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FACULDADE DE ENGENHARIA DE SOROCABA LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS Prof. Joel Rocha Pinto

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Laboratorio de MAE

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  • FACULDADE DE ENGENHARIA DE SOROCABA

    LABORATRIO DE

    MQUINAS ELTRICAS

    Prof. Joel Rocha Pinto

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 1

    Experincias do LABORATRIO de MQUINAS ELTRICAS

    1 - Mquina Sncrona:

    paralelismo do gerador sncrono com a rede

    gerador sncrono conectado a um sistema de potncia

    curva V do motor sncrono

    2 - Mquina Sncrona:

    ensaio em vazio e em curto-circuito

    reatncias associadas ao eixo direto e quadratura

    caractersticas de carga e de regulao

    3 - Mquina Assncrona:

    tenso induzida rotrica

    ensaio em vazio e com rotor bloqueado

    4 - Mquina Assncrona:

    simulao do motor de induo com o software Pspice.

    5 - Mquina Assncrona:

    acionamentos eltricos para as mquinas assncronas.

    6 - Mquina de Corrente Contnua:

    caractersticas em vazio e com carga das mquinas C.C. com excitao independente,

    paralela, srie e composta.

    7a - Mquina de Corrente Contnua:

    caractersticas de rotao, tenso e de corrente da mquina C.C. com excitao

    independente, funcionando como motor.

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 2

    8a - Mquina de Corrente Contnua:

    determinao das perdas rotacionais da mquina de corrente da mquina C.C. com

    excitao independente.

    9a - Mquina de Corrente Contnua:

    determinao da constante de torque K da mquina de corrente da mquina C.C.

    com excitao independente.

    10a - Mquina de Corrente Contnua:

    determinao da curva caracterstica torque em funo da velocidade da mquina de

    corrente da mquina C.C. com excitao independente.

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 3

    1 EXPERINCIA DE MQUINAS ELTRICAS

    Ttulo : Mquina Sncrona ( Gerador )

    Objetivos :

    I) Obter o paralelismo do gerador sncrono com a rede.

    II) Observao do Gerador Sncrono conectado a um sistema de potncia,

    III) Levantar a curva V da mquina sncrona funcionando como motor.

    Material Utilizado :

    03 voltmetros analgicos

    03 multmetros digitais

    01 multimedidor

    01 frequencmetro

    01 tacmetro

    gaiola resistiva

    chave faca tripolar

    01 mquina C.C. com as seguintes caractersticas :

    220Vcc / 0,37kW / 1,68A p/ gerador / 2,20A p/ motor / 1800 RPM

    Campo : 220Vcc / 0,3A

    01 mquina sncrona com as seguintes caractersticas :

    220V/380V/440V/760V

    1,6A / 0,9A/ 0,8A/ 0,5A

    0,3kW / 1800 rpm / 60 HZ

    Campo : 12Vcc / 3,0A

    Resumo Terico :

    I) Gerador Sncrono conectado a um sistema de potncia :

    Com certa frequncia se requer que dois ou mais geradores sncronos operem conjuntamente

    para alimentar uma carga que exceda a sada nominal de um dos geradores.

    Este caso geralmente o que acontece nas redes de energia eltrica de uma regio ou pas. A

    carga pode variar muito e a operao dos geradores em paralelo necessria para produzir a

    quantidade de energia requerida pelas cargas.

    Existem duas dificuldades relacionadas com a operao em paralelo das mquinas sncronas:

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    satisfazer as condies necessrias para conexo em paralelo (procedimento de sincronizao);

    assegurar que cada gerador opere com sua cota de carga conforme a potncia nominal.

    Condies de Paralelismo:

    mesma tenso;

    mesma frequncia;

    mesma sequncia de fase.

    II) Motor Sncrono - Funcionamento :

    Partida: ligando-se o enrolamento trifsico rede, ento o campo girante do enrolamento do

    estator, que no tem inrcia, inicia imediatamente o seu movimento plena velocidade, atuando

    apenas instantaneamente sobre os plos fixos do rotor.

    Nesta fase, no se pode formar o conjugado necessrio para vencer a inrcia da massa do rotor.

    Por esta razo, o motor sncrono em repouso no parte por si. O rotor, sem carga, tem que iniciar

    o seu movimento em funo de outro motor ou de um dispositivo de partida assncrono (por

    exemplo um anel de curto-circuito), at que sua velocidade alcance um valor prximo ao

    nominal do campo girante.

    Pela ligao da excitao de C.C., o prprio rotor se aproxima do movimento dos plos do

    campo girante, pois estes atuam continuamente sobre o rotor. Devido a este movimento igual de

    rotao, entre o campo girante e o rotor, este tipo de mquina chamado de sncrona

    (sincronismo entre campo do estator e rotor).

    Em vazio: em virtude da carga, que o atrito ocasiona, os plos do rotor nunca alcanam a mesma

    velocidade do campo girante do estator permanecendo em atraso por um certo ngulo (ngulo de

    carga da figura abaixo).

    Os plos que giram, induzem uma f.e.m. no enrolamento do estator, f.e.m. esta que permanece

    em atraso em relao tenso de rede pelo ngulo de carga . A diferena de tenso U entre a

    tenso de rede e a f.e.m., o fator que determina o valor da corrente do estator (Iest.) que em

    vazio praticamente igual corrente de magnetizao Im (corrente reativa).

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    Fig. 1.1 Representao dos enrolamentos do estator e rotor de uma mquina sncrona e

    seu diagrama fasorial para condio em vazio.

    Sob Carga : quando a mquina recebe uma carga mecnica, os plos do rotor ficam tanto mais

    em atraso em relao aos plos do estator quanto maior a carga, sem que com isto a rotao

    sncrona sofra qualquer alterao.

    Em virtude do ngulo de carga maior, a f.e.m. em atraso aumenta o seu valor em relao tenso

    da rede, com isto tambm eleva-se a diferena de tenso U no estator, e a corrente absorvida

    (Iabsorv.) se eleva.

    Uma corrente mais elevada no estator origina um campo girante mais forte e este desenvolve,

    com o campo do rotor, uma elevao do conjugado para vencer a carga. Disto resulta uma

    grande estabilidade de rotao e a possibilidade de elevada sobrecarga de 1,8 vezes o conjugado

    nominal.

    Somente com uma sobrecarga acima deste valor o ngulo de carga aumenta acentuadamente,

    reduzindo a fora de atrao entre os plos do estator e do rotor. Nestas condies a rotao do

    rotor cai acentuadamente em relao do campo girante, sai do sincronismo e para rapidamente.

    Simultaneamente, em virtude da inexistncia da f.e.m. (Vo), a corrente do estator sobe

    rapidamente.

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    Fig. 1.2 Digrama fasorial da mquina sncrona com carga e o comportamento da

    velocidade em funo do torque da carga.

    A corrente absorvida pelo estator no depende entretanto apenas da carga, mas tambm da

    excitao do enrolamento do rotor. Quando o valor da corrente de excitao baixo, a f.e.m.

    (Vo) tambm baixa, e o enrolamento do estator absorve a potncia indutiva necessria para

    construir o campo magntico, na forma de uma corrente em atraso tenso da rede.

    Se a corrente de excitao elevada sem alterao da carga, eleva-se tambm a f.e.m. no estator;

    chega-se o momento no qual a corrente do estator Iest., que est em atraso em relao com a

    tenso ativa do estator U, fica em fase com a tenso da rede (cos =1).

    Continuando a elevao da corrente de excitao do rotor, resulta uma corrente adiantada em

    relao tenso da rede. Isto significa que o motor sncrono no absorve mais potncia indutiva,

    mas sim fornece potncia.

    Procedimento Experimental:

    I) Paralelismo do gerador sncrono com a rede:

    1. Montar o circuito conforme a figura 1.3

    2. Ajustar a fonte F3 (0-300Vcc) e Rd at obter a rotao nominal de 1800 rpm

    3. Ajustar a tenso de sada do gerador sncrono em 220V, atuando no Rexc

    4. Verifique a seqncia de fase pelos voltmetros, caso esteja correta, ajuste a freqncia,

    variando a rotao (Rd) de modo que a oscilao dos ponteiros dos voltmetros seja a mais lenta

    possvel.

    5. Sincronizar o gerador com a rede no instante em que os voltmetros oscilarem lentamente em

    torno de zero.

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    II) Observao do Gerador Sncrono conectado a um sistema de potncia:

    6. Ajustando Rd tente aumentar a velocidade do gerador. Observar que a rotao no aumenta

    mais, mas a carga do motor C.C. se eleva, o que comprovado pela corrente da armadura (Ia).

    Fixe Ia em torno de 1,0A.

    7. Mantendo fixa a corrente da armadura (Ia) em 1,0A, variar a corrente de excitao (Iexc) e

    medir : Il, Vl, cos, Q, P e Iexc.

    Observe o seguinte:

    variando a corrente de excitao (Iexc), variar-se a corrente Il do gerador, mas a potncia (P) e a

    tenso Vl permanecem constante.

    8. Preencher a tabela 1.1

    9. Construir os grficos :

    Il x Iexc (gerador)

    P x Iexc (gerador)

    FIGURA 1.3

    Vl ( V ) P ( W ) Ilinha ( A ) Iexc ( A ) Ia ( A ) cosBARRAMENTO Q (VAR)

    1,0

    1,0

    1,0

    1,0

    1,0

    1,0

    1,0

    1,0

    1,0

    1,0

    1,0

    1,0

    1,0

    TABELA 1.1

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    10. Mantendo fixa a corrente de excitao (Iexc) em 2,0A,variar a corrente da armadura (Ia), e

    medir : Il, Vl, cos, P e Iexc.

    Observe o seguinte:

    variando a corrente da armadura (Ia), variar-se o torque da mquina de corrente contnua, pois

    T = kIa, consequentemente variar-se a potncia ativa (P) gerada pela mquina sncrona.

    11. Preencher a tabela 1.2

    12. Construir o grfico :

    P x Iexc (gerador)

    Vl ( V ) P ( W ) Ilinha ( A ) Iexc ( A ) Ia ( A ) cosBARRAMENTO Q (VAR)

    2,0

    2,0

    2,0

    2,0

    2,0

    2,0

    2,0

    TABELA 1.2

    Comentrio:

    Sabendo que o torque que aciona o gerador e a corrente de excitao podem ser variados de

    forma independente, ento o operador pode decidir quanto de potncia ativa e quanto de potncia

    reativa h de entregar do gerador para a rede.

