Centro Federal de Educao Tecnolgica de Minas Gerais(CEFET-MG)

Departamento de Ensino de II Grau

Coordenao do Curso Tcnico de Eletrotcnica e Automao Industrial

Disciplina: Prtica de Laboratrio de Mquinas Eltricas II

Prof. Welington Passos de Almeida Prof. Colimar Marcos Vieira2007

ndice

Contedo 1 Aula prtica: Contedo Programtico..................................................................... 3 2 Aula prtica: Motor de Induo.............................................................................. 5 3 Aula prtica:Motor de induo rotor bobinado ....................................................... 7 4 Aula prtica :Partida Motor de induo ................................................................ 10 5 Aula prtica :Ensaio rotor bloqueado ................................................................... 12 6 Aula prtica : Ensaio a vazio motor de induo.................................................... 14 7 Aula prtica : Ensaio de carga motor de induo................................................. 16 8 Aula prtica : Mquina Sncrona .......................................................................... 18 9 Aula prtica : Ensaio a vazio gerador sncrono..................................................... 20 10 Aula prtica : Ensaio em curto circuito gerador sncrono ................................... 22 11 Aula prtica : Paralelismo geradores sncronos .................................................. 24 12 Aula prtica :Ensaio de carga motor sncrono .................................................... 26 IV BIBLIOGRAFIA: ............................................................................................ 28

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1 Aula prtica: Contedo Programtico Assunto: Apresentao, objetivos gerais, contedo programtico, bibliografia e avaliao.I APRESENTAO:

Disciplina: Prtica de Laboratrio de Mquinas Eltricas II PLME II. Curso: Eletrotcnica e Automao Industrial Carga Horria de 02 aulas semanais.II OBJETIVOS GERAIS: Ao final da disciplina o aluno ser capaz de: 1. Identificar os componentes bsicos da mquina assncrona. 2. Executar os principais ensaios de laboratrio em motores assncronos. 3. Obter o circuito equivalente dos motores assncronos a partir dos ensaios de laboratrio. 4. Calcular o rendimento dos motores assncronos a partir dos circuitos equivalentes obtidos nos ensaios e das condies de operao. 5. Determinar a regulao de velocidade dos motores assncronos. 6. Identificar os componentes bsicos da mquina sncrona. 7. Utilizar a terminologia especfica empregada para a mquina sncrona. 8. Executar os principais ensaios de rotina da mquina sncrona. 9. Executar transferncia de potncia ativa e reativa entre geradores sncronos ligados a um barramento infinito. 10. Calcular o rendimento dos motores sncronos a partir dos ensaios e das condies de operao. III CONTEDO PROGRAMTICO: UNIDADE 1: MQUINAS ASSNCRONAS 1.1 Partes constituintes e aplicaes. 1.2 Ensaio a vazio do motor de induo trifsico com o circuito de rotor aberto. 1.3 Medio da relao de transformao de um MIT, rotor bobinado. 1.4 Partida de um MIT, rotor bobinado. 1.5 Ensaio de rotor bloqueado de um MIT, rotor bobinado.Mquinas Eltricas II Pgina 3

Turma: 4 Mdulo

1.6 Ensaio a vazio de um MIT, rotor bobinado. 1.7 Ensaio de carga de um MIT, rotor bobinado. UNIDADE 2: MQUINAS SNCRONAS 2.1 - Partes constituintes, emprego e aplicaes. 2.2 - Partida de um motor sncrono. 2.3 - Ensaio a vazio de um gerador sncrono trifsico. 2.4 - Ensaio de curto-circuito de um gerador sncrono trifsico. 2.5 - Operao em paralelo de geradores sncronos trifsicos. 2.6 - Ensaio de carga do motor sncrono trifsico. 2.7 - Ensaio de carga do gerador sncrono trifsico. V AVALIAO: 1 Avaliao escrita abrangendo os contedos das prticas de Mquinas de induo trifsica, valor: 30 pontos; 2 Avaliao escrita abrangendo os contedos das prticas de mquinas sncronas, valor: 30 pontos; 3 Avaliao escrita abrangendo os contedos das prticas de mquinas de induo trifsica e mquinas sncronas, valor: 40 pontos; 4 Exame Especial, valor: 100 pontos: a) Avaliao da seqncia de aes para resolver um determinado problema, valor: 40 pontos; b) Avaliao da execuo de ensaios e soluo do problema, valor: 60 pontos

