ANLISE DE MQUINA SNCRONA DE PLOS SALIENTES SLIDOS

Thiago da Cunha Araujo

Projeto de Graduao apresentado ao Curso de

Engenharia Eltrica da Escola Politcnica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro, como

parte dos requisitos necessrios obteno do

ttulo de Engenheiro.

Orientador: Antonio Carlos Ferreira, Ph.D.

Rio de Janeiro

Setembro de 2011

i

Araujo, Thiago da Cunha

Anlise de mquina sncrona de plos salientes slidos/

Thiago da Cunha Araujo. Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola

Politcnica, 2011.

X, 42 p.: il.; 29,7 cm.

Orientador: Prof. Antonio Carlos Ferreira.

Projeto de Graduao UFRJ/ Escola Politcnica/ Curso

de Engenharia Eltrica, 2011.

Referncias Bibliogrficas: p. 41-42

1. Mquina Sncrona. 2. Plos Salientes. 3. Rotor. 4.

Partida. 5. Torque. I. Ferreira, Antonio Carlos. II.

Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politcnica,

Curso de Engenharia Eltrica. III. Anlise de mquina

sncrona de plos salientes slidos.

ii

Resumo do Projeto de Graduao apresentado Escola Politcnica / UFRJ como parte

dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Engenheiro Eletricista.

Anlise de mquina sncrona de plos salientes slidos

Thiago da Cunha Araujo

Setembro/2011

Orientador: Antonio Carlos Ferreira, Ph.D.

Curso: Engenharia Eltrica

Neste trabalho estudado o princpio de funcionamento da mquina sncrona de plos

salientes slidos, apresentando os mtodos de partida disponveis no mercado e

pontuando suas diferenas na partida com relao mquina sncrona de plos salientes

laminados.

A anlise das diferenas implementada atravs de simulaes executadas no ambiente

MATLAB, com parmetros cedidos pela WEG Mquinas para dois motores sncronos

de mesma potncia e tenso nominal, sendo um com rotor de plos salientes slidos e

outro com rotor de plos salientes laminados. As simulaes mostram que o motor de

plos salientes slidos parte mais rapidamente e drena mais corrente da rede em

comparao ao motor sncrono de plos salientes laminados.

Palavras-chave: Mquina Sncrona, Plos Salientes, Rotor, Partida, Torque.

iii

Aos meus avs

iv

AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, por me amarem e apoiarem incondicionalmente no s durante este

curso, mas por toda minha existncia.

Ao engenheiro Carlos Ogawa e a WEG, por fornecer os dados que tornaram possvel

este trabalho, e pela ateno dispensada s minhas perguntas nem sempre convenientes.

Ao orientador deste trabalho, professor Antonio Carlos Ferreira, pela pacincia com

minha falta de conhecimento sobre as mquinas e humildade de um grande mestre,

conseguindo despertar meu interesse pela cincia.

Aos professores que aceitaram participar da banca examinadora deste trabalho e

contriburam com minha formao de engenheiro: Richard Stephan e Sebastio Melo.

Aos professores do curso de Engenharia Eltrica da Escola Politcnica da UFRJ que se

empenharam para transmitir conhecimento para os alunos da graduao.

Aos funcionrios do DEE e da Escola Politcnica, pela pacincia com os alunos e suas

inmeras solicitaes.

Aos amigos da SNC LAVALIN Marte: Emanoel, Ftima, Fernando, Joel, Luis

Mauricio, e Matheus pelo convvio, ensinamentos e disponibilizar tempo necessrio

para a minha graduao.

Ao amigo Marcus Vinicius Borges Rossi por me acompanhar nessa jornada.

Por ltimo, mas especialmente, minha namorada Viviane Oliveira Akatuka, pelo amor

carinho, pacincia e compreenso durante os finais de semana ausentes.

Muito Obrigado

v

SUMRIO

1. INTRODUO ........................................................................................................ 1

1.1. OBJETIVO ..................................................................................................................................... 2

1.2. ESTRUTURA DO TEXTO ................................................................................................................. 2

2. FUNDAMENTOS TERICOS ................................................................................. 3

2.1. COMPONENTES DA MQUINA .............................................................................................. 3

2.2. PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO .......................................................................................... 4

2.3. CONVENES .......................................................................................................................... 5

2.4. EQUAES DA MQUINA ..................................................................................................... 7

2.4.1. A TRANSFORMAO dq0 .................................................................................................. 7

2.4.2. EQUAO MECNICA .................................................................................................... 10

2.5. ANLISE DA PARTIDA DO MOTOR SNCRONO DE PLOS SALIENTES .......................... 10

2.5.1. PARTIDA DO MSPSL........................................................................................................ 11

2.5.2. PARTIDA DO MSPSS ........................................................................................................ 12

2.5.3. CIRCUITO EQUIVALENTE DO MSPSS ............................................................................ 13

2.6. MTODOS DE PARTIDA DO MOTOR SNCRONO ............................................................... 17

2.6.1. MTODOS DE PARTIDA COMO MOTOR DE INDUO ................................................ 17

2.6.2. MTODOS DE PARTIDA COMO MOTOR SNCRONO ..................................................... 21

3. FUNDAMENTOS PRTICOS ............................................................................... 23

3.1. RECURSO COMPUTACIONAL ............................................................................................... 23

3.2. PARMETROS DOS MOTORES SNCRONOS ....................................................................... 26

3.3. SIMULAO DA PARTIDA .................................................................................................... 28

3.3.1. DIAGRAMA DE BLOCOS .................................................................................................. 28

3.3.2. MODELAGEM DA CARGA ................................................................................................ 29

3.3.3. SISTEMA DE FECHAMENTO DE CAMPO ........................................................................ 30

4. RESULTADOS ...................................................................................................... 32

4.1. BASES DO SISTEMA ............................................................................................................... 32

4.2. ANLISE DOS RESULTADOS ............................................................................................... 33

4.2.1. CORRENTE NA PARTIDA ................................................................................................. 33

4.2.2. TORQUE NA PARTIDA...................................................................................................... 34

4.2.3. VELOCIDADE NA PARTIDA ............................................................................................. 36

4.2.4. CORRENTE NOS AMORTECEDORES............................................................................... 37

4.2.5. CORRENTE NO CAMPO ................................................................................................... 38

5. CONCLUSO ........................................................................................................ 40

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ......................................................................... 41

vi

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Circuitos do estator e do rotor da mquina sncrona ...................................... 6

Figura 2 - Relao Torque x Velocidade do MSPSL ................................................... 11

Figura 3 - Correntes circulantes na superfcie da sapata do MSPSS ............................. 12

