laboratório de máquinas elétricas
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Transformadores e motores elétricos.TRANSCRIPT
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Material de Estudo da Disciplina de Prática de Laboratório de Máquinas Elétricas
Turma : 2MCT Ano: 2010 Professor da Disciplina: Pedro Alexandrino Bispo Neto Coordenação: Eletromecânica/Mecatrônica
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1ª Aula Prática ( retirada da Apostila: Motor Elétrico. Autor: Prof. Pedro Alexandrino Bispo Neto)
MOTOR ELÉTRICO 2.- Motor Elétrico de Acionamento
Motor É uma máquina, capaz de transformar diversos tipos de energia em
energia mecânica, que é fornecida sob a forma de rotação de um eixo.
Considerando esse conceito geral, pode-se citar diversos tipos de motores: • Motor de combustão interna (motor dos veículos automotores); transforma a
energia térmica em energia mecânica; • Motor hidráulico (rodas d’água e turbinas): transforma a energia hidráulica em
energia mecânica; • Motor eólico (cata-ventos): transforma a energia eólica ou energia do vento em
energia mecânica.
MOTOR ELÉTRICO Transforma a energia elétrica em energia mecânica. Funciona pela ação de um campo eletromagnético girante.
Figura 40 - Motor de indução
A escolha de um determinado tipo de motor para acionamento de máquinas, depende basicamente de alguns fatores: o tipo de energia disponível ou seja o custo da energia utilizada e do rendimento do motor escolhido. Em se tratando de motor elétrico pode-se observar que o custo da energia elétrica não é baixo, mas ele apresenta alto rendimento e além disso, propiciam maior conforto e segurança para
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o usuário. Por isso, a grande quantidade de motores elétricos usados para acionamento de máquinas.
Os motores elétricos quanto ao tipo de energia fornecida podem ser de corrente contínua ou corrente alternada. 2.1 - Motores de corrente contínua (motores C.C. ou D.C.) Funcionam pela ação de um campo eletromagnético, criado pela passagem da corrente contínua através do enrolamento localizado no estator (enrolamento de “campo”) e através de outro enrolamento localizado na armadura (induzido). Nos motores C.C., as bobinas que formam o enrolamento da armadura estão ligadas a um dispositivo composto de lâminas de cobre, denominado comutador ou coletor e que tem dupla função: estabelecer a conexão elétrica entre os enrolamentos do campo (estático) e da armadura (que gira) e provocar alterações no campo eletromagnético formado, tornando-o girante fazendo com que o rotor se movimente.
As escovas de carvão (grafite ou mistura de grafite com metal) são usadas para estabelecer a ligação entre os dois enrolamentos, funcionando em atrito com o comutador. 2.2- Motores de corrente alternada (motores C.A ou A.C.) Funcionam pela ação de um campo girante criado pela passagem da corrente alternada pelas bobinas do enrolamento.
característica que na “prática”, facilita a identificação dos motores c.a.: nestes motores, não existe ligação elétrica entre estator e rotor. a corrente elétrica, resultante da fonte externa de energia, percorre apenas o enrolamento do estator, onde aparece o campo girante que irá induzir no rotor.
Vantagens dos motores C.A.: • Alto rendimento; • Baixo custo (motor barato); • Robustez; • Simplicidade de instalação; • Manutenção simples. Desvantagens dos motores C.A. • Alto valor de corrente na partida, obrigando o uso de sistemas especiais; • Dificuldade para variação de velocidade; • Velocidade máxima na freqüência usual = 3.600RPM; • Podem provocar queda do fator de potência.
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2.3- MOTOR DE INDUÇÃO OU MOTOR ASSÍNCRONO:
É o motor elétrico mais utilizado entre os diversos tipos, devido às suas características. Pode-se afirmar que numa máquina onde se necessite apenas da força motriz, o motor de indução é o mais indicado por ser um motor de custo baixo e de alto rendimento e além disso funciona ligado diretamente à rede da concessionária de energia elétrica. Como já foi dito, este motor funciona pela ação de um campo eletromagnético girante, produzido pela passagem da corrente alternada pelas bobinas do enrolamento, só funciona em corrente alternada e tem sempre velocidade constante. 2.3.1- PARTES PRINCIPAIS DO MOTOR ELÉTRICO:
ESTATOR
ROTOR
Figura 41 - Partes Constituintes
COMPONENTES DO ESTATOR: Carcaça: É basicamente a peça mecânica principal de sustentação de todo o conjunto do motor e, na maioria dos casos, é nela que está a base de fixação do motor na máquina que irá acionar. Também é nela que se encaixam as tampas laterais onde se encontram os mancais. Normalmente, é na carcaça que estão fixadas a caixa de ligação e a placa de identificação do motor.
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Tampas laterais: Nestas peças, estão os mancais que sustentam o rotor,podem ser: mancais de bronze, também chamados de buchas, ou rolamentos de esfera ou roletes. Os macais têm como função a sustentação do rotor. Permitindo que ele gire livremente sem nenhum atrito com o estator e com um mínimo de atrito para seu próprio movimento. As tampas laterais devem estar sempre muito bem encaixadas e presas na carcaça através de encaixes ou rebaixos com ajuste mecânico e fixadas através de parafusos. Núcleo eletromagnético: Está fixado na parte interna da carcaça. Possui aberturas onde são colocadas as bobinas que formam o enrolamento do motor. Como a maioria dos núcleos eletromagnéticos de máquinas CA, ele é laminado para diminuir perdas eletromagnéticas do motor. Caixa de ligação: Onde ficam os terminais de ligação do enrolamento com a rede de alimentação de energia elétrica. A caixa de ligação deve ficar sempre fechada (vedada) e os condutores devem estar embutidos em eletrodutos até na entrada da caixa, caso contrário, haverá penetração de umidade ou corpos estranhos prejudiciais aos enrolamentos.
Atenção A caixa de ligação dos motores deve ficar sempre bem vedada, para evitar a penetração de umidade no enrolamento.
Figura 42 – Dados de Placa
Placa de identificação ou placa de características: Nela estão escritos os dados de identificação e as características técnicas de fabricação, que devem servir de orientação para o setor de produção e principalmente para a manutenção. São importantes para controle do funcionamento do motor.
A placa de identificação do motor deve estar sempre bem conservada e legível para que as características do motor possam ser consultadas ou conferidas quando necessário.
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2ª Aula Prática ( retirada da Apostila: Motor Elétrico. Autor: Prof. Pedro Alexandrino Bispo Neto)
2.3.2- CARACTERÍSTICAS OU DADOS DE PLACA DOS MOTORES DE INDUÇÃO: Marca ou fabricante: é uma característica importante tanto para o operador quanto para a manutenção, principalmente quando se necessita fazer alguma observação relativa àquele motor ou solicitar peças de reposição ou ainda fazer alguma outra comunicação referente ao motor. Tipo de motor e número de fases: o tipo de motor deve ser informado claramente para que o mesmo seja utilizado adequadamente. Ex.: Motor de indução. O número de fases se refere aos condutores ativos da rede de alimentação de energia elétrica à qual o motor deverá ser ligado. Pode ser informado com o numeral (Ex.: 1fase ou 3 fases) ou ainda sob a forma exclusivamente literal (Ex.: monofásico ou trifásico) - O sistema trifásico é o mais usado em sistemas de elevatórias. O sistema monofásico fica mais restrito ao uso doméstico ou para motores de pequena potência ou também para motores de uso rural, devido ao tipo de fornecimento de energia elétrica.
Atenção Possíveis defeitos provocados pela falta de uma fase nos motores trifásicos
(uma fase dasativada): 1-se o motor ainda não estiver em funcionamento, não funcionará (não
partirá). 2-se o motor já estiver funcionando, haverá uma queda acentuada de potência e
a conseqüente sobrecarga que pode provocar a queima do motor se os dispositivos de proteção não atuarem rapidamente.
Modelo ou tipo: Registra as modificações ou evoluções técnicas que ocorreram com motores da mesma marca, com características idênticas. Sempre que for preciso comunicar com fabricante ou assistentes técnicos, deve-se citar esta característica. Número de série: Este dado se refere principalmente a controle patrimonial e deverá constar na “ficha de máquina” referente ao motor. Freqüência: É uma característica registrada na placa do motor somente com referência à rede de alimentação.Depende exclusivamente da concessionária que fornece a energia elétrica para o sistema. A admite uma variação de (+ ou -) 10% sem que haja alterações importantes no funcionamento do motor. C.V. = potência nominal ou potência mecânica:É o valor da capacidade que tem o motor para movimentar uma máquina, ou seja, a capacidade de realizar trabalho. Para ser transformada em potência elétrica, usa-se a seguinte transformação: 1 CV = 736 Watts ou 1 HP = 746 Watts.
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RPM: Número de rotações por minuto do eixo do motor. Nos motores de indução o rotor gira sempre com velocidade menor que o campo girante e a diferença entra as duas rotações, representa o escorregamento que é uma característica destes tipos de motor. A rotação do campo girante é dada pela fórmula: 120 X F RPM = Rotações por minuto RPM = ------------- 120 = Constante P F = Freqüência P = Nº de polos Como se pode notar, o nº de RPM nos motores de indução variam diretamente com a freqüência e inversamente com o nº de pólos. A freqüência, pode ser considerada fixa e o nº de pólos depende do nº de bobinas que compõem o enrolamento e é sempre nº par e inteiro. Por isso, é costume afirmar que motores de indução, por si só, não permitem variação de velocidade e o nº máximo de RPM desses motores será 3.600 RPM sem considerar o escorregamento. Tensão nominal: São valores de tensão para as quais o motor está preparado para funcionar fornecendo a potência nominal e para cada tensão, as conexões externas devem ser convenientemente mudadas. Os valores usuais de tensão industrial dentro do limite chamado de baixa tensão são: 220, 380, 440 e 760 Volts. De acordo com normas específicas as tensões de alimentação podem variar para mais ou para menos em 10% dos valores nominais sem que haja alterações significativas nas características dos motores porém em se tratando de sistema trifásico, os valores de tensão nas três fases devem ser iguais (sistema equilibrado).
Cuidado O valor da tensão no QCM deve ser medido antes de colocar a moto-bomba em funcionamento e durante o funcionamento sempre em pequenos intervalos de tempo. a medição deve ser feita nas três fases. Corrente nominal: São os valores de corrente registrados na placa do motor. Indicam a corrente máxima que o motor deve consumir quando estiver fornecendo o máximo de potência. Para cada valor de tensão de funcionamento, existe um valor de corrente inversamente proporcional. Os valores devem ser iguais nas três fases, caso contrário indica um desequilíbrio no sistema que pode ser conseqüência de desequilíbrio de tensão ou no próprio enrolamento do motor. O ideal, é que os motores de indução funcionem sempre com corrente estável e bem próxima da nominal isso porque se os valores forem ultrapassados, caracterizarão uma sobrecarga que o motor pode não suportar e se estiverem abaixo, caracterizarão uma sub-carga que provocará a queda do fator de potência na rede onde estiver ligado. F.S.- fator de serviço: É a sobrecarga que o motor suporta durante tempo indeterminado e vem indicada na placa do motor sob a forma de porcentagem. (Ex.: FS= 1,25 -25% - FS= 1,1- 10% ). Essa sobrecarga deve ser controlada através da corrente consumida no momento, sempre tomando como referência a corrente nominal do motor.
