

A ondulação de conjugado é a diferença entre o conjugado instantâneo máximo e mínimo, em relação à média. Em um motor de relutância chaveado vem da comutação de uma fase para outra; em um motor universal alimentado em CA monofásica, da potência que pulsa ao dobro da frequência da rede. Ondulação alta excita ressonâncias mecânicas e ruído audível e dificulta um controle de velocidade suave.

↑ Ao aumentar: A vibração, o ruído e a flutuação de velocidade aumentam de forma perceptível.

Unidade

%

Pares de polos#

Uma máquina com p pares de polos tem 2p polos. A cada volta mecânica o campo percorre p pares norte-sul, de modo que a frequência elétrica é f = p · n / 60, com n em rpm. Daí vem a velocidade síncrona n_s = 60 · f / p, e por isso uma máquina de quatro polos (p = 2) em 50 Hz gira a 1500 rpm. Os controladores BLDC e servo usam p para converter o ângulo medido do eixo no ângulo elétrico necessário à comutação.

↑ Ao aumentar: Na mesma velocidade do eixo a frequência elétrica é maior, e para uma dada frequência de alimentação o campo gira mais devagar.

Fórmula

p = N_poles / 2

Típico

1–6

Passo polarτ#

O passo polar τ é a distância entre os centros de dois polos adjacentes ao longo do estator. O campo magnético percorre o motor na velocidade síncrona v_s = 2 · τ · f, então para uma dada frequência um passo maior significa campo e veículo mais rápidos. Como o fator de mérito é proporcional a τ², um passo longo também acopla bem o campo à placa, enquanto um passo curto serve a aplicações lentas e de curso curto.

↑ Ao aumentar: A velocidade síncrona sobe em proporção (v_s = 2 · τ · f) e o fator de mérito cresce com τ², mas o estator fica mais longo.

Unidade

mm

Típico

30–400 mm

Picotamento de corrente#

Em baixa velocidade a força contraeletromotriz de um motor de relutância chaveado é pequena, então a corrente de uma fase subiria muito rápido e excederia valores seguros. O inversor faz o picotamento: corta a tensão de fase quando a corrente chega à referência e a reaplica quando ela cai um pouco. Assim a corrente fica perto do limite e o conjugado controlado, ao custo de perdas de chaveamento e ruído acústico.

↑ Ao aumentar: Permite-se uma corrente de fase maior: mais conjugado em baixa velocidade, mas também mais aquecimento.

Unidade

A

Polaridade#

A polaridade indica qual dos dois terminais de alimentação é positivo. O conjugado de um motor CC depende do produto do fluxo de campo pela corrente de armadura, então inverter a corrente de armadura mantendo o campo inverte o conjugado e a rotação. Aqui a chave representa a inversão da ligação da armadura; em uma máquina real em derivação ou série, trocar apenas os fios de alimentação inverte campo e armadura ao mesmo tempo e o sentido não muda.

↑ Ao aumentar: Trocar a polaridade inverte o sentido de rotação e do conjugado; o módulo da velocidade permanece o mesmo.

Polaridade do campo em derivação#

Um gerador em derivação só se estabelece se a corrente de campo criar fluxo no mesmo sentido do fluxo residual, de modo que cada aumento de tensão reforça o fluxo. Se o enrolamento em derivação for ligado ao contrário, a corrente de campo se opõe ao fluxo residual e o gerador perde até essa pequena tensão. O remédio habitual é inverter os terminais do campo ou reexcitá-lo com uma fonte CC no sentido correto.

↑ Ao aumentar: Inverter a polaridade para que o campo se oponha ao fluxo residual o anula, e a tensão colapsa em vez de se estabelecer.

Polos de estator/rotor#

Um motor de relutância chaveado tem polos salientes no estator e no rotor, e os dois números são escritos estator/rotor, por exemplo 6/4. O estator tem dois polos por fase, então 6/4 é uma máquina trifásica e 8/6 uma tetrafásica. O rotor tem menos polos que o estator, de modo que apenas alguns polos do rotor se alinham de cada vez e as fases se revezam. O ângulo de passo é 360° dividido pelo número de fases vezes o de polos do rotor: 30° para 6/4 e 15° para 8/6. Mais fases e polos dão conjugado mais suave, mas exigem mais eletrônica de potência.

↑ Ao aumentar: Escolher uma combinação maior (por exemplo 8/6 em vez de 6/4) acrescenta uma fase e reduz o ângulo de passo: conjugado mais suave, com mais chaves.

Potência aparente nominalS_n#

A potência aparente S é o produto de tensão e corrente, S = √3 · U · I em trifásico e S = U · I em monofásico, e é medida em volt-ampères. Geradores e transformadores são especificados em kVA e não em kW porque seu aquecimento depende da corrente, e não do fator de potência da carga. A potência ativa disponível é P = S · cos φ, e o restante é potência reativa.

↑ Ao aumentar: A máquina ou o transformador pode conduzir mais corrente na tensão nominal e, assim, fornecer mais potência ativa e reativa antes de superaquecer.

Unidade

kVA

Fórmula

S_n = √3 · U_n · I_n

Potência ativaP#

A potência real que realiza trabalho útil ou é entregue à rede, em watts; é a parte da potência aparente em fase com a tensão.

↑ Ao aumentar: Cresce com a carga ou com a potência no eixo; um fator de potência menor exige mais corrente para a mesma potência ativa.

