RELATÓRIO ANÁLISE DO CAMPO GIRANTE MÁQUINAS SÍCRONAS

1 INTRODUÇÃO

Esse experimento tem o objetivo de estudar o comportamento do campo girante das máquinas síncronas para os seguintes tipos de sistemas: Monofásico, Bifásico e Trifásico.

A análise foi embasada em conceitos teóricos e nos gráficos coletados durante a experiência.

2 SISTEMA MONOFÁSICO

Motores monofásicos não podem partir sozinhos porque não conseguem formar o campo girante, logo não possui binário de arranque. Quando o rotor está parado, pode-se compará-lo como uma transformador. Quando coloca-se o rotor em movimento (por exemplo manualmente), existirá um binário induzido e o motor passará a rodar normalmente.

Explica-se a existência do binário induzido com decomposição vetorial do campo pulsante em dois campos girantes. Eles têm magnitudes iguais, porém sentidos opostos. Na figura 2.1 apresenta-se a decomposição dos campos.

Figura 2.1

O binário resultante é a soma dos dois binários. Na figura 2.2 temos a representação gráfica do binário induzido.

Figura 2.2

Pode-se iniciar o movimento do motor de maneira mecânica, porém esse método pode ser substituído por um enrolamento auxiliar (na qual possui uma quantidade de espiras significamente menor) que dá partida ao motor, se ele não existisse, e energizássemos o enrolamento principal, geraria um norte e um sul nas bobinas principais e o motor ficaria travado. O enrolamento auxiliar provoca uma interferência, e por mais que seja um campo pequeno, faz com que o rotor comece a girar. O que aumenta a força no início do giro é o capacitor.

A forma de onda durante a partida é mostrada na figura 2.3.

Figura 2.3

Experimentalmente obteve-se a forma de onda do campo pulsante na figura 2.4.

Figura 2.4

Obteve-se a curva do campo girante, e seu valor máximo é dado por:

I = 1,2A

Realizou-se o experimento para as alimentações de 120V e 220V, os resultados apresentam-se nas tabelas 2.1 e 2.2.

Tensão (V) Bobinado de Trabalho (A)220 1,42

Tabela 2.1

Tensão (V) Bobinado Auxiliar (A)120 1,89

Tabela 2.2

Abaixo temos as curvas coletadas no osciloscópio.

Figura 2.5 – Forma de onda da corrente para tensão de alimentação de 220V.

Figura 2.6 – Forma de onda da corrente para tensão de alimentação de 120V.

3 SISTEMA BIFÁSICO

O sistema bifásico possui campo girante defasado em 90°. Pode-se escrever que:

Ia = Imáx.sen(wt) (3.1)

Ib= Imáx.sen(wt – 90°) (3.2)

Lei de Ampère:

Logo o campo girante pode ser dado por:

H1 = H.sen(wt) (3.3)

H2 = H.sen(wt – 90°) (3.4)

Vamos considerar o campo girante verificando os seguintes instantes.

Observamos que o módulo sempre será constante, com a amplitude máxima de campo.

Resultados experimentais:

Testou-se a máquina na rotação dos sentidos horário e anti-horário, os resultados foram muito semelhantes e são apresentados nas tabelas 3.1 e 3.2.

Rotação no sentido Anti-Horário

w(rad/s) Bobinado de Trabalho (A)Fio ligado junto ao

bobinado de trabalho(A)

Bobinado Auxiliar (A)

1758 0,87 0,1 0,96Tabela 3.1

Rotação no sentido Horário

w(rad/s) Bobinado de Trabalho (A)Fio ligado junto ao

bobinado de trabalho(A)

Bobinado Auxiliar (A)

1759 0,89 0,1 1Tabela 3.2

Os resultados também apresentam-se nos gráficos, como os resultados são semelhantes, só foram coletados os gráficos para o sentido de rotação anti-horário :

Figura 3.1 – Forma de onda do bobinado auxiliar: I = 0,8A

Figura 3.2 – Forma de onda do bobinado de trabalho: I=1,00 A.