Figura 4 - Largura dos enrolamentos virtuais dos eixos direto e em quadratura ........... 14

Figura 5 - Circuito equivalente do MSPSS .................................................................. 16

Figura 6 - Diagrama da Partida Direta ......................................................................... 17

Figura 7 - Diagrama da Partida com Reator ................................................................. 18

Figura 8- Diagrama de Partida com Capacitor ............................................................. 19

Figura 9 - Diagrama de Partida com Capacitor e Reator .............................................. 19

Figura 10 - Diagrama da Partida com Auto-Transformador ......................................... 20

Figura 11 - Diagrama de Partida com Fase Dividida .................................................... 20

Figura 12 - Diagrama de Partida com Soft Starter ....................................................... 21

Figura 13 - Diagrama de Partida com Motor Auxiliar .................................................. 22

Figura 14 - Diagrama da Partida com Freqncia Reduzida......................................... 22

Figura 15 - Bloco da Mquina Sncrona no Simulink ................................................. 24

Figura 16 - Configurao do Modelo da Mquina Sncrona ......................................... 25

Figura 17 - Diagrama de blocos da partida .................................................................. 28

Figura 18 - Curva Torque da carga X Velocidade ........................................................ 29

Figura 19 - Diagrama de blocos da modelagem da carga ............................................. 30

Figura 20 - Diagrama do sistema de fechamento de campo ......................................... 31

Figura 21 - Correntes dos motores durante a partida .................................................... 33

Figura 22 - Potncias ativa e reativa da partida do MSPSS .......................................... 34

vii

Figura 23 - Torques eletromagnticos dos motores na partida ...................................... 35

Figura 24 - Velocidades dos motores durante a partida ................................................ 36

Figura 25 - Corrente nos enrolamentos amortecedores do MSPSS na partida .............. 37

Figura 26 - Corrente nos enrolamentos amortecedores do MSPSL na partida .............. 37

Figura 27 Corrente e tenso aplicada no campo do MSPSS ...................................... 38

Figura 28 - Corrente e tenso aplicada no campo do MSPSL ....................................... 39

1

1. INTRODUO

As mquinas eltricas atualmente exercem papel fundamental na maioria dos

segmentos da indstria, desde a gerao de energia eltrica at a converso da mesma

em energia mecnica, atravs dos motores eltricos.

Os motores eltricos podem ser basicamente divididos em trs categorias:

motores de induo, motores sncronos e motores de corrente contnua. A energia em

quase totalidade convertida atravs de motores de corrente alternada, apesar de ainda

existirem motores de corrente contnua. A escolha do tipo de motor apropriado para

cada necessidade advm de uma srie de fatores como: a rede eltrica a qual ele ser

conectado, caractersticas da carga, relao custo benefcio etc.

Motores sncronos apresentam uma srie de vantagens sobre os motores de

induo. Eles so utilizados em aplicaes onde necessrio manter velocidade

constante nas variaes de carga e caso se deseje obter altos torques [1]. Os

enrolamentos amortecedores so projetados especialmente para a partida, tendo

influncia desprezvel no rendimento do motor em operao e conseguindo correntes de

partida menores em relao aos motores de induo [1]. So comuns em plantas

industriais motores sncronos de grande potncia e sobre-excitados serem instalados no

mesmo barramento que motores de induo menores para melhorar o fator de potncia

da instalao [2]. Alm disso, os motores sncronos apresentam eficincia superior aos

motores de induo.

Para aplicaes de altas velocidades, como compressores de leo e gs e

trituradores, motores sncronos projetados com rotores de plos slidos so a melhor

opo devido reduo de esforos mecnicos causados por foras centrfugas. Estes

tipos de rotores possuem menos componentes em relao ao projeto tradicional e

possuem maior eficincia no seu resfriamento [3].

2

1.1. Objetivo

Este trabalho tem por objetivo analisar o desempenho na partida de uma

mquina sncrona de plos salientes slidos, comparando-o com o desempenho de uma

mquina convencional com as mesmas caractersticas.

1.2. Estrutura do Texto

O texto do trabalho composto por esta introduo, 3 captulos e concluso.

O captulo 2 est dividido em 6 itens principais. O primeiro tem o objetivo de

descrever os componentes fsicos da mquina. O segundo item aborda o princpio de

funcionamento da mquina sncrona. O terceiro estabelece as convenes utilizadas

para a definio das equaes da mquina, mostradas no quarto item. O quinto faz uma

anlise da partida da mquina sncrona de plos salientes, mencionando o motor de

plos salientes laminados e plos salientes slidos, para o qual apresentado o seu

circuito equivalente. No sexto item so listados os mtodos de partida de motores

sncronos disponveis no mercado.

O captulo 3 apresenta uma viso geral sobre a modelagem da mquina no

MATLAB, apresentando os parmetros de dois motores sncronos, um de plos

salientes slidos e outro de plos salientes laminados e as etapas executadas para

simular a partida de ambas as mquinas.

No captulo 4, esto os resultados obtidos nas simulaes das partidas das

mquinas. So mostradas as curvas de corrente eficaz, torque, velocidade, correntes

induzidas nos enrolamentos amortecedores e corrente induzida nos enrolamentos de

campo.

A concluso resume as principais contribuies deste trabalho e apresenta

algumas sugestes de motores que possam ter suas partidas estudadas.

3

2. FUNDAMENTOS TERICOS

Este captulo tem como objetivo dar uma viso geral da mquina sncrona,

apresentando uma descrio fsica dos componentes da mquina e um conjunto de

equaes que descrevem o comportamento da mquina. Em seguida feita uma

introduo sobre a partida do motor sncrono de plos salientes, dando maior ateno

aos de plos slidos sobre os convencionais, amplamente abordadas na literatura.

Finalizando, feito um resumo explicativo sobre os mtodos disponveis de partida para

um motor sncrono.

2.1. COMPONENTES DA MQUINA

A mquina sncrona possui basicamente os seguintes componentes:

Estator: onde se localizam os enrolamentos de armadura, motivado pelo fato

da armadura geralmente operar a uma tenso consideravelmente maior que o

campo, necessitando de mais espao para isolamento e tambm por os

enrolamentos estarem sujeitos a altas correntes transitrias, necessitando assim

de resistncia mecnica adequada. O estator constitudo de partes magnticas

estacionrias, incluindo o pacote laminado de chapas de ao-silcio isoladas

entre si, com o intuito de prevenir a induo de correntes parasitas provenientes

da variao de fluxo magntico que ocorre na armadura [4].