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ISOL. - Classe de isolamento: A classe de isolamento está relacionada com a temperatura máxima suportada pelos materiais isolantes empregados nos enrolamentos dos motores. Essa característica está representada na placa do motor por letras, cada uma delas indica um limite máximo de temperatura. (Veja tabela). Por se tratar de temperatura nos enrolamentos, torna-se extremamente difícil determinar estes valores na parte externa dos motores mas é preciso lembrar que toda vez que o material isolante se rompe ou deteriora em qualquer parte do enrolamento, haverá a chamada queima do motor e a necessidade de substituição parcial ou total das bobinas. Por isso é importante não só utilizar materiais isolantes com classes condizentes com a elevação de temperatura como também manter as condições normais de funcionamento no que diz respeito principalmente à ventilação dos motores.
CLASSES DE ISOLAÇÃO (Conforme NBR 7094) CLASSE DE ISOLAÇÃO TEMPERATURA MÁXIMA
A 105o C E 120o C B 130o C F 155o C H 180o C
Atenção
O sistema de ventilação dos motores deve estar sempre desobstruído para que o resfriamento da carcaça e conseqüentemente das bobinas seja mantido. a limpeza periódica da grade protetora do ventilador ajuda a manter normal a temperatura do motor. (faça isso com o motor desligado). deve-se evitar que corpos estanhos (folhas, papeis, panos, etc) permaneçam próximo do motor pois podem ser sugados pelo ventilador interno. se possível, manter a casa de máquinas sempre arejada.
Figura 43- Ventilador do Motor Ip/In ou Letra código: Essa característica indica o quociente entre a corrente com rotor travado e a corrente nominal. Embora a situação de rotor travado nunca ocorre num motor em funcionamento normal, considera-se que, no instante da partida, ele estará nessa situação. Esse índice, cujo valor está indicado na placa do motor, é utilizado no dimensionamento dos condutores e dos demais componentes da instalação e está ligado ao projeto da máquina. Isso significa que deve-se ter cuidado ao substituir um motor o que só pode ser feito por outro totalmente idêntico
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para que não se altere a característica de funcionamento. Em alguns tipos de motores, esse dado pode ser substituído por uma letra (letra código). REG. - Regime de trabalho: Indica o grau de regularidade do funcionamento do motor e a variação da carga à qual está submetido.Existem dois regimes de trabalho:
Regime Contínuo (S1) - Funcionamento com carga constante por longos espaços de tempo. Regime de Tempo Limitado (S2 a S8) - Funcionamento alternado (funciona por alguns instantes, depois pára)
Atenção. Motores parados por longos períodos podem danificar mancais e até o próprio enrolamento, por isso, todos os conjuntos de uma elevatória devem funcionar incluindo o conjunto reserva. O revezamento deve ser feito com todos os conjuntos da elevatória
Cat. Categoria: A categoria é a relação, para um mesmo motor, ente o conjugado de partida, corrente de partida e escorregamento. Essa característica está relacionada com o projeto do sistema pois para cada tipo de máquina deve ser um tipo de motor com uma categoria determinada que atenda as condições da máquina que irá acionar. A categoria está indicada por uma letra gravada na placa do motor. Para a manutenção, este dado indica que, no caso da substituição de motores, deve ser feita por outro da mesma categoria. I.P. – Índice de proteção ou grau de proteção: Os invólucros dos motores (carcaça e tampas laterais) são construídos de acordo com o tipo de utilização a que se destinam de modo a atender especificações de proteção contra a penetração prejudicial de corpos sólidos e líquidos. A norma brasileira NBR 6146 define os graus de proteção através das letras IP (índice de proteção) seguidas de dois numerais característicos com os seguintes significados: primeiro numeral característico - indica o grau de proteção contra contatos acidentais de pessoas e a penetração prejudicial de corpos sólidos no interior do motor; segundo numeral característico - indica o grau de proteção contra a penetração prejudicial de água no interior do motor. Conforme o grau de proteção, os motores são classificados em abertos e fechados.
PRIMEIRO NUMERAL (ALGARISMO) Numeral Indicação
0 Não protegido 1 Protegido contra a penetração de objetos sólidos maiores que 50
mm 2 Protegido contra a penetração de objetos sólidos maiores que 12
mm 3 Protegido contra a penetração de objetos sólidos maiores que 2,5
mm 4 Protegido contra a penetração de objetos sólidos maiores que 1,0
mm 5 Protegido contra poeira prejudicial ao motor
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6 Totalmente protegido contra poeira
SEGUNDO NUMERAL (ALGARISMO) Numeral Indicação
0 Não protegido 1 Protegido contra pingos na vertical 2 Protegido contra gotas de água até a inclinação máxima de 15o 3 Protegido contra gotas de água até a inclinação máxima de 60o 4 Protegido contra respingos em todas as direções 5 Protegido contra jatos de água em todas as direções 6 Protegido contra água em ondas ou jatos potentes 7 Protegido para imersão em água sob condições de tempo e
pressão 8 Protegido p/ imersão contínua em água nas condições
especificadas
Embora seja possível combinar de diferentes maneiras os numerais anteriormente definidos, os graus de proteção geralmente aplicados na prática para motores de fabricação em série (comercialmente) são os mostrados abaixo e definem os tipos de motores abertos ou totalmente fechados.
MOTORES DE INDUÇÃO USUALMENTE FABRICADOS
MOTORES ABERTOS
MOTORES TOTALMENTE
FECHADOS IP 11 IP 44 IP 12 IP 54 IP 13 IP 55 IP 21 IP 22 IP 23
Motores blindados com ou sem ventilação externa (IP-44 até IP-66): tem grau de proteção muito maior. São mais caros e mais volumosos, sendo subdivididos em vários graus de proteção e normalizados pela ABNT (NBR 6146). Atualmente, esses são os mais comuns dentre os motores fabricados em série;
ATENÇÃO SE A CAIXA DE LIGAÇÃO DOS MOTORES FECHADOS NÃO ESTIVER BEM VEDADA, ELE PERDERÁ A PROTEÇÃO DETERMINADA PELO “IP” CORRESPONDENTE.
Motores à prova de explosão (IP-Ex55): Em certos ambientes, como refinarias, destilarias, postos de gasolina e minas de carvão, existem vapores, gases e até poeiras inflamáveis. Estas substâncias podem penetrar no motor por pequenas frestas ou folgas, como as que existem entre tampas dos mancais e eixos, e
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provocar uma explosão interna, devido a possíveis centelhamentos de origem mecânica ou elétrica dentro do equipamento. Motores à prova de intempéries (IP-W55): a LETRA “W” colocada entre as letras IP e os algarismos indicativos do grau de proteção, indica que o motor é protegido contra intempéries (chuva, maresia, etc.), também chamados de motores de uso naval. Ambientes agressivos exigem que os equipamentos que neles trabalham sejam perfeitamente adequados para suportar tais circunstâncias com elevada confiabilidade, sem apresentar problemas de qualquer espécie. Algumas características especiais diferem os motores à prova de intempéries dos motores blindados comuns:
• Placa de identificação de aço inoxidável; • Enrolamento duplamente impregnado; • Pintura anticorrosiva alquídica, interna e externa; • Elementos de montagem zincados; • Retentores de vedação entre o eixo e as tampas; • Juntas de borracha para vedar caixa de ligação; • Massa de calafetar na passagem dos cabos de ligação pela carcaça; • Caixa de ligação de ferro fundido; • Ventilador de material não faiscante.
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COMPONENTES DO CONJUNTO ROTOR DOS MOTORES DE INDUÇÃO:
Figura 44- Componentes dos rotores
Núcleo eletromagnético: Composto por chapas de aço prensadas, formando um maço, possui aberturas internas onde estão colocadas barras de cobre ou de alumínio fundido que formam o enrolamento do rotor. Este núcleo é que sofre a influência do campo eletromagnético formado no estator e deve estar o mais próximo possível dele. A diferença de diâmetro entre estator e rotor recebe o nome de entreferro e qualquer alteração no diâmetro do núcleo, seja proposital ou por defeito, trará influências negativas no funcionamento, ficando o motor totalmente fora de suas características originais. É também no núcleo que o fabricante faz o balanceamento do rotor. Qualquer pancada ou modificação de sua estrutura prejudicará este balanceamento e o rotor passará a vibrar prejudicando os mancais. Em alguns rotores de motores abertos, o prolongamento das barras serve como sistema de ventilação interna. Alguns motores de indução têm o rotor bobinado (com enrolamento), neste caso as barras foram substituídas por bobinas que serão interligadas e seus terminais conectados a anéis coletores fixados no eixo do motor. A finalidade principal deste enrolamento no rotor é possibilitar a partida do motor com baixa corrente e alto conjugado através de um método especial de partida.
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O ROTOR DEVE GIRAR LIVREMENTE DENTRO DO ESTATOR. QUALQUER INDÍCIO DE TRAVAMENTO PODE SIGNIFICAR ATRITO DO NÚCLEO DO ROTOR COM O ESTATOR, PROVOCANDO AQUECIMENTO E ATÉ QUEIMA DO MOTOR. Eixo: Componente do rotor cuja finalidade é transmitir a força desenvolvida internamente sobre o núcleo para a parte externa. É construído de aço especial, resistente ao esforço de torção. Uma parte do eixo funciona os mancais em ambos os lados do núcleo que devem sustentar todo o conjunto do rotor girando livremente dentro do estator. Para o professor: Mostrar que apesar de resistentes a esforços, de acordo com normas de fabricação, os eixos necessitam de cuidados para que não haja desgastes ou rupturas: deve-se cuidar da lubrificação dos mancais, do alinhamento, do ajuste de gaxetas e principalmente para que não haja travamento da bomba. Explicar os motivos que impedem o recondicionamento de eixos através de soldagem. Mancais: Fazem parte da construção mecânica do motor e têm como finalidade manter o rotor para que ele gire dentro do núcleo do estator sem nenhum atrito. Podem ser do tipo escorregamento ou rolamento. Mancal de escorregamento ou bucha: È um cilindro de bronze dentro do qual o eixo gira em atrito direto. Necessita de lubrificação constante devido à grande possibilidade de desgaste. É empregado em motores onde se deseja baixo nível de ruído ou de grande superfície de contato para sustentação do rotor. Rolamento: Dos tipos de mancais empregados em motores elétricos, os rolamentos representam a grande maioria. Isso ocorre, por suas características construtivas que o tornam relativamente econômico. Geralmente são fixados dos dois lados do eixo através do seu anel interno (miolo) e encaixam nas tampas laterais pelo anel externo (capa). Necessitam no entanto de alguns cuidados, para que sua vida útil não seja diminuída, tornando-os desta forma antieconômicos. Os rolamentos exigem técnicas especiais de montagem e de manutenção, essa última, consistindo basicamente na relubrificação periódica. Tabelas e manuais de fabricantes, mostram os períodos de relubrificação, tipos e quantidades de graxa necessária para os rolamentos mais comuns.