    A carga ativa pode ser variada atravs do torque de entrada.

    A carga reativa pode ser variada atravs da corrente de excitao.

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    III) Curva V do motor sncrono:

    13. Desconecte a fonte F3 (0-300Vcc) e ligue na gaiola resistiva conforme a figura 1.4. Cuidado

    com os cabos, ao desconectar, pois uma tenso contnua em torno de 220V ser gerada.

    14. Atravs de Rd ajustar a tenso de sada do gerador C.C. para 220V em vazio.

    15. Variar a corrente de excitao Iexc e medir Il.

    16. Repetir o item anterior para 1 carga e 2 cargas.

    17. Preencher a tabela 1.3

    18. Construir no mesmo sistema os grficos Il x Iexc (motor) para cada caso.

    FIGURA 1.4

    VAZIO Carga Resistiva 3 Resistncias em

    SRIE Posio 1 = 540

    Carga Resistiva 3 Resistncias em

    SRIE Posio 2 = 270

    Iexc

    (A)

    Il

    (A) cos Q

    (VAR)

    Iexc (A) Il (A) cos Q (VAR)

    Iexc (A) Il (A) cos Q (VAR)

    TABELA 1.2

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    Questes :

    1. Explique os grficos obtidos.

    Il x Iexc (gerador)

    P x Iexc (gerador); torque constante

    P x Iexc (gerador); corrente de excitao constante

    Il x Iexc (motor)

    2. Por que o motor sncrono, em repouso, no parte por si, necessita de um dispositivo de

    partida?

    3. Explique o que acontece com o motor quando opera em vazio e sob carga.

    4. Como a variao da corrente de excitao influencia na mquina sncrona ?

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    2 EXPERINCIA DE MQUINAS ELTRICAS

    Ttulo : Mquina Sncrona ( Gerador )

    Objetivos :

    I) Estudar o comportamento de um gerador sncrono atravs dos ensaios em vazio e em curto-

    circuito.

    II) Determinar experimentalmente os valores das reatncias associadas aos eixos direto e

    quadratura da mquina sncrona.

    III) Verificar as caractersticas de carga e de regulao de tenso de um gerador sncrono.

    Material Utilizado :

    01 multimedidor

    01 multmetro digital

    01 ampermetro analgico

    01 tacmetro

    gaiolas R, L e C

    01 mquina C.C. com as seguintes caractersticas :

    220Vcc / 0,37kW / 1,68A p/ gerador / 2,20A p/ motor / 1800 rpm

    Campo : 220Vcc / 0,3A

    01 mquina sncrona com as seguintes caractersticas :

    220V/380V/440V/760V

    1,6A / 0,9A/ 0,8A/ 0,5A

    0,3kW / 1800 rpm / 60 HZ

    Campo : 12Vcc / 3,0A

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    Resumo Terico :

    I) Curva de Magnetizao da Mquina Sncrona:

    Curva de magnetizao de uma maneira geral, a correspondncia entre fluxo (ou densidade de

    fluxo) e a f.m.m. de excitao da estrutura magntica. Como o valor eficaz da f.e.m. induzida na

    mquina sncrona proporcional ao fluxo, e a f.m.m. proporcional corrente contnua de

    excitao, a curva de magnetizao normalmente apresentada como f.e.m. em funo da

    corrente de excitao.

    A mquina sncrona, motor ou gerador, apresenta uma curva de magnetizao (tambm chamada

    de curva de saturao em vazio) que lembra a curva de magnetizao dos transformadores, com

    a diferena de que a corrente magnetizante na mquina sncrona fornecida pela fonte de tenso

    contnua de excitao (excitatriz).

    O levantamento dessa curva feito com a mquina sncrona funcionando como gerador em

    vazio, acionado por um motor eltrico (por exemplo o motor de corrente contnua).

    Mede-se a tenso Vo (valor eficaz) nos terminais em vazio de uma das fases (que deve ser

    praticamente o mesmo que nas outras fases de uma mquina equilibrada) e a corrente contnua

    de excitao. O grfico 2.1 que se pode traar com os valores obtidos a curva de

    magnetizao, ou seja, Eo = f(Iexc). Para cada velocidade de acionamento da mquina sncrona

    teremos uma curva.

    ][***44,4 VNfE (2.1) A equao (1.1) mostra que a f.e.m. gerada diretamente proporcional ao fluxo magntico. Este

    fluxo induzido pela corrente de excitao.

    Em vazio tem-se apenas o fluxo do indutor o . Como a mquina sncrona tem o circuito

    magntico do fluxo do indutor em parte estabelecido no material ferromagntico e em parte no ar

    (entreferro), a curva uma composio, em ordenadas, da diferena de potencial magntico no

    ferro e no entreferro. Apresenta uma parte praticamente linear para baixos valores de corrente de

    excitao e sofre o efeito de saturao para altos valores. Alm disso para mquinas j

    anteriormente utilizadas, as peas polares do indutor apresentam remanncia e,

    consequentemente, a curva de magnetizao inicia com uma f.e.m Erem. que se manifesta para

    Iexc.=0.

    Esse ensaio tambm denominado ensaio em vazio.

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    Fig. 2.1 Curvas caractersticas do ensaio em vazio.

    II) Ensaio em Curto-Circuito:

    No ensaio em curto-circuito notaremos que a curva Icc x Iexc. Para diversas rotaes a mesma

    devido independncia em relao rotao.

    L

    N

    Lf

    Nf

    X

    EI

    s

    cc**2

    **44,4

    ***2

    ***44,4

    Fig. 2.2 Curvas caractersticas do ensaio em curto-circuito.

    0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,00

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    n3 = 1100 rpm

    n2 = 1500 rpm

    n1 = 1800 rpm

    Vo (V

    olts

    )

    Iexc. (A)

    0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

    0,0

    0,5

    1,0

    1,5

    2,0

    2,5

    3,0

    3,5

    4,0

    4,5

    5,0

    n3 = 1100 rpm

    n2 = 1500 rpm

    n1 = 1800 rpm

    Ic

    c (

    A)

    Iexc. (A)

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    III) Determinao da Reatncia Sncrona - Diagrama de Potier:

    De posse das correspondncias Icc =f(Iexc) e Vo = f(Iexc) , onde Icc e Vo so valores de fase, pode-

    se calcular a reatncia sncrona para qualquer condio de excitao, ou seja, para qualquer

    corrente de excitao.

    Conhecendo a reatncia sncrona possvel calcular a corrente de excitao necessria para

    manter a tenso requerida para uma determinada carga.

    Quando o circuito magntico no est saturado, a reatncia sncrona Xs independe da magnitude

    da Iexc. A saturao tem grande influncia quando a Iexc elevada, ento a reatncia sncrona

    tende a crescer.

    O Diagrama de Potier uma aproximao somente, mas apresenta resultados satisfatrios para

    geradores de alta velocidade (1500-3000 rpm / 50 Hz e 1800 e 3600 rpm / 60 Hz). adequado

    para geradores de plos lisos ou rotor cilndrico.

    A) Plotar as duas curvas Icc =f(Iexc) e Vo = f(Iexc) no mesmo grfico.

    Fig. 2.3 Diagrama de Potier

    B) Para a tenso em vazio igual tenso nominal Vnom., verifique a corrente de excitao

    resultante, Iexc.1, e para esta, a corrente de curto-circuito correspondente Icc1. A reatncia

    sncrona por fase, saturada, dada por:

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    )/(1

    faseohmsI

    VXs

    cc

    nomsat (2.2)

    A reatncia sncrona por fase, no saturada :

    )/(2

    . faseohmsI

    VXs

    cc

    nomsatnao (2.3)

    C) Determinao da reatncia sncrona em p.u. :

    b

    sZ

    XupX *..

    (2.4)

    onde:

    X* pode ser : Xssat.;

    Xsno sat. ;

    Xd ou

    Xq

    ZV

    Ibb

    b

    , em que Vb e Ib so respectivamente a tenso e corrente nominais por fase.

    IV) Determinao das Reatncias Associadas aos Eixos Direto e Quadratura:

    Outro mtodo para se determinar a reatncia sncrona de uma mquina de indutor cilndrico

    perfeito, seria acion-la na velocidade sncrona por meio de outro motor, e ligar seu induzido

    linha, porm sem excit-la com corrente contnua. Assim sendo, se desprezarmos as perdas, a

    corrente Ia, absorvida da linha ser uma corrente magnetizante.

    Pela equao (2.5) possvel calcular-se a reatncia sncrona, bastando medir a tenso Va e a

    corrente de magnetizao absorvida.

    .amag

    as

    I

    VX

    (2.5)

    Se, porm a mquina fosse de plos salientes e os plos do campo rotativo do induzido girassem

    com velocidade ws e sempre alinhados com as peas polares do indutor (eixo direto) teramos,

    para a corrente de magnetizao absorvida da linha, uma corrente de eixo direto e o seu

    andamento no tempo seria o do grfico 2.4. A relao entre os valores eficazes da tenso Va e

    dessa corrente Iad mag seria a reatncia associada ao eixo direto. Assim,

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 16

    .magad

    ad

    I

    VX

    (2.6)

    Mas se os plos do campo rotativo girassem alinhados com o eixo de quadratura das peas

    polares, teramos devido maior relutncia, uma corrente de magnetizao maior que seria a

    corrente Iaq mag., cujo andamento est no grfico 2.4. Logo, a reatncia associada ao eixo de

    quadratura seria

    .magaq

    aq

    I

    VX

    (2.7)

    Fig. 2.4 Andamento das correntes absorvidas pela mquina sncrona sem excitao de

    C.C.. Com peas polares sempre alinhadas com o campo rotativo do induzido (campo

    alinhado com o eixo direto) Iad; e alinhado com o eixo de quadratura Iaq.