Rotor: Pode ser construdo com plos lisos ou salientes dependendo das

caractersticas construtivas do motor e da aplicao. Consiste nas partes ativas

girantes compostas da coroa do rotor, o enrolamento de campo e o enrolamento

amortecedor. Os plos de campo so magnetizados atravs da corrente contnua

da excitatriz ou diretamente por anis coletores e escovas. O rotor do motor

sncrono de plos salientes compreende eixo, roda polar e plos. As bobinas de

campo so feitas de fios de cobre esmaltados ou barras de cobre planas. Depois

4

de bobinados e impregnados, os plos so fixados ao eixo ou roda polar. No

item 2.4 detalhada a diferena entre rotores de plos salientes slidos e plos

salientes laminados. O rotor do motor sncrono de plos lisos compreende eixo,

pacote de chapas laminadas e enrolamento dos plos. O enrolamento alojado

nas ranhuras do rotor formando os plos [4].

Enrolamentos amortecedores: Esto alojados em ranhuras localizadas nas

sapatas polares do rotor de plos salientes laminados ou na superfcie externa do

rotor de plos lisos. So constitudos de barras que atravessam a ranhura e so

curto-circuitadas nas extremidades formando uma gaiola. O enrolamento

amortecedor atua na partida do motor sncrono de rotor de plos salientes

laminados e garante estabilidade de velocidade perante variaes bruscas de

carga.

Excitatriz: Fornece corrente para os enrolamentos de campo do rotor. Pode ser

Brushless (sem escovas) ou Esttica (composta de anis coletores, escovas e

fonte de alimentao externa).

Mancais: Constitudos de rolamento de esferas ou de rolos cilndricos,

dependendo da rotao e dos esforos axiais e radiais a que so submetidos.

Eixo: Localizado no rotor, onde aplicada fora mecnica.

2.2. PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO

Os enrolamentos trifsicos da armadura em uma mquina sncrona so

distribudos igualmente espaados de 120. No funcionamento como motor, sendo esses

enrolamentos alimentados por correntes alternadas balanceadas e defasadas tambm de

5

120, produzido no entreferro um campo magntico girando na velocidade sncrona. O

campo gerado por corrente contnua nos enrolamentos do rotor tende a alinhar-se com o

campo girante do estator. Para produzir um torque constante, os campos do rotor e do

estator precisam girar na mesma velocidade, deste modo levando o rotor a girar

precisamente na velocidade sncrona, que dada por

Onde:

n = velocidade sncrona[rpm]

f = freqncia [Hz]

= nmero de plos da mquina

2.3. CONVENES

Assumindo as seguintes caractersticas para desenvolvimento das equaes da

mquina sncrona [5]:

Os enrolamentos do estator possuem uma distribuio senoidal ao

longo do entreferro levando em conta os efeitos mtuos com relao

ao rotor.

As ranhuras do estator no causam variao sensvel nas indutncias

do rotor com a posio do rotor.

Histerese magntica irrelevante

Efeitos de saturao magntica so irrelevantes (feita por

convenincia de anlise da mquina).

6

Na Figura 1 temos os circuitos considerados na anlise da mquina sncrona.

Figura 1 - Circuitos do estator e do rotor da mquina sncrona

Onde:

ea, eb, ec = Tenses de fase instantneas do estator [V]

ia, ib, ic = Correntes instantneas do estator [A]

efd = Tenso instantnea de campo [V]

ifd, ikd, ikq = Correntes de campo e dos amortecedores [A]

= Enlaces de fluxo dos enrolamentos do estator [Wb]

k = 1,2, .. n. ; n = nmero de circuitos amortecedores

= ngulo entre o eixo d e os enrolamentos da fase a [rad elet]

r = velocidade angular do rotor [rad elet/s]

A posio do eixo q adiantado de 90 graus em relao ao eixo d arbitrria,

sendo esta a escolhida pelos padres do IEEE.

7

2.4. EQUAES DA MQUINA

Levando em considerao as convenes estabelecidas no item anterior, uma

mquina sncrona pode ser caracterizada pelas equaes a seguir.

Onde:

Ra = Resistncia de armadura por fase []

Rfd, Rkd, Rkq = Resistncias do circuito do rotor []

(j = a,b,c,fd,kd,kq) = Enlace de fluxo do enrolamento [Wb]

2.4.1. A TRANSFORMAO dq0

As equaes 2.2 a 2.7, mais as equaes que definem os enlaces de fluxo de

todos os enrolamentos da mquina (no apresentadas aqui por necessitar de maior

aprofundamento e dessa maneira fugindo do escopo deste trabalho) descrevem

completamente o comportamento eltrico da mquina sncrona. Porm a determinao

8

de um ponto de operao da mquina a partir destas equaes se torna um problema

muito complexo, visto que as indutncias da mquina para este sistema de referncia

variam com que por sua vez varia com o tempo.

Com o objetivo de simplificar esses clculos, em 1929 R.H. Park desenvolveu

um mtodo de transformar as grandezas do estator em grandezas equivalentes que giram

em sincronismo com o rotor [6]. Essa transformao chamada transformao dq0, e

na sua forma matricial

[

]

[ (

) (

)

(

) (

)

]

[

]

E a sua transformao inversa

[

]

[

(

) (

)

(

) (

) ]

[

]

Onde G pode se referir corrente, tenso ou enlace de fluxo do enrolamento do

estator. A componente de seqncia zero corresponde s componentes da corrente de

armadura que no produzem fluxo no entreferro. Para condies balanceadas, as

grandezas de seqncia zero so nulas.

9

Aplicando a transformao dq0 em 2.7 para os termos das equaes 2.2 a 2.4,

possvel obter as seguintes equaes:

A maior vantagem da transformao dq0 est em tornar as indutncias da

mquina independentes da posio do rotor. A relao entre os enlaces de fluxo e as

correntes dada por

[

]

[

]

[ ]

Onde:

Ld, Lq, L0 = Indutncias prprias dos enrolamentos do estator [H]

Lffd, Lkkd, Lkkq = Indutncias prprias dos enrolamentos do rotor [H]

Lafd, Lakd, Lakq = Indutncias mtuas entre os enrolamentos do estator e do rotor [H]

Lfkd = Indutncia mtua entre os enrolamentos de campo e amortecedor

no eixo direto [H]

10

2.4.2. EQUAO MECNICA

O torque eletromagntico com relao aos eixos de referncia dado por

(

)

e o torque de acelerao da mquina

Onde:

Te = Torque eletromagntico [N.m]

Ta = Torque de acelerao [N.m]

= nmero de plos da mquina

J = Momento de inrcia da mquina mais turbina (gerador) ou

carga (motor) [kg.m2]

= Velocidade angular do rotor [rad mec/s]

possvel definir o torque mecnico da mquina (Tm) para os eixos de

coordenadas dq0 a partir da equao 2.15 como

(

)

Assim, de posse do sistema de equaes diferenciais composto por 2.10 a 2.12,

2.5 a 2.7 e 2.16, o comportamento da mquina pode ser inteiramente descrito.