Figura 45- Relubrificação do Rolamentos
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ALGUNS PONTOS IMPORTANTES QUE O OPERADOR DEVE OBSERVAR PARA QUE OS MOTORES ELÉTRICOS FUNCIONEM NORMALMENTE TENSÃO DE ALIMENTAÇÃO: A tensão de alimentação do motor, medida no voltímetro do QCM, deve coincidir com a tensão nominal (indicada na placa) para a qual o motor está ligado, podendo haver uma variação de + ou - 10%. A tensão deve ser igual nas fases. CORRENTE DE PARTIDA: É a corrente que o motor consome no instante da partida. É instantânea e sempre maior do que a corrente nominal. CORRENTE NOMINAL: É a corrente que o motor consome a plena carga. Esta registrada na placa do motor correspondente à tensão de alimentação. Por questão de segurança esta corrente não deve ultrapassada, mesmo que haja F.S. VENTILAÇÃO: O motor deve estar sempre ventilado. O sistema de ventilação forçada, deve estar sempre desobstruído e a casa de máquinas deve ter ventilação natural (portas e janelas abertas). A temperatura ambiente não deve ultrapassar 40°C . LUBRIFICAÇÃO DE ROLAMENTOS: Os rolamentos devem ser lubrificados em períodos determinados, com graxas apropriadas e em quantidades indicadas.
MÉTODO PRÁTICO PARA RELUBRIFICAÇÃO DE ROLAMENTOS DE MOTORES
ELÉTRICOS (CASO ESTE PROCEDIMENTO SEJA REALIZADO PELO OPERADOR)
Retirar os bujões de escoamento de graxa localizados na parte inferior das caixas de mancais. Lubrificar com a bomba de pressão deixando sair os resíduos e graxa velha. Quando começar sair graxa nova, interromper a lubrificação. Repetir o procedimento na outra tampa do motor. Colocar o motor em funcionamento durante 30 ou 40 minutos até sair o excesso de graxa. Aparafusar os bujões.
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3ª Aula Prática ( retirada da Apostila: Motor Elétrico. Autor: Prof. Pedro Alexandrino Bispo Neto) 2.3.3- ESQUEMA DE LIGAÇÕES DOS TERMINAIS EXTERNOS DOS MOTORES ELÉTRICOS MONOFÁSICOS
CONCEITUAÇÃO o motor monofásico é aquele que suporta, no máximo, tensão monofásica de 127v em cada um de seus enrolamentos. possui 3 enrolamentos, bobinas ou ainda bobinados. os enrolamentos dos motores são componentes elétricos, executados com fiação própria chamados fios magnéticos esmaltados, e onde ocorre a produção de campo magnético.
1, 2 e 5 são os terminais de início de bobinas; 3, 4 e 6 são os terminais de finais de bobinas.
Figura 46- Enrolamentos do Motor Monofásicos
os dois primeiros enrolamentos do motor monofásico são chamados:
enrolamentos principais ou de trabalho. são os responsáveis pelo fornecimento de potência e pelo funcionamento contínuo do motor. o terceiro enrolamento do motor monofásico é chamado: enrolamento auxiliar ou de partida. Enrolamento responsável pelo arranque ou partida do motor que por si só, não consegue vencer a inércia em que se encontra. o enrolamento auxiliar possui uma bobina em série com um capacitor e com um interruptor centrífugo. O interruptor centrífugo sofre ação da força centrífuga que aparece quando o motor está em movimento. automaticamente: a força centrífuga abre ou fecha o interruptor, dependendo do estado em que se encontra o motor: em funcionamento ou parando. Com a abertura automática do interruptor centrífugo, o enrolamento auxiliar é desconectado do circuito do motor quando este está bem próximo de alcançar sua velocidade nominal.
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2.3.3.1 - LIGAÇÕES DO MOTOR MONOFÁSICO EM REDE DE 127 V em fontes de 127v, fase e neutro, devemos ligar os 3 enrolamentos do motor monofásico em paralelo. diagrama de ligação do motor monofásico em redes de 127 v:
. Figura 47- Ligação para 127 V
Em fontes de 220v, duas fases, também podemos ligar o motor monofásico. como ocorre aqui um aumento de tensão,a ligação deverá ser alterada, sob o risco de queima dos enrolamentos. A nova ligação deve ser aquela que provoca quedas de tensão nos enrolamentos para que estes funcionem adequadamente. neste caso, vamos ligar os dois enrolamentos principais do motor em série e esta conexão, à fonte de 220v. cada um deles receberá então a metade, ou seja, 110v. O enrolamento auxiliar, é ligado em paralelo com qualquer um dos principais (nunca com ambos), que permanecerá também com 110v. a esta ligação chamamos de circuito misto por apresentar conexões série e paralela simultaneamente. :
Figura 48- Diagrama de ligação do motor monofásico em 220v
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REVERSÃO DO SENTIDO DE ROTAÇÃO
Fazer a reversão do sentido de rotação em um motor elétrico qualquer é obter
a troca do seu sentido de giro. o sentido de giro dos motores é identificado pelos termos horário ou anti-horário. Nos motores monofásicos, a reversão é obtida quando trocamos o sentido da corrente que circula no enrolamento auxiliar. isto, na prática, significa trocar o terminal 5 pelo terminal 6.
2.3.3.2 - LIGAÇÕES DO MOTOR ELÉTRICO TRIFÁSICO DE 6 TERMINAIS CONCEITUAÇÃO
Os motores trifásicos são aqueles que recebem tensões trifásicas da rede de
alimentação para seu perfeito funcionamento. existem diversos tipos de motores trifásicos, o de 6 pontas ou terminais é o mais comum.
O motor de 6 pontas possui três enrolamentos ou bobinas idênticas e dispensa enrolamentos especiais para partida. cada enrolamento possui dois terminais ou pontas, ou seja, um de início e outro de final de bobina. também normalizadas, as seis pontas deste motor são numeradas conforme se segue:
Figura 49- Motores de 6 terminais
1, 2 e 3 - terminais de início de bobina. 4 ,5 e 6 - terminais de final de bobina.
nota importante: o máximo valor de tensão que cada bobina deste motor suporta é 220v. LIGAÇÕES • em rede trifásica de 220v para este valor de tensão, devemos conectar o motor em triângulo ou delta. Esta ligação permite que todo o valor de tensão da fonte seja aplicada às bobinas do motor.
Esquema de ligação do motor trifásico de seis pontas em triângulo:rede 220 volts
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Figura 50- Ligação Triângulo Estes motores podem ser alimentados com 380v, desde que, somente 220v estejam diretamente sobre cada bobina. A tensão trifásica de 380v é muito comum nas cidades das regiões norte, nordeste, centro-oeste do Brasil e também em indústrias em todo o país. Para ligarmos o motor de seis terminais em 380v, devemos alterar a ligação para outra conhecida como estrela ou y. Na conexão estrela, o valor de tensão que alimenta cada bobina do motor é reduzido em relação ao valor da tensão da fonte. A tensão nas bobinas é raiz quadrada de 3 vezes menor que a da fonte.
Esquema de ligação do motor de seis pontas conectado em estrela: 380 Volts
Figura 51- Ligação Estrela notas importantes: A conexão estrela também pode ser efetuada ao contrário, ou seja, fecham-se em comum os terminais 1, 2 e 3 e alimentam-se os terminais 4, 5 e 6 com as 3 fases. REVERSÃO DOS MOTORES ELÉTRICOS TRIFÁSICOS Qualquer motor trifásico efetua a reversão de seu sentido de rotação quando alteramos a seqüência de fases a que ele está submetido. Isto se consegue quando simplesmente trocamos duas fases quaisquer na alimentação do motor
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MOTORES TRIFÁSICOS DE 9 TERMINAIS a) conceituação
Os motores elétricos trifásicos de 9 terminais são basicamente os motores de 12 pontas, onde os 3 últimos terminais foram conectados internamente em estrela ou triângulo e omitidos da fiação externa do motor. Os motores de 9 terminais com conexão interna em estrela só aceitam conexões externas também em estrela. estas conexões, para duas tensões, sempre uma o dobro da outra, são estrela-paralelo e estrela-série.
Os motores de 9 terminais conectados internamente em triângulo, só aceitam conexões externas em triângulo. estas conexões são triângulo-paralelo e triângulo-série também utilizadas para 2 tensões, sempre uma o dobro da outra. no caso destes motores, pode ocorrer variação segundo a posição da conexão triângulo interna, resultando em conexões externas também diferenciadas. o triângulo interno pode ser executado em um sentido denominado triângulo “normal”, ou noutro, denominado triângulo ïnvertido”.
DIAGRAMAS DAS BOBINAS DO MOTOR DE 9 TERMINAIS DESCONECTADAS EXTERNAMENTE:
Figura 52- Motor de 9 Terminais Fechamento Estrela
Figura 53- Ligações do Motor de 9 Terminais Fechamento Triângulo Invertido
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LIGAÇÕES DO MOTOR ELÉTRICO TRIFÁSICO DE 9 TERMINAIS
Figura 54- Ligações do Motor de 9 terminais - estrela paralelo 380 V
Figura 55- Motor de 9 terminais interno - estrela série 760 V
Figura 56- Motor de 9 terminais interno - triângulo paralelo 220 V
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Figura 57- Motor de 9 terminais interno - triângulo série 440 V
Figura 58- Motor de 9 terminais interno (invertido) - triângulo paralelo 220 V
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Figura 59- Motor de 9 terminais interno (invertido) - triângulo série 440 V MOTORES ELÉTRICOS TRIFÁSICOS DE 12 TERMINAIS
São motores que possuem seis enrolamentos ou bobinas e portanto, doze pontas ou terminais. eles aceitam trabalhar com quatro valores de tensões diferentes. apesar disto, as conexões devem ser tais que, em cada bobina isoladamente, deve-se manter a tensão igual a 220v. as tensões são 220v, 380v, 440v e 760v, e as ligações são triângulo paralelo, estrela paralela, triângulo série e estrela série respectivamente.
DIAGRAMA DAS BOBINAS DO MOTOR DE DOZE TERMINAIS DESCONECTADAS
Figura 60- Motor de 12 Terminais
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LIGAÇÕES DO MOTOR ELÉTRICO TRIFÁSICO DE 6 TERMINAIS
• em 220v - triângulo paralelo
Figura 61- Fechamento Triângulo Paralelo do Motor de 12 Terminais
b) ligações do motor trifásico de 12 terminais em 380v - estrela paralelo
Figura 62- Fechamento Estrela Paralelo do Motor de 12 Terminais
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c) Ligações do motor trifásico de 12 terminais em 440v - triângulo série
Figura 63- Fechamento Triângulo Série do Motor de 12 Terminais
d) ligações do motor trifásico de 12 terminais em 760v - estrela série
Figura 64- Fechamento Estrela Série do Motor de 12 Terminais
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2.4. - IDENTIFICAÇÃO DA NUMERAÇÃO DO MOTOR TRIFÁSICO DE 6
TERMINAIS
Diante da grande utilização do motor de 6 terminais é importante saber como
determinar a numeração dos terminais, que perderam as numerações originais. Para
conseguir este objetivo, são usados os seguintes métodos:
2.4. 1- MÉTODO DO GOLPE INDUTIVO COM CORRENTE CONTÍNUA
Os passos para determinação são os seguintes:
1. Identificar os 3 jogos de bobinas, através de testes de continuidade, usando para
isso um teste série ou um multímetro (ohmímetro).