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2 Aula prtica: Motor de Induo Assunto: Introduo do motor de induo trifsico.Fundamentos TericosUm Campo magntico girante com amplitude constante e velocidade angular constante ocorre no estator da mquina de induo trifsica quando lhe aplicada uma tenso trifsica com amplitude e freqncia constantes no seu enrolamento de armadura. Isto acontece por causa da composio vetorial das correntes circulantes em cada fase, que combinada com a posio geomtrica dos enrolamentos da armadura (defasados de 120 geomtricos) produz o campo magntico rotativo no sentido horrio ou anti-horrio, dependendo da seqncia de fases da tenso aplicada. A cada instante o fluxo mtuo resultante no entreferro da mquina (m) desencadeia uma srie de aes que faz a mquina operar equilibradamente em cada ponto de carga. O diagrama vetorial, a seguir, mostra o funcionamento equilibrado da mquina de induo trifsica para uma tenso senoidal instantaneamente positiva aplicada no enrolamento da armadura, isto , com valores instantneos no I e II quadrantes trigonomtricos.

Onde: Va = Tenso na armadura (amplitude e freqncia constantes) Ia = Corrente na armadura (amplitude varivel) a = ngulo do fator de potncia na armadura a = Fluxo na armadura (amplitude varivel) Ea = Tenso induzida na armadura (amplitude varivel) Er = Tenso induzida no rotor (amplitude e freqncia variveis) r = ngulo do fator de potncia no rotor Ir = Corrente no rotor (amplitude e freqncia variveis) r = Fluxo no rotor (varivel) m = Fluxo mtuo resultante no entreferro (constante) As partes constituintes das mquinas de induo trifsica so:Mquinas Eltricas II Pgina 5

Carcaa Ncleo do estator ou da armadura Enrolamento do estator ou da armadura Eixo do rotor Ncleo do rotor Enrolamento do rotor: a) Bobinado ou enrolado; b) Gaiola de esquilo. Obs.: Quando o rotor bobinado, a mquina exige anis coletores, escovas, molas e porta escovas. A velocidade angular do campo magntico girante (Ns) a partir de: (Ns = 120.f / P), onde Ns a velocidade angular ou velocidade sncrona (rpm), f a freqncia da tenso do enrolamento da armadura e P o nmero de plos da mquina. . A diferena entre a velocidade sncrona do campo magntico girante e a velocidade efetiva do rotor chamada de deslize ou de escorregamento (s): s(%) = [(Ns Nr).100%] / Ns, Onde: Nr = Velocidade do rotor (rpm) s% = Escorregamento percentual A tenso, freqncia e a reatncia do rotor dependem exclusivamente do escorregamento (s): fr = s . f, onde fr a freqncia da tenso no rotor; Er = s. Ebl, onde Er Tenso induzida no rotor e Ebl a tenso induzida com o rotor bloqueado; Xr = s. Xbl, onde Xr a reatncia do rotor e Xbl a reatncia do rotor com rotor bloqueado. O nmero de pares de plos inversamente proporcional velocidade angular se o perodo ou freqncia forem constantes. O nmero de pares de plos diretamente proporcional freqncia se a velocidade for mantida constante.

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3 Aula prtica: Motor de induo rotor bobinado Assunto: Ensaio do MIT, rotor bobinado, com o circuito de rotor aberto.Fundamentos TericosNeste ensaio determina-se a potncia de histerese e correntes de Foucault com circuito de rotor aberto (Phfcra) desenvolvido pelo motor de induo trifsico para a condio de tenso e freqncia nominais aplicadas na armadura. A equao de tenso por fase do motor de induo trifsico dada por: Vaf = Zaf x Iaf + Zmf x Iaf Onde, Vaf = tenso na armadura por fase Zaf = impedncia de armadura por fase Iaf = corrente de armadura por fase Zmf = impedncia de magnetizao por fase A potncia total com o circuito de rotor aberto (Ptcra) dada por: Ptcra = Phfcra + Prea Onde, Ptcra = W 1 + W 2 = (3)1/2 . Va. Ia. Cos a Phfcra = Ptcra - Prea = 3. (Vmf)2 / Rmf Cos a = fator de potncia da armadura Vmf = tenso de magnetizao por fase Rmf = resistncia de magnetizao por fase Prea = potncia nas resistncias do enrolamento da armadura Prea = 3. Raf. (Iaf)2 = 3/2 Rlinha. (Ia)2 Onde, Raf = resistncia de armadura por fase Rlinha = resistncia de armadura por linha

