Explique, de forma sucinta, o funcionamento de um motor síncrono em termos de campos magnéticos no rotor e estator.
Passo 1
Você pediu uma explicação sucinta sobre como um motor síncrono funciona em termos dos campos magnéticos do rotor e do estator. Não há dados numéricos no enunciado; a pergunta é conceitual e quer entender a interação entre os campos e como isso produz rotação sincronizada.
Passo 2
Como o estator cria um campo magnético girante (RMF). O estator tem enrolamentos trifásicos alimentados por corrente alternada. Quando as três correntes defasadas passam pelos enrolamentos dispostos espacialmente, a soma vetorial dos polos cria um campo magnético que gira com velocidade fixa. Essa velocidade (velocidade síncrona) é dada por
onde
é em rpm,
é a frequência da rede em Hz e
é o número de polos do estator. Expliquei cada termo:
é a frequência da fonte AC;
é quantos polos magnéticos a máquina tem (2, 4, 6, …). Esse campo do estator é chamado de campo magnético girante (RMF).
Passo 3
Como o rotor fornece um campo magnético fixo em relação ao eixo. O rotor traz um campo magnético quase “fixo” em relação ao próprio eixo — gerado por ímãs permanentes ou por excitação DC em enrolamentos do rotor (excitação que cria um campo de polo magnético). Esse campo do rotor tem direção única no espaço do rotor e gira junto com o eixo mecânico.
Passo 4
Como ocorre a sincronização: o princípio é simples e elegante. O RMF do estator tende a alinhar qualquer campo magnético livre com ele. Se o rotor tiver um campo (ímã ou excitação DC) e for levado a girar, ele só pode rodar numa velocidade na qual o seu campo fique estacionário em relação ao RMF — ou seja, a mesma velocidade
. Assim o rotor “trava” no RMF e gira em sincronismo com ele. Em palavras mais diretas: o rotor e o campo do estator giram com a mesma velocidade angular; o escorregamento (slip) é zero,
.
Passo 5
De onde vem o torque? força para girar? Torque surge da tendência de alinhamento dos dois campos magnéticos. Definimos o ângulo elétrico
entre o eixo do campo do rotor e o eixo do campo do estator (RMF). A interação magnética produz um torque que tende a reduzir
. Em regimes típicos de máquina síncrona, o torque útil (par) varia, de forma aproximada, como
Isso significa: quando
cresce (maior “atraso” do rotor em relação ao RMF por causa de carga mecânica), o torque aumenta até um ponto máximo; se a carga for demais e
exceder o máximo estável, a máquina perde sincronismo.
Passo 6
Papel da excitação do rotor (mais didático). A corrente de excitação (ou os ímãs) determina a magnitude do campo do rotor. Isso afeta:
- o torque máximo disponível (campo rotor maior → maior torque para dado
); - o comportamento de potência reativa: máquina superexcitada (campo rotor forte) tende a fornecer reativa (avançar o fator de potência) e subexcitada tende a absorver reativa (atrasar fator de potência).
Ou seja: ajustando a excitação você controla não só a força de interação, mas também se a máquina entrega/consome potência reativa.
Passo 7
Observações práticas rápidas e importantes (sem detalhes técnicos longos). Motores síncronos não são, em geral, auto‑partentes — isto é, não arrancam sozinhos da parada apenas com a rede porque precisam sincronizar o rotor ao campo girante. Soluções comuns: motor de partida auxiliar, enrolamentos amortecedores (barra amortecedora) ou uso de inversor (VFD) para arrancar e sincronizar. Também existe uma região de estabilidade: se a carga mecânica faz
subir demais, perde sincronismo.
Resposta
O estator cria um campo magnético girante (RMF) pela alimentação trifásica; o rotor tem um campo fixo (ímãs ou excitação DC). O rotor sincroniza com o RMF e gira à velocidade síncrona
. O torque nasce da interação magnética entre os dois campos e depende do ângulo elétrico
entre eles, com
; a excitação do rotor ajusta a magnitude do campo (e afeta potência reativa e torque máximo).