Unidade

W

Fórmula

P = V·I·cosφ

Potência da turbina#

A turbina converte a energia do vapor, da água, do gás ou do vento em potência mecânica no eixo. Descontadas as perdas, essa é a potência ativa que o gerador pode enviar à rede ou à carga. Se a potência da turbina supera a potência elétrica consumida, o excesso acelera o rotor; se é menor, o rotor desacelera. Ligado a uma rede forte, a velocidade é imposta pela rede, então mais potência da turbina se traduz em maior ângulo de carga e mais potência entregue.

↑ Ao aumentar: Chega mais potência mecânica ao eixo: na rede o gerador fornece mais potência ativa; em ilha ele acelera se a carga não aumentar.

Unidade

kW

Potência de entradaP_in#

A potência que a máquina absorve: elétrica da rede em um motor, ou mecânica da máquina motriz no eixo de um gerador.

↑ Ao aumentar: A potência de entrada cresce com a carga; o que não vira saída se perde como calor, e uma diferença maior significa menor rendimento.

Unidade

W

Fórmula

P_in = V·I·cosφ (motor) or T·ω (generator)

Potência de escorregamentoP_s#

A fração s da potência do entreferro que passa ao circuito do rotor como potência elétrica na frequência de escorregamento, em vez de potência no eixo.

↑ Ao aumentar: Com resistor rotórico é dissipada como calor e reduz o rendimento; um gerador duplamente alimentado a envia à rede pelo conversor.

Unidade

W

Fórmula

P_s = s · P_airgap

Potência de saídaP_out#

A potência útil que sai da máquina: elétrica nos terminais de um gerador ou mecânica no eixo de um motor.

↑ Ao aumentar: A potência de saída é a de entrada menos as perdas, então o rendimento é saída sobre entrada; sobe com a carga até a nominal.

Unidade

W

Fórmula

P_out = P_in − losses

Potência dissipadaP#

Potência elétrica convertida em calor no componente, P = V · I; deve ficar abaixo da nominal ou a peça superaquece.

↑ Ao aumentar: Cresce com o quadrado da corrente (ou da tensão no resistor); dobrar a corrente quadruplica o calor.

Unidade

W

Fórmula

P = V · I = I² · R

Potência do conversor#

Em um DFIG o estator está ligado diretamente à rede e apenas o circuito do rotor passa pelo conversor back-to-back. O rotor transporta somente a potência de escorregamento, que é aproximadamente o escorregamento multiplicado pela potência do estator. Um conversor de 25–35 % da potência nominal permite, assim, uma faixa de velocidade de cerca de ±30 % em torno da síncrona. Esta é a principal vantagem do DFIG sobre uma máquina com conversor total, que precisa passar toda a potência pelo conversor.

↑ Ao aumentar: Um conversor maior admite mais potência de escorregamento e amplia a faixa de velocidades em torno da síncrona, mas custa mais.

Unidade

%

Típico

25–35 %

Potência máximaP_max#

A potência máxima P_max é a maior potência que um resistor pode converter em calor continuamente na sua temperatura ambiente nominal, normalmente 70 °C. A dissipação real é P = I² · R = V² / R e deve ficar nitidamente abaixo do valor nominal; uma margem de 50 % ou mais é boa prática. Acima da temperatura nominal a potência permitida deve ser reduzida. Os resistores axiais comuns são de 1/8, 1/4, 1/2 e 1 W, e maior potência significa um corpo fisicamente maior.

↑ Ao aumentar: O resistor pode dissipar mais calor continuamente, então suporta mais corrente ou tensão sem superaquecer.

Unidade

W

Fórmula

P = V · I = I² · R

Típico

1/8, 1/4, 1/2, 1 W

Potência nominalP_n#

A potência nominal é a potência no eixo indicada na placa e garantida pelo fabricante sem superaquecimento. É potência mecânica de saída, não elétrica de entrada, de modo que a rede precisa fornecer mais, no valor das perdas. Operar acima dela por muito tempo reduz a vida do isolamento.

↑ Ao aumentar: O motor é considerado maior: há mais conjugado disponível e a corrente e o conjugado nominais aumentam.

Unidade

kW

Potência reativaQ#

Potência que oscila entre a fonte e os campos magnéticos ou elétricos sem realizar trabalho; define o nível de tensão e carrega os condutores.

↑ Ao aumentar: Uma máquina sobre-excitada entrega potência reativa e eleva a tensão; uma subexcitada a absorve. Mais reativa significa mais corrente e perdas.

Unidade

var

Fórmula

Q = V·I·sinφ

Potência reativa do estatorQ_s#

O estator está ligado à rede, mas o conversor alimenta o rotor e, assim, controla a magnetização da máquina. Se o rotor fornece apenas a corrente magnetizante, o estator não troca potência reativa (fator de potência unitário). Ajustando a componente da corrente do rotor que magnetiza a máquina, o conversor pode fazer o estator fornecer potência reativa à rede (positiva, como um alternador sobre-excitado) ou retirá-la dela (negativa). Assim um parque eólico pode apoiar a tensão da rede sem bancos de capacitores adicionais, dentro do limite de corrente do conversor.

↑ Ao aumentar: A turbina fornece mais potência reativa à rede e apoia sua tensão, ao custo de mais corrente no rotor e maior carga do conversor.

Unidade

kvar

R_DS(on)R_DS(on)#

R_DS(on) é a resistência do canal quando o MOSFET está totalmente ligado. Na região ôhmica o dispositivo se comporta como um resistor desse valor, então a queda é I_D · R_DS(on) e o calor gerado é I_D² · R_DS(on). As folhas de dados a informam para um V_GS e uma temperatura de junção específicos; ela aumenta com a temperatura, o que deve ser considerado no dimensionamento do dissipador.

