abnt nbr 5052 1984
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Palavra-chave: Máquina síncrona 70 páginas
Máquina síncrona - Ensaios
NBR 5052JAN 1984
SUMÁRIO1 Objetivo2 Documentos complementares3 EnsaiosANEXO A - Método da superposiçãoANEXO B - Modelos de formulários para relatórios de
ensaiosÍndice alfabético
1 Objetivo
1.1 Esta Norma prescreve os métodos de ensaio desti-nados a verificar a conformidade de máquinas síncronascom a NBR 5117 e determinar as suas características.
1.2 Esta Norma abrange as seguintes máquinas:
- geradores, exceto de pólos não salientes;
- motores, exceto os de pequena potência;
- compensadores;
- conversores de freqüência;
- conversores de fase.
2 Documentos complementares
Na aplicação desta Norma é necessário consultar:
NBR 5117 - Máquinas síncronas - Especificação
NBR 5165 - Máquinas de corrente contínua - Ensaiosgerais - Método de ensaio
NBR 5383 - Máquinas elétricas girantes - Máquinasde indução - Determinação das características - Mé-todo de ensaio
NBR 5389 - Técnicas de ensaios elétricos de altatensão - Método de ensaio
IEC 51 - Measuring instruments and their acessories
3 Ensaios
3.1 Resistência do isolamento
3.1.1 A resistência do isolamento pode oferecer uma in-dicação útil de que a máquina está ou não em condiçõesadequadas para sofrer os ensaios dielétricos ou outros,e, no caso de instalação nova ou máquina que esteveparada por um certo tempo, que a máquina está em con-dições para o serviço. Um valor alto da resistência do iso-lamento não é por si mesmo prova de que a isolação nãotem rachas ou outros defeitos que possam causar avariasapós a aplicação da tensão, embora não afetem substan-cialmente o valor medido da resistência do isolamento. Émuitas vezes útil como ensaio periódico de máquinas emserviço, para detectar enfraquecimento da isolação, acu-mulação de umidade ou sujeira, o que é indicado poruma acentuada redução no valor medido.
3.1.2 A resistência do isolamento é sujeita a uma larga va-riação com a temperatura, umidade e limpeza das partes.Quando a resistência do isolamento cai, pode, na maioriados casos de bom projeto e quando não existem defeitos,
Origem: ABNT - MB-470/1982CB-03 - Comitê Brasileiro de EletricidadeCE-03:002.02 - Comissão de Estudo de Máquinas SíncronasNBR 5052 - Rotating electrical machines - Synchronous machines - Testing -Method of testDescriptors: Electrical machines. Synchronous machines. Rotating machines
Método de ensaio
ABNT
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ser levada a um valor apropriado pela limpeza, com umsolvente adequado, se necessário, e pela secagem.
3.1.3 Se a máquina foi exposta a umidade excessiva, asecagem pode ser feita pela circulação de corrente nosenrolamentos ou por aquecedores, preferivelmente man-tendo-se a temperatura constante em 75°C; em nenhumcaso, porém, deve a temperatura exceder a temperaturapara a qual a máquina foi projetada. Se a máquina apre-senta uma resistência do isolamento muito baixa, é acon-selhável secá-la parada, ou então girando com uma ve-locidade de rotação nominal e com uma corrente de curto-circuito da armadura no máximo igual à corrente nominal.Com a aplicação de calor, a resistência do isolamentousualmente decrescerá rapidamente, porém, logo que oprocesso de secagem fizer efeito, ela crescerá, atingindofinalmente um valor aproximadamente constante. A se-cagem deve prosseguir, além do momento em que a re-sistência do isolamento começou a crescer depois deatingir um mínimo, até que se possa assegurar que a es-tabilidade do valor de resistência do isolamento foi atin-gido.
3.2 Valor mínimo da resistência do isolamento
3.2.1 É difícil prescrever regras fixas para o valor real daresistência do isolamento de uma máquina, uma vez queela varia com o tipo, tamanho, tensão nominal, qualidadee condições do material isolante usado, método de cons-trução e os antecedentes da isolação da máquina. Consi-derável dose de bom senso, fruto da experiência, deveráser usada para concluir quando uma máquina está ounão apta para o serviço. Registros periódicos são úteispara esta conclusão.
3.2.2 As regras seguintes indicam a ordem de grandezados valores que podem ser esperados em máquina limpae seca, a 40°C, quando a tensão de ensaio é aplicadadurante 1 min. Valem tanto para enrolamentos de correntecontínua como de corrente alternada, seja para os en-rolamentos das armaduras, seja para os enrolamentosde excitação.
Rm = mínima resistência do isolamento recomendada, em
megaohms, obtida somando-se a unidade ao valornumérico da tensão nominal em quilovolts
Se o ensaio é feito em temperatura diferente, será neces-sário corrigir a leitura para 40°C, utilizando-se uma curvade variação da resistência do isolamento em função datemperatura, levantada com a própria máquina. Se nãose dispõe desta curva pode-se empregar a correção apro-ximada, fornecida pela curva da Figura 1; nota-se aquique a resistência praticamente dobra para cada 10°Cque baixa a temperatura da isolação.
3.2.3 Em máquinas novas, muitas vezes podem ser obtidosvalores inferiores, devido à presença de solvente nosvernizes isolantes que posteriormente se volatizam du-rante a operação normal. Isto não significa necessaria-mente que a máquina está inapta para o ensaio dielétricoou para a operação, uma vez que a resistência do iso-lamento ordinariamente se elevará depois de um períodoem serviço. Em máquinas velhas, em serviço, podem serobtidos freqüentemente valores muito maiores. A compa-ração com valores obtidos em ensaios anteriores na
mesma máquina, em condições similares de carga, tem-peratura e umidade, serve como uma melhor indicaçãodas condições da isolação do que o valor obtido numúnico ensaio, sendo considerada suspeita qualquer re-dução grande ou brusca.
3.2.4 O ensaio de resistência do isolamento deve ordi-nariamente ser realizado com todos os circuitos de igualtensão em relação à terra interligados. Se a leitura para oconjunto dos enrolamentos indica um valor anormalmentebaixo, o estado de qualquer um dos enrolamentos podeser verificado pelo ensaio de cada enrolamento sepa-radamente.
3.2.5 A resistência do isolamento pode ser medida comum instrumento de medida direta, tal como o ohmímetroindicador do tipo gerador, bateria ou eletrônico, ou comuma ponte de resistência, com um miliamperímetro, umvoltímetro e uma fonte de corrente contínua adequada, e,na falta de outro dispositivo para ensaio da isolação, comum voltímetro de alta resistência e uma fonte de correntecontínua adequada. A medida da resistência deve sertomada depois que o potencial do ensaio foi aplicado àisolação durante 1 minuto, para evitar influência da va-riação da polarização do dielétrico. Devem ser tomadasprecauções quando forem usados instrumentos de me-dida direta ou uma fonte de corrente contínua, para que atensão aplicada aos enrolamentos fique adstrita a um va-lor compatível com o estado da isolação e com a tensãonominal do enrolamento a ser ensaiado.
3.2.6 O método do voltímetro é baseado na comparaçãodas correntes que circulam quando uma tensão contínuaconstante é sucessivamente aplicada a uma resistênciaconhecida e a mesma resistência em série com uma des-conhecida. Na aplicação do método, a resistência do vol-tímetro é a resistência conhecida. A sensibilidade do ins-trumento tem influência direta sobre os valores da resis-tência do isolamento que podem ser medidos com razoá-vel precisão. Para os voltímetros comerciais comuns(100 ohms por volt), a aplicação com uma fonte de cor-rente contínua de 500 V deve ficar restrita à medição de1 MΩ ou 2 MΩ no máximo. A resistência máxima quepode ser medida em tensões inferiores a 500 V é pro-porcionalmente menor. Para instrumentos de maior sen-sibilidade, o valor máximo de resistência de isolamentoque pode ser medido é aumentado proporcionalmente àsensibilidade em ohms por volt. A Figura 2 dá o diagramade ligações. Fazem-se duas leituras de tensão: a primeirada fonte sem a resistência do isolamento e a segunda co-locando-se a resistência do isolamento em série com ovoltímetro.
V = leitura da tensão da fonte
V1 = leitura do voltímetro quando este está em série
com a resistência do isolamento
R = resistência do voltímetro
R1= resistência do isolamento
então: R R (V - V )
V11
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3.3 Ensaio dielétrico
3.3.1 Execução do ensaio
O ensaio deve ser executado de acordo com a NBR 5389.
3.3.2 Ensaio de máquinas novas e completas
3.3.2.1 As prescrições seguintes aplicam-se somente amáquinas novas e completas, com todas as partes noseu devido lugar, sob condições equivalentes às condi-ções normais de funcionamento.
3.3.2.2 A tensão de ensaio deve ser aplicada entre os en-rolamentos e a carcaça. O núcleo deve ser ligado à car-caça e aos enrolamentos não sob ensaio.
3.3.2.3 Quando ambos os terminais de cada fase foremindividualmente acessíveis, a tensão de ensaio deve seraplicada a cada fase e à carcaça. O núcleo deve ser liga-do à carcaça e aos enrolamentos não sob ensaio.
3.3.3 Ensaio em enrolamentos parcialmente substituídos
A parte velha do enrolamento deve ser cuidadosamentelimpa e seca antes do ensaio.
3.3.4 Ensaio em máquinas submetidas a revisão
As máquinas devem ser limpas e secas antes do ensaio.
3.4 Ensaio de resistência ôhmica (resistência dosenrolamentos da armadura e de excitação)
3.4.1 Generalidades
3.4.1.1 As medições de resistência são usadas para trêsfins: para calcular as perdas I2R, para determinar a com-ponente ativa da queda de tensão interna em carga, epara determinar a temperatura dos enrolamentos. Doismétodos são comumente usados para determinar a re-sistência: o método de tensão e corrente e o método decomparação, no qual a resistência desconhecida é com-parada com uma resistência conhecida por alguma ponteadequada.
3.4.1.2 Todas as precauções possíveis devem ser tomadaspara se obter a temperatura exata do enrolamento quandose mede a resistência a frio. A temperatura do ar ambientenão deve ser considerada como a temperatura do enro-lamento. A temperatura do enrolamento deve ser tomada
por termômetros localizados em vários pontos do enro-lamento ou por detectores embutidos, em máquinas comeles equipadas.
3.4.1.3 Se a resistência de um enrolamento de cobre oude alumínio é conhecida numa temperatura t1 ela podeser calculada para qualquer outra temperatura t
2, por meioda seguinte fórmula:
R = K + tK + t
. R22
11
R1 = a resistência medida na temperatura t1, em grausCelsius
R2 = a resistência desejada na temperatura t2, em
graus Celsius
Onde:
para o cobre, K = 235
para o alumínio, K = 228
Para os enrolamentos constituídos em parte de fios decobre e em parte de fios de alumínio, deve ser usado umvalor intermediário da constante K, em proporção às res-pectivas quantidades de cada metal.
3.5 Ensaios de espiras curto-circuitadas deenrolamento de excitação
3.5.1 Objetivo
Estes ensaios têm por objetivo a detecção de bobinas decampo com:
a) espiras em curto-circuito;
b) número incorreto de espiras ou;
c) dimensões incorretas do condutor.
3.5.2 Método 1: Queda de tensão, corrente contínua
Este método pode ser utilizado para a detecção de espirascurto-circuitadas somente se as conexões entre as bobi-nas forem acessíveis. O ensaio é executado fazendo-sepassar uma corrente contínua constante pelo enrolamento
Figura 2 - Medição da resistência do isolamento - Método do voltímetro
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de excitação inteiro. A queda de tensão em cada bobinaou par de bobinas é medida por meio de voltímetro. Se avariação destas leituras for superior a 2% da média, istopoderá constituir indicação da existência de espiras curto-circuitadas na bobina ou de que parte do enrolamento foienrolada com número errado de espiras ou dimensõesde condutor erradas.
3.5.3 Método 2: Queda de tensão, corrente alternada
3.5.3.1 Efetua-se um ensaio mais sensível para a detecçãode espiras curto-circuitadas, fazendo-se passar correntealternada constante pelo enrolamento de excitaçãointeiro. Se houver acesso às conexões entre bobinas,deverá ser medida queda de tensão em cada bobina oupar de bobinas. A queda de tensão numa bobina comuma espira curto-circuitada será substancialmente inferiorà queda de tensão numa bobina sã. A queda de tensãonuma bobina sã, adjacente à bobina com uma espiracurto-circuitada, será ligeiramente inferior à queda detensão em outras bobinas sãs, devido ao fluxo reduzidona bobina curto-circuitada. A comparação das tensõesmedidas permitirá a pronta localização das bobinasdefeituosas.
3.5.3.2 Se as conexões entre bobinas não forem aces-síveis, deverão ser medidas a corrente e a queda de ten-são no enrolamento inteiro. A impedância de um enro-lamento de um circuito único, no qual existe uma bobinacom uma espira curto-circuitada, será reduzida a aproxi-madamente (m-1)/m vezes o valor num enrolamento são,sendo m o número de bobinas de enrolamento. Este en-saio é útil para a detecção de uma espira curto-circuitadaexistente na máquina somente em operação. Se variar avelocidade de rotação durante a aplicação de correntealternada, uma descontinuidade nas leituras de correnteou de tensão poderá indicar o aparecimento e desapa-recimento de um curto-circuito.
Nota: A sensibilidade deste método de ensaio é muito mais baixapara rotores cilíndricos, nos quais o enrolamento de ex-citação se acha colocado em ranhuras, especialmentepara rotores de aço maciço. A sensibilidade varia na de-pendência de qual das bobinas possui a espira curto-circuitada. Ensaios de fábrica, nos quais são aplicadoscurto-circuitos temporários, poderão servir de base paraanálise futura, quando se suspeitar de espiras curto-circuitadas. Para máquinas de rotor cilíndrico, poderãoser preferidos os métodos 3 e 4.
3.5.4 Método 3: Resistência sob corrente contínua
3.5.4.1 Neste método, efetua-se uma comparação entre aresistência do enrolamento de excitação e um valor obtidopreviamente por ensaio ou cálculo.
3.5.4.2 Depois de o rotor ter ficado exposto à temperaturaambiente durante tempo suficiente para o enrolamentodo rotor inteiro adquiri-la, mede-se a resistência do enrola-mento de excitação pelo método da ponte dupla. A tempe-ratura do rotor é medida por meio de vários termômetrosou pares termoelétricos localizados em pontos adequa-dos. A resistência é então corrigida para uma temperaturana qual a resistência foi determinada previamente pormeio de um ensaio semelhante ou, no caso de uma má-quina nova, por cálculo. Se o valor corrigido da resistência
medida no presente ensaio for significativamente inferiorao valor de referência, poderá haver espiras curto-circuitadas.
3.6 Ensaio de polaridade para bobinas de campo
A polaridade dos pólos de campo pode ser verificada pormeio de um pequeno ímã permanente, montado de modoa poder girar e inverter a sua direção livremente. O enrola-mento de excitação deve ser energizado com 5% a 10%da corrente nominal. O ímã indica a polaridade pela inver-são da sua direção ao passar de pólo para pólo. O ímãdeve ser verificado para certificar-se de que não perdeuo seu magnetismo ou sofreu inversão de polaridade pelofluxo de campo.
3.7 Ensaio de tensão no eixo e isolação de mancal
3.7.1 Generalidades
3.7.1.1 Irregularidades do circuito magnético podem fazeruma pequena quantidade de fluxo enlaçar o eixo e assimgerar uma força eletromotriz entre as suas extremidades.Esta força eletromotriz pode causar a circulação de umacorrente através de eixo, mancais, pedestais dos mancaise carcaça, retornando à outra extremidade, a menos queo circuito esteja interrompido por uma isolação.
3.7.1.2 Para os métodos 1 a 3, a máquina deve ser operadaà velocidade de rotação nominal e excitada para tensãonominal da armadura em vazio, salvo quando forem espe-cificadas outras condições de operação.
3.7.2 Método 1: Através da película de óleo do mancal,mancais não isolados
Este método requer que as propriedades isolantes dapelícula de óleo do mancal sejam adequadas para su-portar a tensão no eixo sem descarga disruptiva. A exis-tência de tensão ou corrente no eixo pode ser determi-nada, operando-se a máquina com tensão e velocidadede rotação nominais e ligando-se um condutor de baixaresistência do eixo à carcaça em um mancal e um voltí-metro de corrente alternada de faixa reduzida (ou umamperímetro de corrente alternada de faixa ampla), comterminais de baixa resistência do eixo à carcaça numoutro mancal. A deflexão do aparelho de medição indicaa existência de tensão que pode produzir correntes noeixo. Se não houver deflexão do aparelho de medição, atensão existente é insuficiente ou a película de óleo domancal não está atuando como isolante adequado.
3.7.3 Método 2: Através da isolação do mancal
Em muitas máquinas um ou mais mancais são isoladospara eliminar correntes no eixo. Nos itens seguintes admi-te-se a isolação localizada entre o mancal e a carcaça.Para verificar, nessas máquinas, a existência de tensãoque poderia produzir corrente no eixo, liga-se um con-dutor de baixa resistência do eixo ao mancal não isoladopara curto-circuitar a película de óleo e um voltímetro decorrente alternada de faixa reduzida (ou um amperímetrode corrente alternada de faixa ampla) entre o eixo e, suces-sivamente, cada mancal isolado. A deflexão do aparelhode medição indica a existência de tensão que poderiaproduzir corrente no eixo, se não houvesse a isolação domancal.
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3.7.4 Método 3: Isolação do mancal
A isolação pode ser ensaiada, ligando-se em paralelo àmesma um voltímetro de corrente alternada de faixa re-duzida (ou um amperímetro de corrente alternada de faixaampla). Um condutor de baixa resistência pode ser ligadodo eixo e cada mancal para curto-circuitar a película deóleo. A deflexão do instrumento, neste caso, prova que aefetividade da isolação é pelo menos apenas parcial. Senão houver deflexão do instrumento, a isolação está comdefeito ou não há tensão no eixo.
3.7.5 Método 4: Isolação do mancal
Coloca-se uma camada de papel pesado em torno doeixo, a fim de isolar os assentos dos mancais não isolados.O acoplamento das unidades de acionamento ou acio-nadas deve ser desembreado, se não for isolado. Em pa-ralelo com a isolação, ligam-se dois cabos, um do mancalisolado e outro da carcaça, a uma fonte de tensão de110 V - 125 V. Em série com esta fonte de tensão acham-se ou uma lâmpada de filamento adequada para a tensãodo circuito ou um voltímetro, cuja escala plena seja deaproximadamente 150 V, e um resistor de 100 Ω a300 Ω. Se o filamento da lâmpada não apresentar colo-ração, ou se a leitura do voltímetro não exceder 60 V, aisolação poderá ser considerada satisfatória. Pode serutilizado também um megger de 500 V. Este é muito maissensível e poderá causar a rejeição de uma isolação narealidade adequada para evitar danos causados pelacorrente resultante da baixa tensão no eixo.
3.7.6 Método 5: Isolação dupla
Em algumas máquinas os mancais são providos de duascamadas de isolação com um separador metálico entreelas. O ensaio do método 5 é aplicado entre o separadormetálico e a carcaça da máquina. Este ensaio deve serexecutado sobre cada um dos vários múltiplos trajetosentre o eixo e a carcaça, onde são utilizados mancaisisolados (por exemplo: tubos de termômetros, tubos decontrole para uma turbina hidráulica, selos para hidro-gênio e acoplamento isolado). Este ensaio pode ser efe-tuado com a máquina parada ou em movimento. Ele deveser suplementado por inspeção visual cuidadosa paracertificar-se da inexistência de possíveis trajetos paralelosnão providos de isolação.
3.8 Ensaio de seqüência de fases
3.8.1 Generalidades
O ensaio de seqüência de fases é feito para verificar aconcordância das marcações dos terminais com as queforem especificadas pelo comprador ou pelas normas.Os resultados são utilizados na ligação da linha aos termi-nais da máquina para obter a operação em paralelo cor-reta para geradores, ou o correto sentido de rotação paramotores. A seqüência de fases em máquinas trifásicaspode ser invertida pela troca das ligações de linha comdois terminais de armadura quaisquer. A seqüência defases em máquinas bifásicas pode ser invertida pela trocade dois terminais de qualquer fase.
3.8.2 Método 1: Indicadores de seqüência de fases
3.8.2.1 A seqüência de fases é determinada operando-sea máquina como gerador no sentido de rotação para oqual foi projetada e ligando-se aos seus terminais um in-
dicador de seqüência de fases ou um motor de indução,cujo sentido de rotação para determinada seqüência defases aplicada aos seus terminais é conhecido.
3.8.2.2 A Figura 3 é um diagrama de um tipo de indicadorde seqüência de fases que consta de enrolamentos co-locados num núcleo de ferro laminado, com uma barrade aço montada no centro. Os terminais da máquina emensaio, seja trifásica ou bifásica, devem ser ligados aosterminais correspondentes do indicador ou motor. O indi-cador mostrado na Figura 3 operará no sentido dos pon-teiros do relógio se a seqüência de fases for 1, 2, 3 e nosentido contrário ao dos ponteiros do relógio se a se-qüência de fases for 1, 3, 2.
3.8.2.3 A Figura 4 mostra esquematicamente um outro tipode indicador de seqüência de fases sem partes móveis,utilizado para máquinas trifásicas. O indicador utiliza umpequeno capacitor e duas lâmpadas néon ligados emestrela através do circuito trifásico a ser ensaiado. Paraseqüência de fases 1, 2, 3, acenderá a lâmpada ligadaao terminal nº 1 e para a seqüência de fases 1, 3, 2, acen-derá a lâmpada ligada ao terminal nº 3. Para a verificaçãodo indicador, o interruptor da Figura 4 deve ser fechado.Se o indicador estiver operando corretamente, ambas aslâmpadas brilharão com a mesma intensidade.
3.8.2.4 Quando for necessário ligar o indicador de seqüên-cia de fases aos terminais da máquina através de transfor-madores de potencial, as ligações destes deverão serverificadas cuidadosamente, visto que a inversão de pola-ridade de qualquer enrolamento do transformador modi-ficará as relações de fase entre as tensões aplicadas aoindicador. Para ligação estrela-estrela, devem ser esco-lhidos determinados terminais dos enrolamentos de alta-tensão dos transformadores de potencial e ligados paraformar o neutro primário. Os terminais correspondentesdos enrolamentos de baixa tensão devem ser ligados pa-ra formar o neutro secundário. Se for utilizada ligaçãotriângulo ou triângulo aberto, impor-se-ão providênciasanálogas para assegurar seqüência de fases adequadano sistema secundário. Para quaisquer dos casos pre-cedentes é importante conservar a identificação da se-qüência de fases apropriada no sistema secundário.
3.8.3 Método 2: Indicação por diferença de tensão
Uma verificação conveniente e prática da seqüência defases de um gerador síncrono, comparada à do sistemaao qual ele deve ser ligado, pode ser feita da seguinteforma: ligam-se quatro transformadores de potencial comoindicado na Figura 5 para máquinas trifásicas. É neces-sário muito cuidado para manter a polaridade correta dasligações do transformador. O asterisco (*) mostra osterminais correspondentes dos enrolamentos primário esecundário. Por meio desta ligação, a ligação das lâm-padas indicadoras é efetivamente realizada entre o ge-rador e o sistema através de chaves desligadoras abertas.Deve-se levar o gerador até a velocidade de rotação cor-respondente à sua tensão nominal e aplicar a excitaçãocorrespondente a esta. Ao aproximar-se do sincronismo,as lâmpadas ligadas aos secundários dos transforma-dores de potencial se acenderão ou apagarão simulta-neamente se o gerador tiver a mesma seqüência de fasesque o sistema, ao passo que elas se apagarão suces-sivamente, se as seqüências de fases forem opostas.
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Figura 3 - Indicador de seqüência de fases
Figura 4 - Indicador de seqüência de fases com lâmpadas néon
Figura 5 - Esquema de ligações para comparação da seqüência de fase de um gerador com a do sistema pelaindicação de tensão através de uma chave desligadora
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3.9 Irregularidade da forma de onda - Determinação dofator de interferência telefônica (FIT)
3.9.1 A faixa de freqüência medida deve cobrir todos osharmônicos desde a freqüência nominal até 5000 Hz.
3.9.2 A determinação do FIT deve ser efetuada por umdos dois procedimentos alternativos de 3.9.2.1 a 3.9.2.3.
3.9.2.1 Diretamente por meio de um dispositivo de mediçãoe de um sistema associado, especialmente projetadospara este fim.
3.9.2.2 Análise da tensão em vazio e cálculo do valor eficazponderado mediante a seguinte fórmula:
FIT (%) = E E E ... E 1
212
22
22
32
32
n2
n2
U100 λ λ λ λ+ + +
Onde:
En = valor eficaz do harmônico de ordem n da tensãode linha nos terminais da máquina
U = valor eficaz de tensão da linha nos terminaisda máquina
λn = fator de ponderação para a freqüência corres-pondente harmônico de ordem n
3.9.2.3 Os valores numéricos do fator de ponderação paraas diferentes freqüências devem ser obtidos na Tabela 1;o gráfico da Figura 6 pode ser utilizado para facilitar a in-terpolação.
Freqüência Fator de Freqüência Fator de Freqüência Fator deHz ponderação Hz ponderação Hz ponderação
60 0,0002594 1500 1,61 2940 1,97
120 0,00221 1560 1,63 3000 1,97
180 0,00333 1620 1,65 3060 1,95
240 0,0489 1680 1,67 3120 1,93
300 0,111 1740 1,70 3180 1,90
360 0,180 1800 1,71 3240 1,87
420 0,276 1860 1,72 3300 1,83
480 0,379 1920 1,74 3360 1,78
540 0,487 1980 1,76 3420 1,73
600 0,595 2040 1,79 3480 1,67
660 0,711 2100 1,81 3540 1,59
720 0,832 2160 1,82 3600 1,51
780 0,958 2220 1,84 3720 1,32
840 1,08 2280 1,87 3840 1,13
900 1,21 2340 1,89 3960 0,950
960 1,34 2400 1,90 4080 0,770
1020 1,42 2460 1,91 4200 0,610
1080 1,47 2520 1,93 4320 0,476
1140 1,49 2580 1,94 4440 0,365
1200 1,50 2640 1,95 4560 0,278
1260 1,53 2700 1,96 4680 0,210
1320 1,55 2760 1,96 4800 0,158
1380 1,58 2820 1,97 4920 0,120
1440 1,60 2880 1,97
Tabela 1 - Fatores de ponderação
3.8.4 Método 3: Comparação com a tensão do sistema
Este método oferece uma verificação absoluta da seqüên-cia de fases de um gerador síncrono em comparaçãocom a do sistema ao qual se destina a ser ligado. É neces-sário que o gerador seja separado do sistema por meiode um disjuntor e devem ser providenciados meios paradesligar o gerador do disjuntor. Um indicador da seqüên-cia de fases deve ser ligado ao disjuntor, ao lado do gera-dor, por meio de transformadores de potencial adequa-dos. Deve-se fechar o disjuntor com o gerador desligadoe anotar a indicação do indicador de seqüência de fases.Com o gerador ligado ao disjuntor aberto, deve ser anota-da a indicação do indicador de seqüência de fases, quan-do o gerador for operado na velocidade de rotação no-minal e excitado para tensão normal. Se as duas indica-ções de seqüência de fases forem as mesmas, a se-qüência de fases do gerador é igual à do sistema.
3.8.5 Método 4: Sentido de rotação para motores
No caso de um motor, a seqüência de fases pode ser ve-rificada, pondo-o em movimento por meio da sua fontenormal de alimentação e observando-se o seu sentidode rotação. Se um sentido de rotação incorreto pudercausar danos, o motor deve ser desligado do equipa-mento suscetível a ser danificado. Em, alguns dados esteequipamento, tal como uma catraca, não pode ser desli-gado. Neste caso deve ser aplicada tensão suficiente-mente baixa para não danificar o equipamento ou empre-gado outro procedimento, como o método 1 ou uma adap-tação do método 2 ou 3.
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3.10 Ensaio de sobrevelocidade
3.10.1 Antes de ser realizado um ensaio de sobrevelocida-de, a máquina deve ser cuidadosamente inspecionada,para assegurar que todos os parafusos e partes girantesestão apertados e em boas condições. O rotor deve estarno melhor equilíbrio mecânico possível, antes de ser ini-ciado o ensaio. Todas as precauções devem ser tomadaspara proteger vidas e propriedades em caso de impre-vistos. A velocidade de rotação deve ser lida com um ta-cômetro ou outro dispositivo preciso, indicador de velo-cidade de rotação à distância. O tacômetro deve ser cali-brado com os terminais usados no ensaio e a leitura veri-ficada na velocidade de rotação normal, antes de ser ini-ciado o ensaio. A máquina deve ser cuidadosamenteinspecionada depois do ensaio.
3.10.2 Normalmente o ensaio de sobrevelocidade é efe-tuado com a máquina não excitada. Se, contudo, houverexcitação durante o ensaio, ela deve ser reduzida, demodo que a tensão não ultrapasse 105% da tensão nomi-nal.
3.11 Característica em V
3.11.1 As características em V, são gráficos da correnteda armadura em função da corrente de excitação, paracargas constantes (isto é, com fator de potência variável).São usualmente levantadas para velocidade de rotaçãoe tensão nominais. A Figura 7 mostra um conjunto de cur-vas típicas; cada característica apresenta um definidoem que a corrente da armadura é mínima, e que corres-ponde ao fator de potência unitário para aquela cargaparticular.
3.11.2 Para levantar a característica em V em vazio, gira-se a máquina como motor síncrono em vazio, sob tensãoe freqüência nominais. Começa-se com a corrente mínimada armadura. A corrente de excitação correspondente àcorrente mínima da armadura numa característica em Vem vazio deve ser igual à correspondente à tensão no-minal na característica em vazio. Aumenta-se a correntede excitação e lê-se a corrente da armadura, a tensão e acorrente de excitação até uma corrente da armadura 50%
Figura 6 - Fatores de ponderação
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acima da corrente nominal da máquina. Em máquinascom enrolamentos de excitação projetados para fator depotência unitário, isto pode requerer uma corrente deexcitação excessiva. Usualmente a tensão de excitaçãonão deve ser superior a 150% da tensão de excitaçãocom carga nominal. Reduz-se, então, a corrente de ex-citação abaixo do valor correspondente à corrente mínimada armadura e tomam-se leituras da corrente da arma-dura, da tensão e da corrente de excitação, como ante-riormente, até um valor da corrente de excitação zero,para máquinas de pólos salientes.
do gerador para absorver potência reativa é igualà potência fornecida em kVA.