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Raf Raf

RLinha = 2 R af ou: R af = R Linha 2

Raf

A resistncia de armadura por fase pode ser medida diretamente, se a conexo estrela ou tringulo for desfeita, caso contrrio mede-se a resistncia de linha e calcula-se a resistncia de fase e corrige-se para a temperatura de trabalho (75C): (Raf) 75C = (Raf) ta [(234,5 + 75) / (234,5 + ta)], Onde: (Raf) ta = resistncia na temperatura ambiente (Raf) 75C = resistncia na temperatura de 75oC 234,5 = temperatura negativa no qual a resistncia do cobre praticamente igual a zero. Ento, voltando equao de potncia total com o circuito de rotor aberto Ptcra e isolando a varivel potncia de histerese e correntes de Foucault Phfcra teremos, - 3 Raf . I2af ou ainda Phfcra = Ptcra - Prea ou Phfcra = W 1 + W 2 Phfcra = [(3)1/2. Va. Ia. Cos a] - [(3/2). Rlinha. (Ia)2]. Este Phfcra determinado para a tenso nominal aplicada na armadura Va e para a freqncia nominal da tenso aplicada na armadura f . Sabe-se que o Phf varia quadraticamente com a tenso aplicada na armadura e que o mesmo Phf varia linearmente com a freqncia aplicada na armadura, da concluirmos que ser possvel determinar o desconhecido Phfx se a freqncia aplicada na armadura for mantida constante e a tenso aplicada na armadura Vax variar, teremos: (Phfcra / Phfx) = [(Va)2 / (Vax)2] e isolando o valor do Phfx teremos a seguinte expresso: Phfx = [ Phfcra . ( Vax )2 ] / ( Va )2.

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Procedimentos 1 Medir a resistncia de armadura por fase e corrigi-la para a temperatura de trabalho 75 0C; 2 Executar o diagrama de montagem:R S T A W2 W1 V MIT V

3 Aplicar a tenso nominal e freqncia nominal no enrolamento da armadura e anotar as medies dos instrumentos: Ia (A) Iaf (A) Va (V) Vaf (V) W1 (W) W2 (W) Ptcra (W) Erl linha (V) Ebl/fase (V)

Ebl = tenso do rotor por fase, com o rotor parado ou bloqueado. Erl = tenso do rotor de linha 4 Determinar Prea, Phf e a relao de transformao do MIT MIT considerando as tenses de fase da armadura e do rotor. Prea (W) Phf (W) MIT

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4 Aula prtica: Partida Motor de induo Assunto: Partida do MIT, rotor bobinado.Fundamentos TericosNeste ensaio vamos verificar a diminuio da corrente de partida do MIT, rotor bobinado, e a variao da velocidade do rotor em funo da resistncia inserida no circuito eltrico do rotor (Rx). Esta verificao ser feita com o motor sem carga ou a vazio, mas este comportamento geral e, portanto, vlido tambm para o motor com carga. As equaes base deste ensaio so: a) Ir = Ebl / [(Rr + Rx)2 + (S . Xbl)2]1/2 , com a insero de Rx, a corrente Ir diminui. b) Cos r = (Rr + Rx) / [(Rr + Rx)2 + (S . Xbl)2]1/2 , com a insero de Rx, o cos r aumenta. c) T = Kt . S . Ebl . Ir. Cos r = (Kt . S . (Ebl)2 . (Rr + Rx)] / [(Rr + Rx)2 + (S . Xbl)2] , Com a insero de Rx, o torque aumenta e pode chegar at ao valor mximo, se (Rr + Rx) = (S . Xbl). d) (Sr / Rr) = Sr+x / (Rr + Rx), com a insero de Rx, o escorregamento aumenta. e) Sr+x = (Ns Nr+x) / Ns, com o aumento do escorregamento Sr+x, a velocidade Nr+x diminui. Procedimentos 1 Medir a resistncia do rotor por fase (Rrf); 2 Fazer a conexo do enrolamento da armadura para 220 V (Tringulo paralelo), de acordo com o diagrama de montagem a seguir:

R S T

Ia

Ir MIT Reostato de Partida

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3 Ajustar o reostato de partida para a posio 0 (zero), ou seja, de mxima resistncia inserida (Rx); 4 Acionar o motor de induo MIT, anotando as leituras das correntes mximas de partida na armadura e no rotor, em seguida, anotar as leituras das correntes em regime de marcha normal na armadura e no rotor e finalmente anotar a velocidade do rotor; 5 Ajustar o reostato de partida para a posio de trabalho 1 (um), ou seja, de resistncia inserida igual a zero (RX = 0) e repetir o procedimento nmero quatro (4), preenchendo o quadro abaixo:Posio do Reostato de partida

