As máquinas síncronas recebem esse nome porque nelas a velocidade de rotação do rotor é proporcional à frequências das tensões induzidas na armadura. Sendo f1 a frequência (Hz), p o número de pólos da máquina e Ns a velocidade do rotor, também denominada "velocidade síncrona", teremos a seguinte relação: Ns = 120f1/p.
Nos geradores síncronos comerciais, a frequência é fixa. No Brasil e em boa parte das Américas, a frequência comercial padrão é 60 Hz. Assim, teremos Ns = 7.200/p.
Se a máquina for de velocidade elevada, como no caso dos turbogeradores (vapor ou gás natural), o número de pólos deverá ser baixo (2 ou 4). Já no caso de máquinas de baixa velocidade, como no caso dos hidrogeradores, o número de pólos é elevado (geralmente mais de 10).
No caso dos turbogeradores, dá-se preferência à construção do rotor em forma de um cilindro. Dizemos então que o rotor é de "pólos lisos" ou de "pólos cilíndricos". Nesse caso, o enrolamento do campo do rotor (DC) é alojado em ranhuras construídas sobre a própria superfície do rotor, conforme mostrado abaixo (clique sobre a figura para ampliá-la).
No caso dos hidrogeradores, é muito mais comum que se adote a construção em "pólos salientes". Em vez de se construir os enrolamentos de campo na superfície do rotor, eles são montados em sapatas polares, as quais são fixadas ao rotor, formando saliências. Os aspecto final é bastante compacto, conforme mostrado abaixo.
Em ambos os casos, é necessário injetar corrente contínua no rotor, o qual aloja os enrolamentos de campo, de forma a excitar a máquina. Um dos tipos de excitação mais utilizados atualmente é excitação estática, fornecida por uma "excitatriz estática". Este equipamento nada mais é do que um retificador controlado, alimentado com corrente alternada, a partir da rede ou do próprio gerador e capaz de entregar corrente contínua ao rotor, a qual é injetada no campo do rotor por meio de dois anéis deslizantes, conforme mostrado na figura abaixo.
A grande vantagem da excitatriz estática, além da ausência de partes móveis, é a grande rapidez de resposta. As excitatrizes eletromecânicas, por outro lado, dispensam anéis deslizantes, pois são montadas sobre o próprio eixo do rotor, mas respondem mais lentamente a variações da necessidade de excitação.
2 comentários:
Muito interessante, mas não entendi bem em que situações existe vantagem em se utilizar o rotor de polos lisos.
Idealmente, rotores de polos lisos seriam usados sempre que possível, pois neles a relutância ao longo do entreferro é constante, o que trás certas vantagens em termos de estabilidade. Contudo, na prática apenas máquinas de dois ou quatro polos permitem rotores de polos lisos, por causa da relação Ns=120f/p.
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