    Na prtica, a soluo para se obter os valores de Iad mag e Iaq mag. associar a mquina sncrona a

    ser ensaiada por meio de um motor que apresente uma velocidade prxima da velocidade ws que

    dada pela quantidade de plos do induzido e pela freqncia da tenso de linha. Um

    oscilograma dessa corrente seria o do grfico 2.4, mas que, nos casos prticos, no to claro e

    simtrico. O contorno da corrente Ia ter uma freqncia correspondente diferena de

    velocidade entre campo rotativo e sapatas polares do indutor. Desse oscilograma se consegue os

    valores mximos e eficazes de Iad mag e Iaq mag. para se poder aplicar as equaes (2.6) e (2.7). Se

    o fenmeno for bem lento com um ampermetro, consegue-se registrar razoavelmente os valores

    dessa corrente.

    conveniente utilizar uma tenso Va reduzida para que o conjugado de relutncia da mquina

    sncrona (nico conjugado que se manifesta sem excitao C.C.) seja pequeno e com isso

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 17

    diminua a tendncia dela sincronizar e arrastar consigo o motor de acionamento. E com tenso

    reduzida teremos pequeno fluxo na estrutura magntica; logo, as reatncias medidas devem ser

    praticamente as no-saturadas.

    Fig 2.5 Andamento da corrente absorvida pela mquina sncrona sem excitao de C.C..

    Alternncia de alinhamento com eixo direto e eixo quadratura.

    V) Verificao da influncia da natureza da carga - Medida da regulao do gerador

    sncrono:

    ][*60

    RPMp

    fn (2.8)

    A equao (2.8) mostra que a freqncia gerada diretamente proporcional velocidade do

    rotor. Sabendo que todas as aplicaes tcnicas do gerador sncrono requerem uma freqncia

    constante, os alternadores devem ser acionados a uma velocidade constante porque as variaes

    de carga afetam a velocidade do rotor, assim, dever ter um controle capaz de manter a

    velocidade constante apesar das variaes de carga.

    Geralmente queremos um gerador capaz de fornecer uma tenso constante para qualquer carga.

    Veremos que a corrente de excitao afeta grandemente no fluxo polar, consequentemente, para

    manter a tenso constante, a corrente de excitao deve variar de acordo com a carga.

    Para manter a tenso constante, a corrente de excitao deve ser aumentada quando a velocidade

    do rotor diminui, ou seja, quando aumentamos a carga.

    Se a carga capacitiva deve se reduzir a excitao para manter a tenso nominal.

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    Atravs do grfico da figura 2.6 pode-se observar o seguinte:

    Fig. 2.6 Comportamento da corrente de linha em funo da corrente de excitao

    Linha EDC limite inferior de excitao,

    Trapzio ABCDE rea de trabalho do gerador sncrono,

    Para carga com fator de potncia 0,6 necessrio uma Iexc mx. para obter apenas 50% da

    corrente nominal do gerador,

    Para carga com fator de potncia 1,0 necessrio apenas 50% da Iexc mx. para se obter 100%

    da corrente nominal do gerador,

    Uma carga resistiva requer um pequeno incremento da Iexc. para manter a tenso nominal

    constante,

    Uma carga indutiva requer uma grande corrente de excitao,

    J uma carga capacitiva requer uma excitao reduzida. E ainda corre o risco de ficar

    sobreexcitado.

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    Procedimento Experimental :

    I) Ensaio em Vazio :

    1. Montar o circuito conforme a figura 2.7

    2. Ajustar Rd e F3 para n = 1800 rpm

    3. Aumente Rexc at o seu valor mximo, ou seja, diminua Iexc., de modo que a 1 F.E.M.

    indicada pelo voltmetro reduza ao mnimo

    4. Medir a corrente de excitao e a tenso Vo

    5. Atravs de Rexc variar a corrente de excitao, medir a tenso e certificar que a velocidade est

    em 1800 rpm. Caso no esteja, use o ajuste de Rd

    6. Repetir os itens 2, 3, 4 e 5 para n = 1500 rpm e n = 1100 rpm

    7. Montar a tabela 2.1

    8. Construir os grficos :

    Vo x Iexc ( para velocidades constantes n1, n2 e n3 ) em um nico par de eixos.

    FIGURA 2.7

    n1 = 1800 rpm n2 = 1500 rpm n3 = 1100 rpm

    Iexc ( A ) Vo ( V ) Iexc ( A ) Vo ( V ) Iexc ( A ) Vo ( V )

    TABELA 2.1

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    II) Ensaio em Curto-Circuito :

    1. Montar o circuito conforme a figura 2.8

    2. Para trs valores de rotaes diferentes n1 = 1800 rpm, n2 = 1500 rpm e n3 = 1100 rpm varie

    a Iexc. e mea os valores de Icc

    3. Montar a tabela 2.2

    4. Construir o grfico (Icc / 3 ) x Iexc. para as trs rotaes em um nico par de eixos.

    FIGURA 2.8

    n1 = 1800 rpm n2 = 1500 rpm n3 = 1100 rpm

    Iexc ( A ) Icc(A) Iexc ( A ) Icc(A) Iexc ( A ) Icc(A)

    TABELA 2.2

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    III) Determinao das Reatncias associadas aos eixos direto e quadratura

    1. Montar o circuito conforme a figura 2.9

    2. Deixando a excitao do campo em aberto, aplique V=30V nos terminais da mquina sncrona

    3. Gire o motor C.C. de modo que a rotao seja prxima da rotao sncrona (1800 rpm)

    4. Ajustando a rotao, faa 5 (cinco) medidas para Id e 5 (cinco) medidas para Iq

    5. Ache a mdia das medidas e calcule as reatncias pela frmula :

    XdV

    Idmedio

    3 (ohms/fase) e Xq

    V

    Iqmedio

    3 (ohms/fase)

    onde:

    Idmdio = corrente mdia do eixo direto (corrente menor)

    Iqmdio = corrente mdia do eixo de quadratura (corrente maior)

    FIGURA 2.9

    Corrente do Eixo Direto ( Id ) Corrente do Eixo de Quadratura ( Iq )

    Idmdio = Iqmdio =

    TABELA 2.3

    IV) Verificao da Influncia da Natureza da Carga - Medida da Regulao do Gerador

    Sncrono

    1. Montar o circuito conforme a figura 2.10

    2. Ajustar a fonte F3 (0-300Vcc) e Rd at obter a rotao nominal de 1800 rpm

    3. Ajustar a tenso de sada do gerador sncrono para 220V, atuando no Rexc

    4. Mantendo constante a n(rpm) e a Iexc(A) ligar a gaiola resistiva na configurao ESTRELA -

    Y e medir a tenso Vc e a corrente Ic

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    5. A tenso dos terminais do gerador dever modificar em virtude da carga. Calcule a regulao

    de tenso do gerador sncrono, sabendo que : 100*(%)Vc

    VcVoR

    6. Repetir os itens anteriores para as cargas RL e RC

    7. Preencher a tabela 2.4

    8. Construir os grficos :

    Vc x Ic ( caracterstica de carga )

    R(%) x Ic ( caracterstica de regulao )

    FIGURA 2.10

    Cargas n (rpm) Iexc (A) Vc ( V ) IC ( A ) cos R ( %) EM VAZIO

    Gaiola Resistiva Ligao Estrela - Y POS 1 = 180/fase POS 2 = 90/fase POS 3 = 60/fase POS 4 = 45/fase POS 5 = 36/fase

    Gaiola Resistiva em Estrela em SRIE

    com Gaiola Indutiva em Estrela n (rpm) Iexc (A) Vc ( V ) IC ( A ) cos R ( %)

    POS 1 = 180/fase POS 5 = 513mH/fase POS 2 = 90/fase POS 4 = 256mH/fase POS 3 = 60/fase POS 3 = 171mH/fase POS 4 = 45/fase POS 2 = 128mH/fase POS 5 = 36/fase POS 1 = 102mH/fase Gaiola Resistiva em Estrela em SRIE

    com Gaiola Capacitiva em Estrela n (rpm) Iexc (A) Vc ( V ) IC ( A ) cos R ( %)

    POS 1 = 180/fase POS 1 = 13,7F/fase POS 2 = 90/fase POS 2 = 27,4F/fase POS 3 = 60/fase POS 3 = 41,1F/fase

    TABELA 2.4

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    Questes :

    1. Explique os grficos obtidos.

    Vo x Iexc.

    Icc x Iexc.

    Vc x Ic

    R(%) x Ic

    2. Comente sobre o diagrama de Potier ( construo, utilizao ).

    3. Atravs do diagrama de Potier para n=1800 rpm e das equaes (2.2) e (2.3), calcule as

    reatncias sncrona por fase saturada (Xssat.) e no saturada (Xsno sat.); compare com as

    reatncias obtidas nos eixos direto (Xd) e quadratura (Xq).

    4. Determine as reatncias sncronas em p.u. atravs da equao (2.4).

    5. No ensaio em vazio, voc deve ter observado a necessidade de corrigir a rotao da mquina

    sncrona conforme aumentava sua excitao. Por qu?

    6. No ensaio de curto-circuito, o que aconteceria se houvesse variao da rotao durante o

    levantamento dos pontos?

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    3 EXPERINCIA DE MQUINAS ELTRICAS

    Ttulo : Mquina Assncrona

    Objetivos :

    I) Verificar o comportamento da F.E.M. rotrica e da freqncia em uma mquina assncrona.

    II) Verificar as curvas caractersticas da mquina assncrona atravs do ensaio em vazio e

    bloqueado, e obter os parmetros do circuito equivalente.

    Material Utilizado :

    01 medidor de energia

    01 multmetro digital

    01 osciloscpio digital

    01 tacmetro

    01 mquina C.C. com as seguintes caractersticas :

    220Vcc / 0,37kW / 1,68A p/ gerador / 2,20A p/ motor / 1800 rpm

    Campo : 220Vcc / 0,3A

    01 mquina assncrona com as seguintes caractersticas :

    Rotor de Anis

    220V/380V/440V/760V

    1,6A / 0,9A/ 0,8A/ 0,5A

    0,3kW / 1700 rpm / 60 HZ

    Resumo Terico :

    I) Comportamento da f.e.m. rotrica e da freqncia em uma mquina assncrona

    Nesta experincia verificaremos as propriedades bsicas de uma mquina de induo (mquina

    assncrona). Esta a mais importante das mquinas eltricas, amplamente utilizada para todos

    os propsitos industriais, geralmente como motor.

    Existem basicamente dois tipos de mquinas de induo:

    De rotor bobinado: tanto o estator quanto o rotor tem enrolamentos trifsicos e o enrolamento

    do rotor acessvel por meio de escovas.