2. Aplicar pulsos de corrente, através de uma fonte de tensão contínua, em um jogo
de bobina escolhido aleatoriamente. Estes pulsos deverão ser suficientes para
conseguir uma deflexão no ponteiro do multímetro (voltímetro CC) ligado em outro
jogo de acordo com a Figura 65-. Tomando precauções para que a corrente,
do jogo ligado a fonte, não seja superior à nominal do motor.
Figura 65- Aplicação de pulso de corrente
3. Marcar com o sinal (+) e numerar com o número 1 o terminal do jogo de bobina
onde foi ligado o ponto positivo da fonte de tensão contínua. Numerar com o
número 4 o outro terminal do mesmo jogo. Após isso, liga-se o galvanômetro aos
outros 2 jogos de bobina (um de cada vez) e marcando com (+) e numerando com
os números 5 e 6 os terminais onde foram ligados o positivo do galvanômetro,
quando as deflexões momentâneas do ponteiro do galvanômetro forem positivas
(acima de zero) e 2 e 3 os pertencentes ao mesmo jogo respectivamente, Figura
66.
28
Figura 66- Numeração dos terminais
2.4..2- MÉTODO DA CORRENTE ALTERNADA
Os passos para determinação são os seguintes:
1. Identificar os 3 jogos de bobinas, através de testes de continuidade, usando para
isso um teste série ou um multímetro (ohmímetro ).
2. Usando uma fonte de tensão de 127 Volts, associada em série com uma lâmpada
de 60Watts e um jogo de bobina do motor escolhido aleatoriamente (a corrente
não poderá ultrapassar a corrente nominal da máquina, caso ocorra, associe
mais lâmpadas em série até obter uma corrente menor do que a nominal), numere
este jogo de acordo com a Figura 67.
Figura 67- Associação série da fonte, lâmpada e bobina.
Conecte os dois jogos de bobinas em série e meça a tensão desta associação,
através do multímetro, anote esta tensão. Inverta os terminais de um dos jogos
associado em série e meça a tensão resultante. Compare as duas tensões medidas,
considere a associação que resultou em maior tensão e numere os terminais de
acordo com a Figura 68.
29
Figura 68- Verificação de polaridade
3. Mude a posição no circuito dos jogos 1-4 com o 2-5(a tensão será aplicada em 2-
5) e verifique o valor da tensão da associação série(2-5-3-6). Caso o valor for
aproximado do maior valor medido no item “2”, a polaridade do jogo 1-4 estará
correta, caso oposto inverta a numeração de 1-4 para 4-1.
2.5. TESTES PARA VALIDAÇÃO DO REBOBINAMENTO DO MOTOR TRIFÁSICO
Após o rebobinamento do motor é necessário verificar as características da
máquina. Tal verificação é feita através de testes, o qual validará ou não o
rebobinamento feito. Os principais testes são:
• Continuidade;
• Resistência das bobinas;
• Isolação;
• Corrente;
• Rotação;
• Ligações externas;
30
2.5.1- DESCRIÇÕES DOS TESTES
Deve-se levar em consideração os procedimentos para realização dos testes.
Estes procedimentos serão descrito a seguir.
2.5.1.1- TESTE DE CONTINUIDADE DO BOBINADO
Emprega-se este teste para verificar a continuidade do bobinado de cada
fase. Este teste deve ser executado entre os terminais 1 e 4, 2 e 5 e 3 e 6 para
motores de 6 terminais e também entre 7 e 10, 8 e 11 e 9 e 12 para motores de 12
terminais, devendo os mesmos apresentarem continuidade.
O teste de continuidade em motores trifásicos é feito, geralmente, com a lâmpada
de prova ou com o multímetro.
a)PROCEDIMENTOS DO TESTE DE CONTINUIDADE USANDO MULTÍMETRO
1)- Ajuste a chave seletora do multímetro ( ohmímetro).
2)- Escolha a escala conveniente.
3)- Ligue separadamente as pontas de teste do multímetro nos terminais do
bobinado de cada uma das fases.
4)- O posicionamento do ponteiro em um baixo valor de resistência indicará
continuidade do bobinado da fase em teste.
CORREÇÃO DE DEFEITO DETECTADO PELO TESTE DE CONTINUIDADE
• Desmonte o motor.
• Faça a inspeção visual das ligações entre grupos de bobinas, refazendo as
ligações que se apresentarem interrompidas.
• Teste a continuidade de cada grupo de bobinas da fase que apresentar
interrupção. Havendo algum interrompido, emende-o se possível, ou substitua-
o.
2.5.1.2- TESTE DE RESISTÊNCIA DO BOBINADO
Emprega-se este teste para verificar se a resistência ôhmica dos
enrolamentos é a mesma, detectando se os enrolamentos dos bobinados possuem
o mesmo número de espiras, normalmente feito com o multímetro (ohmímetro).
31
Caso a diferença seja detectada, a solução será enviar novamente o motor para um
novo rebobinamento. É importante o envio das medições das resistências de cada
bobina para o setor responsável pelo rebobinamento.
2.5.1.3- TESTE DE ISOLAÇÃO
Emprega-se este teste para verificar as condições de isolação entre o
bobinado e partes metálicas do motor, bem como, entre os bobinados das três
fases. O teste de isolação normalmente é executado com o megôhmetro. Não
deverá apresentar continuidade entre as fases ou, entre fases e partes metálicas.
a) PROCEDIMENTOS DO TESTE DE ISOLAÇÃO DE FASE-CARCAÇA USANDO
MEGÔMETRO
1)- Conecte, com um cabo de teste, os terminais em curto-circuito do bobinado de
uma das fases ao borne “L” do megôhmetro. Ligue com o outro cabo de teste, o
borne “T” do megôhmetro à carcaça do motor, conforme Figura 69.
Figura 69– Teste de isolação fase-carcaça
2)- Aplique uma das três condições do megôhmetro (A,B,C), dependendo do nível
de tensão.
3)- Faça a leitura na escala do megôhmetro.
4)- Este teste deve ser executado com o bobinado das três fases.
5)- Se o ponteiro do megôhmetro indicar um valor igual ou maior que 1MΩ , significa
que a isolação apresenta-se em bom estado.
32
CORREÇÃO DE DEFEITO DETECTADO PELO TESTE DE ISOLAÇÃO FASE-
CARCAÇA
Verifique o posicionamento das calhas e cunhas do bobinado da fase que
apresentar defeito de isolação. Se necessário, posicione-as corretamente ou
substitua-as.
• Verifique se o bobinado não está encostando na carcaça, tampas ou parafusos
do motor, caso esteja, molde as bobinas afastando-as do ponto de contato.
• Repita o teste novamente, caso o problema continue adote o procedimento do
item 3.c.
b) PROCEDIMENTOS DO TESTE DE ISOLAÇÃO DE FASE-FASE USANDO
MEGÔMETRO
1)- Feche, em curto, os terminais do bobinado de cada fase.
2)- Conecte, separadamente, os bornes do megôhmetro nos terminais curto-
circuitados dos bobinados de duas fases, conforme Figura 70.
Figura 70- Teste de isolação fase-fase
3)- Aplique uma das três tensões do megôhmetro.
4)- Repita este teste até verificar a isolação entre os bobinados das três fases.
5)- Se o ponteiro do megôhmetro indicar um valor igual ou maior do que os
aceitáveis pela norma NBR 5383, Tabela a seguir indica que a isolação
apresenta-se em boas condições de funcionamento.
33
Tensão nominal do motor até 220V 440V 3,3Kv 4,4Kv 6,6Kv
Resistência de isolamento em
MΩ (40oC)
1,0 1,25 2,5 4,5 7,0
Tabela – Norma NBR 5383 para isolação de motor de indução
CORREÇÃO DE DEFEITO DETECTADO PELO TESTE DE ISOLAÇÃO FASE-
FASE
• Inspecione as isolações entre as bobinas, nas ranhuras e entre as
cabeceiras dos grupos de bobinas, ajeitando ou substituindo-as, se
necessário.
c – AUMENTO DA ISOLAÇÃO ATRAVÉS DE ESTUFA
Caso as correções não conseguiram aumentar a isolação, o motor deve ser
submetido à secagem em estufa ventilada (esta estufa pode ser improvisada com
lâmpadas incandescente), a uma temperatura de cerca de 1200C, durante 5 a 10
horas, dependendo do tamanho do equipamento. Depois de frio, deve-se medir
novamente a resistência de isolação. Se a recuperação dos valores obtidos não for,
no mínimo, algumas vezes maior do que os da tabela, é sinal de isolação
envelhecida ou quimicamente atacada.
2.5.1.4- TESTE DE CORRENTE ELÉTRICA
Emprega-se este teste para verificar o valor da corrente que circula pelos
enrolamentos de cada fase do motor. O valor da corrente indicada pelo ponteiro do
amperímetro, deverá ser menor que a corrente de placa, quando o motor estiver a
vazio e, igual a corrente de placa quando o motor estiver a plena carga. Quando
possível deve ser feito com todas as tensões para as quais o motor foi fabricado.
34
a) PROCEDIMENTOS DO TESTE DE CORRENTE USANDO O MULTÍMETRO
1)- Verifique se a ligação está adequada para a tensão de alimentação. Não
estando, faça a ligação adequada.
2)- Conecte o multímetro(amperímetro) em uma fase do motor, conforme a Figura
71. As conexões mostradas nesta figura são feitas para que o multímetro não seja
percorrido pela corrente de partida do motor. Esta corrente passará pelo condutor
(3) que está conectado nas conexões 1 e 2, pois a conexão 4 no momento da
partida estará aberta. Depois da partida será feita a conexão 4 e depois de
eliminado o condutor (3) será medida e anotada a corrente da fase, o mesmo
será repetido para as demais. No caso do uso do amperímetro alicate, basta
conecta-lo após a partida do motor.
Figura 71– Esquema de ligação do multímetro para evitar a corrente de partida
3)- Compare as correntes medidas em cada fase, devendo estas possuírem o
mesmo valor.
4)- Compare o valor das correntes elétricas em cada fase, com a corrente de placa do motor, devendo ser menores que a corrente de placa quando o motor estiver a vazio e, igual a corrente de placa, quando o motor estiver à plena carga.
35
CORREÇÃO DE DEFEITO DETECTADO PELO TESTE DE CORRENTE
• Meça a tensão entre as fases do sistema de alimentação e, havendo diferença
entre os valores de tensão nas fases, aguarde o restabelecimento do sistema.
• Mande o motor para o setor responsável pelo rebobinamento, onde será
verificado se o número de espiras das bobinas da fase que apresenta
desequilíbrio de corrente, está de acordo com o número de espiras anotado na
ficha de características. Havendo divergência, será substituído os grupos que
apresentarem erros.