Figura 3.3 – Forma de onda do fio junto ao bobinado auxiliar: I = 0,287ª

4 SISTEMA TRIFÁSICO

A curva do torque do motor trifásico

Quando aplicamos três tensões alternadas senoidais defasadas eletricamente em 120° umas das outras, um enrolamento de bobina fisicamente homogêneo que também é de 120°, produz um campo magnético que vai girar na velocidade definida pelas tensões trifásicas.

Podemos adotar o eixo da bobina da fase “a” como referência, o defasamento de “b” em 120° e da fase “c” em 240°. O sistema está equilibrado, onde Im é o valor máximo da corrente.

Ia = Im.sen(wt) (4.1)

Ib = Im.sen(wt+120°) (4.2)

Ic = Im.sen(wt+240°) (4.3)

Um ponto importante é a análise feita para o tempo t=0 das Equações 4.1, 4.2 e 4.3. Pois nesse instante temos que:

Ia=0, Ib=.Im, Ic=.Im.

Esses valores vão se alternando durante o funcionamento do motor, isso provoca uma força magneto-motriz variada, o resultado disso é uma onda com amplitude constante girando com velocidade angular uniforme.

Notamos que a soma vetorial de um motor trifásico proporciona um ciclo perfeito de rotação, traz vantagens na transferência de torque e velocidade quando é feito um projeto com planejamento que se adeque ao uso.

Experimentalmente, obteve-se o gráfico da figura 4.1.

Figura 4.1

Obtiveram-se os valores das correntes de cada fase através do gráfico, e levando em conta que a escala da ponteira era de 10mV/A, segue-se os resultados abaixo.

Imáx = 2,6ª

Para t=0

Ifase-a(0)= 0

Ifase-b(0) = 2,3A

Ifase-c(0) = -2,3A

No caso acima se conclui que os resultados são válidos, pois no tempo inicial, enquanto a fase “a” é nula, as outras duas fases têm os valores proporcionais a *Imáx, ou seja, a 86% da amplitude máxima.

Conexão de um motor trifásico em uma rede monofásica

1ª Montagem

Conectou-se o motor representado na figura 4.2

Figura 4.2

Os resultados são mostrados na tabela 4.1

Tensão(V) w(rad/s) I1(A) I2(A) I3(A) I4(A)160 1789 2,6 1,28 1,3 2,5

Tabela 4.1

Esses resultados são para o motor no sentido Horário de rotação. Para que o motor gire no sentido Anti-Horário deve-se conectar a entrada do capacitor na fase U. No laboratório foi testado com o sentido invertido, os resultados se apresentaram semelhantes, inclusive a velocidade de rotação permaneceu a mesma.

2ª Montagem

Realizou-se outra montagem com o motor trifásico com a rede monofásica, é mostrada na figura 4.3.

Figura 4.3

Os resultados se encontram na tabela 4.2

Tensão(V) w(rad/s) I1(A) I2(A) I3(A) I4(A)160 1797 2 2 2 2

Tabela 4.2

Para mudar o sentido de rotação, deve-se ligar a entrada do capacitor na fase U.

No laboratório foi realizada a troca do sentido de rotação, os resultados não foram afetados e se apresentaram muito semelhantes comparado com o da tabela 4.2.

5 REFERÊNCIAS

 FITZGERALD, A. E., Junior, Charles Kingsley, Umans, Stephen D. – Maquinas Eletrica – . ARTMED – BOOKMA. 6ª Edição. São Paulo. 2006

http://leoknuppe.wordpress.com/2013/11/07/272/

http://www.feis.unesp.br/Home/departamentos/engenhariaeletrica/maquinas-eletricas--ii-2a-ed---prof-falcondes.pdf

http://www.estgv.ipv.pt/PaginasPessoais/eduardop/MqE/Outras%20m%C3%A1quinas.pdf