    Rotor curto-circuitado Gaiola de Esquilo: o estator tem enrolamentos trifsicos e o rotor tem

    barras condutoras distribudas uniformemente em sua circunferncia. As barras esto curto-

    circuitadas por anis condutores, um em cada extremo do rotor.

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    A teoria das mquinas de induo estabelece que quando os enrolamentos do estator esto

    conectados a uma fonte trifsica, cria-se um campo magntico na circunferncia que separa o

    rotor do estator.

    Velocidade do campo do Estator: nf

    pRPMs

    60 1*[ ] ;

    f1 = freqncia da tenso aplicada

    p = pares de plos

    Se o rotor est estacionrio, cada uma de suas bobinas ser influenciada por um campo

    magntico cuja freqncia igual freqncia da tenso aplicada no estator. Portanto, induz

    uma f.e.m. de valor E0 em cada fase do rotor com uma freqncia f1.

    ** 1fCEo (3.1)

    Onde: C = constante, cujo valor depende do nmero de plos (2p), do nmero de enrolamentos

    por fase e da distribuio sobre a circunferncia do rotor,

    f1 = freqncia do estator,

    = fluxo magntico polar.

    Se o rotor gira com uma velocidade nr, diferente de ns.

    pnn

    f rs *60

    2

    (3.2)

    12 * fn

    nnf

    s

    rs (3.3)

    12 *fsf (3.4)

    oEsE *2 (3.5)

    Onde: ns - nr = velocidade relativa entre o estator e o rotor,

    p = pares de plos,

    f2 = freqncia rotrica,

    s = escorregamento,

    E2 = tenso rotrica.

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    Fig. 3.1 Comportamento da f.e.m. rotrica em funo da velocidade da mquina

    assncrona.

    Quando o rotor gira com a velocidade sncrona ( ns), tanto a f.e.m. como a freqncia f2 so zero.

    Para esta velocidade no flui corrente no circuito do rotor, portanto no induz f.e.m.. Se a

    mquina precisa de um determinado torque necessrio que exista uma interao entre o fluxo

    magntico e a corrente do rotor. Por esta razo a mquina pode operar como motor ou gerador

    uma vez que a velocidade do rotor nr diferente da velocidade do campo girante do estator ns.

    0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    Escorregamento(s)E

    2 (

    Volts)

    n (RPM)

    0,00

    0,25

    0,50

    0,75

    1,00

    0,00

    0,25

    0,50

    0,75

    1,00

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    Procedimento Experimental :

    I) Comportamento da f.e.m. rotrica e da freqncia em uma mquina assncrona

    1. Montar o circuito conforme a figura 3.2

    2. Com Va em zero volts, ajuste a Iexc para 0,3A atravs da fonte F5 (0-220Vcc) e de Rd

    3. Alimente o estator do motor de induo (F1) e mea o valor de E2

    4.Ajuste a fonte F3 (0-300Vcc) para que o rotor comece a girar. Medir a tenso rotrica (E2rms)

    e a frequncia rotrica (f2).

    5. Calculando o escorregamento (s) e a rotao (n), construa a tabela 3.1

    6. Construir os grficos :

    E2 x n

    f2 x n

    FIGURA 3.2

    n ( rpm ) E2 ( V ) escorregamento: s f2 ( Hz )

    Eo =

    TABELA 3.1

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    II) Curvas Caractersticas da Mquina Assncrona:

    1. Montar o circuito conforme a figura 3.3

    2. Variar a fonte F2 (0-240Vca) e medir Vo, Io, Po, coso e no preenchendo a tabela 3.2

    3. Construir os grficos :

    Vo x Io

    Po x Vo

    no x Vo

    coso x Vo

    FIGURA 3.3

    Vo ( Volts ) Io ( Ampres ) Po ( Watts ) no (RPM) coso

    TABELA 3.2

    4. Montar o circuito conforme a figura 3.4

    5. Com o rotor bloqueado, variar a fonte F2 (0-240Vca) e medir Vcc, Icc e Pcc.

    Preencher a tabela 3.3

    6. Construir os grficos ;

    Pcc x Icc

    Vcc x Icc

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    7. Obter os parmetros do circuito equivalente e desenhar o circuito equivalente com os

    respectivos parmetros

    FIGURA 3.4

    Vcc ( Volts ) Icc ( Ampres ) coscc Pcc ( Watts )

    Icc max.= 2,0

    TABELA 3.3

    Questes :

    1. Explique os grficos obtidos.

    E2 x n

    f2 x n

    Vo x Io

    Po x Vo

    no x Vo

    coso x Vo

    Pcc x Icc

    Vcc x Icc

    coscc x Icc

    2. O que acontece quando o rotor gira com a velocidade do campo do estator (velocidade de

    campo girante)?

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    4 EXPERINCIA DE MQUINAS ELTRICAS

    Ttulo : Simulaes de motores de induo utilizando o software Pspice

    Objetivos :

    Atravs do software Pspice possvel obter os principais dados de corrente, tenso e potncia do

    motor de induo e consequentemente verificar as suas curvas caractersticas, entre elas:

    - Torque em funo da velocidade;

    - Torque em funo do escorregamento;

    - Corrente do estator e do rotor em funo do escorregamento;

    E tambm verificar o seu balano energtico.

    Resumo Terico :

    O circuito equivalente, por fase, de um motor de induo, geralmente desenhado com o

    circuito equivalente do rotor referido ao estator, como mostrado na Fig. 4.1. As perdas hmicas

    nos enrolamentos do estator e do rotor so representadas, respectivamente, por R e R2; X1 e X2

    modelam a disperso no estator e no rotor, enquanto Rp corresponde s perdas no ferro e Xmag

    reatncia de magnetizao. A resistncia do rotor dividida em duas parcelas para separar as

    perdas hmicas. A parcela R'2(1-s)/s corresponde parte varivel da resistncia rotrica, que

    funo das condies de operao do motor, ou seja, da carga mecnica aplicada ao seu eixo.

    Fig. 4.1 Circuito equivalente, por fase, do motor de induo, referido ao estator.

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    cos...311 IVP f

    IRP je2

    11..3

    RV

    IRPP

    PPP

    2

    12 .3..3

    PPPP Pjef 12

    ss

    s IRI

    RRP

    '''

    ''

    2

    222

    2

    2

    212

    ..

    1.3

    PPP aeu

    P

    Ce

    e

    Para poder simular o circuito equivalente do motor, necessrio efetuar um balano

    energtico do motor. A potncia fornecida pela fonte trifsica ser:

    [4.1]

    As perdas Joule no estator so dadas por:

    [4.2]

    As perdas no ferro so dadas por:

    [4.3]

    A potncia transferida ao rotor, pelo entreferro, calculada por:

    [4.4]

    Como a potncia s pode ser dissipada na parte resistiva do circuito equivalente, a

    potncia transferida ao rotor ser:

    [4.5]

    As perdas Joule no rotor so calculadas por:

    ''2

    22..3 IRP jr [4.6]

    A potncia eltrica disponvel para ser convertida em potncia mecnica ser aquela

    transferida ao rotor, atravs do entreferro, descontando-se as perdas Joule no rotor:

    ''2

    2212.

    1.3 IRPPP s

    sjre

    [4.7]

    A potncia til pode ser expressa por:

    [4.8]

    O conjugado eletromagntico dado por:

    [4.9]

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    ss .1

    se s

    IRC

    1.

    ..3 ''2

    22

    s

    sR

    1.3 '2

    sP

    s

    e IVP

    Css

    1...

    )1(

    1.3

    )1('22

    12

    '' 2322 ..3.).1(

    .3 IIIV

    C Rs

    P

    e s

    Considerando que a velocidade angular pode ser expressa em funo da velocidade

    sncrona por:

    [4.10]

    substituindo o valor de da expresso (A-10), o conjugado eletromagntico passa a ser dado

    por:

    [4.11]

    No circuito equivalente do PSPICE, para traar a curva Pe x escorregamento, basta plotar

    a potncia dissipada em:

    [4.12]

    dada por:

    '2

    2212..3 IVP P [4.13]

    Para obter o grfico do conjugado, pode-se usar um artifcio, criando-se uma fonte

    vinculada, com ganho 1/s e traando-se a corrente em um resistor R3=(1-s).

    [4.14]

    O termo V2P/s corresponde queda de tenso no resistor R3 . Assim, a corrente em R3

    pode ser obtida por:

    sP

    R s

    VI ).1(

    2

    3 [4.15]

    Dessa forma, o conjugado eletromagntico ser expresso por

    [4.16]

    A Fig. 4.2 mostra a incluso da fonte de tenso vinculada e do resistor R3.

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 33

    Fig. 4.2 Circuito equivalente para obteno do conjugado eletromagntico

    Um exemplo de curva caracterstica:

    Seja como exemplo, um motor de induo, de rotor bobinado, 4 plos, 0,37 kW, 220V,

    1,64A, 60Hz e conectado em delta (), que foi submetido aos ensaios em vazio e em curto-

    circuito. Os dados obtidos esto apresentados na tabela 4.1.

    TABELA 4.1 ENSAIO EM VAZIO E EM CURTO-CIRCUITO

    Ensaio em vazio Ensaio em curto

    Vo (V) Io (A) Po(W) F.P.vazio Vcc(V) Icc(A) Pcc(W) F.P.curto

    214 0,95 58,6 0,17 10 0,26 2,3 0,50

    200 0,86 52,3 0,17 20 0,51 8,9 0,49

    190 0,80 48,1 0,18 30 0,74 18,8 0,50

    180 0,74 43,6 0,19 40 0,99 33,7 0,49

    170 0,68 40,7 0,22 50 1,23 50,6 0,50

    160 0,64 37,9 0,22 60 1,55 81,4 0,50

    150 0,59 36,0 0,23 70 1,82 114,0 0,50

    140 0,55 34,6 0,25

    130 0,51 31,5 0,28

    120 0,47 30,7 0,31

    110 0,43 28,9 0,34

    100 0,40 27,8 0,38

    90 0,37 26,2 0,45

    80 0,34 24,5 0,53

    70 0,31 24,6 0,60

    As perdas por atrito e ventilao (Pa) foram determinadas atravs da Fig. 4.3 e so

    consideradas constantes e iguais a 10 Watts.

