O que é um motor síncrono de campo bobinado (excitação CC)?
Princípio de funcionamento
Um motor síncrono de campo bobinado tem um estator trifásico comum, mas o rotor traz polos salientes com bobinas de campo alimentadas em corrente contínua por dois anéis coletores e escovas de carvão. O estator gera um campo girante a 120 × f / p rpm e os polos excitados do rotor se travam nele como dois ímãs que se atraem. Depois de travado, o rotor gira exatamente na velocidade síncrona, qualquer que seja a carga, até que ela fique pesada demais e ele perca o passo.
A excitação controla o fator de potência
A corrente de campo define a tensão interna E_f que o rotor induz no estator. Se E_f é menor que a tensão da rede, o motor está subexcitado: puxa corrente de magnetização da rede e trabalha com fator de potência indutivo, como um motor de indução. Aumentando a corrente de campo, a corrente do estator entra em fase com a tensão (fator de potência unitário) e, aumentando mais, o motor fica sobreexcitado e fornece potência reativa à rede. A vazio e sobreexcitado, ele é um compensador síncrono que corrige o fator de potência de uma planta.
Ângulo de carga, curvas em V e pull-out
A carga não muda a velocidade; muda o ângulo de carga δ entre os polos do rotor e o campo girante. A potência segue P = 3·V·E_f·sen δ / X_s, então o torque é máximo em δ = 90°: o torque de pull-out. Ele é proporcional à tensão da rede e à corrente de campo, por isso excitação fraca ou afundamento de tensão fazem um motor carregado escorregar polos. Traçando a corrente de armadura contra a corrente de campo com carga fixa obtém-se a curva em V: o mínimo está no fator de potência unitário e a corrente sobe dos dois lados.
Partida e aplicações
Um motor síncrono não tem torque líquido em repouso, então as máquinas grandes partem como motores de indução com um enrolamento amortecedor nas faces polares, e o campo é aplicado perto da velocidade plena para puxar o rotor ao passo. As máquinas de campo bobinado acionam grandes compressores, moinhos, britadores, bombas e grupos motor–gerador, onde velocidade constante, alto rendimento e correção do fator de potência justificam os anéis e o excitador.
Perguntas frequentes
- Como a corrente de campo altera o fator de potência de um motor síncrono?
- Com carga e tensão constantes, a componente ativa da corrente de armadura não muda, mas a corrente de campo altera sua componente reativa. Abaixo da excitação de fator de potência unitário o motor está subexcitado e indutivo; acima, sobreexcitado e capacitivo, fornecendo potência reativa. Mova o controle de corrente de campo e observe o fator de potência, a potência reativa e a curva em V.
- O que é o torque de pull-out e o que acontece quando é excedido?
- É a maior carga que o rotor suporta sem perder a trava com o campo girante, atingida com ângulo de carga de 90°. Se for excedido, o rotor escorrega um passo polar, o torque médio desaba e a corrente dispara, e o motor precisa ser desligado. Aumentar a corrente de campo ou a tensão eleva o limite.
- Por que um motor síncrono gira em velocidade constante com qualquer carga?
- O rotor está travado no campo girante, cuja velocidade é definida pela frequência e pelo número de polos (n = 120 × f / p). Mais carga só aumenta o ângulo de carga, e a velocidade continua exatamente síncrona até passar o limite de pull-out.