Parmetros

Ia ( mxima de partida ) [A] Ia ( regime de marcha normal ) [A] Ir ( mxima de partida ) [A] Ir ( regime de marcha normal ) [A] Nr [rpm] Nr+x [rpm]

6 Calcular o valor de Rx para a velocidade Nr+x.

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5 Aula prtica: Ensaio rotor bloqueado Assunto: Ensaio com rotor bloqueado do motor de induo trifsico de rotor bobinado.Fundamentos tericosEste ensaio executado para determinar a impedncia equivalente referida armadura por fase ( Zeraf ), a resistncia equivalente referida armadura por fase ( Reraf ) e a reatncia equivalente referida armadura por fase ( Xeraf ) do motor de induo trifsico. O ensaio consiste-se em travar mecanicamente o eixo do rotor, que neste caso feito atravs de um suporte metlico, e ao mesmo tempo curto circuitar os terminais do enrolamento do rotor, aplicando uma tenso reduzida ( Vbl ) no enrolamento de armadura at que circule por ele a corrente nominal. Os wattmetros indicaro a potncia total com rotor bloqueado ( Ptbl ), isto , Ptbl = W 1 W 2, que constituda pela potncia de Histerese e Foucault com rotor bloqueado ( Phfbl ) e pela potncia na resistncia equivalente referida a armadura ( Prera ) ou Ptbl = Prera + Phfbl , mas o Phfbl = Phfcra . (Vbl / Vnominal )2 utilizando dados do ensaio com o circuito de rotor aberto. Logo, Prera = Ptbl - Phfbl e com este valor de Prera calcula-se o valor da resistncia 2 ou equivalente referida a armadura por fase: Prera = 3 * Reraf* ( Iaf ) 2 Reraf = Prera / [3 . ( Iaf ) ]. A impedncia equivalente referida a armadura por fase obtida da seguinte forma: Zeraf = Vbl / Iaf , os valores da tenso Vbl e da corrente devem ser valores de fase do ensaio. E finalmente, a reatncia equivalente referida armadura por fase determinada: Xeraf = ( Zeraf2 - Reraf2 )1/2 . Com estes resultados possvel estimar, em um clculo de primeira ordem, a reatncia de disperso da armadura por fase Xaf a partir da proporo ( Xaf / Raf ) = ( Xeraf / Reraf ), ou Xaf = ( Raf . Xeraf ) / Reraf ), determinando em seguida a reatncia de rotor bloqueado por fase Xbl , Xeraf = Xaf + [( mit )2 . Xbl ] ou Xbl = ( Xeraf - Xaf ) / ( mit )2. Da mesma forma, a resistncia do rotor por fase Rrf tambm pode ser determinada, Reraf = Raf + [( mit )2 . Rrf] ou Rrf = [( Reraf - Raf ) / ( mit )2].

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Procedimentos

1 Fazer a conexo do enrolamento da armadura para 220 V (//) e executar o diagrama de montagem:R S T A W2 W1 V MIT Curto-circuito Reforado

2 Bloquear o eixo do rotor e aplicar a tenso Vbl no enrolamento da armadura at que circule por ele a corrente nominal, anotar as leituras dos instrumentos e fazer os clculos:

Vbl (V)

Ia (A)

Iaf (A)

W1 (W)

W2 (W)

Ptbl (W)

Phfbl (W)

Prera (W)

Preraf (W)

Zeraf ( )

Xeraf ( )

Xaf ( )

Rrf ( )

Xbl ( )

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6 Aula prtica: Ensaio a vazio motor de induo Assunto: Ensaio a vazio do MIT, rotor bobinado.Fundamentos tericos

O ensaio a vazio executado para determinar a potncia rotacional ( Prot ) do motor de induo trifsico. O MIT posto a girar a vazio de maneira que a potncia total ( Pt ) constituda pela potncia na resistncia equivalente referida a armadura ( Prera ) e pela potncia rotacional : Pt = Prera + Prot , logo, Prot = Pt - Prera = Pt - [ 3. Reraf . (Iaf)2 ], Onde, Pt a leitura dos wattmetros no ensaio a vazio, Pt = W 1 + W2; Reraf a resistncia equivalente referida a armadura, por fase, obtida no ensaio de curto-circuito; e Iaf corrente de armadura por fase no ensaio a vazio. Sabendo-se o valor da potncia de Histerese e Foucault para tenso e freqncia nominais (Phfcra), pode-se determinar a potncia por atrito e ventilao ( Pav ), pois Prot = Phfcra + Pav ou Pav = Prot - Phfcra. A potncia por atrito e ventilao varia linearmente com a velocidade, da ser possvel corrigir o valor de Pav para velocidades variadas.