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 34

    Fig. 4.3 Grfico da Potncia em Vazio (Po) em funo da Tenso (Vo)

    Os parmetros do motor foram calculados e esto referidos ao estator , conforme relao abaixo:

    R1=15,16 R2=15,16 X1=29,9 X2=29,9

    Xmag=393,94 RP=2826,91

    A velocidade sncrona pode ser obtida da freqncia de alimentao e do nmero de

    plos do motor, resultando s=188,5 rad/s. Desta forma o ganho da fonte de tenso vinculada E2

    do circuito equivalente da Fig. 4.4 ser 5,305 * 10 3

    .

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 35

    Fig. 4.4 Circuito equivalente do motor no PSPICE

    A potncia til do motor na condio de plena carga corresponder potncia

    eletromagntica (Pe) dissipada no resistor Rr descontadas as perdas por atrito e ventilao (Pa),

    conforme [4.8].

    Fig.4.5 Curva caracterstica da potncia til

    Simulando-se o circuito da Fig. 4.4 pode-se obter do grfico da Fig. 4.5, a potncia til

    (0,37 kW) e consequentemente determinar o escorregamento nominal, aproximado de

    56,55*10-3

    .

    Pode-se calcular a potncia fornecida ao motor atravs da expresso [4.1]. Para tanto, do

    circuito simulado, obtm-se a corrente de linha:

    I1 = 1,65-40,05 cos=0,765

    Resultando em uma potncia fornecida pelo motor de 481,29W.

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 36

    Para verificar-se a eficincia do modelo, pode-se efetuar um balano energtico

    Potncia fornecida pelo motor 481,29W (1)

    Potncia dissipada no cobre no estator 41,60W (2)

    Perdas no ferro 38,71W (3)

    Potncia dissipada no cobre no rotor 22,91W (4)

    Perdas por atrito e ventilao 10W (5)

    Potncia mecnica (1)-(2)-(3)-(4)-(5) 368,07W

    Considerando os desvios de aproximaes efetuadas, o resultado confirma o valor de

    370W, previsto para a potncia mecnica.

    A Fig. 4.6, permite verificar o comportamento da corrente e do conjugado do motor em

    funo do escorregamento.

    Pode-se observar os valores de conjugado de partida, mximo e nominal e da corrente

    nominal e de partida.

    Fig. 4.6 Curva conjugado x escorregamento.

    A seguir, apresentado os valores calculados utilizando os parmetros do circuito

    equivalente do motor:

    Conjugado de Partida = 2,41Nm

    Conjugado Mximo = 4,53 Nm

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    Conjugado Nominal = 2,15 Nm

    Corrente Nominal = 1,64 A

    A confrontao dos valores simulados com os valores calculados, mostra novamente a

    eficincia do modelo utilizado.

    Procedimento Experimental :

    I) Com os dados da experincia n 3 mquina assncrona, simule o motor de induo de rotor bobinado no Pspice e construa os seus grficos caractersticos:

    - Conjugado x Escorregamento

    - Corrente de Linha x Escorregamento

    - Potncia Mecnica x Escorregamento

    II) Confronte os valores dos conjugados de partida, mximo e nominal e da corrente nominal e

    de partida, simulados no Pspice com os valores calculados utilizando o circuito equivalente do

    motor.

    III) Calcule um resistor para ser inserido no rotor para obter torque mximo e simule novamente

    para verificar as curvas de:

    - Conjugado x Escorregamento

    - Corrente de Linha x Escorregamento

    IV) Como varia o torque mximo com a resistncia rotrica?

    V) Como varia o torque de partida com a resistncia rotrica?

    VI) Como varia a corrente de partida com a resistncia rotrica?

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    5 EXPERINCIA DE MQUINAS ELTRICAS

    Ttulo : Acionamentos Eltricos para as Mquinas Assncronas.

    Objetivos :

    I) Verificar o comportamento da F.E.M. rotrica e da freqncia em uma mquina assncrona.

    II) Verificar as curvas caractersticas da mquina assncrona atravs do ensaio em vazio e

    bloqueado, e obter os parmetros do circuito equivalente.

    Material Utilizado :

    01 medidor de energia

    02 multmetros digitais

    01 tacmetro

    01 mquina C.C. com as seguintes caractersticas :

    220Vcc / 0,37kW / 1,68A p/ gerador / 2,20A p/ motor / 1800 RPM

    Campo : 220Vcc / 0,3A

    01 mquina assncrona com as seguintes caractersticas :

    Rotor de Anis

    220V/380V/440V/760V

    1,6A / 0,9A/ 0,8A/ 0,5A

    0,3kW / 1700 RPM / 60 HZ

    01 mquina assncrona com as seguintes caractersticas :

    Rotor em Curto-Circuito

    220V/380V/440V

    0,94A / 0,54A/ 0,47A

    0,18kW/0,25CV / 1670 RPM / 60 HZ / =66% / F.S. = 1,15

    Ip/In = 3,7; Isolao Classe F

    Resumo Terico :

    Esse resumo terico foi extrado do trabalho de concluso de curso de engenharia eltrica

    do ano de 2011 da Faculdade de Engenharia de Sorocaba, intitulado como Acionamentos de

    motores de induo atravs das tcnicas de controle escalar e vetorial, de autoria de Ccero

    Benedito Camargo, sob a orientao do professor Joel Rocha Pinto.

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    Quando um motor de induo colocado em operao, no perodo de partida, ele absorve

    uma grande quantidade de corrente e isso pode trazer consequncias que prejudicam a rede no

    qual ele est sendo alimentado e alm de disso, devido grande potncia consumida, a

    temperatura aumentar, podendo danificar os enrolamentos e atuar as protees para a qual ele

    foi dimensionado. (AZEVEDO, MENDES, 2008, p.29).

    De acordo com MAMEDE (2007), no intervalo de partida de um motor de induo, ele

    exige da rede eltrica uma grande quantidade de corrente, que pode ser de 6 a 10 vezes maior

    que a corrente nominal.

    Quanto maior o tempo at sua velocidade nominal, maior ser o desgaste devido

    sobrecorrente e dependendo da corrente absorvida, uma queda de tenso na rede ocorrer,

    podendo afetar equipamentos ligados no mesmo circuito. (AZEVEDO, MENDES, 2008, p29)

    Se a queda de tenso durante o tempo de partida, segundo MAMEDE (2007), for muito

    significativa, pode acarretar a parada do motor, pois ele ficar limitado a tenses abaixo dos

    valores estabelecidos. Atravs da tabela 5.1, possvel analisar o limite de tenso que os motores

    de induo podem operar.

    Tabela 5.1 Limite de tenso em % e consequentes efeitos no sistema

    Tenso em % de Vnm Conseqncias

    85 Contatores da classe 600 Volts deixam de

    operar

    76

    Motores sncronos e assncronos deixam de

    operar quando submetidos a 115% da

    potncia nominal

    71 Motores de induo deixam de operar

    quando submetidos plena carga

    67 Motores sncronos deixam de operar

    Fonte: (MAMEDE, 2007)

    A fim de diminuir a corrente de partida, controlar a velocidade, torque e preciso, alguns

    meios de partidas e controles para motores de induo sero apresentados neste captulo.

    Existem diversas formas de se fazer o acionamento eltrico para motores de induo e

    isso vai depender do tipo de aplicao. Para isso, necessria a elaborao do projeto e clculo

    do motor que se utilizar, dependendo da carga mecnica que for aplicada ao eixo. Se o motor

    assncrono for de baixa potncia e a carga que ele for arrastar baixa, pode-se utilizar a partida

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 40

    direta. Para uma carga mecnica alta, o motor dever ser projetado para carregar esta carga, sem

    afetar a rede eltrica que o mesmo estiver sendo alimentado. Para isso, so necessrios outros

    meios de partida, j que, de acordo com a normas estabelecidas, motores acima de 5 CV devero

    ser acionados atravs de dispositivos que reduzam a corrente de partida.

    Os tipos mais utilizados para acionamentos de motores de induo so:

    Partida Direta

    Esse tipo de partida destina-se a motores de baixa potncia e que de preferncia seja feita

    sem carga. Pode ser considerado o sistema mais simples de partida de motores, pois necessita

    apenas de contatores,disjuntores e chaves para manobras.

    Motores de baixa potncia podem ser acionados por este mtodo, desde que a corrente de

    partida seja menor que a corrente nominal da rede. (MAMEDE, 2007, p.268)

    A figura 5.1 ilustra um caso de partida direta.

    Figura 5.1 Partida Direta de um motor de induo trifsico

    Fonte: (SIQUEIRA ELTRICA)

    Caso a partida direta no seja possvel, pode se escolher dentre outros mtodos para

    controlar a corrente de partida.

    Partida Estrela Tringulo

    Quando a potncia do motor for elevada e este tiver que acionar uma carga mecnica alta,

    a fim de se reduzir a corrente na partida, um mtodo bastante utilizado a chave estrela-

    tringulo, pois apresenta um custo baixo, dimenses aceitveis, baixa queda de tenso no perodo

    da partida e alto nmero de manobras. (MAMEDE, 2007, p. 269)

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    Para este tipo de acionamento, o motor dever ter pelo menos seis bornes de ligao e

    devem ser projetados para trabalhar em diferentes tenses. Com o auxlio da tabela 5.2,

    possvel verificar para quais tenses este tipo de ligao pode ser aplicado. (WEG, 2010, p.D13)

    Tabela 5.2 - Ligaes possveis para partida estrela tringulo

    Ligao dos

    enrolamentos(V)

    Tenso de

    Alimentao

    Partida com chave

    Estrela - Tringulo

    220/380 220 Possvel em 220 V

    220/380 380 No possvel

    220/380/440 220 Possvel em 220 V

    220/380/440 380 No possvel

    220/380/440 440 No possvel

    380/660 380 Possvel em 380 V

    220/380/440/760 220 Possvel em 220 V

    220/380/440/760 380 No possvel

    220/380/440/760 440 Possvel em 440 V

    Fonte: (MAMEDE, 2007)

    Neste tipo de partida, a corrente e o torque so reduzidos a 1/3, ou aproximadamente

    entre 25% e 33% da corrente de partida nominal. (MAMEDE, 2007, p.269)

    O motor parte na configurao estrela e aps uma determinada velocidade passa para

    tringulo, operando ento, pelas condies nominais de operao.