3.13 Perdas e rendimentos
3.13.1 Prescrições gerais
3.13.1.1 Os ensaios devem ser executados em máquinasem perfeito estado.
3.13.1.2 Salvo acordo diferente entre fabricante e compra-dor, todos os dispositivos para regulação automática, quenão fazem parte integrante da máquina, devem ser postosfora de operação.
3.13.1.3 Todas as tampas devem ser colocadas como paraoperação normal.
3.13.1.4 Os instrumentos de medição e os seus acessórios,tais como transformadores para instrumentos, derivadorese pontes utilizados nos ensaios, devem, salvo especifi-cação diferente, se de classe de precisão 1,0 ou melhor,de acordo com a Publicação IEC 51, enquanto não vigorarnorma brasileira equivalente. Os instrumentos utilizadospara a determinação de resistência com corrente contínuadevem ser de classe de precisão 0,5 ou melhor, de acordocom a Publicação IEC 51, enquanto não houver normabrasileira equivalente.
3.13.1.5 Os instrumentos devem ser escolhidos de modoa obterem-se leituras na parte útil da escala, de forma talque uma fração de divisão, correspondente à pequenaparte da leitura total, possa ser estimada facilmente.
3.13.1.6 Em máquinas com escovas ajustáveis, estas de-vem ser colocadas na posição correspondente aos valo-res nominais especificados. Para medição em vazio, asescovas devem ser colocadas no eixo neutro.
3.13.1.7 A velocidade de rotação pode ser medida pormétodo estroboscópico, por meio de contador digital oupor meio de tacômetro. Na medição do escorregamento,a velocidade síncrona deve ser determinada a partir dafreqüência de alimentação durante o ensaio.
3.13.1.8 O rendimento pode ser obtido por meio de medi-ção direta ou por meio de medição indireta.
3.13.1.8.1 A medição direta do rendimento deve ser feitamedindo-se diretamente a potência fornecida pelamáquina e a potência absorvida pela mesma.
3.13.1.8.2 A medição indireta do rendimento deve ser feitamedindo-se as perdas da máquina. Estas perdas sãosomadas à potência fornecida pela máquina, dando assima potência absorvida.
3.13.1.8.3 A medição indireta pode ser executada pelosprocedimentos seguintes:
a) determinação das perdas em separado;
b) determinação das perdas totais.
Nota: Os métodos para determinação do rendimento das má-quinas são baseados em determinadas hipóteses, não é,portanto, possível comparar as perdas obtidas pelo métododireto com as obtidas pelo método de perdas em separado.
Figura 7 - Conjunto de curvas em V típicas
3.11.3 As características em V com carga devem ser deter-minadas do mesmo modo que as características em vazio,mantendo-se constantes, contudo, além da carga espe-cificada, também a tensão da armadura e a velocidadede rotação. Com carga haverá, em geral, um valor mínimoda corrente de excitação abaixo do qual a máquina sairáde sincronismo. Deve ser evitado aquecimento excessivodos enrolamentos.
3.12 Capacidade dos geradores para absorverpotência reativa
A capacidade de um gerador para absorver potência rea-tiva pode ser determinada por um dos seguintes métodos:
a) o gerador é operado como motor síncrono emvazio, com tensão e freqüência nominais, e com aexcitação reduzida a zero. A capacidade do gera-dor para absorver potência reativa é aproxima-damente igual à potência absorvida em kVA;
b) o gerador, com tensão e freqüência nominais, ecom a excitação reduzida a zero, é conectado amáquinas síncronas sobreexcitadas, operandocomo motores em vazio. A capacidade do geradorpara absorver potência reativa é aproximadamenteigual à potência fornecida em kVA;
c) o gerador é ligado a seções de linha de trans-missão de capacidade suficiente para manteraproximadamente a tensão nominal, quando a ex-citação do gerador é reduzida a zero. A capacidade
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3.13.1.9 As perdas são medidas, em geral, com a máquinasem carga, fazendo-se duas séries de operação, umacom os terminais da armadura em circuito aberto e outracom os referidos terminais em curto-circuito. Durante asoperações da mesma série, é muitas vezes convenienteobter dados para o traçado da característica em vazio eda característica em curto-circuito.
3.13.2 Classes de ensaio para a determinação do rendimento
3.13.2.1 Os ensaios podem ser agrupados em uma dastrês seguintes classes:
a) medição das potências absorvida e fornecida poruma só máquina: consiste geralmente na mediçãoda potência mecânica absorvida ou fornecida poruma só máquina;
b) medição das potências absorvida e fornecida porduas máquinas em oposição (por exemplo, duasmáquinas idênticas ou uma máquina em ensaioacoplada a uma máquina calibrada): permiteeliminar a medição da potência mecânica absor-vida ou fornecida pela máquina;
c) medição das perdas reais de uma máquina emcondições determinadas: estas perdas não cons-tituem geralmente as perdas totais, mas compreen-dem certas perdas particulares. O método pode,contudo, ser utilizado para o cálculo das perdastotais ou de determinadas perdas componentes.
3.13.3 Ensaios para medição das perdas e determinação dorendimento
3.13.3.1 Este item tem por fim estabelecer métodos paradeterminar o rendimento da máquina a partir de ensaios,e também prescrever métodos para se obterem deter-minadas perdas, quando estas forem necessárias paraoutros fins.
3.13.3.2 São os seguintes:
a) ensaio do freio;
b) ensaio da máquina calibrada;
c) ensaio de oposição mecânica;
d) ensaio de oposição elétrica;
e) ensaio com fator de potência nulo;
f) ensaio de retardamento;
g) ensaio calorimétrico.
3.13.4 Escolhas dos ensaios
A escolha dos ensaios depende da informação desejada,da precisão exigida e do tamanho da máquina na con-siderada. Quando há diversos métodos disponíveis, ométodo preferencial é indicado.
3.13.5 Precisão
Quando o rendimento ou as perdas totais são obtidas apartir da potência absorvida e da potência fornecida me-didas, qualquer imprecisão nessas medições da potêncianão melhor de 1%, pode haver nas perdas totais um errode 2% da potência absorvida total ou um erro de 2% norendimento. Este método apresenta precisão suficienteem máquinas de rendimento relativamente baixo (inferiora aproximadamente 90%), para as quais se torna con-veniente. Alta precisão no rendimento, porém nestas eem outras máquinas, pode ser obtida pelo cálculo dasperdas a partir de medição direta.
3.13.6 Métodos e ensaios preferenciais
3.13.6.1 O método recomendado para a determinação dorendimento é o cálculo pela adição das perdas.
3.13.6.2 O ensaio recomendado para determinação dasperdas independentes da corrente é o ensaio fator depotência unitário sob tensão e freqüência nominais.
3.13.7 Determinação do rendimento pelo ensaio do freio
Quando a máquina for operada com velocidade de rota-ção, tensão e corrente nominais, o rendimento é tomadocomo a relação entre a potência fornecida e a potênciaabsorvida. Não deve ser feita correção de temperaturapara a resistência do enrolamento.
3.13.8 Determinação do rendimento pelo ensaio commáquina calibrada
Quando a máquina for operada com velocidade de rota-ção, tensão e corrente nominais, o rendimento é tomadocomo a relação entre a potência fornecida e a potênciaabsorvida. Não deve ser feita correção de temperaturapara a resistência do enrolamento.
3.13.9 Determinação do rendimento pelo ensaio de oposiçãomecânica
Quando máquinas idênticas forem operadas em condi-ções essencialmente iguais, admitem-se perdas comodistribuídas igualmente e o rendimento é calculado a partirda potência elétrica absorvida pela máquina que funcionacomo motor e de metade das perdas totais.
3.13.10 Determinação do rendimento pelo método deoposição elétrica
Quando máquinas idênticas forem operadas em con-dições nominais essencialmente iguais, admitem-se asperdas supridas pelo sistema elétrico como distribuídasigualmente e o rendimento é calculado a partir da potênciaelétrica absorvida pela máquina que funciona como motore de metade das perdas totais.
3.13.11 Determinação do rendimento pelo ensaio de fatorde potência nulo
Quando a máquina for operada com velocidade de ro-tação, tensão e corrente nominais, as perdas totais serão
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equivalentes à potência absorvida durante o ensaio, cor-rigida para a diferença entre as correntes de excitaçãorespectivamente no ensaio e com carga nominal. Ver3.13.13.3.
3.13.12 Determinação do rendimento pela edição das perdas
No cálculo do rendimento admite-se que a soma dasperdas obtidas da seguinte forma equivale às perdas totaisconforme 3.13.12.1 a 3.13.12.4.
3.13.12.1 Perdas no circuito de excitação
3.13.12.1.1 Perdas I Re2 no enrolamento de excitação
São calculadas pela fórmula I R,e2 adotando-se para R a
resistência do enrolamento de excitação, corrigida paraa temperatura de referência, e para I
e o valor da correntede excitação correspondente aos valores nominais parti-culares da máquina, medido durante o ensaio em carga,ou calculado quando este ensaio não é possível. Se ovalor for determinado por cálculo, o método de cálculodeve ser fixado mediante acordo entre fabricante e com-prador.
3.13.12.1.2 Perdas no reostato principal
Estas perdas são calculadas pela fórmula I R,e2 onde R é
a resistência da parte do reostato em circuito para osvalores nominais considerados e I
e é o valor da correntede excitação para os valores nominais considerados defi-nidos como em 3.13.12.1.1. São iguais também ao produtoIeU da corrente de excitação, correspondente àquelesvalores nominais particulares, pela tensão U nos terminaisdo reostato.
3.13.12.1.3 Perdas elétricas nas escovas
A soma destas perdas deve ser tomada como o produtoda corrente de excitação, nos valores nominais consi-derados, por uma queda de tensão fixa. A queda de ten-são admitida para todas as escovas de cada polaridadeé de:
1,0 V para escovas de carbono ou de grafite
0,3 V para escovas de carbono metalizadas
ou seja,
uma queda total de tensão para todas as escovas deambas as polaridades de:
2,0 V para escovas de carbono ou de grafite
0,6 V para escovas de carbono metalizadas
A soma das perdas de 3.13.12.1.1 + 3.13.12.1.2 +3.13.12.1.3 é também igual ao produto IeUe, sendo Ie acorrente de excitação e U
e a tensão de excitação total.
3.13.12.1.4 Perdas na excitatriz
Nota: O procedimento descrito a seguir aplica-se somente nocaso em que a excitatriz é acionada a partir do eixo principale utilizada somente para excitar a máquina síncrona.
a) estas perdas incluem a diferença entre a potênciaabsorvida no eixo da excitatriz e a potência fornecidapor ela nos seus terminais(1), e as perdas de excitaçãode excitatriz, se esta última máquina possuir excitaçãoindependente;
b) se a excitatriz puder ser desacoplada da máquina principale ensaiada em separado, a potência absorvida por elapoderá ser medida pelo ensaio da máquina acionadoracalibrada;
c) se a excitatriz não puder ser desacoplada da máquinaprincipal, a potência absorvida por ela poderá ser medidaseja pelo ensaio da máquina acionadora calibrada, sejapelo ensaio de retardamento aplicado ao grupo completo.Nestes dois ensaios, a potência absorvida pela excitatrizé obtida como a diferença entre as perdas totais do grupomedidas sob condições idênticas, primeiro com aexcitatriz em carga, depois com a excitatriz não excitada,sendo a excitação fornecida por fonte independente;
d) se nenhum destes métodos for aplicável, as perdasindividuais devem ser determinadas de acordo com aNBR 5165;
e) o método para determinação das perdas no equipamentode auto-excitação e de regulagem, que recebe a suapotência absorvida das linhas de corrente alternadaligadas aos terminais de máquina, deve ser fixadomediante acordo entre fabricante e comprador.
3.13.12.2 Perdas independentes da corrente
3.13.12.2.1 Ensaio de fator de potência unitário sob tensãoe freqüência nominal
A soma das perdas independentes da corrente é geral-mente determinada operando-se a máquina como motorem vazio. A máquina é alimentada com tensão e freqüên-cia nominais, de modo a funcionar como motor em vazio.A excitação é ajustada de modo que a máquina absorvao mínimo de corrente alternada. A potência elétrica absor-vida menos as perdas I2R nos enrolamentos primários e,se cabível, menos a potência absorvida pela excitatriz,dá a soma das perdas independentes da corrente.
3.13.12.2.2 Ensaio em circuito aberto
A soma das perdas independentes da corrente de5.8.5.2.1 + 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 da NBR 5117, as perdasde 5.8.5.2.1 da NBR 5117 e a soma das perdas de5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 da NBR 5117 podem ser determi-nadas, acionando-se a máquina na sua velocidade derotação nominal por meio de um motor calibrado. A máqui-na é excitada por fonte separada, de modo a trabalharcomo gerador em vazio com tensão igual à sua tensão
(1) A potência fornecida nos terminais da excitatriz é igual à soma das perdas de 3.13.12.1.1 + 3.13.12.1.2 + 3.13.12.1.3 da máquinaprincipal.
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nominal. A potência absorvida por ela no seu eixo, e quepode ser calculada a partir da potência absorvida pelomotor calibrado, dá a soma das perdas independentesda corrente de 5.8.5.2.1 + 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 daNBR 5117. A soma das perdas de 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3da NBR 5117, é obtida de forma idêntica, operando-se amáquina sem excitação. As perdas no ferro, de 5.8.5.2.1da NBR 5117, são obtidas por subtração. Em face dopequeno número de escovas utilizadas em máquinas sín-cronas, não é, geralmente, possível separar as perdaspor atrito nas escovas da soma das demais perdas in-dependentes da corrente por meio de ensaio com es-covas levantadas.
3.13.12.2.3 Ensaio de retardamento
A soma das perdas independentes da corrente de5.8.5.2.1 + 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 da NBR 5117, as perdasde 5.8.5.2.1 da NBR 5117 e a soma das perdas de 5.8.5.2.2+ 5.8.5.2.3 da NBR 5117 podem ser determinadas peloensaio de retardamento.
3.13.12.2.4 Ensaio com fator de potência unitário sob tensãovariável
As perdas de 5.8.5.2.1 + 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 daNBR 5117 podem ser separadas, operando-se a máqui-na como motor na freqüência nominal, mas sob diferentestensões. Os valores obtidos, subtraindo-se da potênciaabsorvida as perdas I2R no enrolamento primário, sãopostos em gráfico contra o quadrado da tensão. Destaforma, a baixa saturação, obtém-se uma linha reta que,extrapolada até tensão nula, dará a soma das perdas de5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 da NBR 5117. Em tensão muito bai-xa, as perdas podem ser elevadas devido a perdas cres-centes nos enrolamentos secundários com escor-regamento crescente. Na construção da linha reta, estaparte do gráfico não deve ser levada em consideração.Pelo procedimento supra-indicado obtém-se a soma dasperdas de 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 e conseqüentemente de5.8.5.2.1 da NBR 5117. Se for dada partida à máquina,operada como motor, com o enrolamento secundáriocurto-circuitado e se as escovas forem levantadas (o queé possível se ao gerador de alimentação for dada partidasimultaneamente com o motor), as perdas por atrito nosmancais e as perdas totais por ventilação são obtidassob tensão nula por extrapolação.
3.13.12.2.5 Ensaio com densidade diferentes de hidrogênio
As perdas totais por ventilação podem ser separadas dasperdas por atrito por meio de ensaios a densidade dife-rentes do gás refrigerante, no caso de máquinas resfriadasa hidrogênio.
3.13.12.2.6 Ensaio calorimétrico
Em certos casos, as perdas nos mancais podem ser deter-minadas em separado pelo método calorimétrico. Ensaiosde perdas em mancais de escora, possivelmente combi-nados com mancais de guia, em máquinas de eixo verti-cal, devem ser executados somente mediante acordo en-tre fabricante e comprador.
3.13.12.3 Perdas devidas à carga
3.13.12.3.1 As perdas I2R nos enrolamentos da armadurasão normalmente medidas durante o ensaio de curto-circuito descrito em 3.13.12.4.
3.13.12.3.2 Quando estas perdas devem ser indicadas emseparado, são calculadas a partir da corrente nominal eda resistência dos enrolamentos, corrigidas para a tem-peratura de referência.
3.13.12.4 Perdas suplementares
3.13.12.4.1 Salvo especificação diferentes, as perdas de5.8.5.4.1 + 5.8.5.4.2 da NBR 5117 devem ser deter-minadas por meio de um ensaio de curto-circuito. A máqui-na a ser ensaiada é operada na sua velocidade de rotaçãonominal, com seu enrolamento primário curto-circuitado;e excitada de modo a que neste circule a corrente nominal.O valor obtido subtraindo-se a soma das perdas mecâ-nicas de 5.8.5.2.2 + 5.8.5.2.3 da NBR 5117 da potênciaabsorvida no eixo, somado, se cabível, à potência absor-vida pela excitatriz, representa a soma das perdas devidasà carga (5.8.5.3 da NBR 5117) e das perdas suple-mentares de 5.8.5.4 da NBR 5117. Se a reatância de dis-persão for anormalmente elevada, como no caso de má-quina de alta freqüência, deve também ser feita correçãopara as perdas no ferro. As perdas devidas à carga e asperdas suplementares variam em sentidos diferentes emfunção da temperatura. Considera-se a sua soma inde-pendente da temperatura, não se fazendo correção à tem-peratura de referência.
Nota: Reconhece-se que a soma das perdas de 5.8.5.4.1+ 5.8.5.4.2 da NBR 5117, determinadas desta forma, é ge-ralmente um pouco mais elevada que as perdas realmenteexistentes na carga nominal.
3.13.12.4.2 A potência absorvida no eixo da máquina du-rante o ensaio de curto-circuito pode ser medida pelométodo da máquina acionadora calibrada de 3.13.13.2,ou pelo método de retardamento de 3.13.4.
3.13.13 Descrição dos métodos para determinação dorendimento
3.13.13.1 Generalidades
3.13.13.1.1 O método mais conveniente para se determinaro rendimento consiste em se medirem separadamenteas perdas. O rendimento em porcentagem é:
geradorPara um : Rendimento = 100 -
Perdas x 100
fornecidaPotência + Perdas
motorPara um : Rendimento = 100 -
Perdas x 100Potência absorvida
3.13.13.1.2 Nos casos em que o motor ou gerador é usadopara se determinar a carga de algum dispositivo acionadoou acionador, os rendimentos devem ser calculadosusando-se perdas no cobre calculadas na temperaturareal dos enrolamentos durante o ensaio. Se as perdasI2R são dadas a 75°C ou 115°C, elas podem ser corrigidasE
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para a temperatura real, multiplicando-se pela relaçãodada em 3.4.1.3 em medições de resistência.
3.13.13.1.3 É muitas vezes necessário ensaiar um geradorpara turbina hidráulica com a turbina sem água ou desa-coplada de algum modo. Neste caso, outra máquina deveestar disponível para dar partida à máquina em ensaio,ligando-se eletricamente quando paradas, com a correntede excitação, em ambas, aproximadamente igual ao valorcorrespondente à tensão nominal em vazio. Na máquinaque funciona como gerador, pode ser necessária umacorrente um pouco maior que a acima referida. Se a má-quina deve girar em diversas velocidades de rotação, aenergia deve ser fornecida por uma fonte de freqüênciavariável.
3.13.13.1.4 Deve-se esvaziar a água de turbina seguindoas instruções do seu fabricante. As turbinas de impulso,em geral, podem ser esvaziadas mesmo durante o seuacionamento por motor à velocidade de rotação nominal.As turbinas francis e helicoidais, com algumas exceções,devem ser esvaziadas quando paradas. Nestas, drena-se o tubo de sucção pelas válvulas de ar da turbina, se orotor se localiza acima do nível jusante. Caso contráriodeve-se deprimir a água neste tubo por ar comprimido oubombagem. Os caracóis também devem estar vazios,para evitar quaisquer vazamentos pelas pás do distri-buidor, e, a menos que haja válvula borboleta à entradado caracol, deve-se drenar todo o conduto forçado. Aágua dos seios de turbina causa perdas apreciáveis;portanto, é preferível fazer o ensaio sem água neles, parao que se requer a aprovação do fabricante da turbina. Seos selos não podem funcionar a seco, haverá imprecisãonos resultados do ensaio.
3.13.13.1.5 Quando os ensaios de geradores para turbinahidráulica forem feitos com a turbina acoplada, as perdastotais por atrito e ventilação das unidades devem serdivididas entre o gerador e a turbina, numa proporção deacordo com as melhores estimativas dos valores es-perados para as duas máquinas. Quando houver dadosdisponíveis de ensaios em turbinas semelhantes, deve-se fazer uma estimativa baseada neles.
3.13.13.1.6 Em alguns casos, excitatrizes direta ou indi-retamente acopladas ao eixo da máquina são usadaspara a excitação durante os ensaios de perdas. A potênciaativa absorvida pela excitatriz deve, neste caso, ser dedu-zida da potência ativa absorvida total, na determinaçãodas perdas. Não é recomendado o acoplamento por cor-reia nos ensaios de determinação de perdas.
3.13.13.2 Ensaio com máquina calibrada
3.13.13.2.1 A máquina, cujas perdas se desejam medir, édesligada da rede, desacoplada, se necessário, do seumotor de acionamento e acionada na sua velocidade derotação nominal por um motor calibrado, isto é, por ummotor elétrico cujas perdas foram determinadas pre-viamente com grande precisão, de modo a tornar possíveldeterminar a potência mecânica que fornece no seu eixo,conhecendo-se a potência elétrica que absorve e a velo-cidade de rotação. A potência mecânica transmitida pelomotor calibrado ao eixo da máquina sob ensaio constituiuma medida das perdas desta última máquina para ascondições de operação sob as quais o ensaio é realizado.
Neste método, a máquina ensaiada pode ser operadaem vazio, com ou sem excitação, com ou sem escovas,ou curto-circuitada, o que permite separar as categoriasde perdas.
3.13.13.2.2 O motor calibrado poderá ser um motor de deri-vação, de preferência do tipo de pólo de comutação, ummotor de indução, um motor síncrono ou uma excitatrizdiretamente acoplada. De preferência, a potência nominaldo motor calibrado deve ser tal que ele opere a não menosde 25% da sua potência nominal, quando supre as perdaspor atrito e ventilação da máquina na acionada; e a nãomais de 125%, quando supre as perdas por atrito e venti-lação e as perdas no ferro ou as perdas por atrito e venti-lação perdas I2R na armadura e perdas suplementares.Isto permite ao motor calibrado operar na parte achatadada sua característica de rendimento e muitas vezes podemnão ser necessárias correções devidas à variação do ren-dimento. Para extrema precisão de medição é requeridauma característica de perdas em função da potênciaabsorvida, no motor calibrado.
3.13.13.2.3 Este método poderá introduzir grandes erros,se as máquinas forem aceleradas ou desaceleradas. Porisso, as leituras devem ser tomadas somente quando avelocidade de rotação é mantida absolutamente constantee no valor correto.
3.13.13.2.4 As Figuras 8-a) e 8-b) mostram diagramas deligações para os ensaios, com um motor de corrente con-tínua para acionamento separado. O procedimento usualconsiste em se acionar a máquina na sua velocidade derotação nominal até que os mancais atinjam uma tem-peratura constante e o atrito se torne constante; estascondições ocorrem quando a potência absorvida do motorde acionamento se torna constante. A diferença entre apotência absorvida do motor de acionamento e suasperdas é igual às perdas da máquina ensaiada.
3.13.13.2.5 Alternativamente o motor calibrado pode sersubstituído por um dinamômetro ou por qualquer outromotor que acione a máquina sob ensaio por meio de me-didor de conjugado. Isto permite conhecer o conjugadotransmitido à máquina sob ensaio e conseqüentementea potência absorvida por esta última máquina. A potênciaativa absorvida ou fornecida, em quilowatts, é então obtidapela fórmula:
P = Cn
9552
Onde:
C = conjugado no dinamômetro, em N x metros
n = velocidade de rotação, em rotação por minuto(r.p.m)
3.13.13.2.6 Quando esta alternativa for empregada, a velo-cidade de rotação deve ser medida com extremo cuidado,por entrar a mesma diretamente no cálculo da potênciaabsorvida.
3.13.13.2.7 Recomenda-se não fazer o acionamento pormeio de correias.
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3.13.13.3 Ensaio com fator de potência nulo
3.13.13.3.1 A máquina é operada como motor em vazio,sob velocidade de rotação nominal, com fator de potênciaaproximadamente nulo, sendo a corrente de excitaçãoajustada de modo a fazer circular a corrente nominal naarmadura.
3.13.13.3.2 Deve ser aplicada uma tensão que produzaperdas magnéticas de mesmo valor que na operação emvazio sob tensão nominal. Em princípio, a potência reativadeve ser positiva, ou seja, sobreexcitada, mas se isto forimpossível devido à tensão de excitação insuficiente, oensaio pode ser efetuado com absorção de potênciareativa, ou seja, subexcitada.
Nota: A precisão deste método depende da precisão a baixo fa-tor de potência dos wattímetros utilizados.
Figura 8-a) - Diagrama de ligações para os ensaios em vazio
Figura 8-b) - Diagrama de ligações para os ensaios de curto-circuito
3.13.13.4.1 Este ensaio é particularmente aplicável a má-quinas síncronas grandes, com considerável inércia. Éempregado principalmente em ensaios feitos após a ins-talação. Pode ser utilizado também para máquinas de in-dução e de corrente contínua para as perdas apropriadasa estas máquinas.
3.13.13.4.2 Mede-se o tempo de retardamento e a veloci-dade de rotação da máquina, quando esta última diminuisob diferentes condições entre dois valores predetermi-nados, por exemplo de 110% a 90% da velocidade derotação nominal ou de 105% a 95% da velocidade derotação nominal. O tempo variará inversamente com asperdas médias durante o tempo considerado.
3.13.13.4.3 Este método permite a medição da perda me-cânica (atrito nos mancais, perdas totais por ventilação eatrito nas escovas) perdas no ferro com excitações dife-E
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rentes e perdas devidas à carga em curto-circuito sob ex-citações diferentes.
3.13.13.4.4 Para o ensaio, a máquina funciona como motorem vazio, alimentado por um gerador, durante tempo su-ficiente para estabilização da temperatura dos mancais.Se as perdas nos mancais forem garantidas a uma tempe-ratura determinada destes últimos, a vazão da água nosistema de refrigeração dos mancais deverá ser ajustadade modo a obter-se a temperatura especificada.
3.13.13.4.5 A máquina em ensaio é acelerada até uma ve-locidade de rotação suficientemente acima da velocidadede rotação a partir da qual o tempo de retardamento émedido. Desliga-se então a máquina sob ensaio da má-quina que a alimenta e estabelecem-se as condições deconexão do enrolamento primário e de excitação a en-saiar. Isto deve ser feito com rapidez suficiente para queas condições elétricas permanentes de ensaio tenhamsido atingidas antes do momento em que a velocidadede rotação decrescente da máquina, durante este inter-valo, passe pelo limite superior a partir do qual o tempode retardamento é medido.
3.13.13.4.6 Nos ensaios de retardamento em vazio, a cor-rente de excitação e a tensão do estator são medidosquando a máquina passa pela velocidade de rotação no-minal. Nos ensaios de retardamento em curto-circuito, acorrente de excitação e a corrente no estator são medidasno mesmo instante. O ensaio deve ser executado paradiversas excitações, tanto em vazio como em curto-circuito.
3.13.13.4.7 O tempo entre os dois limites deve ser medidocom precisão de 2%. O intervalo entre os dois limites es-colhidos depende da precisão da medição. Um geradorde ímã permanente ou uma excitatriz pode ser utilizadocomo tacômetro.
3.13.13.4.8 No ensaio de retardamento, as medições de-vem ser efetuadas na mesma faixa de tensão.
3.13.13.4.9 Para obter-se o valor absoluto das perdas, queocorrem na máquina durante o correspondente ensaiode retardamento em vazio no instante da passagem pelavelocidade de rotação nominal, devem ser feitas mediçõesoperando-se a máquina como motor em vazio, a velo-cidade de rotação nominal e fator de potência unitário esob tensão igual a uma das tensões utilizadas em umadas medições de retardamento, de preferência a tensãonominal. A potência absorvida, isto é, as perdas, devemser medidas com grande precisão.
3.13.13.4.10 Se a inércia da máquina não for conhecidacom suficiente precisão, ela poderá ser determinada porum ensaio de retardamento com perdas conhecidasmedidas por outro método.
3.13.13.4.11 Repete-se a medição diversas vezes e calcula-se o valor médio. Em lugar de medir-se diversas vezesna mesma tensão, podem-se medir diversos pontos emtensões diferentes, numa faixa de 95% a 105% da tensãonominal, a fim de obter-se a curva de perdas em funçãoda tensão em torno da tensão nominal. Estabelece-se arelação entre as perdas e o tempo de retardamento.
3.13.13.4.12 As perdas em qualquer condição (por exem-plo: em vazio, em curto-circuito) podem ser calculadascomo o valor da potência absorvida, medida no ensaioacima, multiplicado pela relação entre o tempo de retar-damento, no ensaio acima, e o tempo de retardamentono ensaio real.
3.13.13.4.13 O momento de inércia pode ser calculado deum ensaio de retardamento pela equação:
J = 45600 Pt
2δ η
Onde:
45600 = 60 . 10
8
2 3
2π
Sendo:
J = momento de inércia, em quilogramas metroquadrado
P = potência absorvida = perdas, em watts
n = velocidade de rotação nominal, em rotações porminuto
n (1 + δ) = velocidade de rotação superior à nominal,em relações por minuto, a partir da qual seiniciam as medições
n (1 - δ ) = velocidade de rotação inferior à nominal,em rotações por minuto, na qual se termi-nam as medições
t = tempo, em segundos, entre os dois instantes emque as velocidades de rotação são respectiva-mente n (1 + δ) e n (1 - δ).
3.13.13.4.14 O ensaio de retardamento é feito a partir deuma velocidade de rotação n (1 + δ) até uma velocidadede rotação n (1 - δ).