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Procedimentos 1 Executar o diagrama de montagem considerando a conexo do enrolamento da armadura feita para 220 V ( // );

R S T A

W1 V MIT W2 Reostato de Partida

2 Acionar o motor de induo MIT a vazio, com tenso e freqncia nominais, ajustar o reostato de partida para a posio de trabalho 1, anotar as leituras dos instrumentos e fazer os clculos: Va (V) Ia (A) Iaf (A) W 1 (W) W2 (W) Pt (W) Prera W) Prot (W) Pav (W) Nr (rpm)

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7 Aula prtica: Ensaio de carga motor de induo Assunto: Ensaio de carga do MIT, rotor bobinado.Fundamentos tericosEste ensaio executado para determinar o rendimento percentual pelo mtodo carga-escorregamento (AIEE) para os vrios pontos de carga do MIT. Para isto necessrio ter o conhecimento da potncia rotacional Prot, da resistncia de armadura por fase Raf , e da velocidade do rotor Nr para o qual foi determinado o Prot. Ao fazer a leitura da potncia ativa total da armadura Pt, atravs dos dois wattmetros, ser possvel determinar a potncia de entrada do rotor ou potncia total do rotor Ptr: Ptr = Pt 3.Raf . ( Iaf )2, ou Ptr = ( W 1W 2 ) 3.Raf . (Iaf)2, ou ainda Ptr = [( 3. ( Ir )2.Rr ) / s], ou ainda mais, Ptr = Prr + Pdr para qualquer ponto de carga, onde Prr a potncia nas resistncias do rotor, e Pdr a potncia desenvolvida pelo rotor. A potncia nas resistncias do rotor obtida a partir de Ptr, ou seja, Prr = (s . Ptr) , j a potncia desenvolvida pelo rotor obtida da seguinte forma: Pdr = 3 . Er . Ir . cos r = Ptr (s . Ptr) ou Pdr = Ps + Prot, onde Ps = potncia de sada ou Ps = Pdr Prot, ou ainda Ps = Ptr (s. Ptr) - Prot. O rendimento percentual (%) ento pontualmente determinado a partir de Ps: % = ( Ps / Pt ) . 100%, ou % = [( Pdr Prot) .100% / ( W1W 2 )] ou ainda % = {[ Ptr (s . Ptr) - Prot ] / (W 1W 2)}. O fator de potncia Cos dado por Cos = {Pt / [(3)1/2 .Va . Ia]}, ou Cos = {(W 1W 2) / [(3)1/2 .Va . Ia]}. O torque de sada Ts pode ser dado em N.m, Ts = (9,55 . Ps) / Nr, onde a potncia de sada dada em Watt e a velocidade efetiva do rotor dada em rpm. O torque de sada Ts pode ser dado em lb-p, Ts = (7,0402 . Ps) / Nr, onde a potncia de sada dada em Watt e a velocidade efetiva do rotor dada em rpm. Para determinar o rendimento percentual pelo mtodo convencional (%conv) necessrio ter o conhecimento de Prot para sua velocidade Nr correspondente, alm disso, deve-se saber o valor da resistncia equivalente referida armadura por fase (Reraf). Neste caso, a potncia de sada Ps" dado por Ps = Pt - 3.Reraf. ( Iaf )2 - Prot ou Ps = ( W 1W 2 ) - 3.Reraf. ( Iaf )2 - Prot , logo %conv = [( Ps ).100% / Pt ] , ou %conv = {[( W 1W 2 ) - 3.Reraf.( Iaf )2 - Prot].100% / ( W 1W 2 )}.