    Na ligao estrela tringulo, o conjugado do motor na partida estrela, tem que ser maior

    que o conjugado da carga e a velocidade tm que atingir aproximadamente 90% da velocidade

    nominal para depois passar para tringulo, do contrrio, esse tipo de partida no apresenta

    vantagens.

    O esquema de ligao de uma partida estrela tringulo pode ser vista na figura 5.2 e a

    curva da corrente I/In pela velocidade em RPM mostrada na figura 5.3.

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    Figura 5.2 - Partida de um motor de induo trifsico utilizando o mtodo Y/

    Fonte: (GEOCITIES, 2011)

    Figura 5.3 Curva de partida I/In por RPM

    Fonte: (WEG, 2010)

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    Partida Com Autotransformador

    Quando se faz necessria a partida de motores sob carga, a partida com chave

    compensadora, conhecida tambm como partida com autotransformador pode ser utilizada.

    A funo desse autotrafo diminuir a tenso na partida, podendo assim, diminuir a

    corrente de pico. Isso feito atravs de combinaes de ligaes entre o autotransformador e o

    estator. As conexes estrela so acessveis no ciclo de partida e fechada quando o motor fica

    sob a tenso da rede.

    utilizada mais nas partidas de motores maiores, com potncia maior, como por

    exemplo, calandras e britadores. (MAMEDE, 2007, p.270).

    Na figura 5.4, possvel verificar o esquema de um motor com partida atravs de chave

    compensadora.

    Figura 5.4 Partida com autotransformador

    Fonte: (GEOCITIES, 2011)

    Esse tipo de partida tem um custo mais elevado que a partida feita atravs da chave

    estrela-tringulo, alm disso, necessrio um espao maior para instalao, pois utilizado um

    autotransformador e por este motivo, sua utilizao limita-se a casos especiais, citados acima.

    Uma vantagem apresentada que ele consegue um controle na corrente de partida que equivale a

    aproximadamente a corrente de acionamento Y- , com um TAP de 65%. (MAMEDE, 2007,

    p.270)

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    Partida PW (Partida Dividida)

    Um mtodo pouco conhecido, mas bastante utilizado principalmente para a partida de

    motores na rea de refrigerao, a chamada partida PW.

    Para realizar este tipo de acionamento, o motor deve possuir 12 pontas e o estator

    dividido em duas partes, podendo ser Y/YY ou /. (BITZER, 2011)

    Como os enrolamentos esto dispostos paralelamente no estator, possvel realizar a

    partida por partes, utilizando-se um rel de tempo. A vantagem que ao mudar de estado, a

    corrente no sofre pico, amenizando os efeitos transitrios, o que pode ser verificado na figura

    5.7. Para isso, o tempo no deve ultrapassar 0,5 segundos.

    Alm disso, outro fator que gera economia a utilizao de apenas dois contatores.

    Nas figuras 5.5 e 5.6 so ilustrados os tipos de ligaes disponveis para este mtodo de

    partida.

    Figura 5.5 Partida PW na configurao Y / YY

    Fonte: (BITZER,2011)

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    Figura 5.6 Partida PW na configurao /

    Fonte: (BITZER, 2011)

    Figura 5.7 Caractersticas da corrente de partida

    PW1 Partida Dividida 1

    PW2 Partida Dividida 2

    Fonte: (BITZER, 2011)

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    Partida com Soft Starter

    Atualmente possvel realizar a partida de motores de induo utilizando equipamentos

    com tamanhos reduzidos e controlados eletronicamente.

    Isso se deve ao fato do avano da microeletrnica combinado com a eletrnica de

    potncia.

    O Soft Starter um dispositivo capaz de efetuar alm do controle de partida, o controle

    de frenagem e torque e, com isso, consegue manter a corrente de partida muito prxima da

    corrente nominal com baixa variao durante todo o perodo de tempo da partida. (WEG, 2010, p

    D15)

    Essa chave esttica, como tambm chamada, faz o chaveamento aos terminais do motor

    atravs de tiristores (SCR) ligados em conjunto, sendo um conjunto para cada fase do sistema.

    Atravs de um circuito microcontrolado, pode se ajustar alguns parmetros que iro disparar

    esses tiristores, fazendo um controle suave de partida. Um soft starter da marca WEG pode ser

    visto na figura 5.8.

    Figura 5.8 Soft Starter Weg, modelo SSW 07

    Fonte: (RM MOTORES)

    Para ser possvel o controle fino de corrente de partida, o soft starter oferece um ajuste de

    tenso inicial de partida (tp) e um tempo de ciclo (tc) pr determinado para que o motor acelere

    at a velocidade nominal e consequentemente obtenha a tenso nominal da rede. Com isso,

    segundo AZEVEDO e MENDES (2008), picos de correntes so evitados e o conjugado de

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    acelerao amenizado, evitando desgastes em peas mecnicas e amenizando efeitos na rede

    eltrica.

    Na figura 5.9, pode se analisar a tenso de partida em funo do tempo de partida.

    Figura 5.9 Comportamento da tenso em funo do tempo de partida

    Fonte: (MAMEDE, 2007, p. 272)

    Esse tempo at a velocidade nominal faz a corrente de partida ter um comportamento

    parecido com a tenso de partida e com isso, no se tem picos que ocorrem em outros meios de

    acionamentos. Isso pode ser visualizado na figura 5.10.

    Figura 5.10 Comportamento da corrente em funo da velocidade e tempo de partida

    Fonte: (MAMEDE, 2007, p. 273)

    O ajuste do tempo de acelerao e a tenso inicial iro depender do tipo de carga que a

    chave ir acionar. Portanto, importante ter pleno domnio do projeto ao qual este sistema ser

    implantado. Para o clculo da tenso inicial, a equao 5.1 apresentada abaixo:

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    (5.1)

    Onde:

    Vp = tenso inicial;

    Vnm = tenso nominal do motor;

    Cnm = conjugado nominal do motor;

    Ci = conjugado nominal da carga no momento da partida;

    Cp = conjugado nominal do motor no momento da partida;

    Alm da equao da tenso inicial, a equao 5.2 mostrada. Ela representa a equao do

    tempo de partida.

    (5.2)

    Onde:

    Tp = tempo de partida;

    Tpd = tempo de partida do motor ligado diretamente a rede de alimentao;

    As vantagens apresentadas pelo soft starter no ciclo de partida tambm so vlidas para a

    parada da mquina de induo. Esse tipo de controle se faz necessrio quando uma parada por

    corte total de tenso pode acarretar danos a produtos e a pessoas. MAMEDE (2007) explicita que

    esta configurao de parada amplamente utilizada em escadas rolantes e esteiras

    transportadoras de produtos.

    A rampa de desacelerao pode ser ajustada geralmente de 0 a 20 segundos, dependendo

    da carga que se deseja controlar.

    Na caracterstica mais utilizada, ou seja, a partida controlada, o valor da corrente pode ser

    obtida atravs da equao 5.3.

    (5.3)

    Onde:

    Ipi = corrente inicial na partida;

    Ipm = corrente de partida do motor conectado na rede diretamente;

    Vm = tenso nominal nos terminais do motor no instante da partida.

    Vnm = tenso nominal do motor

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    Pico de tenso de partida

    O soft starter possui uma funo chamada Pulso de Tenso de Partida. Atravs deste

    ajuste, possvel auxiliar as cargas de inrcia elevada a comear o processo de movimento. Para

    isso, o pulso de tenso dever estar ajustado para valores entre 75 a 90% da tenso nominal da

    rede. A desvantagem que, ao habilitar esta funo, o motor estar exposto a variaes de picos

    de corrente, limitando seu uso a casos especiais. (MAMEDE, 2007, p273)

    Tiristores

    Como j mencionado, o controle de tenso realizado por tiristores do tipo SCR. Esses

    retificadores controlados de silcio, so componentes com 4 ou mais camadas PN e com isso,

    podem ser comutados para conduo ou corte (AZEVEDO,MENDES, 2008, p 31)

    A simbologia de um tiristor mostrada na figura 5.11.

    Figura 5.11 Simbologia de um Tiristor

    Fonte: (SAPO SABER, 2011)

    Observa-se na figura 5.10 que a simbologia parecida com a de um diodo semicondutor.

    Na verdade, seu princpio de funcionamento basicamente o mesmo, diferenciando pelo terceiro

    terminal, o chamado gate (disparo).

    De acordo com AZEVEDO e MENDES (2008), o tiristor acionado com apenas um

    pulso no disparo, diferente do que acontece com transistores, onde necessrio manter um sinal

    contnuo no terminal de base. Uma caracterstica que diferencia os tiristores, que ao receber um

    pulso no gate, ele no retorna ao estado inicial, at que uma corrente inversa seja aplicada.

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    Reostato de partida do motor bobinado ou de anis

    O rotor bobinado, tambm chamado de rotor de anis neste caso, um enrolamento

    trifsico alojado sobre o cilindro rotrico. (FALCONE, 1979, p.324)

    Destinam-se a aplicaes em que se faz necessrio um elevado conjugado de partida com

    a corrente reduzida, como por exemplo, bombas centrfugas. Alm disso, so utilizados em

    aplicaes de regulagem de velocidade e frenagem. Para isso, um reostato interligado com os

    enrolamentos do rotor.

    Nessa configurao, os terminais dos enrolamentos so levados ao meio externo,

    possibilitando a interligao e a modificao nas caractersticas da mquina.

    Um motor de rotor bobinado com um reostato acoplado pode ser visto na figura 5.12.

    Figura 5.12- Motor de rotor bobinado com reostato acoplado

    Fonte: (MAMEDE, 2007)

    Com isso, possvel se ter um alto torque na partida com baixa rotao e corrente

    controlada.

    A figura 5.13 mostra o grfico de velocidade e conjugado de um motor com rotor

    bobinado, utilizando resistores para controlar diversas camadas de acionamentos.

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    Figura 5.13- Curva de velocidade e conjugado para partidas com resistores

    Fonte: (PINTO, 2010)

    possvel verificar no grfico da figura 5.13 que pode - se obter um conjugado alto com

    velocidades baixas, e, adicionando ou retirando-se resistores nas bobinas do rotor, o torque pode

    ser modificado em funo da velocidade.

    Procedimento Experimental :

    I) Motor Bobinado com reostato de partida.