3.13.13.4.15 No ensaio de retardamento, a excitação damáquina ensaiada deve ser de preferência excitação emseparado. Serão assegurados resultados mais satisfató-rios, se a excitação em separado utilizada for variável, demodo a permitir o ajuste da corrente de excitação para osvários valores de excitação requeridos e mantidos cons-tantes durante o ensaio. Pode ser utilizada, no entanto,uma excitatriz diretamente acoplada, se o intervalo develocidade de rotação no retardamento for pequeno (porexemplo, 105% a 95%). Neste caso, a corrente de excita-ção deve ser mantida tão constante quanto possível e apotência absorvida pela excitatriz deve ser consideradano cálculo dos resultados. Deve ser feita a correção ade-quada para as perdas no circuito de excitação levando-se em conta também que pode haver certa diferença entrea corrente de excitação no ensaio de retardamento e acorrente de excitação no ensaio em vazio, se bem que a
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tensão seja a mesma. É, no entanto, necessária excitaçãoem separado para a excitatriz.
3.13.13.4.16 Os ensaios de retardamento não devem serrealizados com os transformadores ligados, porque asperdas nos transformadores serão incluídas.
3.13.13.4.17 A máquina em ensaio deve ser levada meca-nicamente até a sobrevelocidade desejada por meio deum motor de acionamento ou uma excitatriz diretamenteacoplada, se de capacidade suficiente, ou pela própriaturbina (ver 3.13.13.1) ou eletricamente por meio de umamáquina alimentadora. Em alguns casos pode ser ne-cessário partir por meio da turbina e em seguida operar amáquina como motor até que o nível de água no tubo desucção esteja abaixo do rotor.
3.13.13.4.18 Na medição das perdas pelo método de retar-damento pode ser feita uma considerável economia detempo ressincronizando-se as máquinas alimentadora eem ensaio, sem pará-las. Logo que a máquina em ensaioé desconectada, a chave de campo da máquina alimen-tadora é aberta e esta é imediatamente levada até 20%ou 25% abaixo da velocidade de rotação inicial, sendodeixado em vazio. Logo que a máquina em ensaio atinge10% abaixo da velocidade de rotação nominal, a correntede excitação é ajustada no valor usado para a sincroni-zação das duas máquinas e a sua chave de campo éaberta. Após alguns segundos para deixar a corrente deexcitação extinguir-se, as duas máquinas sem excitaçãosão interconectadas e ambas as chaves de campo fe-chadas simultaneamente. Se a velocidade de rotação damáquina em ensaio não caiu abaixo da velocidade derotação da máquina alimentadora, as duas máquinasarrancarão juntas e poderão ser levadas até a sobreve-locidade para outro ensaio.
3.13.13.4.19 Em algumas montagens de usinas são omi-tidos os equipamentos de manobra de baixa tensão e aúnica ligação de baixa tensão possível entre máquina éatravés de chaves desligadoras na barra de transferênciade baixa tensão. Em tal arranjo é possível realizar osensaios de retardamento como indicado acima, levando-se as máquinas até aproximadamente 15% de sobre-velocidade, abrindo-se ambas as chaves do campo, e,após deixar um tempo adequado (5 s a 10 s) para o campose extinguir, abrindo-se chaves desligadoras e fechando-se o campo da máquina em ensaio com a tensão de ex-citação ajustada para dar a corrente de excitação reque-rida. Deve ser admitida uma sobrevelocidade inicial su-ficiente para permitir o crescimento da corrente de ex-citação até o seu valor estável antes de a velocidade derotação da máquina cair a 10% de sobrevelocidade. Estetempo é mais longo quando se medem perdas em vaziodo que quando se medem perdas em curto-circuito,devido à diferença entre as constantes de tempo em vazioe em curto-circuito; como é necessária, porém, manobraadicional para se estabelecer o curto-circuito da máquinano caso das perdas em curto-circuito, a sobrevelocidadeinicial requerida para ambas as condições é aproxima-damente do mesmo valor. O efeito do crescimento docampo é bastante perceptível na parte inicial da curva deretardamento e as leituras desta parte não deveriam serusadas na determinação das perdas.
3.13.13.4.20 Para obtenção de valores precisos de velo-cidade de rotação e, se necessário, leituras correspon-dentes e simultâneas de outras grandezas, pode ser em-pregado um contador eletrônico de tempo, que, atuandopor impulsos proporcionais à velocidade de rotação damáquina em ensaio, exponha a leitura durante um períodode tempo determinado também por certo número de ro-tações. O sinal “LER” é dado quando a mudança de“CONTAR” para “EXPOR” ocorre. O número de impulsoscorrespondentes à duração de cada um dos períodos édado por dispositivos internos do contador ou por unida-des lógicas digitais associadas ou não a dispositivos inter-nos do contador. O intervalo de cada um dos períodos“EXPOR” pode ser considerado como a média dos doisperíodos “LER” imediatamente antecedente e subse-qüente a ele. As leituras de valores elétricos são consi-deradas como ocorrendo no centro do intervalo “EXPOR”.A secante aos outros intervalos de tempo entre leiturassucessivas pode ser considerada como a tangente à cur-va; por meio de interpolação podem ser obtidos valoresmais precisos. O método acima exposto permite leiturasbastante precisas e a tangente obtida por interpolaçãocalculada é bastante mais precisa que a obtida por in-terpolação gráfica. A análise dos resultados, sendo in-dependente de gráficos, pode ser feita no campo comuma régua de cálculo, evitando-se retorno aos ensaios,devido a resultados espúrios, erros grosseiros, etc. Oimpulso de controle pode ser formado em um pick-upatuado por um ímã permanente, por uma célula fotoelétricaatuada por um disco perfurado preso a uma parte rotativada máquina, ou método equivalente.
3.13.13.4.21 O método abaixo de tomar leituras da velo-cidade de rotação dará curvas tempo-velocidade derotação muito coerentes e precisas. Se a máquina emensaio tiver uma excitatriz diretamente acoplada, deve-se de preferência excitar esta por meio de uma bateria detensão constante. Se não houver excitatriz diretamenteacoplada, um pequeno gerador de corrente contínua, ex-citado em separado por uma bateria de tensão constante,deve ser montado no eixo do gerador. Devem ser feitasligações adequadas, de modo que a tensão de armadurada excitatriz ou do gerador de corrente contínua estejaem oposição à tensão de outra bateria. A escolha de ba-terias para este fim dependerá da tensão da excitatriz oudo gerador de corrente contínua. Ver Figura 9 para umdiagrama típico de ligações.
3.13.13.4.22 Devem ser escolhidos dois voltímetros debaixa tensão, um para ler a tensão da bateria aproxima-damente no fim da escala e outro, com uma escala cercade cinco vezes menor que a anterior, para ler a diferençaentre a tensão da bateria e a tensão da excitatriz. A tensãoda bateria deve ser tal que a diferença de tensão entre aexcitatriz seja aproximadamente zero a uma velocidadede rotação 10% abaixo da velocidade de rotação nominalda máquina em ensaio. A tensão do voltímetro diferencialserá lida, portanto, no fim da escala a 10% de sobreve-locidade. A velocidade de rotação é proporcional ao valorque se obtém somando a tensão da bateria com a di-ferença de tensões. Se, por meio da freqüência do sis-tema, de um tacômetro de precisão, for determinada umavelocidade de rotação correspondente a um valor da di-ferença de tensão compreendido na sua faixa de variação,as velocidades de rotação desconhecidas, durante osE
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ensaios de retardamento, podem ser obtidas por propor-ção direta como segue:
Seja:
UB = tensão da bateria
UD = diferença de tensão
nC = velocidade de rotação conhecida
UDC = diferença de tensão na velocidade de rotação
conhecida nC
n = velocidade de rotação a ser determinada
Figura 9 - Medição de velocidade de rotação por meio de tensões contínuas
Então:
n = n U + UU + U
U . n
U + U c
D B
Dc BD
c
DC B
Diferença
de velocidade de rotação em relação à velo-cidade de rotação base.
= U n
U + U +
n . UU + U
n . U
U + Dc
Dc
c
Dc
c
Dc B
B
B
B
UU
=B
velocidade de
rotação na qual UD = 0
3.13.13.4.23 A precisão deste método repousa no fato deque a quantidade de n
1 - n2 medida com a mesma ordemde precisão que n e t. Como as perdas são proporcionais
a n - n
t,1 2 o valor de (n1 - n2) deve ter a mesma precisão
de n e t. Esta precisão é obtida pelo uso de um voltímetrodiferencial que na realidade mede o valor (n
1 - n2). Ver3.13.13.4.26 e 3.13.13.4.30 para explicação dos símbolosacima. Como todas as leituras são do mesmo grau deprecisão, a velocidade de rotação pode ser lida aintervalos de tempo constantes com a mesma precisão
que as leituras de tempo. Tomando-se as leituras a inter-valos de tempo constantes, os resultados são mais facil-mente marcados e verificados.
3.13.13.4.24 Algumas precauções devem ser tomadas paraassegurar a obtenção de valores precisos da velocidadede rotação. A tensão da bateria (U
B) deve ser da ordemde 10% ou menos da tensão nominal de excitatriz, paraque o campo da excitatriz possa ser alimentado por baixacorrente, que não produza aumento de temperatura su-ficiente para alterar substancialmente o valor da resis-
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tência do campo. A tensão da bateria (UB) e a diferença
de tensão conhecida (UDC) devem ser verificadas de hora
em hora, para assegurar que os valores não foram alte-rados pela descarga da bateria ou pela variação da tem-peratura ambiente. Uma verificação útil, após o ensaioem vazio para determinação das perdas no ferro, consisteem traçar U
D em função da tensão do gerador de correntealternada, desde que a excitação do gerador tenha sidomantida constante durante o ensaio; o traçado será umareta cortando a ordenada de tensão zero em -U
B, sempreque a velocidade de rotação da máquina usada como ta-cômetro for proporcional à velocidade de rotação damáquina em ensaio. Esta verificação deve ser feita sempreque se usar como tacômetro uma excitatriz ou um geradorde corrente contínua acionado por correia, para compro-var que sua velocidade de rotação é proporcional à damáquina em ensaio. Em caso contrário, o prolongamentoda reta não interceptará a ordenada de tensão zero em-U
B. Pela mesma razão o voltímetro diferencial deve sercuidadosamente aferido com o voltímetro da bateria.
3.13.13.4.25 Para vários intervalos (quando se usa o con-tador eletrônico de tempo) ou para várias velocidades derotação (quando é usado o tacômetro), acima e abaixoda velocidade de rotação nominal, devem ser registradasa corrente de excitação e a tensão ou a corrente de arma-dura. Devem ser realizadas operações sem corrente deexcitação e operações com quatro a sete valores dife-
rentes da corrente de excitação nas condições em vazioe em curto-circuito.
3.13.13.4.26 Com os dados de ensaio pode ser traçadauma série de curvas velocidades de rotação-tempo. A Fi-gura 10 mostra curvas de retardamento levantadas paraum gerador. Para cada curva, as perdas em qualquer ve-locidade de rotação podem ser calculadas pela seguintefórmula:
P = 0,2796 . 10 GD n dndt
-6 2
Onde:
P = perdas, em quilowatts
G = peso das partes girantes, em Newton
D = diâmetro de giração das partes girantes, emmetros
n = velocidade de rotação em rotações por minuto,na qual as perdas devem ser determinadas
dndt
= inclinação da curva velocidade de rotação-tempo na velocidade de rotação n, em rotaçõespor minuto por segundo
Figura 10 - Curvas de retardamento
1 - Máquina em vazio não excitada
2 - Máquina em vazio excitada à tensão nominal
3 - Máquina em curto-circuito com 85% da corrente nominal
4 - Máquina em curto-circuito com corrente nominal
5 - Máquina em curto-circuito com 110% da corrente nominal
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3.13.13.4.27 Um método preciso para levantamentodas curvas de velocidade de rotação-tempo, a partir dacontagem de rotações, é traçar um gráfico do númerode rotações em função do tempo, para pequenosintervalos de tempo iguais, unindo-se com linhas retasos pontos obtidos das leituras feitas. O número de rotaçõesque ocorre em cada intervalo de tempo, dividido pelointervalo de tempo, é a velocidade de rotação média. Ointervalo de tempo deve ser suficientemente longo parapermitir uma precisa contagem de rotações e sufi-cientemente curto para que se possa admitir que avelocidade de rotação média ocorre quase exatamen-te no meio do intervalo. As velocidades de rotação emfunção do tempo devem ser marcadas no meio dointervalo de tempo considerado, unindo-se depois ospontos obidos por uma curva, para eliminar irregu-laridades devidas a erros nos pontos individuais. O valorde declividade da curva, no meio do intervalo de tem-po, é determinado dividindo-se a diferença entre asvelocidades de rotação no início e no fim do interva-lo pelo intervalo de tempo. Os valores da declivida-
de dndt
devem ser marcadas e os pontos obtidos unidos
por uma curva. Todas as curvas velocidade de rotação-tempo devem ser traçadas em uma mesma folha de papel
e todas as curvas velocidade de rotação dndt
em uma
folha.
3.13.13.4.28 Os resultados de ensaios obtidos com tacô-metro são analisados de maneira similar, mas neste casoas curvas velocidade de rotação-tempo são traçadas dire-tamente a partir das leituras. As declividades são deter-minadas como descrito em 3.13.13.4.27, para intervalosde tempo iguais, ou traçando-se tangentes às curvas velo-cidade de rotação-tempo.
3.13.13.4.29 As perdas em quilowatts são determinadaspela fórmula de 3.13.13.4.26 e marcadas em função develocidade de rotação, desenhando-se uma curva suaveatravés dos pontos. As perdas na velocidade de rotaçãonominal são, então, lidas diretamente nesta curva.
3.13.13.4.30 Um método prático para se obterem as perdasna velocidade de rotação nominal, a partir da curva velo-cidade de rotação-tempo, é escolher velocidade de rota-ção n
1 e n2, “A” rpm acima e abaixo, respectivamente, davelocidade de rotação nominal n
n. Os valores t1 e t2 obtidosda curva são os tempos correspondentes em segundos.As perdas são:
P = 0,5591 . 10 GD . n . A
t - t-6
2n
2 1
3.13.13.4.31 No caso de as curvas de retardamento seremlevantadas para velocidades de rotação decrescentes apartir de velocidade de rotação abaixo da nominal, isto é,quando a máquina é levada até a velocidade de rotaçãoinicial de ensaio pela corrente alternada de freqüêncianominal, as perdas devem ser calculadas nas váriasvelocidades de rotação abaixo da nominal e tão próximasdela quanto possível, para cada condição de excitação.As curvas de perdas em função da velocidade de rotaçãopodem ser traçadas e extrapoladas até a velocidade de
rotação nominal para se obter o valor aproximado dasperdas na velocidade de rotação nominal.
3.13.13.4.32 O ensaio do motor calibrado pode ser utilizadona obtenção do valor absoluto das perdas em lugar dométodo em vazio.
3.13.13.5 Ensaio em oposição
3.13.13.5.1 Este método é aplicável quando houver dispo-níveis duas máquinas idênticas. Elas são acopladas me-cânica e eletricamente de forma a funcionarem respec-tivamente como motor e gerador, com velocidade de rota-ção nominal. O acoplamento mecânico deve ser efetuadode modo a manter a relação correta entre ângulos de fa-se. O valor da potência transmitida depende da diferençaentre ângulos de fase das máquinas. A temperatura real,na qual são efetuadas as medições, deve ser a mais próxi-ma possível da temperatura de operação e não deve serfeita correção ulterior. As perdas de máquinas acopladassão fornecidas por uma rede à qual são ligadas, ou porum motor de acionamento calibrado, ou por um variadorde tensão ou então por uma combinação destes meios.
3.13.13.5.2 O valor médio das correntes de armadura éajustado para o seu valor nominal; o valor médio das ten-sões das duas armaduras é superior ou inferior à tensãonominal de um valor igual à queda de tensão, depen-dendo de as máquinas se destinarem ao emprego, res-pectivamente como gerador ou como motor.
3.13.13.6 Determinação do rendimento pelo métodocalométrico
3.13.13.6.1 Generalidades
A máquina funciona nas condições para as quais deveser determinado o rendimento. As perdas totais são obti-das, calculando-se o calor absorvido pelo meio refrige-rante e adicionando-lhe as perdas não determinadas ca-lorimetricamente. O cálculo calorimétrico pode ser reali-zado das duas seguintes maneiras:
a) medem-se a vazão do meio refrigerante bem comoa elevação de temperatura, calculando-se atravésdestas as perdas absorvidas;
b) a elevação de temperatura do meio refrigerantena máquina sob carga é comparada com a eleva-ção de temperatura resultante da absorção de umapotência qualquer eletricamente mensurável, sobvazão constante (método calorimétrico compa-rativo).
Nota: O método calorimétrico permite a determinação direta dorendimento, mesmo quando este for muito elevado, bemcomo das perdas individuais. Requer certa perícia na técni-ca de medição, sendo em alguns casos o único métodoaplicável. No caso de máquinas resfriadas a ar ou outrogás, devem-se empregar dutos especiais para execuçãodo ensaio; o método é de aplicação menos difícil para ocaso de máquinas resfriadas a água. Em cada ponto demedição deve ser aguardado o regime contínuo. Na de-E
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terminação das perdas totais devem ser computadas asseguintes perdas, desde que não tenham sido determi-nadas pelo método calorimétrico:
a) perdas nas excitatrizes e seus reostatos, quandoaqueles forem acionadas pelo eixo da máquina;
b) perdas nos anéis coletores;
c) perdas nos mancais e retentores;
d) perdas por irradiação e convecção.
No caso de sistema de resfriamento em circuito fechado,mede-se geralmente o calor absorvido pelo refrigerantelíquido.
3.13.13.6.2 Procedimento
a) máquinas resfriadas a ar:
Para determinação da vazão e da elevação detemperatura do ar refrigerante, subdividem-se osdutos de entrada e saída adequadamente, porexemplo, por meio de arames ou fios, em númerosuficiente de seções parciais z, de acordo com aseguinte fórmula:
z = (50 ... 100) A∑Onde ∑A é a seção transversal total do duto de arem metros quadrados. Devem ser feitas mediçõesde velocidade e de elevação de temperatura emcada uma das seções transversais parciais, e deveser calculada a média de cada uma destas gran-dezas, a qual será considerada média parcial. De-ve ser calculada a média global das médias par-ciais respectivamente, de velocidade e de eleva-ção de temperatura. Se nenhuma média parcialtiver afastamento maior de 10% em relação à mé-dia global de cada uma dessas grandezas, os res-pectivos valores dessas médias globais serão con-siderados os valores de velocidade e de elevaçãode temperatura. Se a dispersão dos valores excedeo especificado acima, a potência absorvida pelacorrente de ar deve ser calculada de acordo comas fórmulas seguintes para cada seção parcial naentrada e na saída de ar, computando-se a potên-cia acima do nível de referência arbitrário (porexemplo, temperatura ambiente e velocidade doar nulas). Estas potências são somadas tanto paraas seções parciais de entrada, como para as se-ções parciais de saída, e os dois valores subtraídosum do outro para determinação da potência totalabsorvida pela corrente de ar. Para uma mediçãotão precisa quanto possível os dutos devem serdispostos de forma a permitir escoamento de arbem homogêneo. A velocidade do ar é medida emcada seção parcial por meio de anemômetro (rodacom hélices: aferir, se possível, antes e depois damedição) e cronômetro, ou por meio de tubo dePitot tipo Prandtl. A velocidade resulta da diferençadas pressões Pd nos dois tubos:
V = 0,204 Pd
ρ
Onde:
V = velocidade do ar, em metros por se-gundo
Pd= pressão dinâmica, em Pa
ρ = 3,48 x 10-3 . PT
é a massa específica do
ar, em quilogramas por metro cúbico
T = temperatura absoluta do ar, emKelvins
P = pressão estática, em Pa
O valor médio das pressões dinâmicas medidasP , P , ... Pd1 d 2 d n é determinado pela fórmula:
PP + P + ... P
ndmed
d1 d2 dn
A vazão do ar refrigerante em metros cúbicos porsegundo é então:
Q = Vmed ∑A
Onde:
∑A = soma de todas as seções parciais (igualà seção transversal total do duto), emmetros quadrados
Vmed = média das velocidades do ar me-didas nas seções parciais
Nota: Se, nos casos de circulação fechada, a vazão doar que sai nos refrigeradores deve ser medidapróxima dos mesmos, então é necessário tomarcuidado para que a medição não seja falseadadevido a contrações locais entre os radiadores epontos de medição, ou devido ao represamentoentre o fim do duto de medição e a parede do dutode circulação.
Se as condições mencionadas de homogeneidadeda correnteza estiverem cumpridas, mede-se aelevação de temperatura média do ar refrigerante∆θ, de preferência por meio de pares termoelétricos,os quais são distribuídos pelas seções parciais dosdutos de entrada e saída e ligados em série. Seestiverem dispostos pares termoelétricos emnúmero igual nos dutos de entrada e saída e o flu-xo de ar for homogêneo, a precisão da medidapode ser aumentada, pela ligação em oposiçãodos dois grupos de pares termoelétricos. As perdasabsorvidas pelo ar são, então:
Pv = Qρ cp ∆θ
onde se substituem de preferência grandezas dosistema internacional (SI).
Pv = perdas, em quilowatts
cp = 1,00 é o calor de massa do ar sob pres-são constante em quilojoules por quilo-grama por grau Celsius
ρ = conforme fórmula acima
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Se a velocidade do ar na saída for diferente daquelana entrada, deve ser adicionada, às perdas P
v
obtidas da vazão do ar e da elevação de tempera-tura, a potência P
c, gasta na aceleração do ar vo
até v. Esta é:
P = Q . 2000
. (v - v ), em quilowattsc2
o
ρ
No método calorimétrico comparativo monta-se noduto de ar, depois da seção de saída da máquina,uma resistência elétrica uniformemente distribuídasobre a seção transversal do duto. Mede-se a dife-rença de temperatura antes e depois desta resis-tência. Se, para uma potência P
v na resistênciaelétrica, o ar se aquece de ∆θ°C, então o calorretirado pelo ar de resfriamento na máquina sobcarga é:
P . Pv v’=
∆∆
θθ
Onde:
∆ θ = elevação de temperatura do ar deresfriamento na máquina sob carga
Uma variante do método calorimétrico comparativoconsiste em se medirem as diferenças de tempe-ratura para duas condições de funcionamento damáquina nas quais as perdas podem ser determi-nadas por meio de aparelhos elétricos de medição.A máquina é acionada, por exemplo, como motorem vazio e de preferência em tensões a mais baixapossível e a mais alta possível. Medem-se, no pri-meiro caso, as perdas PV1 e a diferença de tempe-ratura ∆θ
1 e, no segundo caso, PV2 e ∆θ2. As perdastotais da máquina sob carga, correspondentes auma elevação de temperatura medida ∆θ do arrefrigerante, são:
P = -
. (P - P )v2 1
v v2 1
∆∆ ∆
θθ θ
Nesta variante do método calorimétrico compa-rativo não é necessário levar em conta o calor reti-rado por outro meio a não ser pelo ar refrigerantemensurável. Nos casos em que deve ser levadoem conta o calor retirado por outros meios que o arrefrigerante, determina-se a potência cedida porirradiação e convecção, por exemplo, pela seguin-te fórmula aproximada:
Ps = 10 ... 20 ∆θsAs
em watts, onde:
∆θ = elevação de temperatura da superfícieradiante sobre a temperatura do ar am-biente, em graus Celsius
As = área radiante da máquina, em me-
tros quadrados
b) procedimento para máquinas resfriadas a líquido:
Para medição da vazão empregam-se contadoresde vazão de líquidos, bocais ou tubos Venturi, mon-tados no encanamento ou pesa-se o líquido refri-gerante escoado num intervalo de tempo deter-minado, recolhido num recipiente. As temperaturasdo líquido refrigerante devem ser medidas comprecisão de no mínimo 0,1°C, visto ser geralmentemuito pequena a diferença entre as temperaturasde entrada e de saída. Em certas circunstâncias énecessário, para maior precisão de medida, au-mentar a elevação de temperatura do líquido re-frigerante em cerca de 10°C pela redução da va-zão do mesmo. As perdas absorvidas pelo líquidorefrigerante são calculadas pela fórmula:
Pv = c ∆θ Qm
Onde se substituem vantajosamente as grandezasdo sistema internacional:
Pv = perdas, em quilowatts
c = 4,1842 é o calor de massa da água a15°C; em quilojoules por quilogramapor grau Celsius
Qm = ao fluxo da água refrigerante, em qui-logramas por segundo
∆θ = diferença de temperatura entre en-trada e saída, em graus Celsius
3.14 Ensaio de elevação de temperatura
3.14.1 Método termométrico de medição da temperatura
3.14.1.1 Procedimento
3.14.1.1.1 Na medição da temperatura por meio de ter-mômetros de resistência ou pares termoelétricos, estesinstrumentos devem ser aplicados à parte mais quenteda máquina acessível aos termômetros de mercúrio oude álcool.
3.14.1.1.2 Nos termômetros de mercúrio ou de álcool deveser examinada a continuidade da coluna. Os termômetrosde mercúrio ou álcool devem ser colocados nas máqui-nas, de modo que o bulbo fique abaixo de qualquer outraparte do termômetro. Cada bulbo de termômetro ou ele-mento sensível do dispositivo de medição deve estar emcontato com a parte da qual se deseja medir a temperaturae isolado do ar circundante por uma almofada ou apenaspela massa suficiente para assegurar o contato. Nãodeverá haver uma restrição apreciável da ventilação na-tural da máquina pelos instrumentos de medição. Não sedeve usar termômetros de mercúrio onde haja camposmagnéticos variáveis ou móveis.
3.14.1.1.3 O núcleo e bobinas de armadura de algumasmáquinas fechadas podem não ser facilmente acessíveis.Se, para obtenção das temperaturas, for usado o métodotermométrico, os termômetros utilizados podem ser colo-
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cados sobre estas partes e os terminais levados para fo-ra do invólucro.
3.14.2 Método de medição da temperatura por resistência
3.14.2.1 Procedimento
a) a elevação de temperatura dos enrolamentos podeser obtida pela seguinte proporção:
t + kt + k
= RR
2
1
2
1
Onde:
k = inverso do coeficiente de temperaturada resistência 0°C do material consi-derado
= 235 para o cobre
= 228 para o alumínio
R2 = resistência do enrolamento no fim doensaio, em ohms
R1 = resistência inicial do enrolamento (a
frio), em ohms
t2 = temperatura do enrolamento no fim doensaio, em graus Celsius
t1 = temperatura do enrolamento (a frio) no
momento da resistência inicial, emgraus Celsius
ta = temperatura do meio refrigerante no fim
do ensaio, em graus Celsius
Para fins práticos utiliza-se a seguinte fórmulaalternativa:
t - t = R - R
R (k + t ) + t - t2 a
2 1
11 1 a
Para enrolamentos compostos de materiaisdiferentes (por exemplo, cobre e alumínio), deveser utilizado um valor intermediário da constantek, proporcionalmente às respectivas quantidadesde cada material;
b) quando a temperatura de um enrolamento é de-terminada pela resistência, a temperatura inicialdo enrolamento (a frio), medida com termômetro,deve ser praticamente a do meio refrigerante.
3.14.3 Método de medição da temperatura por superposição
Ver Anexo A.
3.14.4 Generalidades
3.14.4.1 Na preparação de um ensaio de elevação detemperatura, a máquina deve ser isolada de correntes de
ar oriundas de polias, correias e outras máquinas adjacen-tes, pois ao contrário os resultados obtidos não merece-riam confiança. Uma levíssima corrente de ar pode causardiscrepâncias nos resultados do ensaio de elevação detemperatura; portanto, quando necessário, um adequadoanteparo de lona deve ser usado para proteger a máqui-na. Deve-se ter cuidado, entretanto, para que o anteparonão interfira na ventilação natural da máquina, e paraque, no piso, haja suficiente distância entre as máquinas,para permitir a livre circulação do ar. Em condições nor-mais, uma distância de 2 m é suficiente.
3.14.4.2 Ao se iniciar o ensaio de elevação de temperatura,todos os instrumentos devem ser calibrados, para segu-rança de que não haja erros nos instrumentos ou efeitosde fluxo de dispersão. Os instrumentos ligados no circuitode excitação devem ser lidos e a resistência calculada ecomparada com a medição anterior (ver 3.14.7.3). Quandohá instrumentos ligados ligados nos circuitos de entradae saída, convém calcular o rendimento da máquina ougrupo. Não se determina assim o rendimento com preci-são, porém pode-se controlar eventuais erros. O fator depotência deve, também, ser verificado no início da ope-ração.
3.14.4.3 No início do ensaio de elevação de temperaturada máquina do regime de tempo limitado, a temperaturada máquina não deve diferir em mais de 5°C da tempe-ratura ambiente.
3.14.5 Medição da temperatura do meio refrigerante duranteos ensaios de elevação de temperatura
3.14.5.1 Temperatura do meio refrigerante
Como valor da temperatura do meio refrigerante num en-saio de elevação de temperatura deve ser adotada a mé-dia das leituras dos termômetros tomadas em intervalosiguais de tempo durante a última quarta parte da duraçãodo ensaio.
3.14.5.2 Variação de temperatura do meio refrigerante
A fim de se evitarem erros devidos à variação lenta datemperatura de máquinas grandes e às variações rápidasde temperatura do meio refrigerante, devem ser tomadasas precauções razoáveis para reduzir estas variações eos erros resultantes.
Nota: Uma forma conveniente para tal recipiente de óleo consisteem um cilindro de metal com um furo aberto axialmente noseu interior. Este furo é cheio com óleo e o termômetro écolocado dentro dele com o seu bulbo completamenteimerso. A velocidade de resposta do termômetro às va-riações de temperatura dependerá muito do tamanho, qua-lidade do material e massa do recipiente, podendo ser,além disso, regulada pelo ajuste da quantidade de óleo noreservatório. Quanto maior a máquina em ensaio, maiordeve ser o cilindro de metal empregado como recipientede óleo na determinação da temperatura do ar de resfria-mento. O menor tamanho do recipiente de óleo empregadoem qualquer caso deve ser um cilindro de metal de 25 mmde diâmetro e 50 mm de altura.
3.14.5.3 Máquinas abertas resfriadas por ar ambiente oupor gás
A temperatura do ar ambiente ou do gás deve ser medidapor meio de vários termômetros, colocados em váriosE
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pontos em torno da máquina, a meia altura da mesma,distantes 1 m ou 2 m dela e protegidos de correntes e deirradiação de calor.
3.14.5.4 Máquinas fechadas com trocadores de calorexternos, ventilação forçada, com dutos de ventilação
A temperatura do meio refrigerante deve ser medida naentrada da máquina.
