3.1.11 Рабочие характеристики
Рабочие характеристики двигателя, представленные на рисунке 3.17, помогают анализировать процесс работы. Здесь представлено шесть основных характеристик АД в функции полезной мощности на валу двигателя P2 /P2N:
= f ( P2/P2Н ); cos = f ( P2/P2Н ); n = f ( P2/P2Н );
C = f ( P2/P2Н ); I = f ( P2/P2Н ), s = f ( P2/P2Н ).
Рис.3.17
3.2 СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
3.2.1 Основные понятия
O motor sнncrono й semelhante ao motor assнncrono, diferindo deste em rotor. O estator й alimentado com corrente alternada, e o rotor com corrente contнnua de excitaзгo ( Fig.3.18 ).
Fig.3.18
O motor sнncrono funciona com uma velocidade constante, chamada de velocidade sнncrona, dada por
sendo: f - a frequкncia;
2p - o nъmero de pуlos.
O estator de um motor sнncrono trifбsico й semelhante ao de um motor de induзгo trifбsico, sendo a sua funзгo estabelecer um campo magnйtico girante com velocidade ns.
O motor sнncrono nгo tem partida prуpria, e deve ser arrastado atй a velocidade sнncrona por um meio auxiliar, geralmente um motor de induзгo.
3.2.2 Принцип действия
O princнpio de funcionamento do motor sнncrono baseia-se sobre a atraзгo de dois pуlos diferentes dos campos magnйticos de estator ( N,S ) e de rotor ( No ,So ).
Entгo, campo magnйtico de estator gira com velocidade sнncrona ns ( Fig.3.19 ).
Suponhamos que o rotor tambйm gira com velocidade sнncrona ns, no sentido anti-horбrio, dбi, os pуlos de campo magnйtico de rotor girarгo com velocidade ns.
Sem carga, os eixos de campos magnйticos sгo coincidentes; as forзas de atraзгo F1 e F2 serгo radiais e nгo se criam nenhum conjugado motor.
Se existe um conjugado resistente Cr ( conjugado de carga, Fig.3.20 ) no eixo de motor, o eixo de campo magnйtico rotуrico vai deslocar-se no sentido horбrio em вngulo ###.
Fig.3.19 Fig.3.20.
Neste caso, as forзas F1 e F2 tкm as componentes radiais e tangenciais. As componentes tangenciais Ft1 e Ft2 criam o conjugado-motor CM e o motor funciona em condiзгo estбvel,
Cr = CM.
Podemos explicar o princнpio de funcionamento com auxнlio de diagrama lуgico na figura 3.21.
Fig.3.21
1) sob
tensгo
trifбsica
,
em cada fase do enrolamento de estator, passa a corrente
que cria um fluxo magnйtico
girante ###1
com velocidade ns.
2) no enrolamento de rotor, sob tensгo de excitaзгo Vex, passa a corrente Iex que cria seu prуprio fluxo ###ex girando com velocidade ns.
3) estes
fluxos induzem as forзas
eletromotrizes
e
que somam-se respectivamente como:
.
4) no mesmo tempo fluxos ###1 e ###ex somam-se tambйm e formam o fluxo principal ###p.
5)
entrando em interaзгo
a corrente
e o fluxo principal ###p
produzem o conjugado motor CM,
oposto ao conjugado resistente Cr.
3.2.3 Основные уравнения двигателя
Equaзгo do estator podemos determinar usando o diagrama vetorial e esquema equivalente.
Conforme II Lei de Kirchoff ( Fig.3.22 ), temos:
Sabendo
que
e menosprezando a resistкncia
ativa de estator Rs,
obtйm-se:
.
Fig.3.22 Fig.3.23 Fig.3.24
Neste caso, o esquema equivalente serб representado pela figura 3.23. A reatвncia Xs chama-se "resistкncia sнncrona".
O diagrama
vetorial ( Fig.3.24 ) mostra que o вngulo
###
й
deslocamento entre o eixo de campo magnйtico
do rotor e eixo de campo magnйtico
de estator. O вngulo
###
serб
a defasagem entre a tensгo
da rede
e corrente estatуrica
.
Equaзгo do conjugado motor vamos determinar, conforme a fуrmula bбsica clбssica da potкncia mecвnica:
PM = CM ###s.
Menosprezando as perdas de potкncia, podemos escrever,
PM = Pel.
A potкncia elйtrica para o motor sнncrono trifбsico serб:
Pel = 3 V1 I1 cos###.
Considerando os triвngulos Oca e abc ( Fig.3.24 ),
temos ac = Eo sen### = I1 Xs cos###
e pode-se determinar
.
Como resultado, obtйm-se
,
de onde
.
Se o termo
for constante, a formula do conjugado motor serб:
CM = Cmax sen ###.
3.2.4 Характеристики двигателя
A caracterнstica CM = f(###) chama-se Caracterнstica de вngulo ( Fig.3.25 ). Esta caracterнstica tem dois intervalos principais:
I - intervalo de funcionamento estбvel,
II - intervalo de funcionamento instбvel.
Fig.3.25
Quando o вngulo ### й menor que 90° o motor esta funcionando em condiзгo estбvel ( p.A ), ou seja, o motor tem a propriedade de autoregulaзгo. Se o conjugado resistente aumenta Cr +###C, o вngulo ###1 aumenta tambйm ###1 + ######. Conforme demostra a fуrmula do conjugado motor, CM aumenta tambйm, e o novo ponto de equilнbrio serб o ponto B, e vice versa.
Quando o вngulo ### й maior que 90° o motor esta funcionando em condiзгo instбvel ( p.D ), ou seja, no motor hб "perda de sincronismo". Por isso, o вngulo ### = 90° chama-se вngulo crнtico.
Na prбtica, o valor deste вngulo й de 30° atй 40°.
Caracterнstica Mecвnica C = f ( n ) do motor sнncrono й uma reta paralela ao eixo dos X ( Fig.3.26). Neste caso, a velocidade da rotaзгo й constante, й independente da carga do motor.
Uma famнlia das caracterнsticas tipo "V" й mais importante para utilizaзгo industrial de motores sнncronos ( Fig.3.27 ).
Fig.3.26 Fig.3.27
Esta figura mostra que existe uma corrente minima para cada curva, que corresponde ao fator de potкncia cos### = 1, e dois intervalos: sobreexcitaзгo e sobexcitaзгo. No intervalo de sobexcitaзгo o motor sнncrono funciona comportando-se como uma reatвncia indutiva e, no intervalo de sobreexcitaзгo, como uma reatвncia capacitiva.
Esta propriedade й uma das vantagens que este motor apresenta. Ela permite usar o motor sнncrono como compensador ( capacitor sнncrono ) do fator de potкncia nas instalaзхes industriais.