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Procedimentos 1 Anotar os seguintes dados dos ensaios anteriores: Prot (W) Raf ( ) Reraf ( ) Nr (rpm)

2 Executar o diagrama de montagem considerando a conexo do enrolamento da armadura feita para 220 V ( // );

3 Acionar o MIT, mecanicamente, acoplado ao gerador monofsico que por sua vez conectado carga eltrica. Variar por quatro vezes a carga at o valor nominal e anotar as leituras dos instrumentos de medio na tabela abaixo: Va (V) Ia (A) Iaf (A) Nr (rpm) Prot (W) S ( VA ) W1 (W) W2 (W) Pt (W) 3.Raf. ( Iaf )2 (W) Ptr (W) Prr (W) Pdr (W) Ps (W) % Ts (N.m) Ts (lb-p) Cos 3.Reraf. ( Iaf )2 (W) Ps (W) %conv 220 6 220 7 220 8 220 8,8

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8 Aula prtica: Mquina Sncrona Assunto: Introduo da mquina sncrona trifsicaFundamentos tericosA mquina sncrona trifsica tem caracterstica mista em relao natureza de corrente, pois excitada por corrente contnua no enrolamento de campo magntico e excitada por corrente alternada no enrolamento trifsico da armadura. A fora magneto motriz resultante dessas duas correntes produz uma reao que traduzida em um torque no eixo e em uma tenso induzida no enrolamento da armadura . As partes constituintes principais da mquina sncrona so: 1 Carcaa; 2 Ncleo do campo; 3 Enrolamento do campo; 4 Ncleo da armadura; 5 Enrolamento da armadura; 6 Anis coletores e escovas; 7 Eixo do rotor; 8 Enrolamento amortecedor. A Mquina Sncrona se classifica em mquina sncrona de plos salientes, que empregada em atividades que exigem baixa rotao, ou em mquina sncrona de plos no salientes que empregada em atividades que exigem alta rotao. Estando a mquina sincronizada, verifica-se uma tenso aplicada na armadura por fase ( Vaf ) e uma tenso gerada por fase ( Egf ) na armadura. A corrente de armadura por fase ( I ) que solicitada, depender da diferena entre os vetores Vaf e Egf , j que aaf

impedncia sncrona de fase ( Zsf ) constante para um determinado ponto de excitao. A equao vetorial das tenses do gerador sncrono trifsico , portanto, Egf = Vaf + Z sf I af , e a equao vetorial de tenses do motor Vaf = Egf + Zsf I af . Como esta mquina opera com velocidade constante ( sncrona ), a tenso Egf depender somente do fluxo do campo ( resultante ), podendo ocorrer trs casos: a) Egf . Cos = Vaf, campo magntico com excitao normal ( cos = 1 )

Egf

Eresultante

I af

Vaf

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b)

Egf . cos > Vaf, campo magntico sobre excitado ( cos = capacitivo )

Egf

Eresultante I af Vaf

c)

Egf . cos < Vaf, campo magntico sub excitado ( cos = indutivo )

Egf

Eresultante

Vaf I af

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9 Aula prtica: Ensaio a vazio gerador sncrono Assunto: Ensaio a vazio do gerador sncrono trifsico.Fundamentos tericosPara um gerador sncrono trifsico vlida a seguinte equao vetorial de tenses, por fase: Egf = Vaf + Z sf I af . No ensaio a vazio Iaf = 0, logo Egf = Vaf e no haver reao alguma na armadura, utilizando-se apenas uma potncia em corrente contnua para a magnetizao do ncleo do campo magntico. Logo, a tenso gerada na armadura por fase, Egf = Kt..N, depender somente da intensidade do fluxo do campo magntico, uma vez que N, velocidade sncrona da mquina, mantida constante. O ensaio a vazio se consiste em variar o fluxo do campo magntico a partir da corrente de campo igual a zero at chegar a um valor limite de corrente que produza a saturao do ncleo magntico e depois a corrente de campo reduzida novamente at ser zerada. Procedimentos 1 Executar o diagrama de montagem a seguir:

2 Acionar o motor de corrente contnua mantendo a sua velocidade constante e igual a velocidade nominal sncrona do gerador; 3 Variar a corrente de campo, crescentemente, por dez vezes, a partir de zero at obter Eg = 125% da tenso nominal, sendo que um dos pontos de variao deve ser Eg = Vnominal: Eg (V) Egf (V) Icampo (A) N (rpm) 0 1800 1800Pgina 20

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4 Variar a corrente de campo, decrescentemente, por dez vezes, a partir de Eg = 125%.Vnominal at zerar a corrente de campo, sendo que um dos pontos deve ser Eg = Vnominal.

Eg (V) Egf (V) Icampo (A) N (rpm)

288 0 1800 1800

5 Construir a curva de Egf = f(Icampo) em escala. Prever espao para inserir duas ordenadas que sero obtidas aps o ensaio de curto circuito: Iaf = f(Icampo) e Zsf = f(Icampo).