↑ Ao aumentar: Aumentam as perdas de condução e o aquecimento, e a queda na chave cresce com a corrente.

Unidade

mΩ

Fórmula

P_cond = I_D² · R_DS(on)

Típico

1–500 mΩ

Razão de saliênciaξ#

A razão de saliência ξ = L_d / L_q compara a facilidade com que o fluxo atravessa o eixo d do rotor frente ao eixo q. O motor síncrono de relutância produz conjugado apenas dessa diferença, então ξ define sua densidade de conjugado. Também limita o fator de potência a (ξ - 1) / (ξ + 1), por isso os projetistas aumentam ξ com barreiras no rotor.

↑ Ao aumentar: O conjugado de relutância e o teto do fator de potência sobem, e a mesma corrente dá mais conjugado.

Fórmula

ξ = L_d / L_q

Típico

2–8

Razão de velocidade na pontaλ#

Razão entre a velocidade da ponta da pá e a do vento, λ = ωR / v; define a eficiência com que o rotor extrai potência do vento.

↑ Ao aumentar: O coeficiente de potência tem pico em um λ ótimo; girar mais rápido ou mais devagar que esse ótimo, com o mesmo vento, capta menos potência.

Fórmula

λ = ω · R / v

Típico

6-9 at the optimum for 3-blade turbines

Reatância do enrolamentoX#

A reatância do enrolamento X = 2π · f · L é a oposição da indutância do enrolamento à corrente alternada. Em um motor universal os enrolamentos de campo e armadura estão em série, então em CA a tensão de alimentação se divide entre a resistência, a reatância e a força contraeletromotriz. Uma reatância maior reduz corrente e conjugado para uma dada tensão e atrasa a corrente em relação à tensão, o que diminui o fator de potência. Em CC a indutância não tem efeito em regime permanente, por isso um motor universal gira mais rápido em CC que em CA com a mesma tensão.

↑ Ao aumentar: A corrente alternada diminui e o fator de potência cai, pois mais tensão aparece na indutância; em CC a reatância não tem efeito.

Unidade

Ω

Regulação de tensãoVR#

Quanto a tensão nos terminais cai da vazio à plena carga, em porcentagem da tensão a plena carga; menos significa uma fonte mais rígida.

↑ Ao aumentar: Mais carga aumenta a queda na resistência de armadura ou na reatância síncrona e piora a regulação; um fator de potência atrasado piora ainda mais.

Unidade

%

Fórmula

VR = (V_nl - V_fl) / V_fl × 100

Típico

2-10 % for most generators

Relação da caixa de engrenagens#

O rotor de uma turbina eólica gira devagar, muitas vezes a 10–20 rpm, enquanto um gerador com estator de 50 Hz precisa de aproximadamente 1000–1800 rpm. A caixa de engrenagens vence essa diferença com uma relação de multiplicação, normalmente de 1:80 a 1:120 em vários estágios. A relação, junto com a faixa de velocidades do rotor, decide onde o gerador opera em relação à velocidade síncrona e, portanto, quão grande é a potência de escorregamento que passa pelo conversor. Projetos sem caixa a evitam, mas exigem um gerador multipolar muito grande.

↑ Ao aumentar: Com a mesma velocidade da turbina o eixo do gerador gira mais rápido; o DFIG se desloca para a operação hipersíncrona (escorregamento negativo).

Unidade

:1

Típico

80–120

Relação de espirasa#

A relação de espiras a = N₁ / N₂ compara as espiras do primário e do secundário. Em um transformador ideal as tensões escalam com ela, V₁ / V₂ = a, as correntes no sentido inverso, I₁ / I₂ = 1 / a, e a potência se mantém. Uma impedância de carga vista do primário é a² vezes maior que no secundário, por isso os transformadores também casam impedâncias. Os abaixadores têm a > 1 e os elevadores a < 1.

↑ Ao aumentar: Com mais espiras no primário que no secundário, a tensão de saída diminui e a corrente de saída aumenta; o oposto se a relação for menor que 1.

Fórmula

a = N₁ / N₂ = V₁ / V₂

Rendimentoη#

O rendimento é a relação entre a potência útil de saída e a de entrada. A diferença se perde como perdas no cobre (I²R), no ferro (histerese e correntes parasitas), atrito mecânico e ventilação. Os motores rendem melhor perto da carga nominal e claramente pior com pouca carga, de modo que um motor superdimensionado desperdiça energia.

↑ Ao aumentar: Mais potência de entrada chega ao eixo, gera-se menos calor e a máquina opera mais fria.

Unidade

%

Fórmula

η = P_out / P_in

Típico

70–96 %

Reostato de campo#

O reostato de campo é uma resistência variável em série com o enrolamento de campo em derivação. Ao aumentar seu valor, diminuem a corrente de campo e o fluxo, de modo que a fem gerada cai, e um motor em derivação precisa girar mais rápido para produzir a mesma fcem. Em um gerador autoexcitado, a resistência total de campo também deve permanecer abaixo do valor crítico; caso contrário, a tensão colapsa ao nível residual.

↑ Ao aumentar: O fluxo e a fem caem: a tensão do gerador diminui (e pode não se estabelecer), enquanto um motor em derivação acelera.

Unidade

%

ResistênciaR#

A resistência R é a razão entre a tensão em um componente e a corrente que o atravessa, R = V / I (lei de Ohm), medida em ohms. Em um resistor nasce das colisões dos portadores com a rede cristalina e converte energia elétrica em calor: P = I² · R = V² / R. Depende do material, do comprimento e da seção como R = ρ · l / A e muda um pouco com a temperatura. Os valores comuns vão de frações de ohm a vários megaohms.