2.5. ANLISE DA PARTIDA DO MOTOR SNCRONO DE PLOS SALIENTES

O motor sncrono de plos salientes pode ser classificado em dois tipos: de plos

slidos (MSPSS) e plos laminados (MSPSL). O MSPSL possui plos compostos por

chapas de ao perfuradas, comprimidas e formadas. A cabea do plo geralmente possui

11

enrolamentos amortecedores do tipo gaiola de esquilo ou dupla gaiola de esquilo [7]. O

MSPSS tem o rotor construdo em uma pea inteira de massa slida, feita de ao

fundido, forjado ou liga. O enrolamento de campo pode ser feito de tiras de cobre

enroladas diretamente no rotor ou construdo separadamente e colocado no corpo do

plo antes de a sapata ser aparafusada [8]. O projeto do rotor de plos salientes slidos

oferece alta confiabilidade mecnica e trmica, j que as correntes induzidas no ficam

limitadas aos enrolamentos amortecedores, sendo a potncia dissipada em um volume

maior de material. Em alguns rotores desse tipo, ranhuras so feitas na superfcie dos

plos para evitar sobreaquecimento e permitir maior flexibilidade mecnica para o rotor

se contrair e expandir. Seu alto torque de partida o torna ideal para cargas com grande

inrcia, como ventiladores e compressores.

2.5.1. PARTIDA DO MSPSL

O MSPSL possui o mesmo comportamento de um motor de induo durante sua

partida por possuir a gaiola de esquilo como o enrolamento do rotor. A curva tpica de

relao Torque x Velocidade de um MSPSL descrita pela Figura 2.

Figura 2 - Relao Torque x Velocidade do MSPSL

A velocidade para a qual ocorre o torque mximo pode ser controlada atravs da

resistncia do rotor. Dependendo da aplicao, caso seja necessrio grande torque

inicial na partida, utiliza-se uma gaiola de esquilo com alta resistncia. Porm o

12

escorregamento quando o rotor atingir sua velocidade final no funcionamento como

rotor de um motor de induo ser muito grande, podendo ser impossvel levar o rotor

ao sincronismo no fechamento do campo (baixo torque de sincronizao) [7]. J um

rotor com baixa resistncia tem baixo torque de partida e alto torque de sincronizao.

Para obter os benefcios dos dois projetos de rotor, necessrio obter uma

resistncia que seja alta no incio e v decaindo com o aumento de velocidade do rotor.

A dupla gaiola, sendo composta por uma gaiola de alta e outra de baixa resistncia e o

rotor de barras profundas, o qual se utiliza do princpio do efeito pelicular, possuem

essa caracterstica.

2.5.2. PARTIDA DO MSPSS

O MSPSS no possui barras de enrolamentos amortecedores. Durante a partida,

o fluxo girante do estator induz correntes circulantes nos plos salientes. So correntes

que se encontram na superfcie do rotor devido ao efeito pelicular e seguem

principalmente as bordas da sapata polar, conforme mostrado na Figura 3. A resistncia

e a indutncia do rotor podem ser calculadas usando as propriedades do material do plo

slido, considerando o efeito pelicular.

Figura 3 - Correntes circulantes na superfcie da sapata do MSPSS

13

A profundidade de penetrao das correntes induzidas na superfcie do rotor, que

pode ser derivada das equaes de Maxwell, definida por

Onde:

= Profundidade de penetrao [mm]

= Permeabilidade Magntica [H/m]

= Condutividade eltrica [S/m]

Freqncia da rede [Hz]

escorregamento do rotor

O campo magntico gerado no eixo de rotao dessas correntes tende a seguir o

campo girante da armadura, gerando torque para a partida. O MSPSS possui maior

torque de partida frente ao MSPSL, porm o torque no rotor decai sensivelmente com a

velocidade, particularmente quando a velocidade do rotor se aproxima do sincronismo,

o que torna a sincronizao do MSPSS mais difcil. Seu nicho de aplicao est

basicamente em mquinas de grande potncia, onde o volume do rotor

suficientemente grande para dissipar o calor produzido pelas altas correntes induzidas

pelo campo da armadura, ao passo que os enrolamentos amortecedores do MSPSL

fundiriam para tais condies de partida.

2.5.3. CIRCUITO EQUIVALENTE DO MSPSS

Para melhor visualizao do modelo da mquina, comum se utilizar de

circuitos equivalentes para representar suas caractersticas eltricas. A maioria dos

estudos de modelagem de mquinas sncronas dirigida para os MSPSL e para os

motores de induo. Para modelagem de eventos que envolvem transitrios, como a

partida, pode ser utilizada a anlise por elementos finitos (EF). Esse mtodo apresenta

resultados mais precisos do que a modelagem atravs de circuitos equivalentes, porm

14

exige muito esforo computacional, podendo levar at dias para simular completamente

a partida de um MSPSS, prejudicando o tempo de projeto de uma nova mquina.

Em 2009, foi desenvolvido e testado um circuito equivalente que apresentou

resultados satisfatrios para projeto e anlise de um prottipo de MSPSS [9]. Baseado

no modelo tradicional para o motor de sncrono de plos salientes [10], esta modelagem

composta de dois circuitos: um para o eixo direto e outro para o eixo em quadratura,

onde se assume que as correntes circulantes concentradas na superfcie da sapata polar

do MSPSS fluem atravs de dois conjuntos de enrolamentos virtuais montados na

superfcie do rotor, sendo um acoplado ao eixo direto e outro ao eixo em quadratura.

Assume-se que os dois enrolamentos cobrem a superfcie polar com apenas uma

bobina. A profundidade dos enrolamentos igual profundidade de penetrao das

correntes circulantes e o comprimento da bobina igual ao comprimento do rotor. A

largura do enrolamento virtual no eixo direto igual ao comprimento da borda da sapata

polar na vista superior do rotor, explcito em vermelho na Figura 4. No eixo em

quadratura, equivale ao comprimento do espao interpolar, indicado em azul abaixo.

Figura 4 - Largura dos enrolamentos virtuais dos eixos direto e em quadratura

Assim, as resistncias do eixo direto e em quadratura destes enrolamentos

virtuais so dadas por

15

Onde:

= comprimento do rotor na direo axial

= largura dos enrolamentos virtuais nos eixos de referncia

nmero de plos da mquina

Como pode ser visto, a resistncia dos enrolamentos amortecedores do rotor varia com

, que por sua vez varia com a velocidade do motor (2.17), tornando o problema do

clculo da partida do MSPSS mais complexo que a partida do motor de plos salientes

tradicional, onde os enrolamentos amortecedores possuem uma resistncia definida.