    1. Montar o circuito conforme a figura 5.14.

    2. Ligar o estator em 220V - e o rotor com todas as resistncias (reostato na posio 1

    esquerda) inseridas. Aplicar a tenso de 220V no estator e medir: IPARTIDA e Velocidade.

    3. Medir novamente as IPARTIDA e Velocidade, retirando as resistncias rotricas (reostato na

    posio 2 direita)

    4. Esboce o grfico Torque x Velocidade para as duas condies anteriores.

    FIGURA 5.14

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    II) Partida Estrela/Tringulo.

    1. Montar o circuito conforme a figura 5.15.

    2. Ligar o estator em 380V - YY e o rotor curto- circuitado. Aplicar a tenso de 220V no estator

    e medir: IPARTIDA para a ligao estrela.

    3. Ligar o estator em 220V - e o rotor curto- circuitado. Aplicar a tenso de 220V no estator e

    medir: IPARTIDA para a ligao tringulo.

    FIGURA 5.15

    III) Partida PW (partida dividida) na configurao /.

    1. Montar o circuito conforme a figura 5.16.

    2. Ligar o estator em (K1) e aplicar a tenso de 220V no estator e medir: IPARTIDA para a

    ligao .

    3. Ligar o estator em (K1 e K2) e aplicar a tenso de 220V no estator e medir: IPARTIDA para a

    ligao .

    FIGURA 5.16

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    IV) Partida com Soft Starter .

    1. Ligar o estator em - 220V e atravs da soft starter medir a tenso inicial de pedestal e a

    corrente de partida para as seguintes condies:

    O tempo de acelerao e desacelerao pode ser ajustado de 0 a 20 segundos, mas ajuste para 10

    segundos tanto a acelerao quanto a desacelerao.

    CONDIES: VPEDESTAL (V) IPARTIDA (A)

    Ajuste da tenso inicial na

    posio mnima.

    Ajuste da tenso inicial na

    posio intermediria.

    Ajuste da tenso inicial na

    posio mxima.

    TABELA 6.1

    Questes

    1. Comente sobre os tipos de acionamentos eltricos utilizados, analisando as respectivas

    grandezas eltricas obtidas no experimento realizado.

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    6 EXPERINCIA DE MQUINAS ELTRICAS

    Ttulo : Mquina de Corrente Contnua

    Objetivo :

    Verificar as curvas caractersticas da mquina de corrente contnua em vazio e com carga, ligada

    com excitao independente, paralela, srie e composta.

    Material Utilizado :

    03 multmetros digitais

    01 reostato trifsico

    01 gaiola resistiva

    01 tacmetro

    01 mquina C.C. com as seguintes caractersticas :

    220Vcc / 0,37kW / 1,68A p/ gerador / 2,20A p/ motor / 1800 rpm

    Campo : 220Vcc / 0,3A

    Excitao principal: 642

    Armadura: 6,9

    Excitao Srie: 4,2

    Interplo: 3,6

    01 mquina assncrona com as seguintes caractersticas :

    Rotor de Anis

    220V/380V/440V/760V

    1,6A / 0,9A/ 0,8A/ 0,5A

    0,3kW / 1700 rpm / 60 HZ

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    Procedimento Experimental :

    I) Gerador C.C. - excitao independente (em vazio) :

    1. Montar o circuito conforme a figura 6.1

    2. Alimentar a mquina assncrona (motor de induo) com a tenso nominal (F2) e

    com o reostato do rotor na posio 0, medir a rotao n1

    3. Mantendo a rotao constante, variar a corrente de excitao atravs da fonte F5

    (0-220Vcc) e de Rd ; medir Iexc e Vo, preenchendo a tabela 6.1

    4. Repetir os itens 2 e 3 para o reostato na posio 2

    5. Construir o grfico Vo x Iexc para as duas rotaes.

    FIGURA 6.1

    n 1 =

    n 2 =

    Iexc ( A ) Vo ( V ) Iexc ( A ) Vo ( V ) 0 0

    TABELA 6.1

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    II) Gerador C.C. - excitao independente (com carga) :

    1. Montar o circuito conforme a figura 6.2.

    2. Alimentar a mquina assncrona (motor de induo) com a tenso nominal.

    3. Ajustar em vazio a tenso de 220V (Vo), utilize Rd . Ligando as cargas uma a uma, medir a

    tenso Vc e a corrente Ic. Preencher a tabela 6.2.

    4. Construir o grfico Vc x Ic.

    Assegurar de que a Iexc permanea constante.

    FIGURA 6.2

    Carga Resistiva 3 Resistncias em SRIE

    Vc ( V ) Ic ( A )

    POS 1 = 540

    POS 2 = 270

    POS 3 = 180

    POS 4 = 135

    POS 5 = 108

    TABELA 6.2

    III) Gerador C.C. - excitao paralela (em vazio) :

    1. Montar o circuito conforme a figura 6.3.

    2. Alimentar a mquina assncrona (motor de induo) com a tenso nominal.

    3. Com as cargas desligadas, variar Rd e medir Iexc e Vc. Preencher a tabela 6.3.

    4. Construir os grficos :

    Vc x Rexc (caracterstica de regulao)

    Vc x Iexc

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 57

    IV) Gerador C.C. - excitao paralela (com carga) :

    1. Montar o circuito conforme a figura 6.3.

    2. Ajustar em vazio a tenso de 220V (Vo) e ligando as cargas uma a uma, medir a tenso Vc e a

    corrente Ic. Preencher a tabela 6.4.

    3. Construir o grfico Vc x Ic.

    FIGURA 6.3

    Iexc ( A ) Vc ( V ) Rexc ( )

    TABELA 6.3

    Carga Resistiva 3 Resistncias em SRIE

    Vc ( V ) Ic ( A )

    POS 1 = 540

    POS 2 = 270

    POS 3 = 180

    POS 4 = 135

    POS 5 = 108

    TABELA 6.4

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 58

    V) Gerador C.C. - excitao srie (com carga) :

    1. Montar o circuito conforme a figura 6.4.

    2. Alimentar a mquina assncrona com tenso nominal (220V).

    3. Ligando as cargas uma a uma, medir Ic e Vc. Preencher a tabela 6.5.

    4. Construir o grfico Vc x Ic.

    FIGURA 6.4

    Carga Resistiva 3 Resistncias em SRIE

    Vc ( V ) Ic ( A )

    POS 1 = 540

    POS 2 = 270

    POS 3 = 180

    POS 4 = 135

    POS 5 = 108

    TABELA 6.5

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 59

    VI) Gerador C.C. - excitao composta (com carga) :

    1. Montar o circuito conforme a figura 6.5.

    2. Alimentar a mquina assncrona (motor de induo) com a tenso nominal.

    3. Ajustar em vazio a tenso de 220V (Vo) e ligando as cargas uma a uma, medir a tenso Vc e a

    corrente Ic. Preencher a tabela 6.6.

    4. Construir o grfico Vc x Ic.

    FIGURA 6.5

    Carga Resistiva 3 Resistncias em SRIE

    Vc ( V ) Ic ( A )

    POS 1 = 540

    POS 2 = 270

    POS 3 = 180

    POS 4 = 135

    POS 5 = 108

    TABELA 6.6

    Questes

    1. Comente sobre os grficos obtidos e sobre as vantagens e desvantagens dos diferentes tipos de

    excitao da mquina de corrente contnua.

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 60

    7 EXPERINCIA DE MQUINAS ELTRICAS

    Ttulo : Mquina de Corrente Contnua

    Objetivo :

    Verificar as caractersticas de rotao, tenso e corrente de uma mquina de corrente contnua

    com excitao independente, funcionando como motor.

    Material Utilizado :

    03 multmetros digitais

    01 tacmetro

    01 mquina C.C. com as seguintes caractersticas :

    220Vcc / 0,37kW / 1,68A p/ gerador / 2,20A p/ motor / 1800 rpm

    Campo : 220Vcc / 0,3A

    Excitao principal: 642

    Armadura: 6,9

    Excitao Srie: 4,2

    Interplo: 3,6

    Procedimento Experimental :

    Motor C.C. - excitao independente (em vazio) :

    1. Montar o circuito da figura 7.1.

    2. Aplicar 150V na fonte F3 (0-300Vcc) e medir a rotao variando Iexc (0,15-0,3mx.).

    3. Aplicar 200V na fonte F3 (0-300Vcc) e medir a rotao variando Iexc. (0,15-0,3mx.).

    4. Preencher a tabela 7.1.

    5. Construir o grfico n(rotao) x Iexc para os dois casos.

    6. Ajustar a Iexc para 0,15A e variando a tenso da armadura Va medir a rotao. Preencher a

    tabela 7.2.

    7. Repetir o item anterior para Iexc mxima = 0,3A.

    8. Construir o grfico n(rotao) x Va para os dois casos.

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 61

    FIGURA 7.1

    V = 150 volts V = 220 volts

    Iexc ( A ) n ( rpm ) Iexc ( A ) n ( rpm )

    TABELA 7.1

    Iexc = 0,15A Iexc = 0,30A

    Va ( V ) n ( rpm ) Va ( V ) n ( rpm )

    TABELA 7.2

    Questes :

    1. Explique os grficos obtidos.

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 62

    8 EXPERINCIA DE MQUINAS ELTRICAS

    Ttulo : Mquina de Corrente Contnua

    Objetivo :

    Determinar a constante de torque k da mquina de corrente contnua - excitao independente.

    Material Utilizado :

    02 multmetros digitais

    01 tacmetro

    01 mquina C.C. com as seguintes caractersticas :

    220Vcc / 0,37kW / 1,68A p/ gerador / 2,20A p/ motor / 1800 RPM

    Campo : 220Vcc / 0,3A

    Excitao principal: 642

    Armadura: 6,9

    Excitao Srie: 4,2

    Interplo: 3,6

    01 mquina assncrona com as seguintes caractersticas :

    Rotor de Anis

    220V/380V/440V/760V

    1,6A / 0,9A/ 0,8A/ 0,5A

    0,3kW / 1700 RPM / 60 HZ

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 63

    Resumo Terico :

    A potncia eletromagntica desenvolvida pela armadura :

    aEEletro IEwTP ... [8.1]

    Onde:

    Te = torque eletromagntico desenvolvido

    w = velocidade angular da armadura

    Ia = corrente da armadura

    E = tenso induzida na armadura

    Sabendo que a tenso induzida na armadura E aproximadamente igual tenso gerada

    em vazio Vo, tem-se:

    ]/

    [

    .

    srad

    V

    w

    VK

    VwKE

    o

    o

    oo

    [8.2]

    Tambm pode-se dizer que:

    ][

    ...