↑ Ao aumentar: Com a mesma tensão a corrente diminui, enquanto a tensão no resistor e a potência que dissipa com uma dada corrente aumentam.

Unidade

Ω

Fórmula

R = V / I

Típico

1 Ω–1 MΩ

Resistência crítica de campoR_crit#

Um gerador em derivação se autoexcita: o magnetismo residual dá uma pequena tensão, que impulsiona corrente de campo, que aumenta o fluxo e a tensão. Isso só funciona se a reta de resistência de campo for menos inclinada que a inclinação da curva de magnetização na origem. A resistência crítica de campo é aquela em que as duas coincidem; acima dela a tensão colapsa ao valor residual, abaixo cresce até o ponto em que a reta cruza a curva de saturação.

↑ Ao aumentar: A autoexcitação só é possível se a resistência de campo real ficar abaixo dele; um valor maior amplia a margem.

Unidade

Ω

Resistência de armaduraR_a#

A resistência de armadura é a resistência em corrente contínua do enrolamento de armadura mais o contato das escovas. Em um motor, a alimentação precisa vencer a força contraeletromotriz mais a queda I·R_a, então um R_a maior significa mais queda de velocidade com carga. Em um gerador, reduz a tensão nos terminais quando a corrente aumenta, e as perdas I²R viram calor.

↑ Ao aumentar: Perde-se mais tensão no enrolamento: o motor desacelera mais sob carga e esquenta mais.

Unidade

Ω

Típico

0.1–5 Ω

Resistência de cargaR_L#

A resistência de carga R_L é o resistor ligado à saída que representa o consumidor. Para uma dada tensão de saída, a corrente é I = V / R_L e a potência P = V² / R_L, então uma R_L menor é uma carga mais pesada. Uma fonte ou transformador real tem resistência interna e reatância de dispersão, de modo que mais carga faz a tensão de saída cair. A máxima potência é transferida quando R_L iguala a resistência da fonte, mas o rendimento é então de apenas 50 %.

↑ Ao aumentar: A carga consome menos corrente e potência, e a tensão de saída de uma fonte ou transformador real cai menos.

Unidade

Ω

Resistência dinâmicar_z#

A resistência dinâmica r_z = ΔV / ΔI é a inclinação da curva V-I no ponto de operação, não a razão V / I. Em um Zener em ruptura costuma ir de alguns ohms a algumas dezenas de ohms, de modo que uma variação ΔI de corrente move a tensão apenas r_z · ΔI. Quanto menor, mais firme é a tensão regulada; é mínima em correntes moderadas acima do joelho e explica por que a ondulação de saída nunca é exatamente zero.

↑ Ao aumentar: A regulação piora: a mesma variação de corrente causa uma variação maior na tensão do diodo e passa mais ondulação.

Unidade

Ω

Fórmula

r_z = ΔV / ΔI

Típico

1–50 Ω

Resistência do enrolamentoR#

A resistência do enrolamento R é a resistência em corrente contínua de uma fase, medida com um ohmímetro, e no cobre aumenta cerca de 0,4 % por kelvin de aquecimento. Ela define a corrente de rotor bloqueado ou de partida, I = V / R, e causa a perda no cobre I² · R que aquece o motor. Em motores BLDC pequenos, de passo e universais costuma ser a perda principal, e a queda de tensão sobre ela reduz a velocidade com carga.

↑ Ao aumentar: A queda I · R e a perda no cobre I² · R aumentam: a velocidade cai com carga, o rendimento diminui e a corrente de rotor bloqueado V / R é menor.

Unidade

Ω

Resistência rotórica externaR_2,ext#

Em um motor de indução de rotor bobinado, os resistores ligados pelos anéis coletores somam-se à resistência do rotor R₂. O escorregamento em que ocorre o conjugado máximo é proporcional a R₂, então uma resistência maior desloca o pico para perto da parada e dá um conjugado de partida alto com menor corrente, enquanto o valor de pico do conjugado não muda. O preço é um escorregamento maior com carga e potência de escorregamento perdida como calor nos resistores, por isso a resistência é retirada à medida que o motor acelera.

↑ Ao aumentar: O conjugado de partida sobe e a corrente cai (até o conjugado máximo), mas com carga o escorregamento cresce e mais potência vira calor nos resistores.

Unidade

Ω

Resistência série internaR_S#

A resistência série interna R_S é a resistência ôhmica das regiões neutras do semicondutor e dos contatos metálicos, em série com a junção ideal. Em baixa corrente sua queda I · R_S é desprezível e domina a lei exponencial da junção. Em corrente alta a queda é grande, de modo que a tensão total é V = V_junção + I · R_S e a curva se aproxima de uma reta de inclinação 1 / R_S. Diodos de potência a mantêm em miliohms; os de sinal têm alguns ohms.

↑ Ao aumentar: Em corrente alta aumentam a queda de tensão e o aquecimento, e a curva direta vira uma reta mais inclinada e resistiva.

Unidade

Ω

Resolução do encoder#

Um encoder incremental gera um número fixo de pulsos por volta do eixo e o inversor os conta para saber a posição. Com decodificação em quadratura, os dois canais de saída dão quatro contagens por pulso, então um encoder de 1000 ppr resolve 4000 contagens por volta, ou seja, 0,09°. Uma resolução mais fina permite posicionar com mais exatidão e estimar melhor a velocidade em baixa rotação, onde chegam poucos pulsos por amostra, mas a taxa de pulsos e a carga de processamento crescem com ela.

↑ Ao aumentar: A posição é medida em passos mais finos: melhoram a precisão e a realimentação em baixa velocidade, mas o controlador deve lidar com mais pulsos por segundo.