As indutncias prprias do estator Ld e Lq podem ser divididas em duas partes: a

indutncia de disperso Ll, aproximadamente igual para os dois eixos e que no enlaa

nenhum circuito do rotor, e as indutncias mtuas Lad e Laq que enlaam os circuitos do

rotor. Do mesmo modo, as indutncias do campo e dos enrolamentos amortecedores

virtuais do rotor podem ser dividas em suas indutncias de disperso e indutncias

mtuas com o estator, sendo

Onde , , representam as indutncias de disperso dos enrolamentos de

campo, enrolamentos amortecedores no eixo direto e em quadratura respectivamente.

As indutncias transitria de eixo direto e subtransitrias de eixo direto e em

quadratura

do circuito da mquina sncrona durante a partida so dadas por

16

Durante a partida do motor sncrono, comum conectar os terminais dos

enrolamentos de campo a um resistor de descarga (Rdes) para limitar as correntes

induzidas no campo. Introduzindo essa resistncia na equao do circuito de campo,

obtm-se:

Quando o rotor atingir velocidade perto de 95% da velocidade de sincronismo, os

enrolamentos de campo so chaveados para a alimentao em corrente contnua,

fazendo valer a equao 2.5 apresentada anteriormente.

O circuito equivalente do MSPSS, tanto para os transitrios quanto para o

regime permanente pode ser derivado das equaes 2.5 a 2.7, 2.10, 2.11 e 2.20 a 2.28,

como mostrado na figura 4.

Figura 5 - Circuito equivalente do MSPSS

17

2.6. MTODOS DE PARTIDA DO MOTOR SNCRONO

Existem diversos mtodos de partida para um motor sncrono. A escolha do

mtodo envolve variveis como: parmetros do motor, da carga, robustez da rede

eltrica, limitao de potncia reativa e quedas de tenso aceitveis durante o processo.

Os mtodos mais conhecidos so:

2.6.1. MTODOS DE PARTIDA COMO MOTOR DE INDUO

Partida Direta: O mtodo mais simples e econmico, porm requer uma rede

forte por causa das altas correntes reativas necessrias na partida. Um valor

normal entre 6-7 vezes a corrente nominal do motor, mas valores de at

9 ou 10 vezes a corrente nominal podem existir [11]. A corrente de pico pode

atingir at 14 vezes a corrente nominal. A tenso nos terminais do motor e

conseqentemente o torque inicial sero reduzidos dependendo da queda de

tenso na impedncia da rede. o mtodo preferido quando a carga possui muita

inrcia e requer alto conjugado de partida. Em contrapartida, cargas muito leves

podem submeter o eixo do rotor a grandes esforos, danificando-o. Motores de

grande porte e motores que partem e param freqentemente, ou tm algum tipo

de sistema de controle, normalmente usam um disparador de partida direta que

pode consistir de uma proteo mais contator de sobrecarga, como um rel de

temperatura [12]. O diagrama unifilar deste mtodo est apresentado na Figura

6.

Figura 6 - Diagrama da Partida Direta

M

18

Partida com Reator: Permite uma partida suave, sendo sua transio da tenso

reduzida nos terminais do motor para tenso plena quase imperceptvel. O

equipamento e o controle so bastante simples, porm o torque de partida

reduzido quadraticamente, j que limita a tenso e a corrente. Um mesmo reator

pode ser usado na partida de mais de um motor. O reator conectado em srie

com os terminais do motor, conforme diagrama unifilar mostrado na Figura 7. A

grande vantagem desse mtodo o custo mais baixo em relao aos demais

mtodos, exceto o mtodo de partida direta.

Figura 7 - Diagrama da Partida com Reator

Partida com Capacitor: O fator de potncia da corrente de partida dos motores

sncronos de grande potncia muito baixo. O decaimento da tenso nos

terminais do motor ocorre principalmente pelo fluxo de reativos atravs das

impedncias da rede. A instalao de capacitores em derivao, como mostrado

no diagrama da Figura 8, diminui a quantidade de potncia reativa drenada da

rede, elevando a tenso nos terminais do motor e conseqentemente o torque

assncrono. Durante a acelerao do motor, as correntes naturalmente decaem e

a tenso sobe. Os capacitores ento vo sendo desligados com o auxlio de um

rel de sobretenso. As desvantagens desse mtodo so o custo e o grande

espao ocupado pelos bancos capacitores.

M

19

Figura 8- Diagrama de Partida com Capacitor

Partida com Capacitor e Reator: uma composio dos dois mtodos

mostrados acima, conforme o diagrama da Figura 9. Reduz a corrente na partida

e possui uma tenso nos terminais do motor melhor que a configurao somente

com reator.

Figura 9 - Diagrama de Partida com Capacitor e Reator

Partida com Auto-Transformador: Tambm conhecido como Partida

Korndorffer. Este mtodo possui alta eficincia no torque de partida comparado

com a partida com reator, porm requer um sistema de controle mais complexo e

com mais dispositivos de chaveamento, tornando-o mais caro. Primeiro, fecha-

se a chave C3, mostrada na Figura 10, e depois C2. Em seguida C3 aberta e

depois C1 fechada. Para concluir, C2 aberta. aplicado em locais onde a

rede eltrica fraca e o torque reduzido de partida suficiente para acelerar a

carga.

MM

20

Figura 10 - Diagrama da Partida com Auto-Transformador

Partida com Fase Dividida: Este mtodo requer um projeto especial do motor,

com os enrolamentos tendo pelo menos dois circuitos paralelos nos

enrolamentos de armadura, conforme exibido na Figura 11. O custo de produo

desse tipo de enrolamento depende da capacidade do motor. Para motores de

maior potncia h um acrscimo considervel no preo final. A vantagem no

precisar de nenhum dispositivo de reduo de tenso, porm o torque de partida

fixado no estgio de projeto da mquina, no podendo ser alterado. A diviso

das correntes nos enrolamentos em paralelo tem como objetivo limitar o

aumento da temperatura durante a partida.

Figura 11 - Diagrama de Partida com Fase Dividida

Partida com Soft Starter: essencialmente um mtodo de tenso reduzida.