3.14.5.5 Máquinas fechadas com trocadores de calor internos
3.14.5.5.1 A temperatura do meio refrigerante é medidana saída dos trocadores de calor. No caso de máquinascom trocadores de calor resfriados a água, a temperaturada mesma deve ser medida na entrada do trocador decalor.
3.14.5.5.2 Quando máquinas abertas são localizadas par-cialmente abaixo do nível do piso, em poço, a temperaturado rotor é referida à média ponderada das temperaturasdo poço e da sala; o peso de cada uma das temperaturasdeve ser baseado nas porcentagens da máquina situadasdentro e acima do poço. As partes do estator constante-mente dentro do poço devem ser referidas à temperaturaambiente dentro do mesmo.
3.14.6 Método de aplicação da carga
3.14.6.1 Sempre que praticável, as máquinas síncronasdevem ser ensaiadas em condições tais que as suas per-das se aproximem o mais possível daquelas que exis-tiriam sob condições nominais ou especificadas de carga.O ensaio de elevação de temperatura deve de preferênciaser realizado sob condições nominais de tensão, corrente,fator de potência e freqüência até a máquina atingir equi-líbrio térmico.
3.14.6.2 Quando não for praticável o ensaio nas condiçõesde carga nominal, podem ser empregados outros méto-dos, entre os quais os seguintes:
a) método de fator de potência nulo;
b) método de circuito aberto e de curto-circuito;
c) método de circuito aberto e de curto-circuito, inter-mitentemente.
3.14.6.3 Entre os métodos indicados em 3.14.6.2, usa-sede preferência o do fator de potência nulo. Este métodoconsiste em se fazer circular corrente na armadura, sobtensão nominal ou reduzida e a um fator de potênciaaproximadamente igual a zero, mediante a sobre-excitação da máquina em ensaio. Os valores de tensão eda corrente da armadura devem ser escolhidos levando-se em consideração os valores relativos das perdas noferro e nos enrolamentos. As perdas do sistema podemser supridas mecanicamente, acionando-se a máquinaem ensaio a partir de uma máquina motriz separada, oupodem ser supridas eletricamente operando-se a má-quina em ensaio como um motor síncrono sobreexcitado.Este método é aplicável a muitas máquinas de freqüênciasnormalizadas conforme exposto a seguir:
a) compensadores síncronos: para compensadoressíncronos, este método reproduz as condições de
carga nominais e nenhuma correção é necessárianas elevações de temperatura observadas;
b) geradores e motores com fator de potência nomi-nal igual ou inferior a 0,9: as elevações detemperatura da armadura de geradores e motoressíncronos com fator de potência nominal igual ouinferior a 0,9, quando ensaiados com fator depotência nulo, podem diferir um pouco daselevações de temperatura com o fator de potêncianominal, porém a diferença não justifica umacorreção da elevação de temperatura observada,exceto em certos casos como os de máquinasabertas de baixa velocidade de rotação. As perdasno enrolamento de excitação diferem consi-deravelmente daquelas nas condições nominaisde funcionamento e as elevações de temperaturados enrolamentos de excitação observadas de-vem ser adequadamente corrigidas;
c) geradores e motores com fator de potência no-minal superior a 0,9: em geradores e motores comfator de potência nominal superior a 0,9 (e par-ticularmente aqueles com fator de potênciaunitário), o método do fator de potência nulo podeser impraticável a não ser que se ensaie a máquinacom potência aparente reduzida, em condiçõesque resultem em perdas nos enrolamentos deexcitação correspondentes à carga nominal. Adecisão de reduzir a tensão ou a corrente daarmadura depende da grandeza relativa dasperdas no ferro e nos enrolamentos em casoparticular.
3.14.6.4 O método de circuito aberto e de curto-circuitoconsiste em dois ensaios separados, um em circuito abertoe tensão nominal e o outro em curto-circuito e correntenominal da armadura. A elevação de temperatura nosdois ensaios, da qual deve ser deduzida uma vez a ele-vação de temperatura correspondente às perdas por atritoe ventilação que, na soma, aparece duplicada. Esta ele-vação de temperatura será obtida de um ensaio de ele-vação de temperatura com excitação nula. Para resultadosprecisos podem ser necessárias correções adicionais depequena importância. Outro ensaio de elevação de tem-peratura, sem carga e com sobretensão, pode ser ne-cessário à obtenção de resultados significativos para aelevação de temperatura dos enrolamentos de excitação.
3.14.6.5 O método de circuito aberto e de curto-circuito in-termitente consiste em operar a máquina alternativamenteem circuito aberto e em curto-circuito com o campo ajus-tado em cada condição para se obterem as perdas totaisaproximadamente iguais às perdas com a carga nominal.As corrente de excitação para as duas condições são de-terminadas pelo ensaio das perdas no ferro em circuitoaberto e pelo ensaio das perdas suplementares. O tempopara cada condição no início da operação pode ser30 min, e no fim da operação deve ser reduzido a 5 min.
3.14.7 Leituras de temperatura
3.14.7.1 As temperaturas obtidas pelo método do termô-metro devem ser medidas durante o ensaio e, também,E
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após a parada da máquina. Os instrumentos de mediçãodevem ser dispostos de modo que indiquem as mais altastemperaturas, exceto os destinados à medição da tem-peratura do ar na entrada e saída, que devem indicar osvalores médios. As partes onde devem ser feitas medi-ções de temperatura são as seguintes:
- bobina da armadura, pelo menos em quatro lu-gares (ver 3.14.1.1.3);
- núcleo da armadura, pelo menos em quatrolugares (ver 3.14.1.1.3);
- para máquinas fechadas, ar de entrada, 4 a 6termômetros;
- ar expelido da carcaça ou dos dutos de des-carga;
- carcaça;
- mancais (quando parte da máquina).
3.14.7.2 A temperatura do enrolamento da armadura dasmáquinas equipadas com detectores embutidos devemser determinadas pelo método do detector embutido, du-rante o ensaio de elevação de temperatura e, também,após a parada da máquina, até que as temperaturas co-mecem a decrescer.
3.14.7.3 Quando as temperaturas do enrolamento de ex-citação são determinadas pelo método da resistência, asmedições devem ser feitas durante o ensaio de elevaçãode temperatura e a temperatura final deve ser calculadaa partir da última leitura da tensão e da corrente de ex-citação tomada antes da parada. A tensão de excitaçãodeve ser medida nos anéis coletores e não nas escovas,e deve ser assegurado um contato contínuo, especial-mente no caso de anéis coletores ranhurados. Quandoas máquinas têm bobinas de campo acessíveis a termô-metros após a parada, as temperaturas tomadas por estemétodo fornecem uma ventilação útil da temperaturaobtida pelo método da resistência (ver 3.14.8.2).
3.1.4.8 Duração do ensaio
3.1.4.8.1 Em máquinas para regime contínuo ou para regi-me contínuo equivalente, o ensaio de elevação de tem-peratura deve prosseguir até o equilíbrio térmico. No casode máquinas para regime de tempo limitado, para asquais não se estabeleceu um regime contínuo equiva-lente, o ensaio de elevação de temperatura deve prosse-guir durante o tempo especificado para o regime de tempolimitado.
3.14.8.2 Devem ser colocados termômetros nos anéis co-letores, pontas dos pólos, enrolamentos de gaiola, e enro-lamentos de excitação, tão rapidamente quanto possível,após as partes girantes terem parado. As temperaturasmáximas devem ser registradas.
3.14.8.3 Quaisquer medições de resistência necessáriasà determinação da temperatura, que não possam ser to-madas durante o ensaio, devem ser efetuadas tão rapi-damente quanto possível após a parada.
3.14.8.4 Nos casos em que a temperatura pode ser medidasomente depois da parada da máquina, a curva de resfria-mento deve ser traçada, determinando-se os primeirospontos o mais rapidamente possível. Existem duas pos-sibilidades:
a) se a curva de resfriamento obtido a partir do instanteda parada da máquina apresentar valores de-crescentes uniformemente, a temperatura no ins-tante de desligamento pode ser obtida por ex-trapolação;
b) se medições sucessivas efetuadas depois do des-ligamento indicarem temperaturas que primeirocrescem para depois decrescerem, a extrapolaçãoindicada em a) torna-se inaplicável. Admite-seentão a maior temperatura observada como tem-peratura máxima medida, exceto se na vizinhançados pontos de medição houver outros pontos damesma parte com limites de elevação de tem-peratura superiores aos do ponto de medição con-siderado. Neste último caso é suficiente adotar aprimeira das leituras feitas.
3.14.8.5 A extrapolação deve ser efetuada somente se aprimeira medida de temperatura for efetuada após osseguintes intervalos de tempo depois do desligamento.
Potência nominal Intervalo de tempo decorrido após o desligamento
kVA (kW) s
≤ 50 30> 50 ≤ 200 90
3.14.8.6 Em máquinas com um lado de bobina por ranhurapode ser utilizado o método da resistência, desde que aparada da máquina ocorra em tempo suficientemente cur-to, como, por exemplo, dentro de 90 s depois de desligadaa energia. Se a parada ocorrer mais de 90 s depois dedesligada a energia, mediante acordo entre fabricante ecomprador, pode ser utilizado o método da superposição.
3.14.8.7 No caso de máquinas com inércia considerável,o método da extrapolação deve ser utilizado somentemediante acordo entre fabricante e comprador.
3.14.8.8 Em muitos casos as temperaturas maisimportantes podem ser obtidas durante o ensaio por meiode termômetros, detectores embutidos e resistênciasdeterminadas quando a máquina está girando. Pode serimpraticável parar a máquina num tempo suficientementecurto para se obterem leituras de confiança pelostermômetros aplicados após a parada. Em tais casos épermissível omitir a leitura da temperatura após a parada.
3.15 Ensaio velocidade de rotação-conjugado paramotor síncrono
3.15.1 Método com motor acoplado à carga
3.15.1.1 Ensaio
3.15.1.1.1 Um método muito usado para se fazer o ensaiode velocidade de rotação-conjugado consiste em se aco-
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plar um gerador de corrente contínua ao motor em ensaio.Durante este ensaio o campo do motor é fechado atravésdo seu resistor de partida normal. Este ensaio deve serexecutado com uma tensão tão alta quanto possa seraplicada aos terminais do motor sem aquecimento ex-cessivo, e que deve ser pelo menos 50% da tensão no-minal. A velocidade de rotação do motor para uma tensãonos terminais é ajustada pela variação da carga do ge-rador.
3.15.1.1.2 Neste ensaio, as leituras são tomadas desde avelocidade de rotação zero até a velocidade de rotaçãomáxima, como se o motor fosse de indução. Para cadavelocidade de rotação, tomam-se leituras de velocidadede rotação, tensão, corrente e potência ativa do motorsíncrono e tensão, corrente da armadura e corrente deexcitação do gerador de corrente contínua, e registra-seo valor da resistência de campo. Deve-se tomar cuidadopara não sobreaquecer o rotor nas velocidades de ro-tação reduzidas.
3.15.1.2 Cálculo dos resultados
A potência ativa fornecida do motor é a soma da potênciafornecida do gerador de corrente contínua e suas perdas.As perdas do gerador usado no ensaio, devem ser pre-viamente determinadas.
Conjugado do motor (por unidade) =
soma da potência fornecida do gerador e suas perdasem kW
potência nominal do motor em kWx
x velocidade de rotaçã o nominal do motor
velocidade de rotaçã o real do motor
Este valor do conjunto deve ser corrigido para a tensãonominal pelo fator:
tensª o nominaltensª o do ensaio
2
O valor assim obtido é apenas aproximado.
3.15.2 Método de aceleração
3.15.2.1 No método de aceleração o motor simplesmentegira em vazio em seus mancais, partindo com uma tensãoreduzida, escolhida de modo que a sua velocidade derotação leve cerca de 1,5 min para crescer de 30% a100%: o conjugado é computado pelas leituras da potên-cia ativa ou pelas curvas velocidade de rotação-tempo.Em alguns casos, a velocidade de rotação mínima departida é tal que a máquina atinge a velocidade de rotaçãoplena em menos de 1,5 min. Neste caso deve ser mantidauma tensão mais baixa e a máquina deve partir, usando-se polias ou aplicando-se momentaneamente uma tensãomaior.
3.15.2.2 O método de aceleração pode também ser usadose a máquina está em carga, desde que sejam tomadas
leituras simultâneas de potência ativa à velocidade derotação. O método velocidade de rotação-tempo, en-tretanto, não deve ser usado no cálculo do conjugado.
3.15.2.3 O motor síncrono deve ser ligado a uma fonte decorrente alternada de potência adequada, freqüêncianominal constante e tensão ajustável. A corrente de linhapode exceder consideravelmente a corrente nominal, mes-mo com tensão reduzida, de modo que se deve tomarcuidado para não sobreaquecer os enrolamentos. O mo-tor deve partir com o campo curto-circuitado através doseu resistor, que deve ser usado durante todo o ensaio.O tacômetro deve ser rigorosamente ajustado, de modoa não haver deslizamento durante a rápida aceleração.Leituras à velocidade de rotação zero devem ser feitascomo segue. Depois de uma experiência preliminar paraassegurar que o motor partirá, a tensão deve ser reduzidaaté o ponto exato em que o motor deixa de partir (se estatensão é muito baixa, por exemplo, 10% da nominal, orotor deve ser bloqueado e usada uma tensão maior).Devem, então, ser feitas leituras de: tensão de linha (astrês tensões); corrente de linha (em todas as fases);potência ativa de linha (com dois wattímetros);temperatura do enrolamento do estator (ao se completarcada conjunto de ensaio).
3.15.2.4 Estas leituras devem ser repetidas pelo menospara três diferentes posições do rotor em relação aoestator. Em uma das posições, as leituras devem ser to-madas à metade da tensão previamente usada. Se acorrente de linha não for proporcional à tensão, leiturasdevem ser tomadas em várias outras tensões para seestabelecer uma curva de impedância.
3.15.3 Leituras durante a aceleração
3.15.3.1 Preliminarmente dá-se partida no motor com amínima tensão com que ele parte e observam-se as lei-turas de potência ativa, corrente e tensão de linha. Estaoperação deve ser repetida para várias posições do rotor.Ajusta-se em seguida a tensão, de modo que o motorleve cerca de 1,5 min para ir de 30% a 100% de velocidadede rotação. Em geral nenhuma leitura, exceto velocidadede rotação e tempo, precisa ser tomada entre 0% e 30%de velocidade de rotação, pois nesta gama a tensão e acorrente de linha serão provavelmente muito desequi-libradas, de modo que seriam necessárias leituras em to-das as fases, Por coincidência, nesta gama, as leituras(médias) variam pouco. De 30% de velocidade de rotaçãoaté sincronismo, devem ser tomadas leituras simultâneas,a intervalos de 5 s de: tensão de linha (uma tensão); cor-rente de linha (em uma fase) potência ativa absorvida(com dois wattímetros); corrente induzida no enrolamentode excitação; velocidade de rotação pelo tacômetro; tempoem segundos; temperatura do enrolamento do estator aose completar cada conjunto de leituras. Algumas vezespode ser necessário usar uma tensão diferente para umaparte da operação de aceleração, a fim de obterem-seleituras satisfatórias, especialmente quando há uma que-da considerável no conjunto a meia velocidade de ro-tação. Isto deve ser feito, entretanto, como operação sepa-rada, uma vez que a tensão deve ser sempre mantidaaproximadamente constante enquanto as leituras estãosendo tomadas. Cada ensaio deve ser efetuado pelo me-E
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nos duas vezes, preferivelmente três vezes, e à mesmatensão, para assegurar dados precisos. Numa máquinatrifásica, a leitura de um wattímetro será usualmentenegativa; isto deve, naturalmente, ser verificado antes dese iniciar o ensaio.
3.15.3.2 Além destas leituras na aceleração, dados parauma curva velocidade de rotação-tempo, podem ser to-mados no retardamento. Partindo-se da velocidade sín-crona, abrem-se os circuitos da armadura e do enrola-mento de excitação e lê-se o tacômetro a intervalos re-gulares, freqüentemente o bastante para se terem 20 oumais leituras entre 100% e 30% da velocidade de rotaçãonominal. Filmagem de todas as leituras dos instrumentospode ser útil na obtenção de leituras precisas.
3.15.4 Cálculo dos resultados
3.15.4.1 O primeiro passo é marcar num gráfico todos osdados obtidos nas repetidas operações, em função dasleituras do tacômetro. Marcam-se as leituras dos medi-dores, incluindo-se as leituras de ambos os wattímetros eo tempo em segundos. Incluem-se, também, os valoresmédicos das leituras à velocidade de rotação zero. Tra-çam-se, então, curvas médias suaves através dos pontosmarcados. Se não for possível traçar curvas suaves, háprovavelmente alguma coisa errada e os ensaios devemser repetidos.
3.15.4.2 A fim de corrigir o atraso de tempo inerente aostacômetros, é aconselhável considerar como 100% davelocidade de rotação o valor no qual a corrente induzidano enrolamento de excitação chega a zero. Se a leiturada corrente induzida no enrolamento de excitação nãochegar a zero, é porque o motor não conseguiu atingir avelocidade síncrona; neste caso as curvas devem serextrapoladas até a corrente de excitação zero ou o ensaiodeve ser repetido a uma tensão maior. Calculam-se emseguida a potência ativa absorvida, as perdas no estatore as perdas no rotor todas as tensão de ensaio. As perdasno estator incluem as perdas I2R, calculadas com a cor-rente observada e com a resistência na temperatura dosenrolamentos durante o ensaio, perdas suplementares eperdas no ferro na tensão de ensaio. A diferença entre apotência ativa absorvida e as perdas no estator dá asperdas no rotor, na tensão de ensaio. Estas naturalmenteincluem as perdas por atrito e ventilação, que não devemser subtraídas.
3.15.4.3 A seguir os dados são corrigidos para a tensãonominal: as leituras de corrente de linha e da correnteinduzida no enrolamento de excitação são aumentadasem proporção direta; as perdas no rotor e a potência ativaabsorvida com o quadrado da relação das tensões. Aleitura da corrente induzida no enrolamento de excitaçãoaparece, então, em ampéres, porém a corrente de linha eo conjugado (originado no rotor) são expressos em porunidade dos nominais. O conjugado em por unidade donominal é igual à potência ativa absorvida do rotor, emquilowatts, dividida pela potência nominal, em quilowatts.Traçam-se então, curvas do conjugado, da corrente delinha e da corrente induzida no enrolamento de excitaçãoem função da velocidade de rotação entre 0% e 100%, epara a tensão nominal entre linhas, usando-se uma escalaadequada. Os pontos de ensaio devem ser assinaladosnessas curvas. Nota-se que haverá uma certa porção de
conjugado síncrono a 100% de velocidade de rotaçãoque deve ser desprezada (a curva do conjugado devesempre atingir o valor zero a 100% de velocidade de ro-tação).
3.15.5 Método substitutivo para levantar a curva doconjugado
Nas máquinas sem carga externa, duas curvas veloci-dade de rotação-tempo, uma durante a aceleração com amáquina ligada à rede e outra durante o retardamento,com a máquina desligada, oferecem um meio convenientepara se determinar o conjugado. Estas curvas devem sertraçadas numa escala ampla. Inicialmente devem-sedispor em tabelas os valores da aceleração e do retar-damento para os pontos de mesma velocidade de rotaçãodas duas curvas; estes valores são expressos conveni-entemente em rotações por minutos por segundo, epodem ser obtidos traçando-se tangentes à curva ve-locidade de rotação-tempo. Somam-se então, os valoresde aceleração e retardamento para cada ponto (deve-se notar que os mesmos valores de retardamento podemser usados com diferentes curvas de aceleração). Estasoma deve ser multiplicada pelo seguinte fator:
K = GD x velocidade síncrona (em rpm)197000 x potência nominal (em kW)
2
O produto dá o conjugado expresso em “por unidade” doconjugado nominal, para a tensão de ensaio, e deve sercorrigido para a tensão nominal, multiplicando-se pelarelação:
tensª o nominaltensª o do ensaio
2
3.15.6 Freio de Prony ou método do dinamômetro
A curva velocidade de rotação-conjugado pode, também,ser levantada usando-se um freio de Prony ou um dina-mômetro.
3.15.7 Corrente com rotor bloqueado e conjugado com rotorbloqueado
3.15.7.1 Estes dois ensaios são efetuados para se deter-minar a potência necessária para partida do motor e oconjugado desenvolvido. O ensaio pode ser efetuado comum freio de Prony ou uma viga rigidamente presa ao eixodo motor e com sua extremidade livre repousando sobreuma balança, para medir o conjugado desenvolvimento.Deve ser empregada fonte de corrente alternada detensão variável. O campo deve ser posto em curto-circuitoatravés de seu resistor, se for usada a partida com o campofechado. Neste ensaio, os enrolamentos do estator e oenrolamento amortecedor aquecem-se muito rapida-mente e, portanto, o ensaio deve ser feito tão rapidamentequanto possível. Devem ser tomadas leituras para cadauma de várias tensões sucessivamente menores, a maiortensão deve dar uma corrente máxima com rotorbloqueado não superior a duas e meia vezes a correntenominal. Diversos pontos devem ser levantados para
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várias posições diferentes do rotor. Devem ser regis-trados, em cada ponto, tensão, corrente, potência ativa econjugado. A corrente com o rotor bloqueado e a potênciaativa variam proporcionalmente à tensão e ao quadradoda tensão respectivamente, salvo efeitos de saturaçãoem máquinas grandes de alta velocidade de rotação,máquinas para com enrolamento reduzido ou máquinasconstruídas com ranhuras fechadas para o enrolamentoamortecedor. Os dados dos ensaios podem ser marcadoscomo mostra a Figura 11.
3.15.7.2 Se não houver meios de se medir o conjugado, orotor deve ser bloqueado e as mesmas leituras elétricasdevem ser tomadas. Subtraindo-se da potência ativaabsorvida do motor, para cada tensão aplicada, as cor-respondentes perdas suplementares do estator, obtém-se a potência transferida ao rotor ou o conjugado comrotor bloqueado, em quilowatts. O conjugado sob tensãonominal é calculado multiplicando-se qualquer um dosvalores já obtidos pelo quadrado da relação entre atensão nominal nominal e a tensão de ensaio. Para má-quinas que partem com o enrolamento reduzido ou má-quinas com enrolamentos de excitação para duasvelocidades de rotação, este método dá erros que podemser apreciáveis e, portanto, o conjugado com rotor blo-queado deve ser determinado om o emprego do freio,como descrito em 3.15.6.
3.16 Conjugado máximo em sincronismo
3.16.1 O conjugado máximo em sincronismo pode ser de-terminado carregando-se a máquina como motor síncronoaté que ela saia de sincronismo e lendo-se a potênciaativa absorvida do instante de saída de sincronismo.
3.16.2 Se for impraticável a realização deste ensaio, oconjugado máximo em sincronismo pode ser calculadopela seguinte fórmula:
Conjugado máximo em sincronismo, por unidade
= K . Icos I
fn
fk
(baseado no conjugado correspondente à potência ativanominal).
Ifn = corrente de excitação com carga nominal
cos = fator de potência nominal
Ifk = corrente de excitação obtida da característica
em curto-circuito no ponto correspondente àcorrente nominal
K = fator devido ao conjugado de relutância. Estefator pode ser obtido do fabricante da má-quina (variação usual de K: 1,0 a 1,25)
3.17 Grandezas de máquinas síncronas
3.17.1 Generalidades
3.17.1.1 Os ensaios descritos a seguir têm por objetivo adeterminação de grandezas características de máquinassíncronas trifásicas.
3.17.1.2 Não se exige a execução, em dada máquina, deum ou todos os ensaios descritos a seguir. A execuçãode determinados ensaios deve ser feita mediante acordoentre fabricante e comprador.
3.17.1.3 Os ensaios para a determinação de grandezasde máquinas síncronas devem ser executados em má-quina isenta de defeitos, depois de desligados todos osdispositivos de regulação automática. Salvo especificaçãodiferente, os ensaios devem ser realizados na velocidadede rotação nominal.
Figura 11 - Características com rotor bloqueado
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3.17.1.4 Os instrumentos indicadores de medição e osseus acessórios devem, salvo especificação diferente,ser de classe de precisão 1,0 ou melhor e os instrumentosutilizados na determinação das resistências em correntecontínua devem ser de classe de precisão 0,5 ou melhor,ambos de acordo com a Publicação IEC 51, enquantonão vigorar norma brasileira equivalente. Não se espe-cifica a classe de precisão do equipamento oscilográficode medição; entretanto, este deve ser escolhido, levando-se em conta a freqüência nominal da máquina a ser en-saiada, de modo que as leituras sejam feitas na parteretilínea da amplitude de oscilação do equipamentomóvel, em função da freqüência. A medição da velocidadede rotação das máquinas síncronas pode ser feita pormeio do método estroboscópico ou por meio de ta-cômetros (mecânicos ou elétricos). Quando a máquinagira na velocidade síncrona, acionada por seus própriosmeios ou por outra máquina, é permitido medir-se a fre-qüência por meio de frequencímetro em lugar de medir-se a velocidade de rotação.
3.17.1.5 A temperatura dos enrolamentos da máquina deveser medida em todos os casos em que as grandezas adeterminar dependem da mesma, ou quando é neces-sário conhecê-la, devido a condições de segurança damáquina durante os ensaios. Nos casos em que as tem-peraturas possam exceder transitoriamente valores se-guros, recomenda-se iniciar os ensaios somente depoisde a máquina ter girado em vazio com resfriamento nor-mal ou tenha ficado em repouso durante tempo suficientepara assegurar baixa temperatura de partida. As tem-peraturas devem ser cuidadosamente vigiadas ou pre-determinadas, de forma que o ensaio possa ser suspensoantes de elas se tornarem excessivas.
3.17.1.6 Durante o ensaio, os enrolamentos devem sergeralmente ligados como para operação normal. Adeterminação de todas as grandezas é feita, consi-derando-se os enrolamentos da máquina ligados emestrela, salvo quando forem usadas conexões especiais,por exemplo em triângulo aberto. Se na realidade o enro-lamento da armadura estiver em triângulo, os valores dasgrandezas obtidas, procedendo-se de acordo com estaNorma, corresponderão a um enrolamento equivalenteligado em estrela.
3.17.1.7 Todas as grandezas características devem serdesignadas em valores por unidade, considerando-secomo básicos os valores nominais de tensão (Un) e depotência (S
n). Neste caso, a corrente básica será:
I = S
3 Un
n
n
e a impedância básica:
Z = US
= S
3 I n
n2
n
n
n2
Quando for conveniente, os cálculos intermediários po-derão ser efetuados com grandezas físicas, com subse-qüente conversão da grandeza ao valor por unidade.Recomenda-se exprimir o tempo em segundos. Nos cál-
culos de características e no traçado de gráficos, a correntede excitação correspondente à tensão nominal na ca-racterística em vazio é tomada como valor básico da cor-rente de excitação. Se a máquina possuir diversos valoresnominais, devem ser indicados aqueles escolhidos comobásicos. Salvo especificação diferente, o sistema acimaindicado é o adotado nesta Norma. As grandezas em va-lores por unidade são indicadas por letras minúsculas eas grandezas em valores físicos por letras maiúsculas.
3.17.1.8 Nas fórmulas dadas nesta Norma para a de-terminação das reatâncias de máquinas síncronas, a re-sistência de seqüência positiva de armadura, salvo espe-cificação diferente, é considerada desprezível. Nos casosem que a resistência de seqüência positiva da armadurafor superior a 0,2 da reatância medida, as fórmulas devemser consideradas aproximadas.
3.17.1.9 Os métodos experimentais de determinaçãodescritos nesta Norma correspondem à teoria largamenteaceita dos dois eixos das máquinas síncronas, com repre-sentação aproximada de todos os circuitos adicionais aoenrolamento de excitação e aos circuitos estacionáriosrelacionados a este, por meio de dois circuitos equiva-lentes, um ao longo do eixo direto e outro ao longo do ei-xo em quadratura desprezando-se a resistência da ar-madura ou levando-a em conta somente de maneira apro-ximada. Em conseqüência desta representação aproxi-mada de uma máquina, consideram-se nesta Norma asseguintes grandezas no estudo dos fenômenos transi-tórios:
a) três reatâncias (síncrona, transitória e subtran-sitória) e duas constantes de tempo (transitória esubtransitória) ao longo do eixo direto;
b) duas reatâncias (síncrona e subtransitória) e umaconstante de tempo (subtransitória) ao longo doeixo em quadratura;
c) a constante de tempo de curto-circuito da ar-madura.
Admite-se como base para estas constantes de tempoum decréscimo exponencial das componentes dasgrandezas consideradas (corrente, tensões, etc.). Se acurva dos valores medidos da componente em questãonão decrescer como uma exponencial pura, como, porexemplo, no caso de uma máquina de rotor cilíndrico, aconstante de tempo deve normalmente ser interpretadacomo o tempo necessário para a componente decresceraté 1/ε 0,368 do seu valor inicial. As curvas de decrés-cimo exponencial correspondentes a estas constantesde tempo devem ser consideradas como curvas equi-valentes que substituem as curvas reais resultantes dasmedições.
3.17.1.10 As grandezas de máquinas síncronas variamcom a saturação dos circuitos magnéticos. Na prática utili-zam-se tanto os valores saturados como os valores nãosaturados. Nesta Norma, salvo especificação diferente,considera-se como “valor saturado” de uma grandeza oseu valor sob tensão nominal (da armadura) e como “valornão saturado” o seu valor sob corrente nominal (da arma-E
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dura), para todas as grandezas exceto a reatância sín-crona, que não é definida como valor saturado. O valorsob tensão nominal (da armadura) de uma grandezacorrespondente às condições do campo da máquina nomomento de um curto-circuito instantâneo do enrolamentoda armadura a partir de condições de operação em vazio,sob tensão e velocidade de rotação nominais. O valorsob corrente nominal (da armadura) de uma grandezacorresponde a uma condição, na qual o valor nominal dacomponente simétrica fundamental da corrente da ar-madura, que determina esta grandeza particular, é igualà corrente nominal.
3.17.2 Métodos de determinação
3.17.2.1 Reatância síncrona do eixo direto Xd
A reatância síncrona de eixo direto Xd, correspondente
ao estado não saturado, é determinada a partir da ca-racterística em vazio e da característica em curto-circuitotrifásico permanente.