• Quando os valores de corrente de cada fase forem maiores que a corrente de
placa, deverá ser enviado para o setor de rebobinamento onde será medido o fio
empregado e comparado com o número anotado na ficha, caso haja erro na
escolha do fio, substitua-º
2.5.1.5- TESTE DE ROTAÇÃO
Emprega-se o teste de rotação para verificar o número de rotações por minuto
no eixo do motor, que deve estar coerente com a rotação especificada na placa do
motor. Esta rotação, na prática, é sempre maior que a rotação de placa.
Normalmente, a rotação é medida com o tacômetro, fornecendo a leitura em rpm
(rotações por minuto).
2.5.1.6- TESTE DE VERIFICAÇÃO DAS LIGAÇÕES EXTERNAS
Verificação das ligações executadas nos terminais externos dos motores
trifásicos de acordo com a tensão de alimentação.
36
4ª Aula Prática ( retirada da Apostila: Motor Elétrico. Autor: Prof. Pedro Alexandrino Bispo Neto)
MANUTENÇÃO 1. - CONCEITOS DE MANUTENÇÃO DE MÁQUINAS
1.1- Manutenção preventiva: Baseada em métodos estatísticos, informações de durabilidade dos produtos e observações locais de certos sintomas próprios das máquinas, é a mais recomendada dentro de uma empresa. Este tipo de manutenção tem a sua atuação regida pelos seguintes elementos:
Um planejamento global atendendo às condições de funcionamento da máquina, a revisões recomendadas pelo fabricante e as condições de produção da empresa. Um bom programa de manutenção preventiva inclui todas as atividades de manutenção nos setores elétrico, mecânico e civil. Deve incluir estudos visando inclusive a substituição de máquinas que se tornaram antieconômicas, quer seja pelos freqüentes serviços de manutenção, pela baixa rentabilidade ou como sugestão de melhoria e racionalização.
Estabelecimento de um plano de paralisação de comum acordo com o setor de produção afim de que se realize a atividade de manutenção em épocas ou períodos menos prejudiciais à produção da empresa. Isto se aplica principalmente a máquinas ou setores críticos dentro do processo de produção.
Existência de um sistema de controle e de registro de todas as providências tomadas incluindo fatos imprevistos e soluções encontradas.
Estabelecimento de um fluxograma de informações obtidas do sistema de registro e controle do item anterior bem como a divulgação dessas informações para os diversos setores que possam fazer uso das mesmas para aperfeiçoar o sistema.
Programação, baseada em informações de diversos setores, da seqüência de procedimentos, colocando em prática após sua devida aprovação.
Preparo de um manual de manutenção específico da empresa baseado no histórico de manutenção, na experiência dos profissionais e em informações do arquivo geral e que será elaborado ao longo do tempo.
Treinamento e qualificação de pessoal envolvido nas diversas etapas da manutenção preventiva.
MANUTENÇÃO
PREVENTIVA
CORRETIVA
CONDICIONAL
SISTEMÁTICA
DE MELHORIA
PREDITIVA
37
As observações mais importantes relativas ao funcionamento das máquinas são aquelas feitas pelo operador no dia a dia, por ser ele quem acompanha e controla o funcionamento da máquina.
1.2- Manutenção Sistemática: Aplicada particularmente às máquinas de função crítica dentro do processo de
produção, efetuando a substituição de peças dentro de um tempo inferior à durabilidade determinada pelo fabricante. É a mais antieconômicas das manutenções e por isso só deve ser aplicada às máquinas, instalações ou equipamentos que não podem ser incluídos num programa de manutenção preventiva convencional. Exige um estoque relativamente grande de peças e materiais e curtos prazos de execução.
1.3- Manutenção Condicional:
É aquela executada em função das condições apresentas pelas máquinas, equipamentos ou componentes através do acompanhamento destas condições durante o funcionamento. Exige controle rigoroso através de processos muitas vezes sofisticados e deve ser acompanhada por pessoal especializado. 1.4- Manutenção Preditiva:
Aplicada especificamente a máquinas girantes, se baseia na medição sistemática das vibrações. As vibrações existentes numa peça girante determinam as condições de funcionamento da máquina e conseqüentemente a avaliação de sua vida útil futura. Para essa avaliação são empregados detectores de vibrações instalados em diversos pontos da máquina cujos níveis são fornecidos para um programa de computador que os analisará e fornecerá como resultado, os dados necessários para se avaliar a necessidade ou não de manutenção imediata. A análise de vibrações pode também ser feita através de equipamentos mais simples tais como indicadores de vibrações e estetoscópios bastando para isso que estes equipamentos sejam utilizados por pessoas com conhecimentos práticos neste trabalho para comparar os resultados das medições com parâmetros ótimos previamente verificados. Comparando-se este sistema com os demais, nota-se que: O mesmo não se baseia em informações de durabilidade de peças e
componentes como na manutenção sistemática; O desligamento da máquina para manutenção não faz parte de nenhum programa
previamente elaborado, como na preventiva; As peças ou componentes não chegam a ser danificados nem alcançam a ruptura
como na manutenção corretiva. 1.5 - Manutenção corretiva:
É a manutenção realizada após a quebra ou defeito, geralmente motivando a paralisação obrigatória da máquina. É o sistema de “deixar funcionar até quebrar” não se preocupando em apurar as causas do defeito nem evitá-lo no futuro e como tal é a forma mais elementar de manutenção ocasionando a paralisação dos processos fora de qualquer previsão tornando-se por isso mesmo bastante onerosa. 1.6- Manutenção de melhoria:
É uma manutenção corretiva porém utilizando técnicas com o intuito de evitar a repetição do defeito ou mesmo prolongar a vida útil de uma determinada peça ou
38
componente. Inclui procedimentos tais como mudança nos tipos de materiais, fabricantes ou introdução de algum outro componente visando corrigir alguma falha pré-existente. É uma forma de melhorar a qualidade do material inicialmente fornecido pelo fabricante da máquina. 1. 7- ORGANIZAÇÃO TÉCNICA: A organização técnica da manutenção, depende do tipo adotado, pois dele vai depender toda a sistemática de pessoal e forma de controle que serem utilizadas. Esta escolha, certamente se refere ao tipo de manutenção preventiva e à estrutura organizacional que será adotada visto que a manutenção corretiva sempre existirá mesmo que seja em pequena escala. Entretanto, independentemente de qualquer escolha que se faça, existem alguns elementos básicos que são comuns e que serão analisados a seguir. 1.7.1 - Documentos básicos: O arquivo para qualquer tipo de manutenção deverá sempre ter, na sua forma mais atual e completa, um jogo de documentos que tenham os seguintes informes: a) Disposição das máquinas no recinto (Lay-out): As máquinas deverão constar de planta baixa do setor onde estão instaladas e identificadas por letras e números, tanto as que estarão sujeitas à manutenção quanto as demais instaladas no recinto. Esta mesma planta deverá informar a existência de paredes, colunas e outros elementos que possam dificultar o livre trânsito ou o transporte da máquina. Estas informações são necessárias para:
• localizar rapidamente a máquina defeituosa e providenciar a manutenção; • dar um encaminhamento adequado ao pessoal de manutenção preventiva ou
outra qualquer, evitando deslocamentos desnecessários; • não haver problemas de deslocamentos ou transporte de peças,
equipamentos, etc., destinados à substituição e que, eventualmente, não possam transitar pelo caminho pré-determinado por não haver espaço suficiente.
b) Esquemas elétricos de ligação:
Tanto o unifilar como o multifilar, relacionados com as plantas referidas anteriormente, com indicação de todos os componentes do circuito elétrico da instalação como a posição e localização dos eletrodutos de passagem da rede de alimentação quando for embutida como os componentes dos demais circuitos de comando tais como fusíveis, chaves, relés, etc., bem como os tipos, fabricantes, ano de fabricação e outras informações pertinentes. Estes informes poderão fazer parte de outro documento anexo, para não sobrecarregar a planta ou desenho, o que poderia dificultar a leitura e interpretação dos diagramas. É importante que se tenha nesta planta ou em documento anexo, local específico para registro de qualquer modificação no sistema originalmente instalado. c) Planta geral de posicionamento do circuito elétrico externo ao setor de
produção ou seja dos galpões ou casa de máquinas.
Normalmente em instalações de médio ou grande porte, a energia é fornecida por uma subestação, a partir da qual o circuito elétrico é de responsabilidade da
39
própria empresa. Estas subestações podem ser ao ar livre ou abrigada ou mesmo em cubículos pré-fabricados, dotadas de dispositivos de comando e proteção, medição e transformação. Do secundário desse transformador são lançados cabos de alimentação até um quadro de distribuição que vão energizar os quadros gerais de força e luz nos diversos setores de produção. Desses quadros gerais por sua vez partem os diversos circuitos de alimentação das máquinas (QCMs) e de iluminação. Particularmente nessa planta geral de posicionamento, interessa saber a localização real da(s) subestações com a devida identificação, bem como o caminho que os cabos percorrem dentro da casa de máquinas, que normalmente são subterrâneos. d) Catálogos de produtos e manuais de aplicação e funcionamento:
Ao adquirir qualquer máquina ou produto, a empresa deve exigir a entrega de catálogos e manuais completos, contendo instruções de montagem, funcionamento e manutenção e ainda durabilidade do material, cuidado especial a serem tomados, etc. Estas informações muitas vezes são a primeira referência ao se estabelecer uma rotina de manutenção. Recomenda-se que sejam exigidos três exemplares dos quais um fica no arquivo, o segundo na produção e o terceiro no setor de manutenção. 1.7.2- Fichas e cartões:
Pela análise dos sistemas de manutenção o que exige programação detalhada é o de manutenção preventiva por isso, a sistemática de fichas e cartões se aplica sobretudo a esse tipo de manutenção.
1. “Ficha de máquina” – nesta ficha deverá constar as características da máquina e principalmente o número de inventário (NI) que deverá corresponder ao nº registrado na planta ou “layout”.
2. “Ficha para anotação diária de comportamento” – É o documento principal que deverá ser preenchido pelo operador e onde serão anotados todos os valores de leitura de parâmetros relativos ao funcionamento do conjunto motobomba ou de outro motor.
Atenção
Detalhes tais como: ruídos anormais, alteração de corrente (mesmo que sejam esporádicos) devem ser descritos pelo operador na ficha diária a fim de facilitar a ação do setor de manutenção.
40
6ª Aula Prática ( retirada da Apostila: Motor Elétrico. Autor: Prof. Pedro Alexandrino
Bispo Neto)
INTRODUÇÃO
As exigências técnicas e econômicas impõem a construção de grandes usinas elétricas, em
geral situadas muito longe dos centros de consumo. Surge assim a necessidade do transporte de
energia elétrica. Por motivos econômicos e de construção, as seções dos condutores destas linhas
devem ser mantidas dentro de determinados limites, o que torna necessária a limitação da intensidade
das correntes nas mesmas. Assim sendo, as linhas deverão ser construídas para funcionar com uma
tensão elevada. Estas realizações são possíveis em virtude da corrente alternada pode ser transformada
facilmente de baixa para alta tensão e vice-versa, por meio de máquina estática, de construção simples
e rendimento elevado, que é o transformador, Figura 01.