Unidade

ppr

Típico

1000–10000 ppr

Sentido de rotação#

O sentido é definido pela ordem em que os enrolamentos são energizados ou pela polaridade da alimentação. Um motor de passo inverte quando sua sequência de fases é invertida, um motor CC com escovas quando a tensão de armadura muda de sinal, e um motor de indução monofásico quando se troca a ligação do enrolamento auxiliar, pois o enrolamento principal sozinho não tem sentido preferencial. Os acionamentos costumam tratar os dois sentidos como velocidade positiva e negativa.

↑ Ao aumentar: Mudá-lo faz o eixo girar ao contrário; inverter em movimento primeiro freia o rotor e puxa uma corrente elevada.

Sequência de comutação#

Um motor CC sem escovas não tem escovas, então o inversor faz a comutação eletronicamente. Na comutação de seis passos, cada ciclo elétrico é dividido em seis setores de 60°; em cada um o inversor liga duas das três fases ao barramento CC enquanto a terceira fica flutuante. Os sensores Hall (ou a força contraeletromotriz) informam ao inversor em que setor está o rotor, de modo que a corrente circula sempre no par de fases que dá mais conjugado. A ordem dos seis passos define o sentido de giro.

↑ Ao aumentar: Mudar para outra ordem ou deslocá-la em relação ao rotor reduz o conjugado e aumenta a ondulação; inverter a ordem inverte o sentido de giro.

Sequência de fases#

A sequência de fases é a ordem em que as três tensões de fase atingem seu pico positivo: A-B-C (direta) ou A-C-B (inversa). O campo do estator gira da fase que atinge o pico primeiro para a seguinte, então trocar dois condutores de alimentação inverte a rotação de um motor de indução ou síncrono. Em um gerador, a sequência deve coincidir com a da rede, junto com tensão, frequência e ângulo de fase, antes de fechar o disjuntor.

↑ Ao aumentar: Trocar duas fases (ABC para ACB) inverte o campo girante, então o motor gira ao contrário; um gerador deixa de coincidir com a rede.

Unidade

ABC / ACB

Taxa de passos#

A taxa de passos f é quantos pulsos por segundo o driver recebe, e a velocidade do eixo a acompanha diretamente: n = 60 f / N rotações por minuto para N passos por volta, então 1000 pps em um motor de 200 passos dão 300 rpm. Conforme a taxa sobe, a corrente tem menos tempo para crescer contra a indutância e a força contraeletromotriz aumenta, por isso o conjugado disponível cai. Se o conjugado da carga o superar, ou a taxa mudar de forma brusca demais, o rotor perde passos; por isso se acelera com uma rampa.

↑ Ao aumentar: O motor gira mais rápido em proporção, mas o conjugado cai com a taxa e acima de um limite o rotor perde passos.

Unidade

pps

Fórmula

n = 60 · f / N

Temperatura de junçãoT_j#

Temperatura da própria junção do semicondutor; é a ambiente mais a potência dissipada vezes a resistência térmica.

↑ Ao aumentar: Mais potência dissipada a eleva; ultrapassar o máximo nominal encurta a vida ou destrói o componente e, em um LED, também reduz a luz emitida.

Unidade

°C

Fórmula

T_j = T_a + P · R_th

Típico

Max 125-175 °C for silicon; LEDs typically 85-125 °C

Tempo de comutação#

Um starter estrela-triângulo ou de autotransformador faz o motor funcionar primeiro em tensão reduzida e passa à tensão plena após um tempo definido. A troca deve ocorrer quando a velocidade está perto do valor final: assim o salto de corrente e o transitório de conjugado são pequenos. Se a troca for cedo demais, surge um segundo pico de corrente grande, quase como numa partida direta; se esperar demais, o motor pode ficar preso em uma velocidade em que seu conjugado em tensão reduzida mal iguala o da carga.

↑ Ao aumentar: O motor permanece mais tempo em tensão reduzida e atinge maior velocidade antes da troca, o que reduz o salto de corrente na comutação.

Unidade

s

Típico

3–15 s

Tempo de rampa#

O tempo de rampa é quanto um soft starter leva para levar a tensão do valor inicial à tensão plena; um inversor usa a mesma ideia para elevar a frequência. Uma rampa longa dá aceleração suave e menos esforço para a rede e a mecânica. Se for longa demais, o motor pode não desenvolver conjugado suficiente para acelerar na primeira parte da rampa e ficar em baixa velocidade com corrente alta, o que aquece os enrolamentos.

↑ Ao aumentar: A tensão ou a frequência sobe mais devagar: a aceleração é mais suave e os picos de corrente menores, mas chegar à velocidade plena demora mais.

Unidade

s

Típico

2–30 s

Tensão ânodo-cátodoV_AK#

A tensão ânodo-cátodo V_AK é a tensão aplicada ao dispositivo e o eixo horizontal da sua curva I-V. Valores positivos polarizam a junção diretamente: a corrente é desprezível até V_AK se aproximar da tensão direta e depois cresce exponencialmente. Valores negativos a polarizam reversamente: só flui uma fuga mínima até atingir a tensão de ruptura. Em um circuito real, a fonte e o resistor em série a definem, então a tensão do diodo raramente é igual à da fonte.

↑ Ao aumentar: Ao passar da polarização reversa para a direta, a corrente fica próxima de zero até cerca de V_F e depois sobe abruptamente.

