Máquinas Síncronas – Partes Constituintes, Características Construtivas e princípio de funcionamento

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I. Objetivos
- Apresentar a máquina síncrona, suas partes constituintes e princípio de funcionamento;
- Obter as características de circuito aberto e de curto-circuito de uma máquina síncrona;
- Compreender o efeito da saturação magnética de uma máquina síncrona;
- Obter os parâmetros do circuito equivalente de uma máquina síncrona e
- Compreender o funcionamento de uma máquina síncrona em curto-circuito polifásico.
II. Introdução
As máquinas síncronas constituem uma das famílias de máquinas mais importantes. Como gerador são responsáveis pela produção da maior parte da energia elétrica consumida no mundo. Como motor é muito aplicada, tanto por mante uma velocidade constante a partir de uma dada frequência como por ter o fator de potência regulável.
Como definição é adotado: “uma máquina de corrente alternada na qual a frequência da tensão induzida e a velocidade de rotação possuem uma relação constante”.
Com isso sua velocidade de sincronismo é dada pela equação: (RPM)
Onde f é a frequência da tensão induzida e p é o número de polos.

Figura 1 – Simbologia usada para motores/geradores síncronos.
A. Circuito Equivalente
Na figura 2 vemos o circuito equivalente de uma máquina síncrona.

Figura 2 – Circuito equivalente de uma máquina síncrona.
Ef é a tensão de excitação da máquina, jXm é a reatância de reação do induzido, jXes reatância de fugas no enrolamento e Rs a resistência efetiva do enrolamento.
B. Princípio de Funcionamento
Uma máquina síncrona pode operar de dois modos, como gerador ou motor:
1) Gerador
Na operação geradora uma energia mecânica é fornecida à máquina através da aplicação de um torque em seu eixo. O campo magnético constante do rotor induz uma tensão nos enrolamentos do estator, com uma frequência dependendo da velocidade de rotação e do número de polos do estator. A amplitude da tensão induzida é dada pela seguinte equação:

Sendo a velocidade de rotação do rotor, o número de espiras por fase e o campo gerado