Consiste em um conjunto de pares de tiristores (SCR ou combinaes de

tiristores/diodos), um em cada borne de potncia do motor. O ngulo de disparo

de cada par de tiristores controlado eletronicamente para aplicar uma tenso

varivel aos terminais do motor durante a acelerao. No final do perodo de

partida, ajustvel tipicamente entre 2 e 30 segundos, a tenso atinge seu valor

M

C1

C2

C3

M

21

pleno aps uma acelerao suave ou uma rampa ascendente, ao invs de ser

submetido a incrementos ou saltos repentinos. Com isso, consegue-se manter a

corrente de partida prxima da nominal e com suave variao. Alm da

vantagem do controle da tenso e corrente durante a partida, a chave eletrnica

apresenta, tambm, a vantagem de no possuir partes mveis ou que gerem arco,

como nas chaves mecnicas [13]. Em aplicaes onde o torque de partida

pequeno, as altas correntes devido ao rotor bloqueado so reduzidas, evitando

perdas. Soft starters so menos caros do que os conversores de frequncia mas

tambm injetam harmnicos na rede e no efetuam controle de velocidade. O

diagrama unifilar deste mtodo est apresentado na Figura 12.

Figura 12 - Diagrama de Partida com Soft Starter

2.6.2. MTODOS DE PARTIDA COMO MOTOR SNCRONO

Partida com Motor Auxiliar: uma opo interessante de ser usada na

situao em que a potncia do motor muito grande em relao capacidade da

rede e o torque de partida da carga pequeno. No h necessidade de torque

assncrono para o motor principal e dessa maneira o projeto da mquina pode ser

simplificado. Um motor de corrente contnua pode ser utilizado, servindo no

momento em que desligado da rede como um gerador para alimentar o campo

do motor sncrono atravs de anis coletores e escovas. Tem como desvantagem

o aumento de comprimento no eixo, j que as duas se encontram acopladas

mecanicamente, como mostrado no esquema da Figura 13. Outro ponto fraco

so as perdas relativas rotao do motor auxiliar aps a sincronizao do motor

principal.

M

22

Figura 13 - Diagrama de Partida com Motor Auxiliar

Partida com Freqncia Reduzida: Tambm conhecida como partida

sncrona. Utiliza um conversor de freqncia baseado em dispositivos de

eletrnica de potncia para reduzir a freqncia nos terminais do motor.

constituda de duas partes: a primeira converte a corrente da rede de alternada

para contnua e a segunda que converte de CC para CA. Com o campo fechado

aumenta-se suavemente a freqncia, acelerando o motor. Reduz

significativamente a corrente drenada da rede e tambm pode servir para frear o

motor, mas tem como desvantagem custo, complexidade e o tamanho do

equipamento de partida. Pode criar harmnicos indesejados no sistema, podendo

ser incorporados ao equipamento filtros capacitivos. Para motores de grandes

potncias o projeto do equipamento de partida tem que ser coordenado com o do

motor. Seu uso mais comum para motores onde tambm se quer efetuar

controle de velocidade. O mesmo equipamento pode dar partida a vrios

motores similares, conforme exibido no esquema da Figura 14.

Figura 14 - Diagrama da Partida com Freqncia Reduzida

MM

AM

M

CA

CC

CC

CA

23

3. FUNDAMENTOS PRTICOS

Para dar solidez ao estudo dos motores sncronos de plos salientes slidos, a

maneira vivel encontrada para este trabalho foi atravs de simulaes virtuais de

partida da mquina, comparando-a com uma mquina sncrona tradicional. Neste

captulo dada uma viso da ferramenta computacional utilizada, os parmetros

utilizados para modelagem das mquinas no software e um detalhamento dos

procedimentos adotados no programa para a execuo de uma simulao o mais fiel

possvel realidade.

3.1. RECURSO COMPUTACIONAL

Para efetuar a comparao da partida do MSPSS com o motor sncrono

convencional, foi escolhido o ambiente MATLAB, devido sua praticidade,

confiabilidade e uso crescente no meio acadmico e profissional. O MATLAB um

ambiente interativo para o desenvolvimento de algoritmos, visualizao de dados,

anlise de dados e computao numrica.

Uma das vrias ferramentas disponveis no MATLAB, o Simulink um

software que modela, simula e analisa sistemas dinmicos. O Simulink disponibiliza

uma interface grfica para a construo de modelos atravs de diagramas de blocos,

possuindo vrias bibliotecas desenvolvidas para resolues de problemas em diversos

ramos da engenharia, como: sistemas aeroespaciais, telecomunicaes, controle,

eletrnica, processamento de sinais, engenharia mecnica, instrumentao mdica etc.

Desevolvidas em conjunto por engenheiros da Hydro-Qubec Research Institute

(IREQ) e da cole de Technologie Suprieure (ETS) em Qubec, no Canad, a

biblioteca do SimPowerSystems disponvel no Simulink contm modelos dos

equipamentos tpicos em um sistema de potncia, como transformadores, linhas de

transmisso, dispositivos de eletrnica de potncia e mquinas eltricas [14]. Desta

biblioteca foi retirado o modelo de mquina sncrona utilizado no presente trabalho.

24

O modelo da mquina sncrona do SimPowerSystems opera tanto como gerador

ou como motor, sendo definido seu modo de operao atravs do sinal da potncia

mecnica (Pm) de entrada no bloco, mostrado na Figura 15. Para funcionamento como

motor, o sinal negativo.

Figura 15 - Bloco da Mquina Sncrona no Simulink

As trs fases do motor sncrono so alimentadas atravs de sinais de tenso alternadas

nos conectores das fases A, B e C. A entrada Vf serve para controle da tenso nos

enrolamentos de campo e m d acesso ao painel de medidas da mquina.

Os parmetros de entrada do bloco que simula uma mquina sncrona permitem

ao usurio definir o tipo de rotor da mquina (rotor de plos salientes ou rotor

cilndrico) e o tipo de entrada mecnica que caracteriza a carga, podendo ser potncia

mecnica (Pm) ou velocidade. Conforme exibido na Figura 16, os parmetros eltricos

da modelagem da mquina esto no sistema de referncia do rotor (eixos direto e

quadratura).

25

Figura 16 - Configurao do Modelo da Mquina Sncrona

Os vetores contendo os parmetros da mquina esto organizados da seguinte forma:

Potncia nominal, tenso de linha e freqncia nominal

Reatncias:

o Reatncia sncrona no eixo direto Xd.

o Reatncia transitria no eixo direto Xd'.

o Reatncia subtransitria no eixo direto Xd''.

o Reatncia sncrona no eixo em quadratura Xq.

o Reatncia subtransitria no eixo em quadratura Xq''.

o Reatncia de disperso Xl.

Constantes de tempo: podem ser definidas para circuito aberto ou curto

circuito, dependendo dos valores de preferncia do usurio. As constantes de

tempo tambm esto nos eixos de referncia do rotor e em segundos, sendo:

o Transitria de curto-circuito no eixo direto Td'.