    ...

    A

    Nm

    I

    TK

    IwKwT

    IEwTP

    a

    E

    aE

    aEEletro

    [8.3]

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 64

    Procedimento Experimental :

    I) Gerador C.C. - excitao independente (em vazio) :

    1. Montar o circuito conforme a figura 8.1

    2. Alimentar a mquina assncrona (motor de induo) com a tenso nominal de 220V (F2) e

    com o reostato do rotor na posio 0, medir a rotao n1.

    3. Mantendo a rotao constante n1, variar a corrente de excitao atravs da fonte F5 (0-

    220Vcc) e de Rd; medir Iexc e Vo, preenchendo a tabela 8.1

    4. Repetir os itens 2 e 3 para o reostato na posio 2, rotao n2.

    5. Construir o grfico Vo x Iexc para as duas rotaes.

    6. Construir o grfico da constante de torque k x Iexc para as duas rotaes.

    FIGURA 8.1

    n1 = n2 = Iexc ( A ) Vo ( V ) K=Vo/wo

    ( V/rad/s )

    Iexc ( A ) Vo ( V ) K=Vo/wo ( V/rad/s )

    0 0

    TABELA 8.1

    Questes :

    1. Analise a constante de torque k para as duas velocidades.

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 65

    9 EXPERINCIA DE MQUINAS ELTRICAS

    Ttulo : Mquina de Corrente Contnua

    Objetivo :

    Determinar as perdas rotacionais da mquina de corrente contnua como motor de excitao

    independente, em vazio.

    Material Utilizado :

    03 multmetros digitais

    01 tacmetro

    01 mquina C.C. com as seguintes caractersticas :

    220Vcc / 0,37kW / 1,68A p/ gerador / 2,20A p/ motor / 1800 rpm

    Campo : 220Vcc / 0,3A

    Excitao principal: 642

    Armadura: 6,9

    Excitao Srie: 4,2

    Interplo: 3,6

    Resumo Terico :

    Observando circuito do motor CC excitao independente em vazio da figura 9.1 e

    considerando apenas a parte representativa da armadura (circuito de armadura), tem-se que a

    potncia eltrica consumida pelo motor igual potncia mecnica desenvolvida na ponta do

    eixo somada s perdas mecnicas e eltricas inerentes ao sistema, tal que:

    PerdasPIVP mecnicaaaEltrica . [9.1]

    Como o ensaio do motor est sendo executado em vazio, isto , sem carga acoplada ao

    eixo, pode-se dizer que a potncia mecnica desenvolvida nula, o que resulta em:

    PerdasPEltrica [9.2]

    Pode-se dividir as perdas em eltricas, sendo estas decorrentes de fluxos dispersos,

    correntes parasitas, ciclos de histerese e perdas por efeito Joule nos enrolamentos, e perdas

    mecnicas como perdas por atrito nos mancais, atrito entre escovas e comutador, perdas por

    ventilao da prpria mquina, entre outras. Assim:

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 66

    osenrolamentnosJouleFerromecnicas PerdasPerdasPerdasPerdas [9.3]

    Onde os termos podem ser expandidos para:

    .rotsRotacionaiFerromecnicas WPerdasPerdasPerdas [9.4]

    E

    2. aaosenrolamentnosJoule IRPerdas [9.5]

    Considerando, ento que as perdas no ferro (Wferro) so as mais significativas e so

    formadas pelas perdas histerticas e pelas correntes de Foucault, considerando tambm que

    ambas variam com o quadrado da tenso, tem-se:

    2

    2

    .

    KVW

    KVWWW

    ferro

    Foucaulthistferro

    [9.6]

    E estando a mquina em vazio as perdas joule nos enrolamentos so desprezveis, pode-

    se dizer que:

    ferromecrot

    rotsRotacionaiFerromecnicas

    aaFerromecnicas

    osenrolamentnosJouleFerromecnicas

    WWW

    WPerdasPerdasPerdasPerdas

    IRPerdasPerdasPerdas

    PerdasPerdasPerdasPerdas

    ..

    .

    2. [9.7]

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 67

    Como forma de entendimento, apresentado o grfico das perdas rotacionais em funo

    da tenso da armadura, na figura 9.2. Onde tem-se em destaque as tenses de armadura Vn e Vn/2,

    com as respectivas perdas KVn2 e KVn

    2/4, ou em outras palavras Wferro e Wferro/4.

    Fig. 9.2 Grfico das Perdas Rotacionais em funo da Tenso da Armadura.

    Atravs das equaes apresentadas e do grfico emprico da figura 9.2, pode-se

    determinar a variao das perdas rotacionais e consequentemente a perda no ferro e as perdas

    mecnicas, tal como se segue:

    ferroVnVnrot

    VnVnrot

    VnrotVnrotVnVnrot

    WW

    KVKV

    KVW

    WWW

    4

    3

    4

    3

    4

    )2/.(

    22

    2

    )2/.(

    )2/.().()2/.(

    [9.8]

    Wrot.(W)

    Wrot.

    Wferro

    Wmec.

    Vn/2 Vn

    Va(V)

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 68

    Procedimento Experimental :

    Motor C.C. - excitao independente (em vazio) :

    1. Montar o circuito da figura 9.1.

    2. Ajustar a Iexc para 0,30A (Fonte F5) e variando a tenso da armadura Va atravs da fonte F3,

    ajuste a velocidade da mquina para 1800 RPM

    3. Atravs do controle de campo (Fonte F5) e do controle da armadura (Fonte F3), obtenha os

    valores da tenso da armadura Va e da corrente da armadura Ia, mas mantendo a rotao

    constante em 1800RPM. Ateno para a corrente de campo (Fonte F5), pois a mesma no

    poder ser zerada em hiptese alguma, seno a mquina disparar perigosamente. Utilizar

    no mnimo Iexc.= 0,10A.

    4. Preencher a tabela 9.1.

    5. Repetir os itens 2 e 3 e preencher a tabela 9.2 para uma velocidade constante de 1400RPM.

    5. Construir o grfico das perdas rotacionais x Va para os dois casos.

    FIGURA 9.1

    Iexc (A) Va (V) Ia (A) PEletro=Perdas (W) PJoule (W) Protacionais (W)

    0,30 250

    240

    230

    220

    210

    200

    190

    0,13 180

    Velocidade constante de 1800 RPM (nominal)

    Variao das perdas rotacionais (Wrot.)

    Perdas no ferro (Wferro)

    Perdas mecnicas (Wmec.)

    TABELA 9.1

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 69

    Iexc (A) Va (V) Ia (A) PEletro=Perdas (W) PJoule (W) Protacionais (W)

    0,30 200

    190

    180

    170

    160

    0,13 150

    Velocidade constante de 1500 RPM

    Variao das perdas rotacionais (wrot.)

    Perdas no ferro (Wferro)

    Perdas mecnicas (Wmec.)

    TABELA 9.2

    Questes :

    1. Explique os grficos obtidos e o procedimento para determinar as perdas mecnicas.

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 70

    10 EXPERINCIA DE MQUINAS ELTRICAS

    Ttulo : Mquina de Corrente Contnua

    Objetivo :

    Determinar a curva caracterstica torque em funo da velocidade da mquina de corrente

    contnua - excitao independente.

    Determinar a curva de potncia em funo da velocidade da mquina de corrente contnua -

    excitao independente.

    Material Utilizado :

    05 multmetros digitais

    01 tacmetro

    01 mquina C.C. com as seguintes caractersticas :

    220Vcc / 0,37kW / 1,68A p/ gerador / 2,20A p/ motor / 1800 rpm

    Campo : 220Vcc / 0,3A

    Excitao principal: 642

    Armadura: 6,9

    Excitao Srie: 4,2

    Interplo: 3,6

    01 mquina sncrona com as seguintes caractersticas :

    220V/380V/440V/760V

    1,6A / 0,9A/ 0,8A/ 0,5A

    0,3kW / 1800 rpm / 60 HZ

    Campo : 12Vcc / 3,0A

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 71

    Procedimento Experimental :

    1. Montar o circuito da figura 10.1.

    2. Ajustar a Iexc para 0,30A (Fonte F5) e variar a tenso da armadura Va atravs da fonte F3 de

    120V at 230V, mantendo a corrente da armadura constante no seu valor nominal de Ia = 1,6A

    atravs da ao no reostato Rexc. (0-10) da excitatriz da mquina sncrona.

    3. Atravs do controle de campo (Fonte F5) e do controle da armadura (Fonte F3), preencha a

    tabela 10.1 Ateno para a corrente de campo (Fonte F5), pois a mesma no poder ser

    zerada em hiptese alguma, seno a mquina disparar perigosamente. Utilizar no mnimo

    Iexc.= 0,15A.

    FIGURA 10.1

    CAMPO ARMADURA TORQUE Potncia SNCRONA Iexc(A) Vexc(V) K(V/rad/s)

    Atravs do grfico

    k x Iexc da exp. 8

    Ia(A) Va(V) n(RPM) Te=KIa (Nm)

    Pmec.=T.w

    (W)

    Iexcitatriz(A) Vc(V)

    0,3 1,6 120 2,0 100

    0,3 1,6 130

    0,3 1,6 140

    0,3 1,6 150

    0,3 1,6 160

    0,3 1,6 170

    0,3 1,6 180

    0,3 1,6 190

    0,3 1,6 200

    0,3 1,6 210

    0,3 1,6 220

    0,3 1,6 230

    1,6 230

    1,6 230

    1,6 230

    1,6 230

    1,6 230

    1,6 230

    0,17 1,6 230 1,25 145 TABELA 10.1

  • Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratrio de Mquinas Eltricas Prof. Joel Rocha Pinto 72

    Questes :

    1. Construir, comentar e explicar os grficos:

    - Tenso da armadura em funo da velocidade.

    - Tenso do campo em funo da velocidade.

    - Torque desenvolvido em funo da velocidade.

    - Potncia em funo da velocidade.