3.17.2.2 Relação de curto-circuito Kc
É determinada a partir da característica em vazio e dacaracterística em curto-circuito trifásico permanente.
3.17.2.3 Reatância síncrona de eixo em quadratura Xq
É determinada pelos seguintes ensaios:
a) excitação negativa;
b) baixo escorregamento;
c) ensaio em carga, com medição do ângulo de car-ga.
Os ensaios a) e b) são recomendados.
3.17.2.4 Reatância transitória de eixo direto Xd’
É determinada pelos seguintes ensaios:
a) curto-circuito trifásico instantâneo;
b) restabelecimento da tensão;
c) por cálculo a partir dos valores de Xd e de τdo’ e deτ
d’, determinados em ensaios, efetuando-se estecálculo por meio da fórmula dada em 3.17.3.48. Oensaio de curto-circuito trifásico instantâneo érecomendado. Permite determinar os valores sa-turado e não saturado de X
d’.
3.17.2.5 Reatância subtransitória de eixo Xd"
3.17.2.5.1 É determinada pelos seguintes ensaios:
a) curto-circuito trifásico instantâneo;
b) restabelecimento da tensão;
c) aplicação de tensão com o rotor em ambas as po-sições relativas ao eixo do campo do enrolamentoda armadura;
d) aplicação de tensão numa posição arbitrária doeixo polar.
O ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo é reco-mendado. Permite determinar os valores saturado e nãosaturado de X
d". Os métodos de aplicação de tensão (c ed) podem ser utilizados no caso do valor não saturado deX"
d, mas geralmente não são praticáveis no caso do valorsaturado, em vista das elevadas exigidas e do possívelaquecimento excessivo das partes maciças.
3.17.2.6 Reatância subtransitória de eixo em quadraturaXq"
É determinada pelos seguintes ensaios:
a) aplicação de tensão com o rotor em ambas as po-sições relativas ao campo do enrolamento da ar-madura: eixo direto e eixo em quadratura;
b) aplicação de tensão numa posição arbitrária doeixo polar.
Estes dois ensaios são praticamente equivalentes e sãoempregados para determinar o valor não saturado. Estesensaios geralmente não são praticáveis no caso do valorsaturado em vista das elevadas correntes exigidas e dopossível aquecimento excessivo das partes maciças.
3.17.2.7 Reatância de seqüência negativa X2
É determinada pelos seguintes ensaios:
a) curto-circuito permanente entre duas fases;
b) seqüência negativa.
O ensaio de curto-circuito permanente é recomendado.Esta reatância também pode ser obtida por cálculo a partirdos valores X"
d e X"q obtidos em ensaios; o cálculo éefetuado por meio da equação de 3.17.3.48.2.
Nota: Quando a corrente circulante contém harmônicos, obtêm-se para X2 um valor diferente do valor que se obteria napressuposição de corrente senoidal pura. O valor corretode X2, no entanto, é o determinado com corrente senoidalpura.
3.17.2.8 Resistência de seqüência negativa R2
É determinada como indicada em 3.17.2.7.
Nota: Para esta resistência pode ser obtido um valor diferente,se for utilizada a componente fundamental de uma correnteque também contenha harmônicos.
3.17.2.9 Reatância de seqüência zero X0
É determinada pelos seguintes ensaios:
a) aplicação de uma tensão monofásica às três fasesligadas em série (em triângulo aberto) ou em pa-ralelo;
b) curto-circuito permanente entre dois condutoresde linha e neutro.
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O ensaio de aplicação de uma tensão monofásica às trêsfases ligadas em série é preferencial.
3.17.2.10 Resistência de seqüência zero R0
É determinada como indicado em 3.17.2.9.
3.17.2.11 Reatância de Potier Xp
É determinada de acordo com 3.17.3.6.
3.17.2.12 Resistência sob corrente contínua da armaduraRa e do enrolamento de excitação Rf
São determinadas pelos seguintes ensaios:
a) tensão e corrente;
b) ponte simples ou ponte dupla.
O ensaio da ponte simples não é permitido para a mediçãode resistências inferiores a 1 Ω.
3.17.2.13 Resistência de seqüência positiva R1
A resistência de seqüência positiva do enrolamento daarmadura é determinada como indicado em 3.17.3.48.
3.17.2.14 Constante de tempo transitória de eixo direto, emcircuito aberto τττττ’do
É determinada pelos seguintes métodos:
a) corrente de excitação decrescente com o enro-lamento da armadura em vazio;
b) restabelecimento da tensão;
c) cálculo a partir dos valores de Xd (ver 3.17.2.1) de
X’d (ver 3.17.2.4) e de τ’do (ver 3.17.2.14) obtidosem ensaio por meio da fórmula dada em 3.17.3.48.
O ensaio de corrente de excitação decrescente é reco-mendado.
3.17.2.15 Constante de tempo transitória de eixo direto, emcurto-circuito τττττ’d
É determinada pelos seguintes ensaios:
a) curto-circuito trifásico instantâneo;
b) corrente de excitação decrescente com o enro-lamento da armadura em curto-circuito;
c) cálculo a partir dos valores de Xd (ver 3.17.2.1), deX’
d (ver 3.17.2.4) e de T’do (ver 3.17.2.14), obtidosem ensaio, por meio da fórmula dada em 3.17.3.48.
Se X’d for determinada por meio de um ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo, τ’
d deve ser determinada pormeio do mesmo ensaio; em todos os outros casos o ensaio
da corrente de excitação decrescente com o enrolamentoda armadura em curto-circuito é recomendado.
3.17.2.16 Constante de tempo subtransitória de eixo direto,em curto-circuito τττττ"d
É determinada pelo ensaio de curto-circuito trifásico ins-tantâneo.
3.17.2.17 Constante de tempo de curto-circuito da armaduraτττττa
É determinada por meio de um ensaio de curto-circuitotrifásico instantâneo pelos seguintes métodos:
a) por decréscimo da componente periódica da cor-rente no enrolamento de excitação (ver 3.17.3.16e 3.17.3.17-e));
b) por decréscimo das componentes aperiódicas dacorrente nos enrolamentos de fase da armadura(ver 3.17.3.16 e 3.17.3.17-e));
c) por cálculo a partir dos valores de K2 (ver 3.17.2.17)
e de Ra (ver 3.17.2.12) por meio da fórmula dada
em 3.17.3.48.4.
O método do decréscimo da componente periódica dacorrente no enrolamento de excitação é recomendado.
3.17.2.18 Tempo de aceleração τττττj
O tempo de aceleração de uma ou mais máquinas é de-terminado pelos seguintes ensaios:
a) oscilação do rotor suspenso por um cabo;
b) oscilação com pêndulo auxiliar;
c) retardamento em vazio;
d) retardamento com carga, operando-se a máquinacomo motor;
e) aceleração depois de remoção instantânea da car-ga, operando-se a máquina como gerador.
Todos os ensaios mencionados são praticamente equi-valentes. A escolha do ensaio depende do projeto e dapotência nominal da máquina sob ensaio.
Nota: Quando o tempo de aceleração é determinado para umgrupo de máquinas mecanicamente acopladas, o conjugadode aceleração é calculado para potência ativa e velocidadeangular nominais da máquina síncrona básica.
3.17.2.19 Constante de energia armazenada H
É determinada como indicado em 3.17.2.18.
3.17.2.20 Corrente de excitação nominal Ifn
É determinada pelos seguintes métodos:
a) medição direta durante operação nos valores no-minais;
b) graficamente, pelo gráfico vetorial de Potier ou pelográfico ASA ou pelo gráfico sueco.
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O método de medição direta é recomendado; os métodosgráficos são praticamente equivalentes.
3.17.2.21 Regulação da tensão nominal ∆∆∆∆∆Un
a) medição direta;
b) graficamente, a partir da característica em vazio eda corrente nominal de excitação (ver 3.17.2.20),obtidas por meio de ensaios.
3.17.3 Descrição dos ensaios e determinação das grandezasdas máquinas a partir dos mesmos
3.17.3.1 Ensaio de saturação em vazio
3.17.3.1.1 O ensaio de saturação em vazio é executado:
a) acionando-se a máquina sob ensaio como geradorpor meio de um motor apropriado;
b) operando-se a máquina sob ensaio como motorem vazio por meio de uma fonte de tensão trifásicasimétrica;
c) durante o retardamento da máquina sob ensaio.
Durante o ensaio de saturação em vazio a corrente deexcitação, tensão de linha e freqüência (ou velocidade)devem ser medidas simultaneamente. Ao fazer o ensaioem vazio, a excitação deve ser modificada gradualmente,em degraus das tensões mais elevadas às mais baixas,com pontos distribuídos uniformemente; se possível, apartir do valor de tensão correspondente à excitação comcarga nominal, mas não com menos de 1,3 vez a tensãonominal da máquina sob ensaio, prosseguindo-se até0,2 vez esta tensão nominal, salvo se a tensão residualfor maior. Quando a corrente de excitação é reduzida azero, mede-se a tensão residual do gerador. Se o ensaio
de saturação em vazio for realizado quando a máquinasíncrona estiver funcionando como motor em vazio, torna-se necessário medir a corrente da armadura adicional-mente aos valores antes mencionados. A cada degraude tensão devem ser feitas várias leituras, a fim de deter-minar-se o menor valor de corrente que corresponde aum fator de potência unitário. O ensaio de saturação emvazio durante o retardamento da máquina sob ensaiopode ser executado com a precisão necessária, desdeque a sua taxa de deceleração não seja superior a 0,04vez a velocidade de rotação nominal por segundo. Parauma máquina sob ensaio, cuja taxa de deceleração ésuperior a 0,02 vez a velocidade de rotação nominal porsegundo, é preferível excitação independente, a fim detornar esta mais estável durante a deceleração. Antes dedesligar a máquina da rede, ela deve ser excitada até atensão mais elevada considerada necessária, ou seja, aque corresponde à excitação com carga nominal, masnão inferior a 1,3 vez a tensão nominal da máquina sobensaio. Em seguida, a excitação é reduzida por de-graus, e, a cada degrau, são feitas leituras simultâneasda tensão da armadura e da velocidade de rotação (fre-qüência), mantendo-se a corrente de excitação inalte-rada. O ensaio de retardamento pode ser repetido, a fimde obter-se todos os degraus necessários.
3.17.3.1.2 A característica em vazio é traçada com basenos dados do ensaio em vazio. Se a característica em va-zio começar acima da origem, devido a uma tensão re-sidual elevada, torna-se necessário aplicar uma correção.Para este fim deve-se prolongar a parte reta desta curva,geralmente chamada “linha do entreferro”, até a sua inter-secção com o eixo das abscissas. O comprimento do eixodas abscissas, limitado pela intersecção com o prolon-gamento da curva, representa o valor da correção a sersomado a todos os valores medidos da corrente de exci-tação (Figura 12). Se a freqüência durante o ensaio fordiferente da nominal, todos os valores medidos da tensãodevem ser referidos à freqüência nominal.
Figura 12 - Determinação da relação de curto-circuito
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3.17.3.2 Ensaio de curto-circuito trifásico permanente
3.17.3.2.1 Este ensaio pode ser realizado:
a) acionando-se a máquina sob ensaio como ge-rador, por meio de um motor apropriado;
b) durante o retardamento da máquina sob ensaio.
O curto-circuito deve ser realizado o mais perto possíveldos terminais da máquina, aplicando-se a corrente deexcitação depois do fechamento do curto-circuito. Duranteo ensaio de curto-circuito trifásico permanente, a correntede excitação e a corrente de linha da armadura devemser medidas simultaneamente. Uma das leituras é feitapróxima da corrente nominal da armadura. A velocidadede rotação (ou freqüência) pode diferir do seu valor no-minal, mas não deve ser inferior a 0,2 vez este valor.O ensaio de curto-circuito trifásico permanente pode serefetuado com precisão adequada durante o retardamentoda máquina, desde que a sua taxa de deceleração nãoseja superior a 0,10 vez a velocidade de rotação nominalpor segundo. Uma máquina sob ensaio, cuja taxa de de-celeração é superior a 0,04 vez a velocidade de rotaçãonominal por segundo, deve ter excitação independente,a fim de manter-se a excitação mais estável durante a de-celeração.
3.17.3.2.2 A característica em curto-circuito trifásico per-manente é traçada com base nos dados do ensaio decurto-circuito trifásico permanente.
3.17.3.3 Determinação de grandezas a partir da característica
em vazio e da característica em curto-circuito trifásico
permanente
3.17.3.3.1 A reatância síncrona de eixo direto (3.17.2.1) édeterminada a partir da característica em vazio e da ca-racterística em curto-circuito trifásico permanente como oquociente da tensão que, sobre a parte reta prolongadada característica em vazio, corresponde a uma correntede excitação determinada, e do valor da corrente de curto-circuito, que corresponde a esta mesma corrente de exci-tação sobre a característica em curto-circuito trifásico per-manente (Figura 12):
X = U
3 I ; x =
ACBC
= OHOC
= iid
N
BC
dfk
fg
O valor de xd, determinado desta forma, corresponde aum estado não saturado da máquina.
3.17.3.3.2 A relação de curto-circuito é determinada a partirda característica em vazio e da característica em curto-circuito trifásico permanente como quociente da correntede excitação, correspondente à tensão nominal na ca-racterística em vazio, pela corrente de excitação, corres-pondente à corrente nominal na característica em curto-circuito trifásico permanente (Figura 12):
K = ODOH
= 1
OH =
iicfo
fk
3.17.3.4 Ensaio com fator de potência nulo
É executado operando-se a máquina como gerador oucomo motor. Quando a máquina é operada como gerador,a potência fornecida deve ser igual a zero. Quando a má-quina é operada como motor, a potência no eixo deve serigual a zero. Durante o ensaio determinam-se os valoresde corrente de excitação correspondentes a valores detensão e de corrente da armadura que não difiram demais de 0,15 por unidade dos respectivos valores nomi-nais, para fator de potência nulo com sobreexcitação.
3.17.3.5 Determinação da corrente de excitação
correspondente à tensão nominal e à corrente nominal da
armadura a fator de potência nulo (sobreexcitação)
3.17.3.5.1 Se durante o ensaio de fator de potência nulo atensão diferir dos valores nominais de menos de 0,15 porunidade, a corrente de excitação correspondente à tensãonominal e à corrente nominal pode ser determinada pormeio de um método gráfico, a partir dos resultados do en-saio da característica em vazio (ver 3.17.3.1.2) e dacaracterística em curto-circuito trifásico permanente (ver3.17.3.2.2). Para este fim marca-se no gráfico onde foitraçada a característica em vazio o ponto C (Figura 13)correspondente aos valores de corrente i, da tensão u ede corrente de excitação i
f, medidas no ensaio de fator depotência nulo. Toma-se sobre o eixo das abscissas umvetor OD igual à corrente de excitação correspondente àcorrente da armadura i na característica em curto-circuitotrifásico permanente. A partir do ponto C marca-se umcomprimento CF = OD paralelamente ao eixo das abscis-sas e no sentido da característica em vazio. Traça-se umareta FH paralela ao prolongamento da parte reta da ca-racterística em vazio e que intercepta esta em H. Pro-longa-se HC até um ponto N tal que:
HNHC
= 1 i
Sendo i a corrente correspondente ao ponto C.
Submete-se em seguida a característica em vazio àtranslação HN para a direita e para baixo. A abscissa OBdo ponto A desta nova curva, cuja ordenada é a tensãonominal, representa a corrente de excitação correspon-dente à tensão e às corrente nominais para fator de potên-cia nulo (sobreexcitação).
3.17.3.6 Determinação da reatância de Potier a partir da
característica em vazio, da característica em curto-circuito
trifásico permanente e da corrente de excitação
correspondente à tensão nominal e à corrente nominal da
armadura a fator de potência nulo (sobreexcitação)
3.17.3.6.1 A reatância de Potier é determinada grafica-mente. A característica em vazio e a característica emcurto-circuito trifásico permanente são colocadas no mes-mo gráfico (Figura 14). Toma-se neste gráfico um pon-to A, cuja ordenada é a tensão nominal e cuja abscissa éa corrente de excitação medida correspondente à correntenominal da armadura a fator de potência nulo com sobre-excitação. Sobre a paralela ao eixo das abscissas peloponto A, toma-se, à esquerda deste, um comprimento igualE
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à corrente de excitação (ifk), que corresponde à corrente
nominal da armadura na característica em curto-circuitotrifásico permanente. Pelo ponto F traça-se uma paralelaà parte inferior reta da característica em vazio até a suaintersecção com a parte superior desta no ponto H. Ocomprimento da perpendicular HG baixada do ponto Hsobre a reta AF representa a queda de tensão na resis-tência x
p sob a corrente nominal da armadura. Em valorespor unidade xp = HG.
3.17.3.7 Determinação da corrente de excitação nominalpor meio do gráfico de Potier
3.17.3.7.1 Na determinação da corrente de excitação no-minal por meio do gráfico de Potier utilizam-se a caracte-rística em vazio, a característica em curto-circuito trifásicopermanente (ver 3.17.3.2.2) e a reatância de Potier x
p.Toma-se sobre o eixo das abscissas o vetor da correntenominal (i
n) da armadura da máquina sob ensaio e, pelaorigem, formando com o eixo das abscissas um ânguloϕ
n (considerado positivo no caso de gerador sobreex-citado) o vetor da tensão, nominal u
n correspondente aofator de potência nominal (Figura 15). Da extremidadelivre do vetor da tensão traça-se uma perpendicular aovetor da corrente da armadura, a qual representa o vetorda queda de tensão (i
nxp) da reatância de Potier xp. Aqueda de tensão da resistência do enrolamento da ar-madura é geralmente desprezada. Se necessário, podeser levada em conta, traçando-se o vetor da queda detensão de seqüência positiva na resistência do enro-lamento da armadura a partir da extremidade livre do ve-tor de tensão paralelamente ao vetor de corrente e dando-se a ele no gráfico (Figura 15) o sentido do vetor da cor-rente da armadura, quando a máquina sob ensaiofunciona como gerador, e o sentido contrário, quandofunciona como motor. A soma vetorial da tensão nominale da queda de tensão na reatância x
p dá o vetor e da for-ça eletromotriz. A corrente de excitação ifp, correspondentea esta força eletromotriz, é determinada sobre a caracte-rística em vazio e é traçada no gráfico a partir da origem,
a 90° do vetor da força eletromotriz. A componente dacorrente de excitação que compensa a reação da ar-madura sob a corrente nominal da armadura (i
fa) é de-terminada como a diferença entre a corrente de excitação,correspondente à corrente nominal da armadura na ca-racterística em curto-circuito trifásico permanente, e acorrente de excitação, correspondente à queda de tensãoem x
p devida à corrente nominal da armadura na caracte-rística em vazio (Figura 14). O vetor ifa é traçado a partirda extremidade do vetor i
pf paralelamente ao vetor dacorrente da armadura. A corrente de excitação nominal i
fn
é a soma vetorial de ifp e ifa. Se a reatância de Potier xp
não for conhecida, ela pode ser substituída na construçãoda Figura 15 por (ax
a), na qual xa designa a reatância daarmadura medida com o rotor removido e onde se admiteo fator “a” igual a 1,0, salvo se valores mais precisos pu-derem ser obtidos como resultado de experiência anteriorem máquinas de construção semelhante.
3.17.3.7.2 O ensaio com o rotor removido é efetuado, apli-cando-se uma tensão trifásica de freqüência nominal aosterminais do enrolamento da armadura. A tensão aplicadadeve ser escolhida de maneira tal que a corrente na ar-madura seja próxima da nominal. Durante o ensaio me-dem-se a tensão nos terminais (U), a corrente de linha (I)e a potência ativa fornecida (P).
3.17.3.7.3 A reatância da armadura com o rotor removido(X
a) é calculada por meio das seguintes equações:
X = Z - Ra2 2
Onde:
Z = U
3 I ; R =
P3 I2
x = z - r ; z = ui
; r = Pi
a2 2
2
Figura 13 - Determinação da corrente de excitação, correspondente à tensão e correntes nominais da armadura,pelo ensaio de fator de potência nulo
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Figura 14 - Determinação da reatância de Potier
Figura 15 - Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico de Potier
3.17.3.8 Determinação da corrente de excitação nominalpor meio do gráfico ASA
3.17.3.8.1 Na determinação da corrente de excitação no-minal por meio do gráfico vetorial ASA (Figura 16),utilizam-se a característica em vazio, a característica emcurto-circuito trifásico permanente e a reatância de Potierx
p. A determinação da força eletromotriz ep é feita de acor-do com 3.17.3.7.1. A corrente de excitação corresponden-te à parte retilínea da curva para a tensão nominal daarmadura (i
fg) é determinada a partir da característica emvazio. Toma-se o vetor da corrente i
fg sobre o eixo dasabscissas, a partir da origem. Pela extremidade deste
vetor traça-se o vetor ijk da corrente de excitação corres-
pondente à corrente nominal da armadura na caracte-rística em curto-circuito trifásico permanente, de modo aformar com a vertical um ângulo ϕ
n correspondente aofator de potência nominal (marcado à direita no caso degerador sobreexcitado e à esquerda no caso de geradorsubexcitado). O vetor correspondente à diferença ∆
if entrea corrente de excitação (i
fp), medida na característica emvazio, e a corrente de excitação (i
fep), medida no prolon-gamento do trecho retilíneo da característica em vazio,ambas para a tensão e
p, é traçado sobre a direção da so-ma vetorial das correntes de excitação i
fg e ifk. A somadestes três vetores corresponde à corrente de excitaçãoE
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nominal. A corrente de excitação nominal pode tambémser determinada por meio da fórmula seguinte:
i = + (i + i sen ) + (i cos )fn if fg fk n2
fk n2∆ ϕ ϕ
Se a reatância de Potier for desconhecida, ela pode sersubstituída na construção da Figura 16 por ax
a, como ex-plicado em 3.17.3.7.1.
3.17.3.9 Determinação da corrente de excitação nominalpor meio do gráfico sueco
Na determinação da corrente de excitação nominal pormeio do gráfico sueco, utilizam-se a característica em va-zio, a característica em curto-circuito trifásico permanentee a corrente de excitação correspondente à tensão no-minal e à corrente nominal da armadura a fator de po-tência nulo (sobreexcitado). Sobre a abscissa tomam-setrês valores da corrente de excitação (Figura 17):
OD correspondente à tensão nominal na característicaem vazio;
OB correspondente à tensão nominal e à corrente no-minal armadura a fator de potência nulo;
OC correspondente à corrente nominal de armadura nacaracterística em curto-circuito trifásico permanente.
No ponto D levanta-se uma perpendicular ao eixo dasabscissas, sobre a qual se toma um comprimentoFD = 1,05 OC. Ligam-se os pontos F e B por meio de umareta e levanta-se uma mediatriz desta reta até sua inter-secção com o ponto M no eixo das abscissas. Pelospontos F e B traça-se um arco de círculo de centro M.Pelo ponto D traça-se uma reta FD, formando um ânguloϕ
n (considerado positivo para um gerador sobreexcitado),correspondente ao fator de potência nominal, que inter-cepta o arco FB no ponto K. O comprimento OK corres-ponde à corrente de excitação nominal da máquina. Senecessário, a queda de tensão na resistência da arma-dura pode ser levada em conta da seguinte forma: toma-se um comprimento KL sobre o arco FKB. Este com-primento é igual à componente EP da corrente deexcitação necessária para aumentar a tensão em vaziodo valor PG, este representando a queda de tensão naresistência de seqüência positiva da armadura sob a cor-rente nominal. O comprimento OL representa a correntede excitação procurada. Quando a máquina é operadacomo motor, a queda de tensão na resistência da se-qüência positiva da armadura é tomada a partir do pontoE para baixo e o ponto L é tomado à esquerda do pontoK. Se a corrente de excitação correspondente à tensãonominal e à corrente nominal da armadura a fator de po-tência nulo não for conhecida, o método seguinte podeser usado para a sua determinação de acordo com ográfico sueco. Sobre o eixo das ordenadas, soma-se àtensão nominal da armadura a queda de tensão em ax
a
sob corrente nominal da armadura (ponto H’, Figura 14).Pelo ponto H’ traça-se uma paralela ao eixo das abscissasaté a sua intersecção com a característica em vazio noponto H. Do ponto H baixa-se uma perpendicular ao eixo
das abscissas (ponto D, Figura 14). À direita do ponto D,toma-se sobre o eixo das abscissas um vetor DB igual aifa (ver 3.17.3.7.1). A corrente de excitação representadapelo vetor OB é a corrente a ser utilizada na construçãodo gráfico sueco.
3.17.3.10 Ensaio de excitação negativa
Neste ensaio opera-se a máquina em vazio em paralelocom a rede. Reduz-se a corrente de excitação progres-sivamente a zero, inverte-se a polaridade e aumenta-seo seu valor até a máquina, saindo de sincronismo com arede, atingir um escorregamento de um passo polar. Osvalores da tensão, da corrente da armadura e da correntede excitação são medidas durante o ensaio até o mo-mento da máquina sair de sincronismo.
3.17.3.11 Determinação de xq a partir do ensaio de excitaçãonegativa
É feita por meio da seguinte fórmula:
x = (x ) u
u (e) q d
r
r +
Onde (e) é a força eletromotriz em vazio correspondenteà corrente de excitação i
fr para a qual o escorregamentoda máquina é de um passo polar (Figura 18). Ela é de-terminada por meio de uma reta que liga a origem aoponto da característica em vazio correspondente à tensãono momento de o escorregamento atingir um passo polar(Figura 18).
ur = tensão no momento de o escorregamento
atingir um passo polar
xd = reatância síncrona no eixo direto, determinada
pela mesma reta que liga a origem à ca-racterística em vazio
Se a corrente da armadura (ir), no momento de o escor-
regamento atingir um passo polar, for medida durante oensaio, x
q é determinada por meio da fórmula:
x = U
3 i ; x =
Uiq
r
r
qr
r
O valor de xq obtido a partir deste ensaio pode, depen-dendo do valor de u, incluir o efeito de saturação. Paraobter um valor não saturado, deve-se, geralmente, aplicarà armadura uma tensão igual ou inferior a 0,6 vez o valornominal.
3.17.3.12 Ensaio de baixo escorregamento
Neste ensaio é aplicado aos terminais da armadura damáquina sob ensaio uma tensão trifásica simétrica muitobaixa (0,01 a 0,2 U
n). A tensão deve ser tal que não hajarisco de a máquina entrar em sincronismo. O enrolamentode excitação é colocado em circuito aberto e o rotor éacionado por um motor, de modo a girar com escorrega-E
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mento inferior a 1%, a fim de tornar desprezível a influên-cia sobre os valores medidos, da corrente induzida noscircuitos de amortecimento durante operação síncrona.A fim de evitar danos ao enrolamento de excitação, estedeve ser curto-circuitado, diretamente ou por meio deuma resistência de descarga, durante a ligação e o desli-gamento da fonte de alimentação. A corrente e a tensãodo enrolamento da armadura e a tensão nos anéis cole-tores, bem como o escorregamento, são medidos por meiodos aparelhos indicadores ou registrados por meio deoscilógrafo. Se a tensão residual medida antes do ensaiofor superior a 30% da tensão de alimentação usada nomesmo, o rotor deve ser desmagnetizado. Esta desmag-netização pode-se efetuar, por exemplo, alimentando-seo enrolamento de excitação por uma fonte de muito baixafreqüência com corrente aproximadamente igual a 50%da corrente de excitação para tensão nominal em vazio ereduzindo-se gradualmente a corrente de excitação efreqüência.
3.17.3.13 Determinação de Xq pelo ensaio de baixoescorregamento
A tensão e a corrente da armadura devem ser medidasno momento em que a tensão nos terminais do enrola-mento de excitação U
fo é máxima. Xq é calculada de acordocom a fórmula:
X = U
3 I ; x =
uiq
m n.
mÆx.
qm n.
mÆx.
Nota: Se Imáx. não coincidir com Umín. convém tomar como basepara os cálculos Imáx., bem como a tensão correspondentea esta corrente.
Se, durante o ensaio, a tensão residual (Ures) estiver com-preendida entre 10% e 30% da tensão de alimentaçãoutilizada no ensaio, o valor da corrente será determinadopor meio da fórmula:
I = i - U3 XmÆx. av
2 res
d
2
i = i - uxmÆx. av
2 res
d
2
Onde:
Iav = é a semi-soma de dois máximos consecutivos
da envolvente (Figura 19)
De acordo com o procedente, pode ser conseguida umaverificação do valor obtido, calculando-se X
d durante omesmo ensaio. Para isto empregam-se os resultados dasmedições de tensão e de corrente efetuadas no momentoem que a tensão nos terminais do enrolamento de exci-
tação em circuito aberto é nula e compara-se o valor deX
d assim obtido com o seu valor real.
Então:
X = U
3 Id
mÆx.
m n.
X = Uid
mÆx.
m n.
Para uma tensão residual inferior a 0,3 vez a tensão dealimentação, I
mín. é representado pela semi-soma de duasmínimas consecutivas da envolvente. Os resultados demedição de X
q obtidos pelo ensaio de baixo escorrega-mento somente podem ser considerados corretos se ovalor de X
d obtido no mesmo ensaio coincide praticamentecom o obtido de acordo com o ensaio de 3.17.3.3.1. Casocontrário, o ensaio deve ser recomeçado com valorescada vez mais baixos do escorregamento e os valoressucessivos de X
q devem ser extrapolados até escorrega-mento nulo. O valor da reatância síncrona no eixo emquadratura corresponde praticamente ao valor não satu-rado.
3.17.3.14 Ensaio em carga com medição de ângulo decarga δδδδδ
O ensaio é executado com a máquina funcionando emparalelo com a rede sob uma carga no mínimo igual àmetade da potência nominal, sob fator de potência no-minal. Durante o ensaio medem-se a corrente na arma-dura (i), a tensão nos terminais da armadura (u), o ânguloϕ entre a tensão e a corrente (pelo método dos dois wattí-metros) e ângulo δ (ângulo interno entre a tensão nos ter-minais e a força eletromotriz). O ângulo de carga podeser medido pelo método estroboscópico ou qualquer outrométodo de precisão.