Unidade

V

Tensão da rede#

A tensão da rede é a tensão entre fases no ponto de conexão. Uma rede é tão grande que mantém essa tensão quase constante, faça o que fizer um gerador. Antes de fechar o disjuntor, a tensão do gerador é igualada a ela pela excitação; depois, mudar a excitação já não muda a tensão, apenas a potência reativa trocada. No DFIG de um aerogerador o estator está ligado diretamente à rede, então a tensão da rede também fixa o fluxo do estator.

↑ Ao aumentar: O gerador precisa ser excitado a uma tensão maior antes do fechamento; uma diferença ao fechar faz circular uma grande corrente reativa.

Unidade

V

Tensão de alimentaçãoV#

A tensão de alimentação é a que a fonte aplica aos terminais do motor. Em um motor CC a velocidade é aproximadamente proporcional a ela, n ≈ (V − I · R_a) / (K_e · Φ). Em um motor de indução CA o conjugado varia com V², então uma tensão baixa reduz o conjugado máximo e aumenta a corrente para a mesma carga, enquanto a velocidade permanece próxima da síncrona. Operar bem acima da tensão nominal satura o ferro e superaquece o enrolamento.

↑ Ao aumentar: Corrente e conjugado aumentam (em um motor de indução CA o conjugado cresce com V²) e a velocidade de um motor CC sobe quase em proporção.

Unidade

V

Tensão de limiarV_th#

A tensão de limiar V_th é a tensão porta-fonte necessária para inverter o semicondutor sob a porta e formar um canal condutor. Abaixo dela o MOSFET está em corte e só flui fuga. Acima, a corrente de dreno cresce com (V_GS - V_th)², de modo que maior sobreexcitação dá mais corrente e menor resistência do canal.

↑ Ao aumentar: É preciso mais tensão de porta para ligar o MOSFET e, com a mesma tensão, a corrente de dreno cai.

Unidade

V

Típico

1–4 V

Tensão de ruptura reversaV_BR#

A tensão de ruptura reversa V_BR é a polarização reversa em que a corrente cresce abruptamente por multiplicação em avalanche ou tunelamento Zener. Em um diodo retificador comum é um limite de falha: a junção se danifica se a corrente não for limitada. Um diodo Zener é projetado para operar ali, com a tensão quase constante. Diodos retificadores vão de dezenas de volts a mais de mil.

↑ Ao aumentar: O diodo suporta mais tensão reversa antes de conduzir forte, sendo mais seguro em circuitos de tensão mais alta.

Unidade

V

Tensão diretaV_F#

A tensão direta é a queda em um diodo ou LED que conduz. Para o silício é de cerca de 0,6 a 0,7 V, para um diodo Schottky em torno de 0,3 V, e nos LEDs depende da cor, de cerca de 1,8 V no vermelho a mais de 3 V no azul e no branco. Como é quase constante, quem realmente define a corrente é o resistor em série: R = (V_alimentação - V_F) / I.

↑ Ao aumentar: O diodo ou LED precisa de mais tensão para conduzir e, com a mesma fonte e resistor, circula menos corrente.

Unidade

V

Típico

0.6–3.4 V

Tensão do barramento CCV_dc#

O barramento CC, alimentado por um retificador ou uma bateria, é a fonte da qual o inversor forma as tensões de fase. A força contraeletromotriz do motor cresce com a velocidade e, quando se aproxima da tensão do barramento, a corrente não pode mais ser forçada nos enrolamentos; por isso a tensão do barramento define a velocidade máxima. Ela também define a rapidez com que a corrente pode variar, di/dt = (V - e) / L, o que importa para o conjugado em alta velocidade.

↑ Ao aumentar: O inversor pode levar o motor a uma velocidade máxima maior e variar a corrente mais rápido, mas o enrolamento e as chaves suportam mais estresse de tensão.

Unidade

V

Tensão do primárioV₁#

A tensão do primário V₁ é a tensão alternada aplicada ao enrolamento primário. A do secundário a acompanha pela relação de espiras, V₂ = V₁ / a. O fluxo do núcleo é proporcional a V₁ / f, pois Φ = V₁ / (4,44 · f · N₁). Operar bem acima da tensão nominal, ou em frequência menor que a nominal, leva o núcleo à saturação, onde a corrente de magnetização sobe bruscamente e se distorce, causando aquecimento. Por isso um transformador de 60 Hz não deve ser alimentado na tensão nominal plena por uma rede de 50 Hz.

↑ Ao aumentar: A tensão de saída sobe proporcionalmente, mas o fluxo do núcleo e a corrente de magnetização também crescem, aproximando o núcleo da saturação.

Unidade

V

Tensão do secundárioV₂#

Tensão que o enrolamento secundário entrega à carga; em vazio é a do primário vezes a relação de espiras.

↑ Ao aumentar: Acompanha a tensão do primário e a relação de espiras, e cai um pouco com carga por causa da resistência e da indutância de dispersão.

Unidade

V

Fórmula

V₂ = V₁ · N₂ / N₁

Tensão dreno-fonteV_DS#

A tensão dreno-fonte V_DS é a tensão no canal e o eixo horizontal da característica de saída. Enquanto V_DS for menor que a sobretensão V_GS − V_th, o MOSFET está na região ôhmica (linear) e se comporta como um resistor controlado por tensão. Além disso, o canal estrangula no lado do dreno, o dispositivo entra em saturação e a corrente é definida quase só por V_GS, que é como o MOSFET funciona como amplificador. Como chave, é acionado a fundo para que V_DS fique pequena.

↑ Ao aumentar: Na região ôhmica a corrente de dreno sobe com V_DS; quando V_DS ultrapassa V_GS − V_th ela satura e fica quase constante.