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10 Aula prtica: Ensaio em curto circuito gerador sncrono Assunto: Ensaio de curto-circuito do gerador sncrono trifsico.Fundamentos tericosA tenso de armadura por fase Vaf forada a zerar quando os terminais da armadura so curto circuitados, ou seja, Egf = Iaf . Zsf, pois neste caso Vaf = o, desde que a velocidade do eixo da mquina seja mantida constante. A impedncia sncrona por fase pontual ser dada por Zaf = Egf / Iaf , onde Egf obtido no ensaio a vazio e Iaf obtido neste ensaio de curto circuito para um mesmo ponto de excitao Icampo. A reatncia sncrona por fase ser dada por Xsf = [ ( Zsf )2 - ( Raf )2 ]1/2. Como a tenso induzida na armadura por fase Egf ser sempre maior que a tenso nos terminais da armadura Vaf, a reao da mquina sncrona ser desmagnetizante e a tenso gerada ir suprir apenas as perdas de potncia internas da mquina sncrona. Procedimentos 1 Medir a resistncia de armadura por fase Raf e corrigi-la para a temperatura de 75C, o enrolamento da armadura de cobre recozido esmaltado; 2 Fazer a conexo da armadura para 230V (YY) e curto circuitar os terminais de acordo com o diagrama de montagem:

3 Acionar o motor de corrente contnua com a velocidade constante e igual velocidade sncrona do gerador;

4 Variar a corrente da armadura Ia por dez vezes, at atingir o valor nominal, anotando as leituras dos instrumentos aps cada variao;

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Iaf (A) Icampo (A) Zsf ( ) Xsf ( )

0,5

1

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5 Calcular a impedncia sncrona por fase Zsf considerando a curva de descida do grfico da tenso gerada por fase Egf em funo da corrente de campo Icampo (mtodo pessimista) obtido no ensaio a vazio, construir as curvas de Iaf = F(Icampo) e de Zsf = F (Icampo), no mesmo grfico do ensaio a vazio e em escala.

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11 Aula prtica: Paralelismo dos geradores sncronos Assunto: Operao em paralelo de geradores sncronos trifsicos.Fundamentos tericosUm barramento de potncia infinita (BPI) identificado por manter conectados vrios geradores sncronos trifsicos em paralelo. Um sistema eltrico operando com o BPI tem pelo menos trs vantagens: a) Possibilita a manuteno de geradores individuais, sem interromper o sistema; b) Aumenta a confiabilidade; c) Aumenta o rendimento operacional. Antes do gerador ser ligado ao BPI, necessrio que ele flutue no barramento, isto , no fornea e nem receba potncia sincronizante relativo ao prprio barramento. As condies de flutuao do gerador so: 1) 2) 3) 4) Ter a mesma tenso eficaz do BPI; Ter a mesma freqncia do BPI; Ter a mesma seqncia de fases do BPI; Ter as tenses em oposio de fase.

Uma vez operando ligado ao BPI, a freqncia e a tenso de operao do gerador so fixadas pelo BPI, conduzindo a duas conseqncias: a) Haver troca de potncia sincronizante ativa, toda vez que houver uma tentativa de variao da freqncia da tenso gerada, mantendo assim a freqncia do BPI; b) Haver troca de potncia sincronizante reativa, toda vez que houver uma tentativa de variao da amplitude da tenso gerada, pela variao do fluxo de campo magntico, mantendo desta forma a tenso do BPI.

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Procedimentos 1 Executar os diagramas de montagem:

2 Ligar os instrumentos no painel de sincronismo e girar, no console, o controle de campo do gerador sncrono e do motor de corrente contnua, totalmente, no sentido anti horrio para garantir o fluxo mximo na partida do motor de corrente contnua, e o fluxo mnimo no gerador sncrono; 3 Ligar o painel de sincronizao, acionar o motor de corrente contnua, ajustando a sua velocidade para a velocidade nominal do gerador sncrono, colocar a ficha de sincronizao, tomada tipo de telefone que habilita o sincronoscpio, o freqncimetro e o voltmetro, correspondente da mquina a ser conectada. Ajustar a tenso, a freqncia e seqncia de fases da tenso gerada para que se igualem aos parmetros registrados no BPI; 4 Ligar o sincronoscpio e atuar no circuito de campo do motor de corrente contnua at que ele registre a oposio de fases e neste momento ligar o disjuntor de conexo ao BPI e desligar o sincronoscpio; 5 Atuar cuidadosamente nos controles de campo, de forma que a mquina sncrona fornea ou receba de 0,5 KW de potncia ativa em relao ao BPI, anotar as leituras dos instrumentos.