Figura 01 – Transformador de potência
Resumindo, o transformador é um dispositivo cuja operação não depende de
partes que se movimentam, e que a finalidade é transferir energia elétrica de pelo
menos um circuito a outro condutivamente isolados entre si.
A transferência da energia é feita por indução eletromagnética (através do
circuito magnético), sem alterar a freqüência da onda senoidal aplicada, mas
geralmente com modificação dos níveis de tensão e de corrente.
Logo, ele é o principal responsável pela grande aplicação da corrente
alternada porque:
41
possibilita geração, transmissão e distribuição da energia nos níveis mais
econômicos para cada caso, Figura 02 ;
Figura 02 – Transformadores aplicados na transmissão e distribuição de
energia elétrica
possibilita a obtenção fácil do nível de tensão a cada aplicação especifica;
permite isolar dois circuitos;
impede a passagem do componente contínuo;
promove a adaptação da impedância.
O enrolamento ligado à fonte de energia é chamado de primário e o ligado à
carga de secundário, Figura 03.
42
Figura 03 – Definição de primário e secundário
O fluxo magnético normalmente está confinado em um núcleo de material ferromagnético, de
forma a se evitar a dispersão (ou espalhamento) deste fluxo, Figura 04.
Figura 04 – Fluxo magnético de transformadores
O material mais empregado no núcleo é o aço-silício que apresenta perdas
magnéticas por histerese (Energia que é transformada em calor na reversão da
polaridade magnética do núcleo transformador) relativamente baixa.
O material ferromagnético que constitui o núcleo é também condutor elétrico e
sempre que houver fluxo magnético variável, nele estará sendo induzida uma força
eletromotriz. Esta força eletromotriz fará aparecer corrente elétrica no material do
núcleo e em conseqüência haverá dissipação de potência elétrica transformada em
calor. Esta potência será perdida e será tanto maior quanto menor for a resistência
elétrica do núcleo.
Para a mesma variação de fluxo magnético na região do núcleo teremos uma
mesma tensão induzida neste material. Por outro lado, a potência dissipada na
resistência, dada por R
V 2
, será tanto maior quanto menor for a resistência R do
material do núcleo.
43
O aumento da resistência no núcleo é conseguida através do uso de chapas de
aço bastante finas e isoladas entre si que são colocadas justapostas uma à outra
formando um pacote, Figura 05. Desta forma a resistência à corrente elétrica que
percorre o sentido transversal da placa fica muito aumentada e em conseqüência
temos perdas menores.
Figura 05 – Uso de chapas de aço para constituição do núcleo
Seria ideal que todo o fluxo magnético produzido em um enrolamento
envolvesse também o outro enrolamento completamente.
Se parte do fluxo produzido por um dos enrolamentos se dispersa, isto é, se
desvia do caminho comum a ambos enrolamentos, temos um certo prejuízo na
operação do transformador. Para minimizar esta dispersão constroe-se o
transformador alternando-se os enrolamentos isolados entre si colocados na mesma
perna do núcleo magnético, Figura 06.
Figura 06 (a) – Enrolamentos
alternados
Figura 06 (b) – Enrolamentos
superpostos
Figura 06 – Enrolamentos alternados e enrolamentos superpostos
44
I. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
Quando varia o campo magnético de um indutor, as linhas de força “cortam” as espiras e
induzem uma tensão (força-contra-eletromotriz) na bobina. Além do mais, o campo variável também
induz uma tensão em qualquer bobina colocada nas proximidades, Figura 07.
Figura 07 – Indução de tensão causada pela variação de fluxo magnético
Este é o princípio de funcionamento dos transformadores. Um transformador
consiste em duas (ou mais) bobinas enroladas no mesmo núcleo ou então
suficientemente próxima de modo que as linhas de fluxo de uma bobina cortem as
espiras da outra.
II.1 RELAÇÃO DE ESPIRAS
A bobina do transformador à qual se aplica a tensão de entrada é
denominada enrolamento primário. A passagem de corrente por ela estabelece um
campo magnético que induz tensão na outra bobina (enrolamento secundário).
Como a grandeza da tensão induzida depende do número de espiras do secundário,
em relação ao número de espiras do primário, a relação de espiras é uma
característica importante do transformador. É definida como a relação do número de
espiras do primário para o número de espiras do secundário.
S
P
N
Nespirasderelação =
45
sendo:
PN o número de espiras do primário
SN o número de espiras do secundário
Se o secundário tiver mais espiras do que o primário, o transformador tem
elevação de tensão. Uma relação de espiras de 1:3, por exemplo, indica que o
secundário tem três vezes mais espiras do que o primário. Um transformador
abaixador tem menos espiras no secundário do que no primário. Uma relação de
espiras de 20:1, por exemplo, indica que o primário tem vinte vezes mais espiras do
que o secundário.
Em geral, os transformadores elevadores são usados para aumentar a tensão
e os transformadores abaixadores são usados para diminuí-la. Transformadores de
relação 1:1 são usados às vezes quando se deseja manter a mesma tensão,
isolando porém um circuito do outro.
II.2 RELAÇÃO DE TENSÕES
Como a tensão induzida no secundário de um transformador pode ser maior
ou menor do que a tensão do primário, o transformador pode ser considerado como
um dispositivo que muda a tensão. Um transformador usado para elevar a tensão de
um gerador elétrico de 13,8 kV, por exemplo, produz tensão da ordem de 138 kV.
Em contraste, um transformador de distribuição abaixa a tensão de 13,8 kV para 220
Volts entre fases e 127 Volts entre fase e neutro.
Como o valor da tensão induzida numa bobina depende do número de espiras
cortadas pelo campo magnético, um enrolamento secundário com muitas espiras,
Figura 08, terá nele induzida una tensão maior do que em secundário com menos
espiras.
46
Figura 08 – Transformador elevador
Se, por exemplo, o campo magnético induz um décimo de Volt para cada
espiras do secundário, um secundário de 2.000 espiras terá uma tensão induzida de
200 Volts; um secundário de 3.000 espiras terá uma tensão induzida de 300 Volts.
Matematicamente, a relação de tensões do primário para o secundário é igual à
relação de espiras:
S
P
S
P
N
N
V
V=
sendo:
PN e SN os números de espiras do primário e do secundário
PV e SV respectivamente, as tensões do primário e do secundário
Por exemplo, calcule a tensão do secundário de um transformador alimentado, no
seu primário, com 115 Volts. Sendo que o seu enrolamento primário tem 500 espiras
e o secundário de 1500 espiras.
A tensão induzida no secundário pode ser determinada da seguinte maneira:
S
P
S
P
N
N
V
V=
1500
500115=
SV
logo SV = 345 Volts
47
Conforme se vê pelo cálculo acima, a tensão do secundário é três vezes maior do
que a tensão do primário, porque o secundário tem três vezes mais espiras do que o
primário. Na prática , a tensão do secundário é ligeiramente menor do que o valor
calculado. Se uma carga for ligada ao secundário, a corrente que circula produz uma
queda de tensão na resistência interna do enrolamento do secundário. Por
conseguinte, a tensão do secundário diminui quando ligada uma carga. Num
transformador bem projetado, contudo, essa diminuição é desprezível. O projetista
do transformador pode calcular essa perda e compensá-la, por um pequeno
aumento do número de espiras do secundário.
II.3 RELAÇÃO DE CORRENTES
Embora um transformador possa eleva a tensão, é óbvio que ele não fornece
nada sem compensação. A elevação de tensão é acompanhada de uma diminuição
de corrente. A corrente do secundário será determinada pela carga a ela ligada, mas
a corrente do primário será maior do que a corrente do secundário, na mesma
relação em que a tensão do secundário for maior do que a tensão do primário. Se,
por exemplo, a tensão do secundário for quatro vezes maior do que a tensão do
primário, a corrente do primário será quatro vezes maior do que a corrente do
secundário. Um transformador que tem uma relação de tensões elevadora, terá uma
relação de corrente abaixadora.
No exemplo citado no item anterior, a tensão do secundário é três vezes a
tensão do primário. Se uma carga ligada ao secundário é percorrida por uma
corrente de 20 mA (miliampères ), a corrente do primário será de 60 mA.
Isto acontece devido ao fato da energia do secundário de um transformador
ser igual a energia do primário mais as perda energética no seu interior.
Desconsiderando estas perdas, teremos a potência do secundário SP igual a
potência do primário PP , matematicamente falando :
PS PP = ,
sendo
48
PPP IVP ×= e SSS IVP ×= implica que PP IV × = SS IV × que é igual
P
S
P
S
S
P
N
N
V
V
I
I== , em resumo
P
S
S
P
N
N
I
I=
sendo:
PN e SN os números de espiras do primário e do secundário
PI e SI respectivamente, as correntes do primário e do secundário
Na prática, a corrente do primário é ligeiramente maior do que o valor
calculado, porque o primário drena uma corrente adicional para compensar as
perdas no núcleo. Por este motivo, a potência de saída do secundário ( SSS IVP ×= )
é sempre menor do que a potência de entrada do primário ( ppe IVP ×= ). A relação
entre a potência de saída e a potência de entrada é o rendimento do transformador,
geralmente expresso sob forma de porcentagem:
( ) 100% ×=e
S
P
Pη
sendo:
( )%η rendimento percentual do transformador
SP potência do secundário ou potência de saída
eP potência do primário ou potência de entrada
II.4 CASAMENTO DE IMPEDÂNCIA
Como o transformador pode fazer com que o valor de impedância pareça
outro, ele é útil como dispositivo de casamento de impedâncias. Os transformadores
aplicados com esta finalidade, são chamados de transformadores de acoplamento.
Ele são utilizados para conectar dois estágios de impedância diferente, do mesmo
aparelho (rádio, televisão, etc.). Assim, por exemplo, para conectar um alto-falante
49
(baixa impedância) ao circuito de alimentação (alta impedância) é preciso um
transformador de acoplamento, chamado, neste caso, de transformador de saída.
Os transformadores de acoplamento, em geral, trabalham com transformadores de
corrente, sendo que cada um dos circuitos deve apresentar a impedância desejada
quando atravessado pela corrente nominal.
O cálculo da relação de impedância de um transformador é obtido através da
seguinte consideração:
P
P
PI
VZ = e
s
s
sI
VZ = , logo
P
S
S
P
S
S
P
P
S
P
I
I
V
V
IV
IV
Z
Z×== , sabendo que,
P
S
S
P
N
N
I
I= e
S
P
S
P
N
N
V
V=
2
=×=
S
P
S
P
S
P
S
P
N
N
N
N
N
N
Z
Z
resumindo,
2
=
S
P
S
P
N
N
Z
Z
sendo:
PZ impedância do primário
SZ impedância do secundário
PN o número de espiras do primário
SN o número de espiras do secundário
Exemplificando, que valor de impedância se reflete no primário de um transformador
abaixador de relação de espira 9:1 ( nove para um), com uma carga de 10 ohms no
secundário?
Solução:
50
2
=
S
P
S
P
N
N
Z
Z
2
1
9
10
=PZ
⇒ 8110
=PZ, assim 81=PZ 0 ohms.