26

o Subtransitria de curto-circuito no eixo direto Td''.

o Subtransitria de curto-circuito no eixo em quadratura Tq''.

o Transitria de circuito aberto no eixo direto Tdo'.

o Subtransitria de circuito aberto no eixo direto Tdo''.

o Subtransitria de circuito aberto no eixo em quadratura Tqo''.

Constante de inrcia H(s), fator de atrito e par de plos

Condies iniciais:

o Desvio inicial da velocidade em relao a velocidade nominal dw (%).

o ngulo eltrico do rotor (graus).

o Correntes iniciais nas trs fases do estator.

o ngulos das correntes nas trs fases do estator.

o Tenso inicial nos enrolamentos de campo Vf.

O Simulink possui dois blocos para a mquina sncrona, um contendo as

unidades no sistema internacional e outro com as unidades em pu, o qual ser utilizado

no presente trabalho.

3.2. PARMETROS DOS MOTORES SNCRONOS

Para uma efetiva comparao dos motores plos slidos (MSPSS) com os

tradicionais (MSPSL) foram gentilmente cedidos pela WEG Mquinas parmetros de

um prottipo de MSPSS, e a partir dessa mquina foi feita pela WEG uma simulao

de um MSPSL de mesma potncia e tenso nominais e nmero de plos. Os dados

fornecidos encontram-se na Tabela 1.

27

Tabela 1 - PARMETROS DOS MOTORES SNCRONOS

Parmetro MSPSS MSPSL

Potncia nominal (kW) 31250 31250

Tenso nominal (V) 13800 13800

Freqencia nominal (Hz) 60 60

Plos 4 4

Xd (pu) 2,53 2,47

Xq (pu) 1,18 1,3

Xd (pu) 0,392 0,571

Xd (pu) 0,256 0,456

Xq (pu) 0,322 0,466

Xl (pu) 0,184 0,155

Tdo (pu) 8,14 6,83

Td (pu) 1,33 1,54

Tdo (pu) 0,0092 0,038

Tqo (pu) 0,0305 0,11

Td (pu) 0,053 0,0302

Tq (pu) 0,0079 0,02265

Ta (pu) 0,26 0,26

Rs (pu) 0,01531 0,01531

Inrcia do rotor ( kg.m) 1995 1995

Inrcia da carga (kg.m) 500 500

Foram fornecidas as inrcias do rotor e da carga (J), no entanto a entrada no bloco se

encontra em funo da constante de inrcia H, que definida por

Sendo a velocidade nominal da mquina encontrada aplicando a equao 2.11 e

convertendo para radianos por segundo,

Somam-se as inrcias do rotor e da carga para encontrar H do sistema

28

3.3. SIMULAO DA PARTIDA

Para partida dos motores foi escolhido o mtodo de partida direta, que o

mtodo utilizado para fins de clculo eletromagntico da mquina. As mquinas esto

conectadas a um barramento infinito na tenso nominal, portanto no haver quedas de

tenso da rede durante a simulao.

3.3.1. DIAGRAMA DE BLOCOS

Para representao em diagrama de blocos da partida dos motores sncronos foi

montado o esquema da Figura 17 no Simulink.

Figura 17 - Diagrama de blocos da partida

Com o intuito de facilitar a visualizao do modelo da partida, foram criados

dois subsistemas dentro do modelo principal: um contendo o modelo da carga e outro

responsvel pelo fechamento do campo para ambos motores sncronos.

29

3.3.2. MODELAGEM DA CARGA

Sob orientao da WEG, a caracterstica da carga escolhida durante a partida

aproximada por uma curva parablica de conjugado resistente em funo da velocidade

do rotor, conforme mostrado na Figura 18.

Figura 18 - Curva Torque da carga X Velocidade

Os valores aconselhados pela WEG para definir a curva da carga foram os seguintes:

Conjugado inicial = 15% do conjugado nominal

Conjugado mnimo em 15% da rotao nominal

Conjugado final = 20% do conjugado nominal

Na simulao da partida do MSPSL, o torque de partida da mquina no suficiente

para vencer este valor de conjugado inicial (15%). Para contornar este problema o

conjugado inicial da mquina foi reduzido para 5% da potncia nominal tanto para o

MSPSS como para o MSPSL, com o objetivo de obter uma base de comparao entre

os dois motores. A equao do 2 grau que descreve o torque da carga Tl em funo da

velocidade mecnica, ambos em pu

30

A partir da equao 3.4 foi montado no Simulink o diagrama de blocos mostrado

na Figura 19, sendo inserido em um subsistema para simplificar a modelagem da partida

dos motores, como mostrado no item 3.3.1.

Figura 19 - Diagrama de blocos da modelagem da carga

Como a entrada da carga no bloco da mquina atravs da potncia mecnica,

necessrio multiplicar o torque da carga pela velocidade mecnica. Tambm foi

introduzido um ganho de -1 para caracterizar o torque como sendo resistente, conforme

citado no item 3.1.1.

3.3.3. SISTEMA DE FECHAMENTO DE CAMPO

O sistema de fechamento de campo foi implementado atravs de um comparador

de velocidade. Quando a velocidade do rotor atinge 95% da nominal, um sinal enviado

para o Flip-Flop do diagrama de blocos mostrado na Figura 20, que aciona um

interruptor modificando a tenso de campo de zero para 1 pu.

31

Figura 20 - Diagrama do sistema de fechamento de campo

Este diagrama de blocos encontra-se inserido em um subsistema, mostrado na

figura 17 do item 3.3.1 com o intuito de simplificar a visualizao do modelo.

32

4. RESULTADOS

Nesta seo so apresentados os resultados das simulaes realizadas no

MATLAB. Inicialmente so definidas as bases do sistema, para em seguida ser feita

uma anlise de cada varivel pertinente ao estudo da partida do MSPSS, comparando-o

ao motor sncrono tradicional.

4.1. BASES DO SISTEMA

O modelo da mquina disponibiliza todas suas sadas em pu, o que facilita as

comparaes entre os dois tipos de motores. O modelo do SimPowerSystems adota os

valores de pico, fase-terra como bases de tenso e corrente. Ento, a partir dos valores

da Tabela 1 podemos definir as bases do sistema como:

(

) (

)

33

4.2. ANLISE DOS RESULTADOS

Para anlise dos resultados obtidos no MATLAB, foram levados em conta a

corrente na partida, o torque na partida, a velocidade desenvolvida, a corrente nos

amortecedores e a corrente induzida nos enrolamentos de campo.