Unidade

V

Tensão inicial da partida suave#

Um soft starter usa tiristores para aplicar uma tensão que sobe de um valor inicial até a tensão plena durante o tempo de rampa. A tensão inicial precisa ser alta o bastante para que o conjugado, que varia com o seu quadrado, vença o conjugado de desprendimento da carga; se for baixa demais, o motor zumbe sem girar até a rampa subir o suficiente. Se for alta demais, perde-se a vantagem, porque a corrente de partida e o choque mecânico se aproximam dos da partida direta.

↑ Ao aumentar: O motor parte com mais tensão, então o conjugado de partida e a corrente de partida sobem e a partida fica menos suave.

Unidade

%

Típico

30–50 %

Tensão nominalU_n#

A tensão nominal é a tensão de alimentação em que a máquina atinge fluxo, conjugado e rendimento nominais. Em trifásicas é a tensão de linha, e a ligação do enrolamento (estrela ou triângulo) deve corresponder. Tensão baixa derruba o conjugado; tensão alta satura o ferro e superaquece a máquina.

↑ Ao aumentar: O motor é projetado para mais tensão, então a mesma alimentação o subexcita e o conjugado cai.

Unidade

V

Típico

230 / 400 / 690 V

Tensão nos terminaisV_t#

Tensão medida entre os terminais da máquina, a que a carga ou a fonte realmente enxerga.

↑ Ao aumentar: Num gerador cai abaixo da FEM interna quando a corrente passa pela resistência e reatância do enrolamento, e a reação da armadura enfraquece o campo.

Unidade

V

Fórmula

V_t = E − I_a·R_a

Tensão porta-fonteV_GS#

A tensão porta-fonte V_GS é a entrada de controle de um MOSFET. A porta é isolada por um óxido fino, então praticamente não consome corrente contínua e só sua capacitância precisa ser carregada. Abaixo de V_th o dispositivo está cortado; acima, a sobretensão V_GS − V_th define a condutividade do canal e, em saturação, a corrente I_D = ½ · k_n · (V_GS − V_th)². O óxido limita V_GS, normalmente a cerca de ±20 V, e dispositivos de nível lógico conduzem totalmente com 4,5 a 5 V.

↑ Ao aumentar: Abaixo do limiar nada flui; acima dele o canal se abre e a corrente de dreno cresce aproximadamente com o quadrado de V_GS − V_th.

Unidade

V

Fórmula

I_D = ½·k_n·(V_GS − V_th)²

Tensão ZenerV_Z#

A tensão Zener é a tensão reversa em que o diodo entra em ruptura de forma controlada e fixa a tensão nos terminais, especificada para uma corrente de teste. Faz do Zener um regulador em paralelo simples: um resistor em série o alimenta a partir de uma fonte maior e o diodo absorve a corrente que a carga não precisa. O valor varia um pouco com a temperatura e sobe levemente com a corrente por causa da resistência dinâmica.

↑ Ao aumentar: A tensão regulada sobe ao novo valor e é preciso mais alimentação para manter o diodo em ruptura.

Unidade

V

Típico

2.4–200 V

Tipo de alimentação (CA / CC)#

Um motor universal tem os enrolamentos de campo e armadura em série, de modo que ao inverter a corrente ambos os fluxos se invertem e o conjugado mantém o sentido. Por isso ele pode funcionar em CC ou em CA. Em CA a corrente e o conjugado pulsam no dobro da frequência de alimentação, a reatância do enrolamento limita a corrente e as escovas faíscam mais; em CC o conjugado é constante e a velocidade é maior com a mesma tensão. Em CA um controlador de ângulo de fase, como um triac, pode regular a velocidade.

↑ Ao aumentar: Passar de CC para CA acrescenta reatância e pulsação de conjugado no dobro da frequência da rede; na mesma tensão a velocidade e o fator de potência caem.

Tipo de carga#

O tipo de carga descreve como o conjugado ou a força resistente depende da velocidade. Cargas de conjugado constante, como esteiras e guinchos, pedem o mesmo conjugado em qualquer velocidade; ventiladores e bombas seguem T ∝ n²; cargas de potência constante, como bobinadeiras, têm T ∝ 1/n; e cargas viscosas crescem linearmente com a velocidade. O arrasto aerodinâmico de um veículo com motor linear cresce com v². Em um gerador síncrono o tipo de carga é elétrico: uma carga indutiva (atrasada) reduz a tensão nos terminais, enquanto uma capacitiva (adiantada) pode elevá-la.

↑ Ao aumentar: Mudá-lo altera como o conjugado de carga acompanha a velocidade, então mudam o ponto de operação e o tempo de partida; em um gerador muda a regulação de tensão.

Tolerância#

A tolerância é o desvio máximo permitido da resistência real em relação ao valor nominal, em porcentagem, e também é indicada pela última faixa de cor (ouro 5 %, prata 10 %, marrom 1 %). Um resistor de 1 kΩ com tolerância de 5 % pode medir de 950 Ω a 1050 Ω. Tolerâncias mais estreitas custam mais e importam em divisores, filtros e circuitos de medição, enquanto o resistor limitador de um LED raramente precisa de algo melhor que 5 %. Os valores padrão seguem as séries E: E12 para 10 %, E24 para 5 %, E96 para 1 %.

↑ Ao aumentar: A resistência real pode se afastar mais do valor marcado, então correntes e tensões do circuito ficam menos previsíveis.

Unidade

%

Típico

1 %, 5 %, 10 %

Transcondutânciag_m#

Quanto a corrente de dreno muda por volt de tensão porta-fonte; mede o ganho do MOSFET como amplificador.