III Partes Constituintes e Características Construtivas
O transformador não é constituído somente de dois ou mais enrolamentos montados sobre um
núcleo magnético comum, através do qual se fecha o fluxo mútuo comum aos enrolamentos, existe
outros componentes que completam esta máquina, Figura 09.
Figura 09 – Principais partes constituintes de um transformador
BUCHA
NÚCLEO
TANQUE
51
As partes principais do transformador são:
a) Núcleo: feito de chapas isoladas umas das outras por meio de verniz ou óxido e
agrupados de forma a constituir o núcleo. A razão de se usar o núcleo laminado
(Figura 05) é reduzir as perdas por correntes de Foucault, também conhecidas
por correntes parasitas. O aço silício de grão orientado é amplamente utilizado,
devido ao seu baixo custo.
b) Enrolamentos: o enrolamento do transformador, normalmente , é feito de fio de
cobre isolado com verniz sintético especial.
É comum na constituição de transformadores para alta tensão colocar os
enrolamentos de baixa tensão (BT) junto à coluna do núcleo e os enrolamentos
de alta tensão (AT) externamente à coluna do núcleo.
c) Tanque: o tanque do transformador, além de ser o recipiente que contém as
partes ativas, isoladores, e óleo, é o elemento que transmite para o ar, o calor
produzido pelas perdas (ou aquecimento interno do transformador).
O formato do tanque varia de redondo para transformadores de distribuição
cuja potência máxima é da ordem de 150 kVA, a oval e retangular para os
transformadores de média e grande potências.
Para transformadores com potência superior a 150 kVA, os tanques são
providos de rodas para transporte.
De acordo com a quantidade de calor que deve ser liberada, os
transformadores têm o tanque liso, nervurado ou equipado com radiadores. Os
radiadores podem ser tubulares ou em forma de câmara plana.
d) Líquidos isolantes: o líquido de um transformador exerce duas funções
distintas; uma é de natureza isolante e a outra é a de transferir para as paredes
do tanque, o calor produzido, pelas perdas, na parte ativa do aparelho. A fim de
executar devidamente estas funções o óleo deve possuir determinada rigidez
dielétrica (alta isolação), boa fluidez e capacidade de manter as suas
caraterísticas em temperaturas elevadas. Estas características são possuídas por
dois líquidos isolantes que são: o óleo mineral e o ascarel.
52
O óleo mineral é obtido de óleos crus de base naftênica, cuidadosamente
refinados, a fim de retirar-se todas as impurezas, os ácidos, os álcalis e o
enxofre.
Ascarel chamado “Piranol” pelos americanos, possui todas as características dos
óleos minerais sem ser porém inflamável, entretanto é altamente cancerígeno.
É considerado em condição de ser utilizado quando sua rigidez dielétrica
está acima de 26 kV.
Nos transformadores de grande potência, devido ao elevado nível de
tensão, o óleo é substituído por gás, cuja finalidade é de refrigeração e
isolamento.
e) Bucha: são os terminais externos do transformador através dos quais podemos
ligá-los à rede e à carga. As buchas do lado de alta tensão (AT) são designadas
pela letra (H) e as do lado de baixa tensão (BT) pela letra (X). São fixadas ao
tanque do transformador de maneira apropriada e feitas de porcelana. Para nível
muito elevado de tensão são usadas buchas “tipo condensivas” e buchas cheias
de óleo chamadas “buchas de óleo”.
f) Placa de Identificação: cada transformador deve ser provido de uma placa de
identificação metálica, á prova do tempo, em posição visível sempre do lado de
menor tensão (BT). A placa deve conter:
a) A palavra transformador ou auto-transformador
b) Nome do fabricante e local de fabricação
c) Número de série de fabricação
d) Designação e data da especificação (ABNT)
e) Número de fases
f) Potência ou potências nominais em kVA
g) Diagrama de ligações, contendo todas as tensões nominais
h) Freqüência nominal
i) Elevação de temperatura
j) Polaridade
53
k) Impedância percentual referida a 75 oC
l) Tipo de líquido isolante e quantidade necessária em litros
m) Peso total aproximado em Kgf
n) Nível de isolamento
o) Número do livro de instruções
p) Número de patentes
q) A vazão para transformadores com resfriamento a água
IV. Dispositivos de Proteção
São dispositivos conectados ao transformador que visam detectar possível
defeito no transformador.
a) Termômetro de óleo: este termômetro indica a temperatura do óleo, tomada no
topo do trafo. É equipado com 2 contatos auxiliares, um de alarme e outro de
desligamento e um ponteiro de arraste.
b) Termômetro de Enrolamento (imagem térmica): indica a temperatura do
enrolamento. Através de uma leitura indireta, porque na realidade é feita a leitura
do elemento que causa a elevação da temperatura ou seja a corrente elétrica.
c) Relé de gás: quando ocorre algum defeito no trafo, por exemplo um curto circuito
entre espiras, provoca aquecimento e bolhas de gás. Estas bolhas por serem
mais leves que o óleo tendem a subir para o ponto mais alto do trafo, ou seja
para o conservador. Parte destas bolhas ficam presas no relé de gás e quando
estão em grande quantidade empurram uma bóia que existe no mesmo
disparando o alarme na subestação. Se caso a produção de bolhas for bastante
intensa, provocada por um curto circuito violento, empurram outra bóia, que
provocará o desligamento do trafo.
d) Relé de Nível de óleo: tem como finalidade detectar vazamento ou excesso de
óleo no transformador.
54
e) Válvula de alivio de pressão: se a pressão interna do trafo aumentar de um
certo valor, a válvula de alivio devera atuar, ou seja, explodir deixando que a
pressão de excesso saia. A válvula é composta de uma chapa de cobre ( mais
fraca que a do trafo ), podendo ainda conter um contator de alarme.
f) Secador de ar com Sílica-Gel: tem como finalidade eliminar a umidade do óleo
em trafo com conservador.
55
7ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Determinação da polaridade dos terminais dos enrolamentos, método golpe indutivo.
Fundamentos teóricos
O ensaio de polaridade de um transformador indica o sinal instantâneo dos
seus terminais de referência. A polaridade é subtrativa quando os sinais nos terminais referenciais são iguais e a polaridade é aditiva quando os sinais referenciais são opostos. Os fatores que influenciam no tipo de polaridade são os seguintes: a) as bobinas podem ser enroladas no sentido horário ou no sentido anti-horário; b) as bobinas podem ser colocadas no núcleo de forma direta ou de forma invertida. A polaridade é indicada nos diagramas por um ponto (.) significando que os terminais pontuados têm sinais instantâneos positivos ou considera-se os subíndices ímpares nas letras “H” e/ou “X” para indicar os sinais instantâneos positivos nos terminais dos enrolamentos.
O método golpe indutivo consiste-se em aplicar uma tensão contínua nos
terminais do enrolamento de tensão superior, tendo como referência o terminal que recebe o sinal positivo da fonte, e verificar a deflexão do ponteiro de um galvanômetro de zero central que é ligado ao enrolamento de tensão inferior, tendo como referência o terminal que é ligado no seu borne positivo. É possível verificar a deflexão do ponteiro somente em regime transitório, ou seja, no fechamento ou na abertura do circuito elétrico. A polaridade dos terminais de referência será subtrativa (mesmos sinais) se o ponteiro do instrumento defletir para a direita na energização do circuito ou se defletir para a esquerda na desenergização do circuito. A polaridade dos terminais de referência será aditiva (sinais opostos) se o ponteiro do instrumento defletir para a esquerda na energização do circuito ou se defletir para a direita na desenergização do circuito.
Procedimentos
V.1.2.1 - Método do golpe indutivo
Ligam-se os terminais de tensão superior a uma fonte de corrente contínua.
Instala-se um voltímetro de corrente contínua entre esses terminais de modo a se
obter uma deflexão positiva ao se ligar a fonte de corrente contínua, Figura 12 (a).
Em seguida transfere-se cada terminal do voltímetro para os terminais de BT (Baixa
Tensão) diretamente opostos, Figura 12 (b).
56
Figura 12 (a)
Voltímetro do lado de AT
Figura 12 (b)
Voltímetro do lado de BT
Figura 12 – Teste de polaridade usando o golpe indutivo
Desliga-se a chave CH1 e observa-se o sentido da deflexão do voltímetro. Se
for no mesmo sentido a polaridade será aditiva e marca-se respectivamente X2 e X1
em frente de H1 e H2. Se a deflexão for sentido contrário a polaridade será subtrativa
e marca-se X1 e X2 em frente de H1 e H2.
V.1.2.2 - Método da corrente alternada
Liga-se entre si os terminais adjacentes , um de alta tensão e outro de baixa
tensão, Figura 13. Aplica-se tensão alternada conveniente aos terminais de alta
tensão, lêem-se as indicações de um voltímetro ligado primeiramente entre os
terminais de alta tensão (Ponto A e B) e depois a tensão resultante do enrolamento
de alta mais o enrolamento de baixa (Ponto A e C). Se a primeira leitura for maior
que a segunda a polaridade é subtrativa, caso contrário é aditiva.
Figura 13 – Teste de polaridade usando corrente alternada
57
8ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Ligação série/paralelo dos enrolamentos dos transformadores monofásicos
Fundamentos teóricos:
É possível executar ligações série/paralelo entre transformadores individuais ou em transformadores de múltiplos enrolamentos com a finalidade de variar a relação tensão/corrente ou variar a potência disponibilizada ao sistema. Para executar com sucesso as ligações série/paralelo nos terminais dos enrolamentos é necessário ter o pleno conhecimento de suas polaridades.
a) Ligação série: Deve-se observar que os enrolamentos deverão ter a
mesma capacidade de corrente elétrica e os terminais dos enrolamentos podem ser conectados com polaridade subtrativa ou aditiva, tendo com resultante a subtração ou a adição das tensões das bobinas. A potência disponibilizada ao sistema é aumentada para a conexão que utiliza a polaridade aditiva, mas será reduzida se a conexão utilizada for subtrativa.
b) Ligação paralela: Neste caso deve-se observar que os enrolamentos deverão ter a mesma capacidade de tensão elétrica e os terminais dos enrolamentos só admitem a conexão com polaridade subtrativa. A potência disponibilizada ao sistema é sempre aumentada para esse tipo de conexão.
Procedimentos 1) Utilizando um transformador da marca CIME de 0,5 kVA e um varivolt para alimentá-lo, executar as seguintes conexões de seus terminais, anotando as leituras das tensões primárias (Vp) e secundárias (Vs), além de calcular a relação de transformação para cada caso: a) Ligar os terminais de tensão superior (Ts) em série com polaridade aditiva e os terminais de tensão inferior (Ti) em série com polaridade aditiva, aplicar a tensão nominal em Ti:
Vp = __________ Vs = _______________ α = ______________
58
b) Ligar os terminais de tensão superior (Ts) em série com polaridade aditiva e os terminais de tensão inferior (Ti) em paralelo, aplicar a tensão nominal em Ti: Vp = __________ Vp = _______________ α = ______________
c) Ligar os terminais de tensão superior (Ts) em paralelo e os terminais de tensão inferior (Ti) em paralelo, aplicar a tensão nominal em Ts:
59
Vp = __________ Vs = _______________ α = ______________
d) Ligar os terminais de tensão superior (Ts) em paralelo e os terminais de tensão inferior (Ti) em série com polaridade aditiva, aplicar a tensão nominal em Ts: Vp = __________ Vs = _______________ α = ______________
60
VIII - Paralelismo de Transformadores
Sem dúvida, uma das mais importantes operações com transformadores é a
ligação de várias unidades em paralelo, de tal modo a ser conseguida uma maior
confiabilidade de fornecimento de energia, ou mesmo uma maior potência para um
sistema elétrico. Para que o propósito seja atingido corretamente, certas precauções
devem ser tomadas.