3.17.3.15 Determinação de Xq pela medição do ângulo decarga no ensaio em carga
A determinação de Xq pelo método da medição do ângulode carga efetua-se utilizando-se a fórmula:
X = U tg
3 I (cos - sen tg ) ;q
δδϕ ϕ
X = u tg
i (cos - sen tg q
δδϕ ϕ
3.17.3.16 Ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo
O ensaio é executado na velocidade de rotação nominalda máquina, aplicando-se um curto-circuito nos terminaisdo enrolamento da armadura, na tensão desejada, emvazio. A excitação da máquina sob ensaio é geralmenteobtida da sua própria excitatriz, a qual, porém, deve serexcitada independentemente. Se a excitatriz própria daE
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máquina não puder ser utilizada, poderá ser empregadauma excitatriz separada. A corrente normal desta nãodeve ser inferior ao dobro da corrente de excitação parafuncionamento em vazio da máquina excitada. A sua re-sistência da armadura não deve ser superior à da ex-citatriz-piloto. Neste caso, a excitatriz deve ter excitaçãoem separado. As três fases devem ser curto-circuitadaspraticamente no mesmo instante. O fechamento dos con-tatos de fase deve ocorrer dentro de 15° elétricos uma daoutra. Este valor pode ser ultrapassado no ensaio, se acomponente assimétrica da armadura for pouco impor-tante. Para a a medição da corrente de curto-circuito po-dem ser utilizados derivados não indutivos, transformado-res sem núcleo ou transformadores de corrente ade-quados. Os transformadores de corrente devem ser uti-lizados somente para a medição das componentes si-métricas da corrente e devem ser escolhidos de modoque o valor inicial da componente subtransitória da cor-rente de curto-circuito se encontre na parte reta da ca-racterística do transformador. Os transformadores semnúcleo são ligados ao oscilógrafo por meio de um am-plificador integrador. Neste caso, quando for necessáriodeterminar somente os valores máximos da corrente decurto-circuito assimétrica e da componente simétrica, po-derá ser utilizada um galvanômetro oscilográfico inte-grador. A resistência total dos aparelhos de medição edos condutores que os ligam ao secundário dos trans-formadores de corrente não devem ultrapassar o valornominal admitido para o tipo de transformador utilizado.A tensão nos terminais da máquina, a corrente de exci-tação e a temperatura do enrolamento de excitação de-vem ser medidas imediatamente antes do curto-circuito.Para obter as grandezas correspondentes ao estado nãosaturado da máquina, o ensaio deve ser efetuado a váriastensões da armadura de 0,1 a 0,4 vez a tensão nomi-nal. As grandezas são determinadas para cada ensaio epostas em gráfico em função dos valores iniciais dascorrentes simétricas transitórias e subtransitórias da ar-madura. Desta cuva podem-se obter as grandezas dese-jadas para corrente simétrica da armadura correspon-dente aos respectivos valores nominais. Para obter asgrandezas correspondentes ao estado saturado da má-quina, o ensaio é executado com tensão nominal nos ter-minais da máquina antes de curto-circuitar o enrolamentoda armadura, e o ensaio de curto-circuito trifásico ins-tantâneo não pode ser executado sob tensão nominal daarmadura; recomenda-se efetuá-lo por várias tensões daarmadura (por exemplo: 0,3; 0,5 e 0,7 vez a tensão no-minal) e determinar as grandezas para cada um destesensaios. Os resultados são postos em gráficos em funçãoda tensão em vazio antes da realização do curto-circuito,e as grandezas correspondentes à tensão nominal da ar-madura são determinadas aproximadamente por extra-polação. Para determinar as grandezas característicasda máquina, fazem-se oscilogramas da corrente da arma-dura em cada fase e da corrente no circuito de excitação.O registro oscilográfico deve continuar após a realizaçãodo curto-circuito durante um intervalo de tempo não inferiora τ’
d + 0,2 s. Os valores permanentes também devem serregistrados, reiniciando-se o oscilograma em seguida aoestabelecimento do regime contínuo. Para verificação,os valores finais devem ser medidos por meio de instru-mentos. Podem se efetuados registros oscilográficos deduração mais curta, se ensaios realizados em máquinassemelhantes demonstrarem que o valor da corrente de-
cresce exponencialmente. As variações com o tempo dacomponente aperiódica e da componente periódica dacorrente em cada uma das fases do enrolamento da ar-madura são determinadas por meio dos oscilogramas decurto-circuito trifásico instantâneo, achando-se respecti-vamente a semi-soma algébrica e a semidiferença algé-brica das ordenadas das envolventes superior e inferiorda corrente de curto-circuito nas diferentes fases. A com-ponente periódica da corrente de curto-circuito da arma-dura é determinada como a média dos valores da com-ponente periódica da corrente nas três fases. Paradeterminar a componente transitória (∆i’
k) e a com-ponente subtransitória (∆i"
k), subtrai-se da curva devariação da componente periódica da corrente daarmadura o valor da corrente permanente de curto-circuitoi (∞). A diferença que representa a soma ∆ i’
k + i"k, é postaem gráfico sobre papel semilogarítmico. Este gráfico podeser constituído por uma linha predominantemente retaou por uma curva contínua:
a) quando a última parte deste gráfico constituir umalinha reta (caso de uma exponencial), o prolonga-mento desta até a reta t = 0 dará o valor inicial ∆ i’
k
(0) da componente transitória da corrente de curto-circuito (Figura 20-a);
b) quando a última parte deste gráfico constituir umacurva, a amplitude da corrente i
A será medida(Figura 20-b) no instante OA’ tomado igual a 0,2 sou no instante a partir do qual os fenômenossubtransitórios se tornarem desprezíveis. Mede-
se o tempo OB’, no qual a corrente é i = 1
ib Aε.
Toma-se a constante de tempo τ’d = (OB’ - OA’)segundos. A reta que liga os pontos representati-vos das correntes i
B e iA é considerada comorepresentando o valor equivalente de ∆ i’k e a suaextrapolação até a reta t = 0 dá o valor inicial∆ i’
k (0) da componente transitória da corrente decurto-circuito. A componente subtransitória da cor-rente de curto-circuito é definida como a diferençaentre a curva ∆ i’
k + ∆"k e a reta representativa dovalor de ∆ i’k. A variação da componente subtran-sitória da corrente em função do tempo é posta emgráfico também sobre papel semilogarítmico(Figura 20-a). As componentes aperiódicas dascorrentes das três fases postas em gráfico sobrepapel semilogarítmico. A extrapolação destas cur-vas até a origem dos tempos dá o valor inicial dascorrentes correspondentes. Para determinar omaior valor possível da componente aperiódica,os valores iniciais das componentes aperiódicasdas três fases, obtidos por extrapolação, sãotomados como vetores sobre três retas que, a partirde uma origem comum, fazem entre si ângulos de60°. O maior destes vetores é tomado sobre a retado meio. Levantam-se perpendiculares aos ve-tores nas suas extremidades. O vetor que ligaa origem ao centro do triângulo determinado porestas perpendiculares representa o maior valorpossível da componente aperiódica, igual ao valorinicial da amplitude periódica (Figura 20-c). Omaior valor possível da componente aperiódicada corrente pode ser determinado analiticamen-
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te pela fórmula (em valores por unidade ou emvalores físicos):
i = 2
3 i + i + i + ia máx. a2
2a22
a2 a3
Onde ia3 é o maior valor algébrico inicial das componentesaperiódicas da corrente e ia2 é a componente aperiódicada corrente em qualquer uma das duas outras fases.
A variação em função do tempo da componente periódicada corrente de excitação é determinada a partir do oscilo-grama da corrente de excitação e é traçado em coorde-nadas semilogarítmicas. A extrapolação da curva obtidaaté a origem dos tempos fornece o valor inicial de compo-nente periódica da corrente de excitação.
3.17.3.17 Determinação de grandezas a partir do ensaiode curto-circuito trifásico instantâneo
a) reatância transitória de eixo direto:
- é determinada como a relação entre a tensãoem vazio [u(o)], medida imediatamente antes doensaio de curto-circuito trifásico instantâneo, e ovalor inicial da componente periódica da correntede curto-circuito, desprezando-se a componentesubtransitória (Figura 20-a);
X = U (O)
3 I ( ) + I (O)d
k
’’∞ ∆
x = u (o)
i ( ) + i (O)d
k
’’
∞
b) reatância subtransitória de eixo direto:
- é determinada como a relação da tensão em va-zio, medida imediatamente antes do curto-cir-cuito, e o valor inicial da componente periódicada corrente de curto-circuito obtida por análisedos oscilogramas (Figura 20-a);
X = U (O)
3 I ( ) + I (O) + I (O)d
k
"’ "k
∞ ∆ ∆
x = u (o)
i ( ) + i (O) + i (O)d"
’ "k k
∞
∆ ∆
c) constante de tempo transitória de eixo direto, emcurto-circuito:
- é determinada neste ensaio como o tempo ne-cessário para a componente transitória da cor-
rente da armadura decrescer até 1/ε ≈ 0,368 doseu valor inicial;
d) constante de tempo subtransitório de eixo direto,em curto-circuito:
- é determinada neste ensaio como o tempo ne-cessário para a componente subtransitória dacorrente da armadura decrescer até 1/ε ≈ 0,368do seu valor inicial;
e) constante de tempo de curto-circuito da armadura:
- é determinada neste ensaio como o tempo ne-cessário para a componente periódica da cor-rente de excitação decrescer até 1/ε ≈ 0,368 doseu valor inicial (ver 3.17.2.17). Esta grandeza,quando obtida pelo descréscimo das componen-tes aperiódicas das correntes em cada fase daarmadura, é determinada como o tempo neces-sário para estas componentes decrescerem até1/ε ≈ 0,368 do seu valor inicial. O valor médiodestas grandezas é considerado como a cons-tante de tempo de curto-circuito. Qualquer faseem que a componente aperiódica inicial é inferiora 0,4 vez o valor inicial encontrado, deve serdesprezada na determinação da constante detempo de curto-circuito da armadura. A deter-minação da constante de tempo de curto-circuitoda armadura será permitida somente se a cor-rente da armadura for medida no ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo por meio de deri-vadores não indutivos;
f) valor maior possível da corrente inicial de curto-circuito:
- é determinado neste ensaio como a soma dosvalores das componentes periódica e aperiódicaum semiciclo após o instante de curto-circuito. Ovalor da componente periódica neste instante éigual à soma das componentes permanente,transitória e subtransitória da corrente de curto-circuito instantâneo. O valor da componente ape-riódica é dado pela fórmula (em valores por uni-dade ou em grandezas físicas):
- 0,5f . aτ
i = i mÆx. a a ε
Onde:
ia máx.= valor maior possível da componenteaperiódica da corrente, no curto-circuito instantâneo
ε = base dos logaritmos naturais (nepe-rianos)
τa = constante de tempo de curto-circuito
da armadura
f = freqüência em Hz; 0,5
f
= intervalo
correspondente a meio períodoExem
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Figura 16 - Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico ASA
Figura 17 - Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico sueco
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Figura 18 - Determinação de Xq a partir do ensaio de excitação negativa
Figura 19 - Determinação de Xq pelo ensaio de baixo escorregamento
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Figura 20-a) - Variação da componente periódica dacorrente da armadura em função dotempo - Última parte do gráfico consti-tuída por linha reta
Figura 20-b) - Variação da componente periódica dacorrente da armadura em função dotempo - Última parte do gráfico consti-tuída por curva
Figura 20-c) - Determinação do maior valor possível da componente aperiódica da corrente de curto-circuito
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3.17.3.18 Ensaio de restabelecimento da tensão
O ensaio de restabelecimento da tensão, depois da su-pressão de um curto-circuito trifásico permanente, é efe-tuado na velocidade de rotação nominal da máquina como enrolamento da armadura curto-circuitado por um dis-juntor no ínicio do ensaio. A máquina é posta em movi-mento com o seu enrolamento da armadura curto-circui-tado e a sua corrente de excitação mantida num valorcorrespondente à parte reta da característica em vazio,para a qual a tensão geralmente não superior a 0,7 veza tensão nominal da armadura em vazio, em condiçõesde regime contínuo no instante de abertura do disjuntor.As grandezas obtidas neste ensaio correspondem ao es-tado não saturado da máquina. Com relação ao sistemade excitação devem ser observadas as precauções indi-cadas em 3.17.3.16. O curto-circuito trifásico permanentedeve ser desligado de modo praticamente simultâneonas três fases, devendo as três correntes ser interrom-pidas dentro de um intervalo de tempo correspondente ameio ciclo (180° elétricos). Registram-se no oscilogramao restabelecimento de uma tensão de linha e uma cor-rente de linha. A diferença entre a tensão permanente e atensão determinada pelas envolventes da tensão derestabelecimento é posta em gráfico em função do temposobre papel semilogarítmico e extrapolada até o instantede supressão do curto-circuito (curva 1, Figura 21). A extra-polação da parte reta da curva 1 até o eixo das ordenadasdá o valor inicial da componente transitória da tensão∆u’ (O). A diferença entre a tensão determinada pela cur-va 1 e a componente transitória (∆u’) da tensão dá o va-lor da componente subtransitória (∆u") da tensão nomesmo instante.
3.17.3.19 Determinação de grandezas a partir do ensaio derestabelecimento da tensão
a) reatância transitória no eixo direto:
- é determinada neste ensaio como a relação dadiferença entre a tensão permanente u (∞) e o
valor inicial da componente transitória da tensão∆ u’ (O) para a corrente da armadura (i
k) medidaimediatamente antes da supressão do curto-circuito (Figura 21):
X = U ( ) - U’(O)
3 ld
k
’ ∞
x = u ( ) - u’(O)
idk
’ ∞
b) reatância subtrânsitória no eixo direto:
- é determinada neste ensaio como a relação dadiferença entre a tensão permanente u (∞) e asoma dos valores iniciais das componentes tran-sitórias ∆u’ (O) e subtransitórias ∆u" (O) para acorrente da armadura medida imediatamenteantes da supressão do curto-circuito (Figura 21):
x = U ( ) - U O + U (O)
3 I"
’ "
d
k
∞ ∆ ( )
x" = u ( ) - u’ + u" (O)
idk
(O) ∞
∆
c) constante de tempo transitória de eixo direto emcircuito aberto:
- é determinada neste ensaio como o tempo ne-cessário para a componente transitória da tensão∆u’ decrescer até 1/ε ≈ 0,368 do seu valor inicial.
Figura 21 - Determinação de grandeza a partir do ensaio de restabelecimento da tensãoExem
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3.17.3.20 Ensaio de aplicação de tensão nas posições dorotor de eixo direto e de eixo em quadratura com relação aoeixo de campo do enrolamento da armadura
Aplica-se uma tensão alternada sob freqüência nominala dois terminais de linha quaisquer do enrolamento daarmadura. O enrolamento de excitação deve ser curto-circuitado. O tempo de aplicação da tensão deve ser limi-tado, a fim de evitar aquecimento excessivo das partesmaciças. O rotor deve ser girado lentamente, a fim de de-terminar as duas posições angulares correspondentesao valor máximo e ao valor praticamente nulo da correnteno enrolamento de excitação. A primeira posição cor-responde ao eixo direto, a segunda ao eixo em quadratura.Em cada uma destas duas posições do rotor, devem-semedir a tensão de alimentação, a corrente da armadura ea potência absorvida. A corrente no enrolamento de exci-tação é medida somente para determinar as duasposições (eixo direto e eixo em quadratura) do rotor. Asua medição não exige necessariamente instrumento dealta precisão. Se os ensaios não puderem ser executadossob corrente ou tensão nominais da armadura, a determi-nação das grandezas referidas ao estado saturado ounão saturado da máquina deve ser realizada por meio devários ensaios sob diferentes tensões de alimentação(U,2 a U,7)U
n. As grandezas são postas em gráfico emfunção da tensão aplicada ou da corrente da armadura eos valores procurados são determinados por extrapo-lação. Para as máquinas de ranhuras da armadura fe-chadas ou semifechadas e ranhuras do enrolamento deamortecimento fechdaas, a tensão de alimentação nãodeve ser inferior a 0,2 vez a tensão nominal.
3.17.3.21 Determinação de grandezas a partir de ensaio deaplicação de tensão nas posições do rotor de eixo direto ede eixo em quadratura com relação ao eixo de campo doenrolamento da armadura
a) reatância subtrânsitória no eixo direto:
- é determinada por meio da fórmula:
X" = Z" - R"d d2
d2
Onde:
Z" = U21
; R" = P
21d d 2
x" = " " " = 3
2 .
Ui ; r" =
3 2
. Pid d 2z - r ; z
d
2
d
2
Os valores da tensão aplicada da corrente e dapotência absorvida devem ser medidos na posiçãodo rotor em que a corrente no enrolamento deexcitação é máxima;
b) reatância subtrânsitória de eixo em quadratura
X" = Z" - R"q q2
q2
Onde:
Z" = U21
; R" = P
21d 2
x" = " r" z" = 3
2 .
Ui ; r" =
3 2
. piq q q 2z - ;
2 2
Os valores da tensão aplicada da corrente e dapotência absorvida devem ser medidos para aposição do rotor em qua a corrente no enrolamentode excitação é praticamente nula.
3.17.3.22 Ensaio de aplicação de tensão para uma posiçãoarbitrária do rotor
Aplica-se uma tensão alternada sucessivamente a cadapar de terminais de linha do enrolamento da armadurada máquina sob ensaio. O enrolamento de excitação deveser curto-circuitado. A posição do rotor deve ser mantidainalterada para as três aplicações da tensão de ensaio.Se necessário, o rotor deve ser bloqueado. O tempo deaplicação da tensão deve ser limitado, a fim de evitaraquecimento excessivo das partes maciças. Os valoresda tensão aplicada, corrente circulante e potência absor-vida pelo enrolamento da armadura, bem como a correnteinduzida no enrolamento de excitação, devem ser medi-dos para cada par de terminais a que se aplica tensãoalternada. A determinação das grandezas referidas aoestado saturado ou não saturado da máquina é análogaà de 3.17.3.30.
3.17.3.23 Determinação de grandezas a partir do ensaio deaplicação de tensão para uma posição arbitrária do rotor
a) reatância subtrânsitória de eixo direto:
- calculam-se as reatâncias entre cada par de ter-minais de linha do enrolamento da armadura x
12,x
23 e x31. Estas reatâncias são calculadas por meiodas fórmulas de 3.17.3.1-a). A reatância sub-trânsitória no eixo direto é calculada por meio dafórmula (em valores por unidade ou em gran-dezas físicas):
x "d = xmed ± ∆ x
Onde:
x = x + x + x
3med
12 23 31
x23
x (x - x ) + x (x - x ) + x (x - x )12 12 23 23 23 31 31 31 12
O sinal que precede ∆ x é determinado de acordocom a seguinte regra: positivo, se a maior dastrês correntes no enrolamento de excitação cor-responder à maior reatância medida da arma-dura; negativo, se a maior das três corresponderà menor das reatâncias medidas entre um parde terminais de linha do enrolamento da arma-dura;
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b) reatância subtrânsitória de eixo em quadratura:
- é determinada por um procedimento análogo aodescrito em a). O sinal que precede ∆x é deter-minado de acordo com a seguinte regra: positivo,se a menor das três correntes medidas no enrola-mento de excitação corresponder à maior dasreatâncias medidas entre um par de terminaisde linha de enrolamento da armadura; negativo,se a menor das três correntes medidas no enrola-mento de excitação corresponder à menor rea-tância medida da armadura.
3.17.3.24 Ensaio de curto-circuito monofásico permanente
Curto-circuitam-se dois terminais de linha quaisquer eaciona-se a máquina na sua velocidade síncrona por meiode um motor qualquer (Figura 22). Medem-se a correntede curto-circuito (I
k2), a corrente de excitação e a tensão(U
k2) entre o terminal em circuito aberto e os dois terminaisem curto-circuito. Para aumentar a precisão das mediçõesem presença de harmônicos da tensão e da corrente,recomenda-se medir a potência ativa (P) e a potênciareativa (Q). As medições são feitas para vários valores dacorrente de curto-circuito. Para evitar aquecimentoexcessivos das peças maciças, o tempo do ensaio decurto-circuito monofásico permanente para correntessuperiores a 0,3 I
n deve ser limitado ao intervalo de temponecessário à leitura dos instrumentos. A corrente poderáser aumentada até o seu valor nominal, se a vibração damáquina não exceder valores admissíveis.
3.17.3.25 Determinação de grandezas a partir do ensaio decurto-circuito monofásico permanente
a) reatância de seqüência negativa:
- é determinada aplicando-se as fórmulas:
x = P
3 I ; x = 3 .
Pi2
k2 2
k2
2 2
A fórmula acima é aplicável quando os harmôni-cos da corrente ou da tensão podem ser despre-zados.
Figura 22 - Esquema para o ensaio de curto-circuito trifásico permanente
X = 1
3 .
Up
. P
p Q ; x =
1
3 .
up
. p
p q2
2 2
2 22
2 2
2 2+ +
A fórmula acima é aplicável quando os harmô-nicos da tensão ou da corrente devem ser levadosem conta. A reatância de seqüência negativa édeterminada para cada um dos valores medidosda corrente de curto-circuito. Com base nos dadosde ensaio, X
2, é posta em gráfico em função dacorrente.
Nota: O valor de X2, obtido por uma corrente igual a3 vezes a corrente de fase nominal, será
considerado como o valor sob corrente nominal.
b) resistência de seqüência negativa:
- é determinada aplicando-se a fórmula:
R = 1
3 .
UQ
. Q
p + Q ; r =
1
3 .
uq
. q
p + q2
2 2
2 2 2
2 2
2 2
A resistência de seqüência negativa é determi-nada para cada um dos valores medidos da cor-rente de curto-circuito. Com base nos dados doensaio, R
2 é posta em gráfico em função da cor-rente.
Nota: O valor de R2, obtido por uma corrente igual a3 vezes a corrente de fase nominal, será consi-
derado como valor sob corrente nominal.
3.17.3.26 Ensaio de seqüência negativa
É executado aplicando-se à máquina uma tensão simé-trica reduzida (0,02 Un a 0,2 Un), fornecida por uma fonteindependente com sucessão de fases negativas, isto é,operado como freio eletromagnético com escorregamento2. O enrolamento de excitação deve ser curto-circuitado.Se a tensão residual da máquina sob ensaio é superior a30% da tensão de alimentação, o rotor deve ser desmag-netizado pelo procedimento descrito em 3.17.3.12. Atensão e a corrente nas três fases e a potência absorvidadevem ser medidas neste ensaio.
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3.17.3.27 Determinação de grandezas a partir do ensaio deseqüência negativa
A reatância de seqüência negativa e a resistência de se-qüência negativa são determinadas aplicando-se as fór-mulas:
X = Z - R ; Z = U
I 3 ; R =
P3 I
2 22 2
2 2 2
x = z - z ; z = ui ; r =
Pi2 2
222
2 2 2
Onde:
P = potência absorvida
I = corrente média medida
U = valor médio medido da tensão aplicada
A reatância de seqüência negativa e a resistência de se-qüência negativa são determinadas para cada um dosvalores medidos da tensão de alimentação. Com basenos dados de ensaio, X
2 e R2 são postas em gráfico emfunção da corrente.
3.17.3.28 Ensaio de alimentação monofásica das três fases
O ensaio de aplicação de uma tensão monofásica aosterminais das três fases ligadas em série ou em paraleloé executado sobre a máquina à velocidade de rotaçãonominal ou próxima desta. As ligações das fases devemser dispostas de tal forma que as correntes nas três fases,em qualquer instante, circulem no mesmo sentido, porexemplo da extremidade do neutro para a extremidadede linha, ou contrário, como definido para a seqüênciazero. O enrolamento de excitação deve ser curto-circui-tado. O valor da tensão aplicada é escolhido de forma talque a corrente no enrolamento da armadura seja da or-dem de grandeza da corrente nominal. As grandezas me-didas são a tensão, a corrente e a potência absorvida, avários valores da tensão de alimentação.
3.17.3.29 Determinação de grandezas a partir do ensaio dealimentação monofásica das três fases
A reatância de seqüência zero e a resistência de seqüên-cia zero são determinadas pela fórmula:
X = Z - R ; x = z - ro o2
o2
o o2
o2
quando as três fases do enrolamento são ligadas em sé-rie:
Z = U3 I
; R = P
3 I o o 2
z = 1
3 .
ui
; r = Pi
o o 2
quando as três fases do enrolamento são ligadas emparalelo:
Z = 3 U
I ; R =
3 PI
o o 2
z = 3 3 ui ; r =
9pio o 2
3.17.3.30 Ensaio de curto-circuito permanente entre doisterminais de linha e neutro
O enrolamento da armadura é ligado em estrela, dois ter-minais de linha são ligados diretamente ao neutro, a má-quina é acionada na sua velocidade de rotação nominale excitada (Figura 23). As grandezas medidas são a ten-são entre o terminal em circuito aberto e o neutro (U
o) e acorrente na conexão que liga os terminais curto-circui-tados ao neutro (I
o). Medem-se a potência ativa e a po-tência reativa, a fim de se levarem em conta os harmônicos.As medições são feitas para vários valores da correnteno neutro. Os valores da corrente e o tempo de ensaiosão limitados pelo aquecimento excessivo do rotor e pelasvibrações.
Figura 23 - Esquema para o ensaio de curto-circuito trifásico permanente entre dois terminais de linha e neutro
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3.17.3.31 Determinação de grandezas a partir do ensaio decurto-circuito permanente entre dois terminais de linha eneutro
a) reatância de seqüência zero:
- é determinada pela formula:
X = UI
; x = 3uio
o
oo
o
o
que é aplicável, quando os harmônicos de cor-rente ou de tensão podem ser desprezados, oupela formúla:
X = UQ
. Q
P + Q;o
o2 2
2 2
x = uq
. q
p + qoo2 2
2 2
que é aplicável, quando os harmônicos de cor-rente ou de tensão devem ser levados em conta.Nestas fórmulas, U
o, P e Q são respectivamenteos valores medidos da tensão, da potência ativae da potência reativa. A reatância de seqüênciazero é determinada para vários valores da cor-rente no neutro. Com base nos dados do ensaio,X
o é posta em gráfico em função da corrente noneutro.
Nota: O valor de Xo será o valor sob corrente nominal,quando a corrente no neutro for igual a três vezesa corrente nominal de fase.
b) resistência de seqüência zero:
- é determinada para vários valores da correnteno neutro, pela fórmula:
R = UP
. P
P + Q ; r =
up
. p
p + qoo2 2
2 2 oo2 2
2 2
com base nos resultados do ensaio, Ro é postaem gráfico em função da corrente no neutro.
Nota: O valor de Ro será o valor sob corrente nominal,quando a corrente no neutro for igual a três vezesa corrente nominal de fase.
3.17.3.32 Medições da resistência dos enrolamentos: sobcorrente contínua, pelo método de tensão e corrente oupelo método da ponte
Para a medição da resistência sob corrente contínua pelométodo de tensão e corrente ou pelo método da ponte,pode ser empregada qualquer fonte de corrente contínua(bateria, gerador, etc.) que tenha potência suficiente eforneça tensão estável. A resistência deve ser medidadiretamente nos terminais do enrolamento com o rotorparado. A resistência do enrolamento da armadura deveser medida em cada fase separadamente. Se, por umarazão qualquer, a resistência de cada fase não puder sermedida diretamente, as medições devem ser efetuadas
sucessivamente entre cada par de terminais de linha doenrolamento da armadura. Durante a medição daresistência sob corrente contínua, o valor da corrente deveser tal que a elevação de temperatura do enrolamentodurante o ensaio não exceda 1°C, admitindo-se aque-cimento adiabático. Para o cálculo do aquecimentoadiabático, deve ser empregada a fórmula:
∆θ = jc
C / s2
°
Onde:
j = densidade de corrente durante o ensaio, em ampéres por milímetro quadrado
c = constante igual a 200 para o cobre e a 86 para oalumínio
Se a elevação de temperatura do enrolamento não forconhecida, o valor da corrente não deve ser superior a10% da corrente nominal do enrolamento e ela não deveser aplicada durante mais de 1 min. As medições devemser efetuadas quando, no instante de efetuarem-se asleituras, os ponteiros estiverem imóveis, isto é, os fenô-menos transitórios tenham cessado tanto nos instru-mentos de medição, como nos circuitos cujas resistênciasestão sendo medidas. Durante as medições, a tempe-ratura do enrolamento deve ser determinada por meio dedetectores de temperatura embutidos se houver. Os ter-mômetros ou pares termoelétricos utilizados na mediçãoda temperatura do enrolamento devem estar no seu lugardurante pelo menos 15 min e devem ser protegidos contraqualquer influência externa.
3.17.3.33 Determinação da resistência sob corrente contínuapelo método de tensão e corrente e pelo método da ponte
a) resistência do enrolamento da armadura e resis-tência do enrolamento de excitação pelo métodode tensão e corrente:
- para se medirem as resistências pelo método detensão e corrente, recomenda-se fazer três a cincoleituras, com vários valores estáveis da corrente.Adota-se a média das resistências obtidas. Nadeterminação deste valor médio não se consi-deram as resistências que difiram de mais de1% do valor médio. Para o esquema de ligações,ver Figura 24. No cálculo das resistências empre-gam-se as fórmulas seguintes:
- enrolamento de excitação e enrolamento da ar-madura que podem ser medidos individualmente.
R = UI
;
r = 3 . ui
para o enrolamento da armadura
U = tensão aplicada ao enrolamento, em volts
I = corrente do enrolamento, em ampéres
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- enrolamentos de armadura nos quais as medi-ções são feitas sucessivamente entre cada parde terminais de linha (em valores por unidadeou em grandezas físicas). Caso de ligações emestrela:
R = 12
(R - R + R )1 12 23 31
analogamente para R2 e R3.
caso de ligação em triângulo:
R = 2R . R
R - R + R -
R - R + R2
112 23
12 23 31
12 23 31
analogamente para R2 e R3.
R12, R23e R31 designam respectivamente asresistências, medidas entre os terminais 1-2, 2-3e 3-1;
b) resistência do enrolamento da armadura e re-sistência do enrolamento de excitação pelo métododa ponte:
- devem ser efetuadas pelo menos três leituras,modificando-se de cada vez o equilíbrio da ponte.A resistência deve ser medida nos anéis coleto-res ou nos terminais dos enrolamentos, de modoa não incluir a resistência das escovas e dosseus contatos. A média dos resultados é consi-derada como o valor da resistência. Na determi-nação deste valor médio não se consideram asresistências que difiram de mais de 1% do valormédio. Se as medições da resistência foremfeitas sucessivamente entre cada par de termi-nais do enrolamento da armadura, as resistên-cias de fase serão calculadas como indicadoem a).