4.2.1. CORRENTE NA PARTIDA

Por possuir menores reatncias subtransitria e transitria que o MSPSL,

mostradas na Tabela 1, o MSPSS drena mais corrente durante a partida da mquina,

conforme pode ser constatado nos valores de corrente na fase a do estator encontrados

no grfico da Figura 21. As correntes no estator do MSPSS chegam a ser 40% maiores

do que no MSPSL, porm as mesmas se reduzem mais rapidamente que no MSPSL.

Figura 21 - Correntes dos motores durante a partida

34

Na figura 22 esto os grficos da potncia ativa e reativa da partida para o

MSPSS. possvel constatar a natureza predominantemente reativa das correntes do

motor sncrono durante os estgios iniciais da partida.

Figura 22 - Potncias ativa e reativa da partida do MSPSS

4.2.2. TORQUE NA PARTIDA

O torque de partida para o MSPSS ser maior que o MSPSL, j que a mquina

drena mais corrente nos seus estgios iniciais. Devido s salincias do plo, o torque

durante a partida oscila em torno de um valor mdio com freqncia igual ao dobro do

escorregamento, como pode ser visto no grfico da Figura 23. Conhecido como torque

pulsante, a sua magnitude determinada pelo grau de assimetria do circuito do rotor.

Esta assimetria tambm causa uma queda no torque mdio quando o rotor atinge

velocidade superior metade da velocidade sncrona. Isto se deve componente de

seqncia negativa de fluxo de entreferro interagindo com o estator, gerando torque

resistivo. O MSPSS, por no possui circuitos amortecedores e por ter correntes

induzidas em sua maioria nas superfcies dos plos, bastante assimtrico e produz

torque pulsante maior que o MSPSL [15].

35

Figura 23 - Torques eletromagnticos dos motores na partida

Outro fator que gera torque pulsante so os enrolamentos de campo, que

envolvem somente o eixo direto do rotor. Para o motor sncrono com o campo excitado,

a geometria eletromagntica do rotor se repete uma vez a cada dois plos, sendo mais

um grau de assimetria. Por esses motivos a partida do motor feita geralmente com os

enrolamentos de campo curto-circuitados ou conectado um resistor aos seus terminais.

Caso o campo seja excitado prematuramente na partida, gera-se uma grande

componente de torque pulsante na freqncia de escorregamento, podendo tornar

impossvel a chegada ao sincronismo. Com um controle apropriado da excitao de

campo, o torque de pulsao devido aos enrolamentos de campo se torna pequeno em

relao ao torque gerado pela assimetria do rotor, podendo ser desconsiderado [15].

Por no momento da sincronizao realizada nesta simulao os motores

ultrapassarem momentaneamente a velocidade sncrona, as curvas dos torques

apresentam este formato espiral girando em torno do torque resultante em 1 pu de

velocidade.

36

4.2.3. VELOCIDADE NA PARTIDA

Desenvolvendo maior torque durante a partida e por possuir menores constantes

de tempo subtransitria e transitria, o MSPSS atinge rapidamente a velocidade

sncrona. Enquanto o MSPSL leva aproximadamente 40 segundos para atingir o regime

permanente, o MSPSS gasta por volta de 10 segundos como indica as curvas de

velocidade dos motores na Figura 24.

Figura 24 - Velocidades dos motores durante a partida

37

4.2.4. CORRENTE NOS AMORTECEDORES

As correntes induzidas nos enrolamentos amortecedores so um fator de suma

importncia no projeto da mquina sncrona. O modelo da mquina no Simulink d

acesso s correntes induzidas nos enrolamentos amortecedores do rotor nos eixos direto

e em quadratura. Nos grficos das Figuras 25 e 26 pode ser observado que a partida do

MSPSS produz valores de corrente aproximadamente 12 vezes maior no eixo direto e 4

vezes maior no eixo em quadratura em relao ao MSPSL, porm estas correntes

cessam mais rapidamente, chegando a zero no regime permanente, conforme a teoria.

Figura 25 - Corrente nos enrolamentos amortecedores do MSPSS na partida

Figura 26 - Corrente nos enrolamentos amortecedores do MSPSL na partida

38

4.2.5. CORRENTE NO CAMPO

Outro aspecto que deve ser levado em considerao na partida a corrente

induzida nos enrolamentos de campo. Se este se encontrar curto-circuitado ou com os

terminais conectados atravs de um resistor, tambm pode produzir torque. A diferena

entre os enrolamentos amortecedores e os de campo a capacidade dos primeiros

poderem produzir campo em qualquer direo independente da posio do rotor, ao

passo que os enrolamentos de campo somente produzem campos magnticos cujos

eixos se encontram nas linhas de centro dos plos salientes. Nas figuras 27 e 28

possvel ver a corrente induzida nos enrolamentos de campo do MSPSS e MSPSL.

Figura 27 Corrente e tenso aplicada no campo do MSPSS

Inicialmente os enrolamentos esto curto-circuitados (tenso nula aplicada no

campo), induzindo correntes da ordem de 5 pu para ambos os motores. Para efeitos de

simulao no h problema correntes dessa magnitude na anlise da partida, mas na

realidade essas correntes devem ser reduzidas atravs de um resistor de descarga. A

freqncia da corrente decai com o escorregamento do rotor e sua amplitude atinge o

valor final de 1 pu, sendo o campo fechado por volta de 4 segundos para o MSPSS e 34

segundos para o MSPSL, quando o rotor chega a 95% da velocidade nominal.

39

Figura 28 - Corrente e tenso aplicada no campo do MSPSL

40

5. CONCLUSO

Atravs da anlise da partida do motor sncrono de plos salientes slidos

(MSPSS) desenvolvida nesse trabalho foi possvel pontuar suas principais

caractersticas, aplicaes e descrever as etapas e maneiras possveis de levar o motor

desde o seu estado em repouso at o regime permanente.

Tendo como referncia o motor sncrono de plos laminados (MSPSL), as

simulaes executadas com o modelo da mquina disponvel no ambiente MATLAB

com os parmetros cedidos pela WEG Mquinas apresentaram uma maneira didtica,

prtica e confivel para avaliar as diferenas entre as partidas dos dois motores, com

resultados consistentes, confirmando o comportamento do MSPSS proposto pela

literatura durante a sua partida. As simulaes mostram que o MSPSS parte mais

rapidamente, j que desenvolve maior torque durante a partida. Ele tambm atinge

maiores valores de corrente no estator em comparao ao MSPSL, porm estes altos

valores se reduzem com maior velocidade.

Para trabalhos futuros seria possvel adicionar s comparaes entre as partidas

dos motores abordadas, as partidas dos motores sncronos com rotor cilndrico, motores

sncronos de induo e motores de induo.

41

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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www.geindustrial.com.br/download/artigos/nt02.pdf>. Acesso em: Julho 2011.

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42

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