Partes constituintes do Gerador Síncrono

Rotor (campo)
Parte girante da máquina, constituído de um material ferromagnético envolto em um enrolamento chamado de enrolamento de campo, que tem como função de produzir um campo magnético constante assim como no caso do gerador de corrente contínua para interagir com o campo produzido pelo enrolamento do estator.
A tensão aplicada nesse enrolamento é contínua e a intensidade da corrente suportada por esse enrolamento é muito menor que o enrolamento do estator, além disso o rotor pode conter dois ou mais enrolamentos, sempre em número par e todos conectados em série sendo que cada enrolamento será responsável pela produção de um dos pólos do eletroimã.

Estator (armadura)
Parte fixa da máquina, montada em volta do rotor de forma que o mesmo possa girar em seu interior, também constituído de um material ferromagnético envolto em um conjunto de enrolamentos distribuídos ao longo de sua circunferência. Os enrolamentos do estator são alimentados por um sistema de tensões alternadas trifásicas.
Pelo estator circula toda a energia elétrica gerada, sendo que tanto a tensão quanto a corrente elétrica que circulam são bastante elevadas em relação ao campo, que tem como função apenas produzir um campo magnético para "excitar" a máquina de forma que fosse possível a indução de tensões nos terminais dos enrolamentos do estator.

Comparemos, por exemplo, um gerador de grande porte no qual circulam 18kV e 6556A no estator contra 350V e 1464A no rotor.


[editar] Princípio de funcionamento

[editar] Operando como gerador síncrono
Ao operar como gerador, a energia mecânica é suprida à máquina pela aplicação de um torque e pela rotação do eixo da mesma, uma fonte de energia mecânica pode ser, por exemplo, uma turbina hidráulica, a gás ou a vapor. Uma vez estando o gerador ligado à rede elétrica, sua rotação é ditada pela freqüência da rede, pois a freqüência da tensão trifásica depende diretamente da velocidade da máquina.

Para que a máquina síncrona seja capaz de efetivamente converter energia mecânica aplicada a seu eixo, é necessário que o enrolamento de campo localizado no rotor da máquina seja alimentado por uma fonte de tensão contínua de forma que ao girar o campo magnético gerado pelos pólos do rotor tenham um movimento relativo aos condutores dos enrolamentos do estator.

Devido a esse movimento relativo entre o campo magnético dos pólos do rotor, a intensidade do campo magnético que atravessa os enrolamentos do estator irá variar no tempo, e assim teremos pela lei de Faraday uma indução de tensões nos terminais dos enrolamentos do estator. Devido a distribuição e disposição espacial do conjunto de enrolamentos do estator, as tensões induzidas em seus terminais serão alternadas senoidais trifásicas.

A corrente elétrica utilizada para alimentar o campo é denominada corrente de excitação. Quando o gerador está funcionando isoladamente de um sistema elétrico (ou seja, está em uma ilha de potência), a excitação do campo irá controlar a tensão elétrica gerada. Quando o gerador está conectado a um sistema elétrico que possui diversos geradores interligados, a excitação do campo irá controlar a potência reativa gerada.


[editar] Operando como motor síncrono
Ao operar como Motor síncrono, a energia elétrica é suprida à máquina pela aplicação de tensões alternadas trifásicas nos terminais dos enrolamentos do estator, além disso os enrolamentos de campo do rotor são alimentados por uma fonte de tensão contínua.

Como as tensões aplicadas aos enrolamentos do estator são alternadas e trifásicas, circulará nos mesmos uma corrente alternada de mesma freqüência que a tensão, essa corrente produzirá campos magnéticos também alternados que variam no tempo.

Além disso, devido a disposição espacial dos enrolamentos no estator, esses campos magnéticos variantes no tempo também irão circular pelo estator, de forma que o campo magnético resultante rotacionará em torno da circunferência do estator com velocidade angular proporcional à freqüência da tensão alternada aplicada nos enrolamentos.

Assim, quando um dos pólos do campo magnético gerado pelo enrolamento de campo do rotor interagirem com o campo girante resultante do estator, tentará se alinhar com o pólo de sinal oposto, e como o pólo do campo girante do estator está girando, surgirá no rotor um binário de forças que gerarão um torque de forma que o rotor gire e mantenha os campos do enrolamento de campo do rotor e o campo girante do estator alinhados.

Com o surgimento do torque, o rotor girará seguindo o sentido e velocidade do campo girante do estator, logo, a velocidade angular do motor Síncrono estará sincronizada com a freqüência da tensão alternada aplicada aos enrolamentos do estator.