Princípio de Funcionamento de um Motor Síncrono

Estrutura e Excitação de Motores Síncronos

O motor síncrono consiste em dois componentes principais: o estator (parte estacionária) e o rotor (parte rotativa). O estator é alimentado por uma fonte de corrente alternada trifásica, enquanto o rotor é excitado por uma fonte de corrente contínua.

Princípio de Excitação:
A excitação refere-se ao processo de induzir campos magnéticos tanto no estator quanto no rotor, transformando-os em eletroímãs. Este acoplamento magnético é essencial para converter energia elétrica em rotação mecânica.

Geração de Campo Magnético em Motores Síncronos

A alimentação trifásica de corrente alternada induz polos norte e sul alternados no estator. Como a alimentação é senoidal, sua polaridade (positiva/negativa) inverte-se a cada meia ciclo, causando a alternância dos polos norte e sul do estator. Isso gera um campo magnético rotativo no estator.

O campo magnético do rotor é estabelecido por uma fonte de corrente contínua, que fixa a polaridade e cria um campo magnético estacionário—significando que seus polos norte e sul permanecem constantes.

A velocidade de rotação do campo magnético do estator é chamada de velocidade síncrona, determinada pela frequência da alimentação e pelo número de polos do motor.

Interação de Polos Magnéticos em Motores Síncronos

Quando os polos opostos do estator e do rotor se alinham, surge uma força atrativa entre eles, gerando torque no sentido anti-horário. O torque, como equivalente rotacional da força, impulsiona o rotor para seguir os polos magnéticos do estator.

Após cada meia ciclo, a polaridade dos polos do estator inverte-se. No entanto, a inércia do rotor—sua tendência de resistir às mudanças no movimento—mantém sua posição. Quando polos iguais (norte-norte ou sul-sul) se alinham, uma força repulsiva cria torque no sentido horário.

Para visualizar isso, considere um motor de 2 polos: na figura abaixo, polos opostos do estator e do rotor (N-S ou S-N) induzem forças atrativas, conforme mostrado.

Após a meia ciclo, os polos no estator invertem. O mesmo polo do estator e do rotor se enfrentam, e desenvolve-se uma força de repulsão entre eles.

O torque não unidirecional faz com que o rotor pulse apenas em um lugar e, por essa razão, o motor síncrono não é autostart.

Mecanismo de Partida de Motores Síncronos

Para iniciar a operação, o rotor é inicialmente girado por um acionamento externo, alinhando sua polaridade com o campo magnético rotativo do estator. À medida que os polos do estator e do rotor se interligam, gera-se um torque unidirecional, puxando o rotor para girar à velocidade síncrona do campo do estator.

Uma vez sincronizado, o motor opera a uma velocidade constante igual à velocidade síncrona, que é fixada pela frequência da alimentação e pelo número de polos.