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12 Aula prtica: Ensaio de carga motor sncrono Assunto: Ensaio de carga do motor sncrono trifsico.Fundamentos tericosA solicitao de carga ou o ngulo de torque do motor sncrono trifsico pode ser representado pelos graus eltricos ( ) ou pelos graus mecnicos (), ambos relacionados com o nmero de pares de plos da mquina sncrona: ( / ) = (P / 2), onde P o nmero de plos. A potncia total (Pt) do motor sncrono trifsico Pt = [(3)1/2.Va . Ia . cos ] ou Pt = W 1 + W 2, que constituda pela potncia desenvolvida na armadura (Pda) e pela potncia nas resistncias do enrolamento da armadura (Prea), onde Pda = Ps + Prot ou Pda = [3 . Egf . Iaf . cos(ngulo entre Egf e Iaf)] e ainda, Prea = (3/2) . Rlinha . (Ia )2 ou Prea = 3 . Raf . (Iaf)2. A perda de potncia rotacional (Prot) obtido no ensaio a vazio, quando a potncia de sada (Ps) zero: Prot = Pt Prea Ps . Para o motor sncrono trifsico Prot constante, pois a velocidade Ns no varia. Para qualquer ponto de carga onde Ps O, essa potncia de sada obtida facilmente atravs da seguinte equao: Ps = Pt Prea Prot. O rendimento percentual ( % ) a razo entre a potncia de sada e a soma da potncia total Pt com a potncia desenvolvida no enrolamento de campo Pcampo, vezes 100%: % = [( Ps ) . 100%] / ( Pt + Pcampo ), onde Pcampo = Vcampo . Icampo . O torque mecnico de sada (Ts) dado em N.m dado por Ts = (9,55 x Ps) / Ns. Para um motor sncrono trifsico que opera com o fator de potncia unitrio, o ngulo de torque ( ), a tenso gerada por fase ( Egf ) e a potncia desenvolvida podem ser calculados para qualquer ponto de carga, desde que se saiba os valores de Raf e de Xaf: Egf = [(Vaf Raf . Iaf)2 + (Xsf .Iaf)2]1/2 e = arctg (Xsf . Iaf) / (Vaf Raf . Iaf). O motor sncrono trifsico que utiliza o enrolamento amortecedor deve ser acionado inicialmente como se fosse um motor de induo trifsico comum, aplicando-se uma tenso trifsica no seu enrolamento de armadura e em seguida, aplicando-se uma tenso contnua no seu enrolamento de campo magntico para sincroniz-lo, e finalmente ajustando-se essa corrente de campo magntico at obter a corrente mnima no enrolamento de armadura ou o fator de potncia unitrio nessa mesma armadura.

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Procedimentos: 1 Executar o diagrama de montagem e fazer a conexo da armadura para 230V (YY):

2 Acionar o motor sncrono trifsico, a vazio, sincronizando-o e ajustando o seu fator de potncia para 1 (um), anotar as leituras dos instrumentos; 3 Variar a corrente da armadura, crescentemente, por quatro vezes, at atingir o valor nominal, mantendo cos = 1, anotar as leituras dos instrumentos e fazer os clculos considerando aquele valor da reatncia sncrona por fase Xsf obtida para o valor de corrente nominal; Va (V) Ia (A) Icampo (A) Vcampo (V) Cos Pt (W) Prea (W) Pda (W) Prot (W) Pcampo (W) Ps (W) % Ts (N.m) Vaf (V) Iaf (A) Raf.Iaf (V) Xsf.Iaf (V) Egf (V) ( ) Pda (W) ( ) 4 Construir as curvas de % = F(Ia), Ts = F(Ia), = F(Ia), Pda = F(Ia) em escala.

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IV BIBLIOGRAFIA: 2. Almeida, Welington Passos Apostila de aulas prticas de Laboratrio de Mquinas Eltricas e Acionamentos. Edies Cefet-MG - Belo Horizonte, janeiro de 2007. Cefet-

3. Kosow, Irving L. - Mquinas Eltricas e Transformadores Editora Globo, Porto Alegre, 1972.

4. Fitzgerald, A. E. - Mquinas Eltricas. Editora McGraw Hill, Rio de Janeiro, 1995.

5. Toro, Vincent Del. Fundamentos de Mquinas Eltricas. Livros Tcnicos Cientficos Editora, Rio de Janeiro, 1999.

6. Norma NBR 5380 ABNT

7. Site ABNT http://www.abnt.org.br

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