↑ Ao aumentar: É zero no corte e cresce com a sobretensão V_GS − V_th, então um MOSFET mais excitado amplifica mais, mas também conduz mais corrente.

Unidade

S

Fórmula

g_m = ∂I_D / ∂V_GS

Velocidade comandada#

A velocidade comandada é o valor de referência que a malha de velocidade do inversor tenta seguir. O controlador a compara com a velocidade medida pelo encoder e ajusta tensão e corrente para eliminar o erro. O motor só consegue seguir o comando enquanto a tensão de alimentação vencer a força contraeletromotriz e o conjugado necessário ficar dentro do limite de corrente; acima disso, a velocidade real fica atrás do comando.

↑ Ao aumentar: O controlador exige mais velocidade e eleva tensão e corrente até alcançá-la ou até que um limite de alimentação ou de conjugado a impeça.

Unidade

rpm

Velocidade crítican_crit#

Menor velocidade em que um gerador CC autoexcitado consegue estabelecer tensão com uma dada resistência de campo; abaixo dela a tensão fica perto de zero.

↑ Ao aumentar: Uma resistência de campo maior eleva a velocidade crítica; se a máquina motriz girar abaixo dela, o gerador não consegue estabelecer tensão.

Unidade

rpm

Velocidade da máquina motrizn#

A máquina motriz, uma turbina ou um motor, faz girar o eixo do gerador. A fem induzida é proporcional ao fluxo e à velocidade, portanto, com excitação constante, um eixo mais rápido dá mais tensão. Em um gerador síncrono a frequência também depende da velocidade por f = p·n / 60 (p pares de polos), por isso um gerador isolado precisa manter a velocidade com precisão e deve ser levado à velocidade síncrona antes de ser ligado à rede.

↑ Ao aumentar: A fem aumenta em proporção à velocidade e, em um gerador de CA, a frequência também.

Unidade

rpm

Velocidade do móvelv#

Velocidade do veículo ou móvel ao longo da via; fica sempre abaixo da síncrona v_s = 2 · passo polar · frequência de alimentação.

↑ Ao aumentar: Um passo polar maior ou uma frequência mais alta elevam a velocidade síncrona e a do veículo; uma carga maior aumenta o escorregamento.

Unidade

km/h

Fórmula

v_s = 2 · τ_p · f

Velocidade do rotor#

A velocidade do rotor é a velocidade mecânica do eixo, diferente da do campo girante do estator, que é a velocidade síncrona. A diferença relativa entre elas é o escorregamento. Um gerador de indução comum precisa operar um pouco acima da velocidade síncrona, mas em um DFIG o conversor permite que o rotor gire tanto abaixo (subsíncrono, o rotor absorve potência de escorregamento) quanto acima (hipersíncrono, o rotor entrega potência de escorregamento à rede). Assim a turbina pode acompanhar a velocidade do vento para extrair a máxima potência.

↑ Ao aumentar: Com o aumento da velocidade, o escorregamento diminui; em um DFIG, passar da velocidade síncrona o torna negativo e o rotor fornece potência à rede.

Unidade

rpm

Velocidade do vento#

A potência do vento é ½ρAv³: cresce com o cubo da velocidade, então dobrar a velocidade dá oito vezes mais potência. A turbina só consegue extrair uma fração, limitada pelo coeficiente de potência, que nunca supera o limite de Betz de 59 %. Ela parte na velocidade de partida de cerca de 3 m/s, atinge a potência nominal em torno de 11–14 m/s e é parada na velocidade de corte de cerca de 25 m/s para sua proteção.

↑ Ao aumentar: A potência disponível cresce com o cubo da velocidade, então a turbina produz muito mais até atingir a potência nominal.

Unidade

m/s

Fórmula

P = ½ ρ A v³ C_p

Típico

3–25 m/s

Velocidade nominaln_n#

A velocidade nominal é a velocidade do eixo quando o motor entrega a potência nominal em tensão e frequência nominais. Em um motor de indução é sempre inferior à síncrona, e a diferença dá o escorregamento nominal. O simulador a usa para calcular o conjugado nominal e os parâmetros do rotor.

↑ Ao aumentar: O escorregamento nominal diminui e o motor chega mais perto da velocidade síncrona a plena carga.

Unidade

rpm

Velocidade nominal do vento#

A velocidade nominal do vento é aquela em que a turbina entrega pela primeira vez sua potência nominal, normalmente 11–14 m/s. Abaixo dela, o rotor opera com seu melhor rendimento e a potência segue o cubo da velocidade do vento. Acima, extrair toda a potência disponível sobrecarregaria o gerador e o trem de potência, então as pás são inclinadas para fora do vento para manter a potência no valor nominal. Uma turbina projetada para uma velocidade nominal menor precisa de mais rotor por quilowatt e produz a potência nominal com mais frequência.

↑ Ao aumentar: A turbina atinge a potência nominal mais tarde: abaixo do novo valor produz menos e a potência plena exige vento mais forte.

Unidade

m/s

Típico

11–14 m/s

Velocidade síncronan_s#

A velocidade síncrona é a velocidade de rotação do campo do estator: 120 vezes a frequência dividido pelo número de polos. A máquina síncrona gira exatamente nessa velocidade e o motor de indução um pouco abaixo. Dobrar os polos reduz a velocidade à metade; por isso um motor de 4 polos em 50 Hz gira a cerca de 1500 rpm.

↑ Ao aumentar: O campo girante e, com ele, a velocidade a vazio do motor sobem proporcionalmente.

Unidade

rpm

Fórmula

n_s = 120 f / p

Típico

3000 / 1500 / 1000 rpm (50 Hz)