3.17.3.34 Ensaio de decréscimo da corrente de excitaçãocom o enrolamento da armadura em vazio
É efetuado nas seguintes condições: a máquina deve serexcitada para tensão nominal, acionada por um motor
apropriado. O enrolamento de excitação deve ser curto-circuitado instantaneamente. Em caso de necessidade,a fonte de alimentação do enrolamento de excitação deveser desligada dentro de 0,02 s após o estabelecimentodo curto-circuito. Para limitar a corrente de curto-circuitoda fonte de corrente contínua, podem-se ligar em sériecom o enrolamento de excitação resistências limitadorasde corrente. Registram-se no oscilógrafo a tensão nosterminais do enrolamento da armadura, a corrente no en-rolamento de excitação e a tensão nos anéis coletores.Os oscilogramas servem para a determinação precisa doinstante em que começa o decréscimo da corrente de ex-citação (instante zero) e do valor da tensão inicial nesteinstante. A diferença entre a tensão transitória obtida dooscilograma e a tensão residual é posta em gráfico emfunção do tempo sobre papel semilogarítmico.
3.17.3.35 Determinação de τττττ’do a partir do ensaio dedecréscimo da corrente de excitação com o enrolamentoda armadura em vazio
A constante de tempo transitória, de eixo direto, em cir-cuito aberto é determinada como o tempo necessário paraa diferença entre a tensão transitória obtida nooscilograma de 3.17.3.34 e a tensão residual decresceraté 1/ε ≈ 0,368 do seu valor inicial.
3.17.3.36 Ensaio de decréscimo da corrente de excitaçãocom o enrolamento da armadura em curto-circuito
É efetuado nas seguintes condições: o enrolamento daarmadura deve ser curto-circuitado e a máquina acionadapor um motor apropriado, de modo a fazer circular no en-rolamento da armadura a corrente nominal. O enrola-mento de excitação deve ser curto-circuitado instantanea-mente. A limitação da duração e do valor da corrente decurto-circuito da fonte de alimentação do enrolamento deexcitação deve ser efetuada como indicado em 3.17.3.34.Registram-se em oscilograma a corrente de excitação,ou a tensão nos anéis coletores, e um dos valores da cor-rente de linha. A diferença entre a corrente transitóriaobtida do oscilograma e da corrente devida à tensãoresidual é posta em gráfico em função do tempo sobrepapel semilogarítmico.
Enrolamento ligado em estrela Enrolamento ligado em triângulo
Figura 24 - Esquema para determinação da resistência da armadura e resistência do enrolamento de excitaçãopelo método de tensão e corrente
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3.17.3.37 Determinação de τττττ’do a partir do ensaio dedecréscimo da corrente de excitação com o enrolamentoda armadura em curto-circuito
A constante de tempo transitória de eixo direto em curto-circuito é determinada como o tempo necessário para adiferença entre a corrente transitória obtida do oscilo-grama de 3.17.3.36 e a corrente devida à tensão resisualatingir 1/ε ≈ 0,368 do seu valor inicial.
3.17.3.38 Ensaio de oscilação do rotor suspenso
Para efetuar este ensaio o rotor deve ser suspenso porum cabo ou por dois cabos paralelos, de modo que oseu eixo fique na posição vertical. Girando-se o rotor,provocam-se oscilações em torno do seu eixo geomé-trico. Registra-se o tempo necessário para efetuardiversas oscilações e calcula-se a duração média deum período de oscilação. No caso de suspensão por umsó cabo, o ensaio é executado duas vezes: uma com orotor somente e a segunda com o rotor ao qual se juntaum volante ou uma polia, com efeito de inércia conhecido.O deslocamento angular unidirecional não deveultrapassar 45°, no caso de suspensão por um só cabo,e 10°, no caso de suspensão por dois cabos.
3.17.3.39 Determinação de τττττj e de H a partir do ensaio dorotor suspenso
O tempo de aceleração e a constante de energia arma-zenada são calculados por meio das seguintes fórmulas:
τω
j
2-3 =
JPn
. 10
H = J 2 S
. 102
n
-3ω
As fórmulas são expressas no Sistema Internacional deUnidades.
J = momento de inércia, em quilogramas-metro quadrado
=πn30
= velocidade angular, em radianos por
segundo
n = velocidade de rotação nominal, em rotaçõespor minuto
Pn = potência ativa nominal, em quilowatts
Sn = potência aparente nominal, em quilovolt-
ampéres
O momento e inércia é calculado por meio das fórmulasseguintes:
- no caso do rotor suspenso por um só cabo:
J = JT
Tpp
2
2 2 T
- no caso do rotor suspenso por dois cabos:
J = T . a
L .
mg(4 )
2 2
2π
Onde:
Jp = momento de inércia conhecido da polia, em quilogramas-metro-quadrado
g = aceleração da gravidade, em metros por se-gundo quadrado
T = período de oscilação do rotor, em segundos
Tp = período de oscilação do rotor, com uma polia
ou um volante adicionados, em segundos
a = distância entre os pontos de supensão, emmetros
L = comprimento de suspensão, em metros
m = massa do rotor, em quilogramas
3.17.3.40 Ensaio de oscilação com pêndulo auxiliar
Para realizar este ensaio, fixa-se um pêndulo auxiliar (umamassa colocada na extremidade de uma alavanca) per-pendicularmente ao eixo da máquina, este na posiçãohorizontal. A massa da própria alavanca, que é conhecida,deve ser a menor possível. Em lugar de um pêndulo auxi-liar, uma massa conhecida pode ser fixada na periferiado rotor ou da polia. O pêndulo auxiliar é deslocado dasua posição de equilíbrio de um ângulo de aproxima-damente 5°. Mede-se o período de uma oscilação. Esteensaio é recomendado para máquinas equipadas comrolamentos de esferas ou de cilindros.
3.17.3.41 Determinação de τττττj e H a partir do ensaio deoscilação com pêndulo auxiliar
O tempo de aceleração e a constante de energia arma-zenada são calculados a partir da fórmula:
J = m L T g
4 - Lp
p2
2π
Onde:
mp = massa do pêndulo auxiliar, em quilogramas
L = distância do centro do eixo ao centro de gravi-dade do pêndulo ou ao centro de gravidadeda massa fixa na periferia do rotor ou da polia,em metros
g = aceleração da gravidade, em metros por se-gundo quadrado
Tp = período de uma oscilação, em segundos
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3.17.3.42 Ensaio de retardamento em vazio
Este ensaio é excutado quando não existe volante suple-mentar no eixo da máquina sob ensaio. A excitação deveser fornecida por uma fonte independente e deve perma-necer inalterada durante o ensaio. A máquina é levada asobrevelocidade pelo aumento da freqüência ou por meiode um motor equipado com embreagem. Em seguida,suprime-se a alimentação. O ensaio consiste na mediçãodo tempo de retardamento ∆t entre duas velocidades derotação predeterminadas ∆ω, por exemplo, entre 1,10 e0,90 (valor por unidade) ou entre 1,05 e 0,95 (valor porunidade).
3.17.3.43 Determinação de τττττj e de H a partir de ensaio deretardamento em vazio
O tempo de aceleração e a constante de energia arma-zenada são determinados pelas fórmulas:
τ ωωj n
mec Fe
n
= t .
(P + P )P
∆∆
H = 2
. t (P + P )
Sn mec Fe
n
ωω
∆∆
Onde:
Pmec = perdas mecânicas, em quilowatts
PFe = perdas no circuito magnético, na velocidadede rotação nominal e tensão corresponden-te, em quilowatts
Pn = potência ativa nominal, em quilowatts
ωn = velocidade angular nominal, em radianospor segundo
Sn = potência aparente nominal, em quilovolt-
ampéres
3.17.3.44 Ensaio de restardamento de máquinas acopladasmecanicamente, operando-se a máquina síncrona comomotor
Para a realização do ensaio, opera-se a máquina comomotor em carga. Antes de desligar a unidade da fonte dealimentação, a sua velocidade de rotação deve ser igualà nominal. A potência absorvida antes desse desliga-mento não deve ser inferior a 60% da potência nominal;o fator de potência deve ser o mais próximo possível daunidade. A excitação da máquina deve permanecer inal-terada durante o ensaio. Logo após o desligamento dafonte de alimentação, determina-se a variação de velo-cidade de rotação da máquina durante os primeiros se-gundos. Traça-se a curva de variação da velocidade derotação em função do tempo, bem como uma tangenteao ponto inicial da curva. Esta tangente é utilizada na de-terminação da variação de velocidade de rotação duranteo intervalo de tempo ∆t.
3.17.3.45 Determinação de τττττj e de H de máquinas acopladasmecanicamente, a partir do ensaio de retardamento,operando-se a máquina síncrona como motor
O tempo de aceleração e a constante de energia arma-zenada da máquina com a carga acionada por ela sãodeterminados pelas fórmulas:
τ ωωj n
1 sup cu
n
= t .
P - (P + P )
P∆
H = 2
. t P - (P + P )
Sn 1 sup cu
n
ωω
∆∆
Onde:
P1 = potência absorvida pelo motor imediatamenteantes do desligamento da fonte de alimentação,em quilowatts
Psup e Pcu = perdas no enrolamento da armadura
(perdas suplementares + perdasJoule) imediatamente antes do d e s l i -gamento da fonte de alimentação, emquilowatts
ωn = velocidade angular nominal, em radianos por
segundo
Este método de determinação não é muito preciso.
3.17.3.46 Ensaio de aceleração após supressão instantâneada carga, com a máquina operada como gerador
Antes do ensaio, a carga deve ser da ordem de 10% a20% da sua potência nominal (o fator de potência é regu-lado para um valor próximo da unidade) o regulador develocidade de rotação do motor de acionamento é colo-cado fora de serviço. A excitação do gerador deve perma-necer inalterada durante o ensaio. Após o desligamentoinstantâneo do gerador da rede, determina-se a variaçãode velocidade de rotação em função do tempo. Quando avelocidade de rotação atingir cerca de 1,07 a 1,1 vez oseu valor nominal, coloca-se o sistema de regulagem develocidade de rotação fora de operação ou interrompe-se a admissão do vapor. Traça-se o gráfico de aceleração.Traça-se uma tangente à curva de aceleração no pontocorrespondente à velocidade de rotação nominal e deter-mina-se a variação de velocidade de rotação durante ointervalo de tempo.
3.17.3.47 Determinação de τττττj e de H a partir do ensaio deaceleração após a supressão instantânea de carga com amáquina operada como gerador
O tempo de aceleração da máquina e do seu motor deacionamento e a constante de energia armazenada sãodeterminados pelas fórmulas:
τ ωωj n
1
n
= t .
PP
s∆∆
H = 2
. t .
PS
n 1
n
ωω
∆∆
Onde:
P1 = potência fornecida pelo gerador imediatamente antes do desligamento da rede
Este método de determinação não é muito preciso.
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3.17.3.48 Determinação de grandezas por meio de cálculos,utilizando-se grandezas obtidas de ensaios
3.17.3.48.1 As grandezas x’d’ , xd’, τ’do e τ’d são relacionadosentre si pela equação:
xd . τ’d = x’d . τ’do
Esta equação é aplicada na determinação de x’d ou τ’dou τdo a partir dos valores conhecidos de xd e das duasoutras grandezas.
3.17.3.48.2 A reatância de seqüência negativa x2 pode ser
calculada a partir dos valores x"d e de x"q, obtidos de
ensaios, pela fórmula:
x = x" + x"
22
d q
3.17.3.48.3 A resistência de seqüência positiva do enro-lamento da armadura é determinada a partir das perdasJoule (P
cu) conhecidas 3 I2Ra e das perdas suplementares(P
sup) no enrolamento da armadura, medidas de acordo
com 3.13, pela fórmula:
R = P + P
3 I n1
cu sup
2
r = P + P1 cu sup
Onde:
Pcu = 3 I2Ra= perdas Joule
Psup = perdas suplementares
Este valor de R1 corresponde à temperatura do enro-lamento na qual foram realizadas as medições das perdas.
3.17.3.48.4 A constante de tempo de curto-circuito da ar-madura, sob freqüência nominal, é calculada a partir dosvalores de X
2 e de ra, obtidos de ensaios, por meio dafórmula:
τπa
2
n a
= x
2 f r
Nota: Deve ser utilizado o valor saturado de x2.
Métodos de ensaio Valor saturado Indicação deGrandeza Itens ou não ensaios
Designação do ensaio saturado recomendados
Xd Ensaios de saturação em vazio e de curto- 3.17.3.1 não saturadocircuito trifásico permanente
Ko Ensaios de saturação em vazio e de curto- 3.17.3.1
circuito trifásico permanente 3.17.3.2
Xq Ensaio de excitação negativa 3.13.3.10 saturado
não saturado
Ensaio de baixo escorregamento 3.17.3.12 não saturado
Ensaio em carga com medição de ângulo de 3.17.3.14 saturadocarga
Ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo 3.17.3.16 não saturadoX’
d saturado
Ensaio de restabelecimento de ensaio não saturado
Ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo 3.17.3.16 não saturadosaturado
Ensaio de restabelecimento da tensão 3.17.3.18 não saturado
X"d Ensaio de aplicação de tensão nas posições 3.17.3.20 não saturado
do rotor de eixo direto e de eixo em quadratura (saturado)
Ensaio de aplicação de tensão para posição 3.17.3.22 não saturadoarbitrária do rotor (saturado)
recomendado!"#
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recomendado!"#
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recomendado!"#
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Tabela 2 - Relação de métodos de ensaio
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Métodos de ensaio
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recomendado!"#
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Valor saturado Indicação deGrandeza Itens ou não ensaios
Designação do ensaio saturado recomendados
Ensaio de aplicação de tensão nas posições 3.17.3.20 saturadoX"q do rotor de eixo direto e de eixo em quadratura não saturado
Ensaio de aplicação de tensão para uma 3.17.3.22 saturadoposição arbitrária do rotor (não saturado)
Ensaio de curto-circuito monofásico 3.17.3.24 não saturadoX
2 permanente
Ensaio de seqüência negativa 3.17.3.26 não saturado
Ensaio de curto-circuito monofásico 3.17.3.24 não saturadoR
2 permanente
Ensaio de seqüência negativa 3.17.3.26 não saturado
Ensaio de alimentação monofásica das três 3.17.3.28 não saturadox
o fases
Ensaio de curto-circuito permanente entre 3.17.3.30 não saturadodois terminais de linha e neutro
Ensaio de alimentação monofásico das três 3.17.3.28 não saturadoR
o três fases
Ensaio de curto-circuito permanente entre não saturadodois terminais de linha e neutro
Ensaio de saturação em vazio, ensaio de 3.17.3.1x
p curto-circuito permanente, ensaio com fator de 3.17.3.2potência nulo 3.17.3.4
Ra Método de tensão e corrente ou da ponte 3.17.3.32
Rf Método de tensão e corrente ou da ponte 3.17.3.32
R1 Resistência de seqüência positiva do 3.17.3.48.3 ver 3.13enrolamento da armadura
Ensaio do decréscimo da corrente de excitação 3.17.3.34τdo com o enrolamento da armadura em vazio
Ensaio de restabelecimento da tensão 3.17.3.18
Ensaio de decréscimo da corrente de 3.17.3.36excitação com o enrolamento da armadura em
τ’d curto-circuito
Ensaio de curto-circuito trifásico 3.17.3.16
τ"d Ensaio de curto-circuito trifásico 3.17.3.16
τa Ensaio de curto-circuito trifásico 3.17.3.16
τj Ensaio de oscilação do rotor suspenso 3.17.3.38
Ensaio de oscilação com pêndulo auxiliar 3.17.3.40
% recomendado
/continua
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Métodos de ensaio Valor saturado Indicação deGrandeza Itens ou não ensaios
Designação do ensaio saturado recomendados
Ensaio de retardamento em vazio 3.17.3.40
Ensaio de retardamento em curva com a 3.17.3.44τ’
j máquina operada com o motor
Ensaio de aceleração após supressão de 3.17.3.46carga, com a máquina operada comogerador
Ensaio de oscilação do rotor suspenso 3.17.3.38
Ensaio de oscilação com pêndulo auxiliar 3.17.3.40
H Ensaio de retardamento em vazio 3.17.3.42
Ensaio de retardamento em carga com a 3.17.3.44máquina operada como motor
Ensaio de aceleração após supressão ins- 3.17.3.46tantânea da carga, com a máquina operadacomo gerador
Medição direta 3.17.3.1
ifn Gráfico vetorial: de Potier 3.17.3.7
da ASA 3.17.3.8SUECO 3.17.3.9
Medição direta 3.17.3.1
Un Por meio do gráfico da característica em vazio 3.17.3.7
e do valor conhecido da corrente ifn
/ANEXO A
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a) o valor da corrente contínua sobreposta, que circulano enrolamento;
b) a queda de tensão nos terminais deste enrola-mento, devido à corrente contínua sobreposta.
Isto constitui, portanto, uma medição de resistência porleitura de tensão e corrente.
A-3.1.2 Este procedimento é aplicável qualquer que sejao modo de conexão dos enrolamentos (estrela com neutroacessível ou inacessível, triângulo), porém, o esquemado circuito de ensaio variará com o modo de conexão. Aseguir são dados três esquemas a título de exemplo:
A Figura 25-a) fornece os detalhes do esquema de ensaiopara a medição, em carga, da elevação de temperaturade um enrolamento ligado em estrela com neutroacessível. A Figura 25-b) mostra o esquema básico parao ensaio de curto-circuito na mesma máquina. A Figura25-c) mostra o esquema básico para um enrolamentoligado em estrela com neutro inacessível. Deste esquemapode ser deduzido facilmente o esquema de ensaio deum enrolamento ligado em triângulo.
A-3.1.3 No caso de um enrolamento ligado em estrela, asobreposição da corrente contínua é feita pelo neutro. Énecessário providenciar também um neutro de retorno, oqual, para um ensaio em carga, pode ser o do enrolamentodo estator de outro gerador de corrente alternada ou dotransformador principal, ou do enrolamento paralelo dogerador sob ensaio, se houver, ou ainda de um transfor-mador auxiliar ou de reatores ligados em zigue-zague e,no caso de um ensaio de curto-circuito, as conexões decurto-circuito dos terminais de linha.
A-3.1.4 No caso de um enrolamento com neutro inaces-sível, a corrente contínua deve ser sobreposta entre umafase e o terminal correspondente de um indutor trifásico.Como na prática a resistência do sistema é muito maisbaixa que a do enrolamento em ensaio, é necessário im-pedir a passagem da corrente contínua para o sistema.Para este fim, devem ser ligados capacitores ou resistoresentre o sistema e os pontos por onde é feita a sobreposiçãode corrente contínua. O esquema (Figura 24-c) mostraum resistor em cada fase, mas um resistor na fase sobensaio será suficiente. A sua resistência deve ser normal-mente igual à da fase sob ensaio.
A-3.1.5 Os capacitores ou resistores são normalmentecurto-circuitados. Os interruptores que os curto-circuitamsão abertos somente durante as medições
A-3.2 Método de medição
A-3.2.1 A descrição a seguir é limitada ao caso de um en-rolamento em estrela com neutro acessível (Figu-ra 25-a)).
A-3.2.2 A corrente contínua é medida nos terminais de umderivador colocado em série com a conexão do neutro:representa desta forma três vezes o valor médio das cor-
ANEXO A - Método da superposição
Nota: Ver 3.14.3 da NBR 5383.
A-1 Execução do ensaio
A-1.1 Mediante acordo prévio, as medições de resistênciapodem ser feitas, sem interrupção do ensaio, pelo métododa superposição que consiste na aplicação aos enrola-mentos de uma pequena corrente contínua de medição,sobreposta à corrente de carga.
A-2 Princípios do método
A-2.1 Pela aplicação de uma tensão contínua aos enrola-mentos do estator de uma máquina de corrente alternadaem carga superpõe-se à corrente alternada uma compo-nente de corrente contínua.
A-2.2 Por meio de reatâncias podem-se separar as com-ponentes contínua e alternada. A medição da resistênciados enrolamentos primários, empregando-se correntecontínua, pode ser feita pelo procedimento da ponte oupor medição de tensão e de corrente. A escolha do mé-todo e do circuito a adotar depende da potência e da ten-são da máquina a ensaiar, do modo de conexão dosseus enrolamentos de estator e do modo de execuçãodo ensaio de elevação de temperatura.
Notas: a)O valor da corrente contínua superposta deve ser su-ficientemente baixo e o seu tempo de circulação su-ficientemente curto, a fim de não influenciar a elevaçãode temperaturas dos enrolamentos. Se não for possívelevitar essa influência, a correção eventualmente a seraplicada deve ser determinada por cálculo ou porensaio. A correção na prática não é considerada ne-cessária se a corrente contínua superposta não ultra-passar em 5% a corrente alternada de carga e se nãocircular mais de 5 min. Para medições em máquinasde alta-tensão, o método descrito pode ser aplicadocom corrente contínua de valores muito mais baixos,inferiores mesmo a 1% da corrente de carga. O valormínimo da tensão contínua medida nos terminais doenrolamento e do derivador deve ser da ordem de10 mV.
b)As medições de resistência, antes e durante o ensaioem carga, devem ser feitas pelo mesmo método.
c)O método de medição de tensão e corrente é preferívelem máquinas de alta-tensão, devido à sua simplicidade;melhor precisão, contudo, será obtida com o métododa ponte.
Dois procedimentos específicos de aplicação deste mé-todo são descritos a seguir, a título de exemplo, sendo oprimeiro o procedimento da ponte e o segundo de medi-ção de tensão e corrente. Podem ser empregados outroscircuitos na dependência das conexões dos enrola-mentos e do tipo de máquina.
A-3 Medição da elevação de temperatura dosenrolamentos em máquinas de alta-tensão pelamedição de tensão e corrente
A-3.1 Procedimento
A-3.1.1 Sobrepõe-se uma corrente contínua fornecida, porexemplo, por uma bateria de acumuladores à correntealternada de carga e medem-se os valores seguintes:
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rentes sobrepostas a cada uma das três fases. O valormédio das tensões contínuas aplicadas às três fases doenrolamento é obtido pela leitura num microamperímetroligado entre o neutro do enrolamento e o neutro de trêsimpedâncias de resistências iguais e ligadas em estrelanos terminais de saída dos enrolamentos.
A-3.2.3 Para este fim, podem-se utilizar os enrolamentosprimários de elevada reatância de transformadores depotencial, a qual limita a circulação de corrente alternadanos circuitos de medição de corrente contínua.
A-3.2.4 Se R/3 for a resistência equivalente a três fasesdo enrolamento sob ensaio, r
a a resistência de uma im-pedância, r a resistência do circuito do microamperímetrode medição da tensão, obtém-se a seguinte relação entrea corrente sobreposta I
1 e a corrente i no microam-perímetro:
i = RI / 3
r + r / 31
a
a qual fornece a resistência procurada:
R = i I
(3r + r )1
a
Como se trata de medir uma elevação de temperatura,isto é , uma variação relativa da resistência, não é neces-sário medir os valores verdadeiros de R em vazio e sobcarga, mas apenas valores que lhes sejam proporcionais.É suficiente, portanto, que os instrumentos de mediçãotenham deflexões proporcionais, na faixa de medição,uma deles à tensão contínua nos terminais do enrola-mento sob ensaio e o outro à corrente contínua que circulaneste enrolamento.
A-3.3 Aparelhagem de medição
A-3.3.1 Derivadores
A-3.3.1.1 O derivador colocado em série com as conexõesde neutro será percorrido por corrente alternada de valormuito baixo, não acarretando problema algum de projeto.
A-3.3.1.2 No caso de enrolamento em triângulo, ou emestrela com neutro inacessível, deve ser empregado umderivador cuja resistência não seja afetado sensivelmentepela elevação de temperatura resultante da corrente al-ternada de carga que o percorre. Um seccionador ligadoaos seus terminais permitirá ligá-lo somente no momentodas medições.
A-3.3.1.3 O transformador de filtragem com relação uni-tária, ligado aos terminais do derivador, deve ter re-sistência elevada em comparação com a deste, a fim dea componente de corrente contínua, que circula atravésdele, não influenciar sensivelmente o seu estado de sa-turação magnética.
A-3.3.2 Microamperímetro e milivoltímetro
Estes documentos devem ser precisos e lineares. A suaclasse de precisão deve ser 0,5 de acordo com a Pu-
blicação nº 51 da Comissão Eletrotécnica Internacional,enquanto não vigorar norma brasileira equivalente. De-vem ser dotados de filtros, a fim de evitar interferência decorrente alternada nas medições. A resistência r do cir-cuito do microamperímetro deve ser superior a:
103ra
Para reduzir as variações de ra resultantes da elevaçãode temperatura do reator, convém dar a r um valor nãoinferior a 100 r
a. Usam-se geralmente aparelhos de feixeluminoso.
A-3.3.3 Transformadores de potencial usados nos circuitosde medição
Estes três transformadores devem ter reatâncias tão próxi-mas uma da outra quanto possível, a fim de reduzir acomponente alternada residual transmitida ao circuito demedição. Se as suas resistências não forem iguais, podemser equilibradas por meio de resistores adicionais, ou arelação r
a/3 pode ser substituída na fórmula pelo valorcalculado de resistência equivalente destas três impe-dâncias em paralelo. Se r tiver valor elevado com relaçãoao de r
a (r ≥ 100 ra), esta correção é desnecessária. Reco-menda-se escolhê-los com tensão nominal superior à damáquina, a fim de reduzir a influência das suas elevaçõesde temperatura sobre o valor da sua resistência.
A-3.3.4 Transformador auxiliar
Quando, na ausência de um ponto neutro de retorno nocircuito de alimentação, for usado transformador auxiliar,é necessário certificar-se de que a corrente contínua nãocausa elevação exagerada de temperatura desteaparelho, deslocamento do neutro ou de armação apre-ciável da forma de onda (terceiro harmônico). Por estasrazões, será geralmente preferível usar reatores em zigue-zague especialmente projetados para estes ensaios.
A-3.3.5 Isolação do circuito de medição
Apesar do circuito de medição estar a uma tensão próximaao potencial de terra, no caso de uma máquina de altatensão com neutro acessível, podem surgir tensões peri-gosas no caso de falta para a terra numa fase, o que tor-na necessário isolar todos os circuitos de medição para atensão nominal da máquina, fazer leituras à distância eusar interruptores acionáveis por meio de haste.
A-3.3.6 Alimentação da corrente contínua
A-3.3.6.1 É satisfatória qualquer fonte de corrente contínuade tensão estável, porém, no caso de máquinas de alta-tensão onde esta fonte deve ser isolada, isto torna-semais fácil mediante o emprego de uma bateria de acu-muladores.
A-3.3.6.2 O ajuste da corrente contínua pode ser executadomediante um resistor adicional variável, o qual tambémserve para limitar a corrente alternada, especialmente deterceiro harmônico que circula entre neutros, ou medianteE
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a inserção de um número maior ou menor dos elementosde bateria.
A-3.3.7 Precauções a observar nas medições
A-3.3.7.1 Como não se mede a corrente contínua real noenrolamento e a tensão correspondente, mas valores quelhes são proporcionalidade, é importante serem os fatoresde proporcionalmente iguais nas medições feitas em vazioe sob carga. Decorre daí que alteração alguma deve serfeita durante o ensaio, nas características dos elementosdo circuito, especialmente na sensibilidade dos instru-mentos.
A-3.3.7.2 Fenômenos transitórios, especialmente varia-ções de carga, podem dar origem a componentes con-tínuas capazes de falsear os resultados. Recomenda-sepor isso tomar leituras somente depois das indicaçõesterem permanecido constantes durante 10 s e que asmedições de tensão e de correntes sejam feitas simul-taneamente.
A-3.3.7.3 Como o zero mecânico dos aparelhos pode variarligeiramente durante o ensaio e não pode ser reguladodevido ao perigo de alta-tensão aplicada, ele deve serdeslocado para frente ou para trás de algumas divisões,a fim de deduzir a deflexão do zero mecânico, controladodepois de cada medição, das deflexões lidas durante oensaio.
A-3.3.7.4 Deve ser verificado, se os aparelhos de mediçãode corrente contínua não se desviam sob a influência dacorrente alternada de carga, quando não circula correntecontínua.
A-3.3.7.5 Nos casos especiais de máquinas de correntenominal elevada, isto é, máquinas de terminais de grandeporte, as diferenças de potencial porventura existente aolongo dos terminais poderão influenciar o grau de pre-cisão da medição da queda de tensão contínua no en-rolamento sob ensaio. Esta causa de erro poderá ser eli-minada, ligando-se o circuito de medição de tensão con-tínua aos terminais do enrolamento por meio de resis-tores equalizadores de aproximadamente 1 Ω, de acordocom a Figura 26.
A-4 Métodos baseados no emprego de ponte
A-4.1 Aplicabilidade dos métodos
Estes métodos, aplicáveis aos diversos modos de ligaçãodos enrolamentos (ligação em estrela com neutro aces-sível ou não, ligação em triângulo), são utilizados prin-cipalmente em máquinas de baixa tensão.
A-4.2 Aplicabilidade das pontes
Podem ser utilizadas pontes simples ou duplas. Reco-menda-se o emprego de ponte simples na medição deresistências de valor superior a 10 Ω. Os esquemas maisusuais são descritos a seguir.
A-4.3 Medição da elevação de temperatura dosenrolamentos em máquina de baixa tensão peloprocedimento da ponte dupla
A-4.3.1 De acordo com o método de conexão do enro-lamento, deve ser usado o circuito de ensaio indicado na
Figura 24-b (conexão em estrela com neutro acessível)ou na Figura 27 (conexão em triângulo).
Onde:
R1 = resistência de um enrolamento de fase
R2 = resistor calibrado da ponte
R3, R4 = resistores ajustáveis da ponte
D = impedores de reatância elevada delimitação da corrente alternada
RD = resistência dos impedores D
Z = interruptor para ligação em curto-circuito
W = interruptor
A = amperímetro de bobina móvel
F = filtro
A-4.3.2 O resistor calibrado R2 deve ser dimensionado
para a corrente de carga Ip. Recomenda-se que:
R2 ≤ 0,1 R1
A-4.3.3 Os resistores ajustáveis R3 e R4 devem ter a pre-cisão usual dos resistores para pontes de laboratório, ouseja, de aproximadamente 0,02%.
A-4.3.4 Os impedores D devem ser enrolados com fio debaixo coeficiente de temperatura. O valor de sua resis-tência deve ser conhecido com a mesma precisão que osvalores dos resistores R
3 e R4.
A-4.3.5 A ligação dos circuitos de medição é feita por meiodo interruptor W, com o interruptor para ligação em curto-circuito Z aberto.
A-4.3.6 São desligados, abrindo-se o interruptor W e fe-chando-se o interruptor para ligação em curto-circuito Z.
A-4.3.7 A corrente contínua indicada pelo amperímetrodeve ser da ordem de: 5% de I
p no caso da Figura 28 (li-gação em estrela); 10% a 15% de Ip no caso da Figura 27(ligações em triângulo) sendo I
p o valor da corrente al-ternada de fase da máquina durante o ensaio de elevaçãode temperatura.
A-4.3.8 Em máquinas que podem ser ligadas em estrelaou triângulo, recomenda-se a escolha da ligação estrelapara o ensaio.
A-4.3.9 A resistência de uma fase do enrolamento é calcu-lada, com a ponte em equilíbrio, pela fórmula:
R = R R + R
R1 2a D
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A-4.4 Medição da elevação de temperatura dosenrolamentos em máquinas de baixa tensão peloprocedimento da ponte simples
A-4.4.1 A Figura 29 mostra o esquema básico. O trans-formador de potencial T, de relação 1:1, serve para reduzira zero a tensão alternada entre os terminais da ponte,enquanto o capacitor é utilizado no desacoplamento dosistema do enrolamento sob ensaio, para correntecontínua. Sem este capacitor, a resistência medida seriaa do enrolamento em paralelo com a resistência dosistema.
A-4.4.2 O esquema mostra que a resistência medida é asoma das resistências dos enrolamentos e do secundáriodo transformador de potencial.
A-4.4.3 A resistência do enrolamento é obtida, subtraindo-se a resistência do transformador da resistência medida.Um interruptor de quatro pólos, como indicado na Figu-ra 30, evita o aquecimento do transformador de potenciale a variação da sua resistência durante os ensaios. Deveser levada em conta a resistência dos elementos auxiliarese, se houver, a sua variação com a temperatura.
A-4.4.4 A necessidade de manter baixa a queda de tensãoda corrente de carga alternada que percorre os capa-citores utilizados neste circuito, limita este método a má-quinas de potência relativamente baixa, da ordem de20 kVA a 30 kVA.
A-4.4.5 A Figura 29 mostra as disposições necessárias àaplicação deste método a uma máquina trifásica ligadaem estrela. A resistência medida corresponde à de duasfases em série. Com enrolamentos ligados em triângulo,o circuito de ensaio é o mesmo, mas a resistência medidaé a de uma fase ligada em paralelo com a resistência dasoutras duas fases ligadas em série. Se o neutro de enrola-mento sob ensaio for ligado à terra, deve ser inserido umcapacitor em cada fase do sistema.
A-4.4.6 O interruptor de quatro pólos indicados na Figu-ra 30 serve para vários fins:
a) ligação do transformador de potencial somente du-rante as medições de resistência, de forma a re-duzir a sua elevação de temperatura. Deve-se no-tar também que a finalidade do transformador depotencial consiste em fornecer tensão em oposiçãoà tensão alternada entre os terminais da ponte,mas não em fornecer energia. Nestas condições aelevação de temperatura capaz de afetar a resis-tência do seu enrolamento secundário é conside-ravelmente mais baixa;
b) curto-circuitar os bancos de capacitores duranteos períodos em que não são efetuadas medidas;
c) permitir verificação periódica da resistência do en-rolamento secundário do transformador de po-tencial, antes de efetuar as medições, para cons-tatação de eventual variação. Deve-se notar quedois pólos do interruptor são utilizados em paralelopara reduzir e tornar mais estáveis as resistênciasde contato neste circuito.
A-4.4.7 Se, em lugar de medir as elevações de tempera-tura em intervalos, se desejar observar a sua variaçãocontínua, será necessário manter o transformador do po-tencial ligado até atingir o seu equilíbrio térmico antes doinício e medir a resistência do enrolamento a frio.
A-4.4.8 O capacitor ligado aos terminais da ponte de me-dição tem por fim reduzir os efeitos de sobretensões demanobra no circuito de ensaio.
A-4.5 Medição da elevação de temperatura dosenrolamentos em máquinas de alta-tensão com oemprego de ponte
A-4.5.1 A Figura 31 mostra o esquema de ligação parauma máquina ligada em estrela com neutro acessível.
A-4.5.2 A tensão contínua de alimentação da ponte é apli-cada entre os pontos neutros da máquina e de um trans-formador T.
A-4.5.3 Um reator L1 opõe-se à circulação de correntes deterceiro harmônico entre os dois pontos neutros.
A-4.5.4 A filtragem das componentes de corrente alternadado circuito de medição é assegurada de um lado pormeio de um transformador T
1 de relação unitária, com en-rolamento primário de resistência elevada em relação aoderivador R
2, entre cujos terminais está ligado, e de outrolado por meio de um reator L2, série com um resistor R3 ede um capacitor ligado em paralelo com o braço R
3R4 daponte.
A-4.5.5 As condições necessárias para a precisão dasmedidas, relativas a reatores e derivadores e as medidasde segurança contra alta-tensão são as mesmas que parao método de medição de tensão e corrente. Se o neutroda máquina for diretamente aterrado, o circuito da pontepode ser protegido simplesmente por meio de um cente-lhador de esferas.
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F = filtro
L1 = reatância eventual para limitação das correntes de 3ª harmônica
Ta = transformador auxiliar
Figura 25-a) - Ensaio em carga
Figura 25-b) - Ensaio em curto-circuito - Esquema básico
F = filtro
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F = filtro
Nota: Em máquinas de potência relativamente baixa, os resistores R1, R2 ou R3 podem ser substituídos por capacitores. O esquemanão mostra os diversos interruptores necessários para o ensaio.
Figura 25-c) - Enrolamento em estrela com neutro inacessível - Esquema básico
Figura 26 - Resistores equalizadores
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F = filtro
Figura 27 - Enrolamento ligado em triângulo
F = filtro
Figura 28 - Medição em enrolamento de baixa tensão ligado em estrela pelo procedimento da ponte dupla
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Figura 29 - Esquema básico de medição pelo procedimento da ponte simples
T1 = transformador de potencial
T1 = transformador de potencial
S = lâmpada de sinalização
Figura 30 - Esquema prático de medição de um enrolamento trifásico de baixa tensão ligado em estrela peloprocedimento da ponte simples
/ANEXO B
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ANEXO B - Modelos de formulário para relatórios de ensaiosFormulário 1
Especificação do desempenho de geradores síncronos, com acionamento por turbina hidráulica, resfriados a ar
Característica nominal Data ___________
Potência Fator de Potência Velocidade Número Freqüência Tensão Corrente Tipo ounominal potência ativa de rotação de fases nominal nominal nominal carcaça
nominalkVA kW rpm Hz V A
DescriçãoA carga admissível no mancal de escora (gerador de eixo vertical), adicionalmente ao peso das partes girantes de gerador e excitatriz(quando fornecida) é de ........................................................................ kgfEfeito de inércia do rotor não inferior a .................................................. kgf m2
Sobrevelocidade - Velocidade de rotação máxima do gerador (e da excitatriz diretamente acoplada, quando fornecida),sem danos mecânicos: ......................................... rpm
O enrolamento amortecedor está
não está incluído.
Isolação: Enrolamento da armadura, classe de temperatura ...................................Enrolamento de excitação, classe de temperatura ...................................
Elevações de temperatura Ensaios dielétricos
Elevações de temperatura máximas permitidas°C
Núcleo da Enrolamento da armaduraarmadura,
para Termômetro Resistência Detectores kVA h resistência embutidos
Enrolamento deexcitação para
resistência
Tensão de ensaio *kV
Aplicada ao enrolamento
da armadura de excitação
AC* ou DC* AC* ou DC*
Os valores nominais e elevações de temperaturas são baseados em temperatura do ar de resfriamentode 40°C e altitude não superior a 1000 m.
Rendimento
* Indicar qual
Potência Fator de Potência Rendimentonominal potência ativa %
Para
Corrente 3/4 da 1/2 dakVA kW nominal corrente corrente
Água de resfriamento
Vazão Temperaturaaproximada máxima
1/min °C
Na determinação do rendimento acham-se incluídas as perdas nos enrolamentos da armadura e de excitação a ..... °C, as perdas emvazio e suplementares. As perdas por atrito e ventilação, excluída a parte das perdas nos mancais produzidas pelo peso externo ou
empuxo hidráulico são
não são incluídas. As perdas na excitatriz e no reostato de campo da excitatriz
não sãosão
incluídas. As perdas no
reostato de campo do gerador não são incluídas. Quando o gerador não for fornecido com o jogo completo de mancais, as perdas poratrito e ventilação (quando incluídas) serão baseadas no uso de mancais para ensaio. As perdas e elevação de temperatura são de-teminadas de acordo com o MB-470 - ...........
Excitação Excitatriz
Potência requerida para carga Tensão nominal Relação de resposta de Tensão teto de excitaçãonominal da máquina principal e excitação aproximada nominaltensão nominal da excitatriz
kW V V
Peso aproximado, em quilogramas-força
Total líquido Rotor líquido Parte mais pesada para o Total para expediçãoguindaste (líquido)
Reatâncias (valores calculados em "por unidade")
Síncrona Transitória, de eixo direto, sob corrente nominal Subtransitória, de eixo direto, sob tensão nominal
Fator depotência
Potêncianominal
Tempo até aestabilidade
térmica
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Formulário 2Especificação do desempenho de compensadores síncronos
Característica nominal Data ___________
Velocidade Número Freqüência Tensão Corrente Tipo oude rotação de fases nominal nominal nominal carcaça
Subexcitado Sobreexcitado nominal Gás PressãokVAr kVAr rpm Hz kV A kgf/cm2
Descrição ___________________________________________________________________________________________________
Sobrevelocidade - Velocidade de rotação máxima do gerador (e da excitatriz diretamente acoplada, quando fornecida),sem danos mecânicos .......................................... rpm
Elevações de temperatura Ensaios dielétricos
Meio de ResfriamentoPotência nominal
Os valores nominais e elevações de temperatura são baseados na temperatura de ...°C do gás de resfriamento, na saída dos tro-cadores de calor ou (se não houver trocadores de calor) nas aberturas de admissão de ar da máquina, e em altitude não superior a1000 m para máquinas resfriadas a ar. Em máquinas resfriadas a hidrogênio, funcionando em qualquer altitude, a pressão do hidro-gênio deve ser mantida em valor absoluto igual ao correspondente ao funcionamento ao nível do mar com a pressão do hidrogênio, emquilogramas-força por centímetro quadrado, à qual é referida a característica nominal.
Perdas
As perdas do compensador, quando funcionar na sua característica nominal, não excederão ............. kW
As perdas consistem nas perdas nos enrolamentos da armadura e de excitação a .....°C, nas perdas em vazio, suplementares, poratrito e ventilação, na excitatriz e no reostato de campo da excitatriz.
As perdas e elevações de temperatura são determinadas de acordo com o MB-470 - ............
Dados de operação
Tensão de ensaio *kV
Aplicada ao enrolamento
da armadura de excitação
AC* ou DC* AC* ou DC*
Elevações de temperatura máximas permitidas°C
Subexcitado Sobreexcitado
Núcleo da armadura, Enrolamento de Enrolamento depor termômetro armadura, por excitação, por
kVAr kVAr detector embutido resistência
Potência nominal
* Indicar qual
Peso aproximado, em quilogramas-força
Total líquido Rotor líquido Parte mais pesada para o Total para expediçãoguindaste (líquido)
Potência de partida, em quilovolt-ampéres
Quando dor dada partida com ....... % da tensão nominal, a potência nos terminais do compensador será de aproximadamente .... kVAr
Efeito de inércia do rotor não inferior a ...................... kgf m2
Água de resfriamento Excitação Excitatriz
Vazão Temperatura Potência requerida Tensão nominal Relação de Tensão teto deaproximada máxima para carga nominal resposta de excitação
da máquina principal excitação nominale tensão nominal aproximada
da excitatriz
kVAr 1/min °C kW V
Reatâncias (valores calculados em "por unidade")
Síncrona Transitória, de eixo direto, sob corrente nominal Subtransitória, de eixo direto, sob tensão nominal
Potência nominalcapacitativo (sem
excitação)
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Característica nominal Data ___________
Potência Fator de Potência Velocidade Número Freqüência Tensão Corrente Tipo ounominal potência ativa de rotação de fases nominal nominal nominal carcaça
nominalkVA kW rpm Hz kV A
Formulário 3Especificação do desempenho de geradores síncronos, com acionamento outro que por turbina hidráulica,
resfriados a ar
Descrição ___________________________________________________________________________________________________
Isolação: Enrolamento da armadura, classe de temperatura ...................................Enrolamento de excitação, classe de temperatura ...................................
O enrolamento amortecedor está
não está incluído.
Elevações de temperatura Ensaios dielétricos
Elevações de temperatura máximas permitidas°C
Potência Fator de Tempo até a Núcleo da Enrolamento da armaduranominal potência estabilidade armadura,
térmica por Termômetro Resistência Detectores kVA h resistência embutidos
Enrolamento deexcitação, por
resistência
Tensão de ensaio *kV
Aplicada ao enrolamento
da armadura de excitação
AC* ou DC* AC* ou DC*
Peso aproximado, em quilogramas-força
Total líquido Rotor líquido Parte mais pesada para o Total para expediçãoguindaste (líquido)
Potência Fator de Potência Rendimentonominal potência ativa %
Para
Corrente 3/4 da 1/2 dakVA kW nominal corrente corrente
nominal nominal
Potência Tensãorequerida para nominal dacarga nominal excitatriz
da máquinaprincipal e
tensão nominalda excitatriz
kW V
Os valores nominais e elevações de temperaturas são baseados em temperatura do ar de resfriamentode 40°C e altitude não superior a 1000 m.
* Indicar qual
Sobrevelocidade - Velocidade de rotação máxima do gerador (e da excitatriz diretamente acoplada, quando fornecida),sem danos mecânicos: ......................................... rpm
Rendimento Excitação
Na determinação do rendimento acham-se incluídas as perdas nos enrolamentos da armadura e de excitação a ........ °C, as perdas em
vazio e suplementares. As perdas por atrito e ventilação são
não são incluídas. As perdas na excitatriz e no reostato de campo da excitatriz
sãonão são
incluídas. As perdas no reostato de campo do gerador não são incluídas. Quando o gerador não for fornecido com o jogo com-
pleto de mancais, as perdas por atrito e ventilação (quando incluídas) serão baseadas no uso de mancais para ensaio. As perdas e ele-vações de temperatura são determinadas de acordo com o MB-470 - ...............
Efeito de inércia do rotor não inferior a ................................... kgf m2.
Coeficiente de sincronização: aproximadamente ................. kW/rad elétrico
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Característica nominal Data ___________
Potência Fator de Velocidade Número de Freqüência Tensão Corrente Tipo ounominal potência de rotação nominal nominal nominal carcaça
Pólos FaseskW rpm Hz V A
Formulário 4Especificação do desempenho de motores síncronos
Descrição ___________________________________________________________________________________________________
Isolação: Enrolamento da armadura, classe de temperatura ...................................Ligações da armadura, classe de temperatura ........................................Enrolamento de excitação, classe de temperatura ...................................
Elevações de temperatura Excitação
Potência Tensãonominal nominal da
requerida na excitatrizcarga nominal
do motor etensão nominal
da excitatrizkW V
Elevações de temperatura máximas permitidas°C
Potência Fator de Tempo até a Núcleo da Enrolamento da armaduranominal potência estabilidade armadura,
térmica por Termômetro Resistência Detectores kW h resistência embutidos
Enrolamento deexcitação por
resistência
Potência com Conjugado com Conjugado máximo mantidorotor bloqueado rotor bloqueado durante 1 min com excitação
Conjugado Efeito de inércia normal da carga sobre o para carga nominalkVA qual o conjugado é baseado
Conjugado de sincronização
Recomendadas partida com ............. % da tensão nominal e sincronização com .............. % da tensão nominal.
No caso de partida sob tensão reduzida, com autotransformador, o conjugado e a potência do motor, com rotor bloqueado, devem serreduzidos aproximadamente, em proporção ao quadrado da tensão reduzida aplicada.
Rendimento Peso aproximado, em quilogramas-força
Os ensaios dielétricos são executados de acordo com o MB-470 -
Os valores nominais e elevação de temperaturas são baseados em temperatura do ar de resfriamento de 40°C e altitude não superior a1000 m -
Conjugados e potência com rotor bloqueado (em porcentagem dos valores nominais, sob tensão nominal)
Potência Fator de Rendimentonominal potência %
Para
Corrente 3/4 da 1/2 danominal corrente corrente
kW nominal nominal
Total Rotor Parte mais Totallíquido líquido pesada para para
o guindaste expedição(líquido)
Na determinação do rendimento, acham-se incluídas as perdas nos enrolamentos da armadura e de excitação a .... °C, as perdas emvazio e suplementares. As perdas por atrito e ventilação, excluída a parte das perdas nos mancais produzidas pelo peso externo ou
empuxo hidráulico, são
não são incluídas. As perdas na excitatriz e no reostato de campo da excitatriz
sãonão são
incluídas. As perdas no
reostato de campo do motor não são incluídas. Quando o motor não for fornecido como o jogo completo de mancais, as perdas poratrito e ventilação (quando incluídas) serão baseadas no uso de mancais para ensaio.
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Índice alfabético
1 Objetivo .......................................................................................................................................................... 1
2 Documentos complementares ...................................................................................................................... 1
3 Ensaios .......................................................................................................................................................... 1
3.1 Resistência do isolamento ............................................................................................................................ 1
3.2 Valor mínimo da resistência do isolamento ................................................................................................... 2
3.3 Ensaio dielétrico ............................................................................................................................................ 4
3.4 Ensaio de resistência ôhmica ........................................................................................................................ 4
3.5 Ensaio de espiras curto-circuitadas do enrolamento de excitação .............................................................. 4
3.6 Ensaio de polaridade para bobinas de campo.............................................................................................. 5
3.7 Ensaio de tensão no eixo e isolação de mancal ............................................................................................ 5
3.8 Ensaio de seqüência de fases ....................................................................................................................... 6
3.9 Irregularidade da forma de onda - Determinação do fator de interferência telefônica (FIT) ......................... 8
3.10 Ensaio de sobrevelocidade ........................................................................................................................... 9
3.11 Característica em V ........................................................................................................................................ 9
3.12 Capacidade dos geradores para absorver potência reativa ...................................................................... 10
3.13 Perdas e rendimento .................................................................................................................................... 10
3.13.1 Prescrições gerais ....................................................................................................................................... 10
3.13.2 Classes de ensaio para a determinação do rendimento ............................................................................. 11
3.13.3 Ensaios para medição das perdas e determinação do rendimento ........................................................... 11
3.13.4 Escolha dos ensaios .................................................................................................................................... 11
3.13.5 Precisão ....................................................................................................................................................... 11
3.13.6 Métodos e ensaios preferenciais ................................................................................................................. 11
3.13.7 Determinação do rendimento pelo ensaio do freio ..................................................................................... 11
3.13.8 Determinação de rendimento pelo ensaio com máquina calibrada ........................................................... 11
3.13.9 Determinação do rendimento pelo ensaio de oposição mecânica ............................................................ 11
3.13.10 Determinação do rendimento pelo ensaio de oposição elétrica ................................................................ 11
3.13.11 Determinação do rendimento pelo ensaio de fator de potência nulo ......................................................... 11
3.13.12 Determinação do rendimento pela adição das perdas ............................................................................... 12
3.13.13 Descrição dos métodos para determinação do rendimento ....................................................................... 13
3.14 Ensaio de elevação de temperatura ............................................................................................................ 22
3.14.1 Método termométrico de medição da temperatura ..................................................................................... 22
3.14.2 Método de medição da temperatura por resistência ................................................................................... 23
3.14.3 Método de medição da temperatura por superposição .............................................................................. 23
3.14.4 Generalidades ............................................................................................................................................. 23
3.14.5 Medição da temperatura do meio refrigerante durante os ensaios de elevação de temperatura .............. 23
3.14.6 Métodos de aplicação da carga ................................................................................................................... 24
3.14.7 Leituras de temperatura ............................................................................................................................... 24
3.14.8 Duração do ensaio ....................................................................................................................................... 25
3.15 Ensaio velocidade de rotação-conjugado para motor síncrono ................................................................. 25
3.16 Conjugado máximo em sincronismo ........................................................................................................... 28
3.17 Grandezas de máquinas síncronas ............................................................................................................. 28
3.17.1 Generalidades ............................................................................................................................................. 28
3.17.2 Métodos de determinação ........................................................................................................................... 30
3.17.3 Descrição dos ensaios e determinação das grandezas das máquinas a partir dos mesmos .................... 32Exem
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3.17.3.1 Ensaio de saturação em vazio ..................................................................................................................... 32
3.17.3.2 Ensaio de curto-circuito trifásico permanente ............................................................................................. 33
3.17.3.3 Determinação de grandezas a partir da característica em vazio e da característica em curto-circuito trifási-co permanente ............................................................................................................................................. 33
3.17.3.4 Ensaio com fator de potência nulo ............................................................................................................... 33
3.17.3.5 Determinação da corrente de excitação correspondente à tensão nominal e à corrente nominal da armaduraa fator de potência nulo (sobreexcitação) .................................................................................................... 33
3.17.3.6 Determinação da reatância de Potier a partir da característica em vazio, da característica em curto-circuitotrifásico permanente e da corrente de excitação correspondente à tensão nominal e à corrente nominal daarmadura a fator de potência nulo (sobreexcitação) ................................................................................... 33
3.17.3.7 Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico de Potier ........................................ 34
3.17.3.8 Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico ASA ................................................ 35
3.17.3.9 Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico sueco ............................................. 36
3.17.3.10 Ensaio de excitação negativa ...................................................................................................................... 36
3.17.3.11 Determinação de xq a partir do ensaio de excitação .................................................................................... 36
3.17.3.12 Ensaio de baixo escorregamento ................................................................................................................ 36
3.17.3.13 Determinação de xq pelo ensaio de baixo escorregamento ....................................................................... 37
3.17.3.14 Ensaio em carga com medição do ângulo de carga δ ......................................................................................... 37
3.17.3.15 Determinação de Xq pela medição medição do ângulo de carga no ensaio em carga .............................. 37
3.17.3.16 Ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo .............................................................................................. 37
3.17.3.17 Determinação de grandezas a partir do ensaio de curto-circuito trifásico instantâneo .............................. 39
3.17.3.18 Ensaio de restabelecimento da tensão ....................................................................................................... 43
3.17.3.19 Determinação de grandezas a partir do ensaio de restabelecimento da tensão ....................................... 43
3.17.3.20 Ensaio de aplicação de tensão nas posições do rotor de eixo direto e de eixo em quadratura com relaçãoao eixo de campo do enrolamento da armadura ......................................................................................... 44
3.17.3.21 Determinação de grandezas a partir do ensaio de aplicação de tensão nas posições do rotor de eixo diretoe de eixo em quadratura com relação ao eixo de campo do enrolamento da armadura ............................ 44
3.17.3.22 Ensaio de aplicação de tensão para uma posição arbitrária do rotor ......................................................... 44
3.17.3.23 Determinação de grandezas a partir do ensaio de aplicação de tensão para uma posição arbitrária dorotor .............................................................................................................................................................. 44
3.17.3.24 Ensaio de curto-circuito monofásico permanente ....................................................................................... 45
3.17.3.25 Determinação de grandezas a partir do ensaio de curto-circuito monofásico permanente ....................... 45
3.17.3.26 Ensaio de seqüência negativa .................................................................................................................... 45
3.17.3.27 Determinação de grandezas a partir do ensaio de seqüência negativa .................................................... 46
3.17.3.28 Ensaio de alimentação monofásica das três fases ..................................................................................... 46
3.17.3.29 Determinação de grandezas a partir do ensaio de alimentação monofásica das três fases ..................... 46
3.17.3.30 Ensaio de curto-circuito permanente entre dois terminais de linha e neutro .............................................. 46
3.17.3.31 Determinação de grandezas a partir do ensaio de curto-circuito permanente entre dois terminais de linha eneutro ........................................................................................................................................................... 47
3.17.3.32 Medições da resistência dos enrolamentos: sob corrente contínua, pelo método de tensão e corrente oupelo método da ponte .................................................................................................................................. 47
3.17.3.33 Determinação da resistência sob corrente contínua pelo método de tensão e corrente e pelo método daponte ............................................................................................................................................................ 47
3.17.3.34 Ensaio de decréscimo da corrente de excitação com o enrolamento da armadura em vazio .................... 48
3.17.3.35 Determinação de τ’do a partir do ensaio de decréscimo da corrente de excitação com o enrolamento daarmadura em vazio ...................................................................................................................................... 48
3.17.3.36 Ensaio de decréscimo da corrente de excitação com o enrolamento da armadura em curto-circuito ....... 48
3.17.3.37 Determinação de τ’do a partir do ensaio de decréscimo da corrente de excitação com o enrolamento daarmadura em curto-circuito .......................................................................................................................... 49E
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3.17.3.38 Ensaio de oscilação do rotor suspenso ....................................................................................................... 49
3.17.3.39 Determinação de τj e de H a partir do ensaio do rotor suspenso ................................................................. 49
3.17.3.40 Ensaio de oscilação com pêndulo auxiliar .................................................................................................. 49
3.17.3.41 Determinação de τj e H a partir do ensaio de oscilação em pêndulo auxiliar ............................................. 49
3.17.3.42 Ensaio de retardamento em vazio ............................................................................................................... 50
3.17.3.43 Determinação de τj e de H a partir do ensaio do retardamento em vazio ................................................... 50
3.17.3.44 Ensaio de retardamento de máquinas acopladas mecanicamente, operando-se a máquina síncrona comomotor ............................................................................................................................................................ 50
3.17.3.45 Determinação de τj e de H de máquinas acopladas mecanicamente, a partir do ensaio de retardamento,operando-se a máquina síncrona como motor ............................................................................................ 50
3.17.3.46 Ensaio de aceleração após supressão instantânea da carga, com a máquina operada como gerador ... 50
3.17.3.47 Determinação de τj e de H a partir do ensaio de aceleração após a supressão instantânea da carga com a
máquina operada como gerador ................................................................................................................. 50
3.17.3.48 Determinação de grandezas por meio de cálculos, utilizando-se grandezas obtidas de ensaios ............ 51
Tabela 1 Fatores de ponderação .................................................................................................................................. 8
Tabela 2 Relação de métodos de ensaio ................................................................................................................... 51
Figura 1 Determinação da resistência do isolamento ................................................................................................. 3
Figura 2 Medição da resistência do isolamento - método do voltímetro ..................................................................... 4
Figura 3 Indicador de seqüência de fases ................................................................................................................... 7
Figura 4 Indicador de seqüência com fases de lâmpadas néon ................................................................................. 7
Figura 5 Esquema de ligações para comparação da seqüência de fase de um gerador com a do sistema pelaindicação de tensão através de uma chave desligadora .............................................................................. 7
Figura 6 Fatores de ponderação .................................................................................................................................. 9
Figura 7 Conjunto de curvas em V típicas .................................................................................................................. 10
Figura 8-a) Diagrama de ligações para os ensaios em vazio ........................................................................................ 15
Figura 8-b) Diagrama de ligações para os ensaios de curto-circuito ............................................................................ 15
Figura 9 Medição de velocidade de rotação por meio de tensões contínuas ........................................................... 18
Figura 10 Curvas de retardamento .............................................................................................................................. 19
Figura 11 Características com rotor bloqueado ........................................................................................................... 28
Figura 12 Determinação da relação de curto-circuito ................................................................................................. 32
Figura 13 Determinação da corrente de excitação, correspondente à tensão e correntes nominais da armadura, peloensaio de fator de potência nulo .................................................................................................................. 34
Figura 14 Determinação da reatância de Potier .......................................................................................................... 35
Figura 15 Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico de Potier ........................................ 35
Figura 16 Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico ASA ................................................ 40
Figura 17 Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico sueco ............................................. 40
Figura 18 Determinação de Xq a partir do ensaio de excitação negativa ................................................................... 41
Figura 19 Determinação de Xq pelo ensaio de baixo escorregamento ....................................................................... 41
Figura 20-a) Variação da componente periódica da corrente da armadura em função do tempo - Última parte do gráficoconstituída por linha reta .............................................................................................................................. 42
Figura 20-b) Variação da componente periódica da corrente de armadura em função do tempo - Última parte do gráficoconstituída por curva .................................................................................................................................... 42
Figura 20-c) Determinação do maior valor possível da componente aperiódica da corrente de curto-circuito ............. 42
Figura 21 Determinação de grandezas a partir do ensaio de restabelecimento da tensão ....................................... 43
Figura 22 Esquema para o ensaio de curto-circuito trifásico permanente .................................................................. 45
Figura 23 Esquema para o ensaio de curto-circuito trifásico permanente entre dois terminais de linha e neutro ..... 46
Figura 24 Esquema para determinação da resistência da armadura e resistência do enrolamento de excitação pelométodo de tensão e corrente ....................................................................................................................... 48E
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Anexo A Método da superporição .............................................................................................................................. 55
Figura 25-a) Ensaio em carga .......................................................................................................................................... 59
Figura 25-b) Ensaio em curto-circuito, esquema básico .................................................................................................. 59
Figura 25-c) Enrolamento em estrela com neutro inacessível, esquema básico ............................................................ 60
Figura 26 Resistores equalizadores ............................................................................................................................ 60
Figura 27 Enrolamento ligado em triângulo ................................................................................................................ 61
Figura 28 Medição em enrolamento de baixa tensão ligado em estrela pelo procedimento da ponte dupla ............ 61
Figura 29 Esquema básico de medição pelo procedimento da ponte simples .......................................................... 62
Figura 30 Esquema prático de medição de um enrolamento trifásico de baixa tensão ligado em estrela peloprocedimento da ponte simples ................................................................................................................... 63
Anexo B Formulários para relatórios de ensaios ....................................................................................................... 63
Formulário 1 Especificação do desempenho de geradores síncronos com acionamento por turbina hidráulica, resfriadosa ar ................................................................................................................................................................ 63
Formulário 2 Especificação do desempenho de compensadores síncronos .................................................................. 64
Formulário 3 Especificação do desempenho de geradores síncronos, com acionamento outro que por turbina hidráulica,resfriados a ar ............................................................................................................................................... 65
Formulário 4 Especificação do desempenho de motores síncronos ............................................................................... 66
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