Entre as vantagens citadas do uso em paralelo de transformadores destaca-
se como se disse, a obtenção de uma certa potência que, talvez, não pudesse ser
conseguida com um único transformador de potência normalizada (ou, até que isso
seja possível, advirão graves problemas de transporte). Uma outra grande vantagem
da ligação em paralelo de transformadores pode ser evidenciada pelo diagrama
unifilar de uma subestação alimentadora mostrado na Figura 21.
Figura 21 - Subestação industrial típica com transformadores em paralelo
Nota-se que, no caso de defeito do transformador T1, ou mesmo para
sua manutenção, pode-se atuar nos disjuntores 1 e 2, retirando o citado
transformador de serviço, e mantendo a alimentação da carga pelo
transformador T2. Nota-se que há um aumento da confiabilidade do sistema
em termos de fornecimento de energia, o que foi conseguido pelo uso dos dois
transformadores em paralelo.
De modo geral, para que dois ou mais transformadores sejam colocados em
paralelo, eles devem satisfazer as seguintes condições:
a) Mesma relação de transformação, ou valores muito próximo:
61
Como as tensões entre fases para a alimentação são as mesmas, quer para o transformador T1, que
para o transformador T2 da Figura 22, para que os mesmos possam ser ligados em paralelo a primeira
condição estabelece que as leituras nos voltímetros indicados sejam as mesmas ou aproximadamente
iguais.
Figura 22 - Verificação da relação de transformação
b) Mesmo grupo de defasamento:
Quando dois transformadores são colocados em paralelo, é essencial que, para
a malha interna formada pelos secundários, tenha-se a fem (força eletromotriz)
resultante nula. Para tal, deve-se Ter E’2 = E’’2 e as duas tensões em oposição,
conforme se ilustra na Figura 23.
Figura 23 - Composição fasorial desejada para as fems.
Desejando-se conectar transformadores monofásicos em paralelo, o intento
será alcançado curto-circuitando os bornes de mesmos índices, com o que se
espera obter uma fem resultante nula para a malha interna formada pelos
secundários. Para verificação desta condição, vejam os exemplos a seguir de
conexões em paralelo de dois transformadores.
b.1 – T1 e T2 subtrativos
Representando os transformadores como sendo vistos pela parte superior,
tem-se o arranjo ilustrado na Figura 24.
62
Figura 24 – Paralelismo de dois transformadores monofásicos subtrativos
Na Figura 24, não houver preocupação com as ligações da TS (Tensão
Superior), visto que as mesmas consistem simplesmente em unir também terminais
de mesmo índice.
Sabendo-se que os sentidos das fems obedecem à ordem dos índices,
podem-se marcar ainda na Figura 24 os sentidos para E’2 e E’’2. Em conseqüência
das ligações realizadas, tem-se formado um circuito interno pelos dois secundários;
circuito este constituído de uma baixa impedância; portanto, se para esta malha as
tensões E’2 e E’’2 se somarem, haverá uma elevada corrente de circulação
correspondendo a uma corrente de curto circuito. De modo a evitar tal problema,
conforme se pode constatar pela figura 24, basta que sejam conectados os bornes
de mesmo índice; e assim, para a malha interna, ter-se-á uma fem resultante igual a
zero.
b.2 - T1 subtrativo e T2 aditivo
Neste é o caso da representação indicada na Figura 25. De novo basta ligar
terminais de mesmo índice para fazer o paralelismo correto.
63
Figura 25 – Paralelismo de dois transformadores monofásicos T1subtrativos
e T2 aditivo
No caso de transformadores trifásico é necessário que a configuração dos
transformadores seja a mesma (transformadores estrela/estrela com transformador
estrela/estrela, transformadores estrela/triângulo com transformador
estrela/triângulo, etc.). No caso de transformadores diferentes será necessário a
mudança de um dos transformadores para satisfazer a condição de paralelismo.
Colocando em paralelo dois transformadores com a mesma configuração, unindo os
terminais X1, X2 e X3, têm-se as tensões entre fases em oposição, este fato permite
a ligação em paralelo, pois, para as malhas internas formadas, as fems resultantes
terão valor nulo.
No caso de transformadores pertencentes a grupo diferentes, sem alterar as
ligações internas do transformador ( transformando, por exemplo, uma estrela em
um triângulo), eles jamais poderiam ser operados em paralelo, pois não haveria
possibilidade da transformação para o mesmo defasamento.
c) Mesma impedância percentual (Z%) ou mesma tensão de curto-circuito ou
valores próximos e mesma relação entre reatância e resistência
equivalente:
Neste caso, deve-se considerar que estas exigências corresponde a um
problema de otimização, não constituindo um item obrigatório a ser obedecido. Este
fato leva à conclusão da possibilidade do paralelismo de transformadores mesmo
com diferentes impedâncias percentuais e relação entre reatância e resistência.
64
9ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Ensaio em vazio do transformador monofásico.
Fundamentos teóricos:
O ensaio a vazio é executado para determinar a potência desenvolvida no núcleo do transformador, ou seja, a potência desenvolvida por histerese e correntes de Foucault (Phf) na condição de tensão e freqüência nominais.
Sabe-se que Ph = Kh. Vnúcleo. f. (βmáx)x e Pf = Kf . (Vnúcleo. f. βmáx . e)2, onde
Ph = potência desenvolvida por histerese Kh = constante de histerese Vnúcleo = volume do núcleo f = freqüência da tensão aplicada
(βmáx)x = densidade máxima do fluxo elevado ao expoente de Steinmetz (x) que varia
normalmente de 1,5 a 2,5. Pf = potência desenvolvida por Foucault Kf = constante de Foucault e = espessura das lâminas do núcleo
No ensaio a vazio, o enrolamento secundário fica aberto, logo, a corrente secundária (Is) é igual a zero e a corrente primária (Ip) é igual à corrente de excitação (Ie):
Onde, Rm = resistência de magnetização - dissipa a potência de histerese e Foucault (Phf)
Xm = reatância de magnetização - produz o fluxo mútuo (Φm) Rp = resistência do enrolamento primário Xp = reatância de dispersão do enrolamento primário Rs= resistência do enrolamento secundário Xs = reatância de dispersão do enrolamento secundário
65
Vm = tensão aplicada na resistência de magnetização e na reatância de magnetização
A corrente de excitação (Ie) é decomposta vetorialmente da seguinte forma:
De forma que Rm = Vm / (Ie. cos Θ), mas Vm = Vp – Zp.Ip e Zp = Rp + jXp. A
queda de tensão na impedância primária é desprezível porque a corrente do ensaio a vazio também é pequena (cerca de 6% da corrente nominal, no máximo) se a potência dissipada na resistência do enrolamento primário (Prp) for desprezível então a tensão Vp será semelhante à tensão Vm, ou seja, a queda de tensão em Zp será praticamente nula, logo, Rm = Vp / (Ie. Cos Θ) e por analogia Xm = Vp / (Ie. sen Θ). O fator de potência é dado por cos Θ = Pt / (Vp. Ip) e Pt = potência total (leitura do wattímetro).
A rigor, a equação de potência do ensaio a vazio é dada por Pt = Phf + Prp, onde Prp=Rp.Ip2 , logo Phf = Pt – Prp . Para verificar a insignificância de Prp deve-se fazer o cálculo utilizando-se o valor de Rp corrigido para a temperatura de 75 oC, pois é esse valor de temperatura máxima que a ABNT normaliza para que um transformador opere continuamente com a potência nominal.
= Rta. [(234,5o + 75o) / (234,5o + tao)] onde, = resistência primária corrigida para a temperatura de 75 oC;
-234,5o = temperatura, em oC, que um fio elétrico feito de cobre apresenta uma
resistência elétrica aproximadamente igual a zero; Rta = resistência elétrica medida na temperatura ambiente; ta = valor da temperatura ambiente em oC.
Procedimentos 1) Ligar os enrolamentos de tensão superior (Ts) em paralelo e os enrolamentos de tensão inferior (Ti), também, em paralelo do transformador de múltiplos enrolamentos da marca CIME (0,5 kVA) e medir a resistência do enrolamento de tensão inferior, corrigindo-a para a temperatura de 75 oC; 2) Executar o diagrama de montagem
66
A ABNT não normaliza o lado em que deve ser feito o ensaio a vazio no transformador monofásico, entretanto é mais seguro executá-lo no lado de tensão inferior (Ti). (3) Aplicar a tensão e a freqüência nominais de operação do transformador no lado de Ti, anotar as leituras dos instrumentos de medição e fazer os cálculos para completar a tabela abaixo: Vp ( V ) Ip ( A ) Pt (W) (Ω) Prp (W) Phf (W) Cos Θ θ (o) Rm (Ω) Xm (Ω)
67
10ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Ensaio em curto circuito do transformador monofásico.
Fundamentos teóricos
O ensaio de curto circuito é executado para determinar a impedância, resistência e reatância equivalentes referidas ao enrolamento primário do transformador. O ensaio se consiste em curto circuitar o enrolamento de tensão inferior e aplicar uma tensão reduzida ou tensão de impedância (Vz) no enrolamento de tensão superior até que circule por ele a corrente nominal.
Onde, Vz = tensão de impedância Ip = corrente do enrolamento primário Ie = corrente de excitação Is = corrente do enrolamento secundário Vs = tensão nos terminais do enrolamento secundário Rm = resistência de magnetização Xm = reatância de magnetização Rp = resistência do enrolamento primário Xp = reatância de dispersão do enrolamento primário Rs = resistência do enrolamento secundário Xs = reatância de dispersão do enrolamento secundário A potência ativa total (Pt) dissipada no circuito é dada por Pt = Prerp + Phfcc, onde: Pt = potência total do ensaio de curto circuito (leitura do wattímetro) Prerp = potência dissipada na resistência equivalente referida ao primário Phfcc = potência dissipada na resistência de magnetização
Phfcc é a potência de histerese e correntes de Foucault do ensaio de curto
circuito e é normalmente desprezível, pois a tensão de impedância é cerca de 5% da tensão nominal e o Phf varia quadraticamente com a variação da tensão aplicada, logo é muito pequeno. Mas para a certificação do valor desprezível do Phfcc deve-se fazer o seguinte cálculo: Phfcc = Phf. (Vz / Vnominal)
2 , onde o Phf e o Vnominal são dados do ensaio a vazio.
68
Então Prerp é facilmente obtido: Prerp = Pt - Phfcc. A resistência equivalente
referida ao primário (Rerp) é obtida a partir de Prerp, prerp = Rerp. (Inominal)2 ou Rerp = Prerp
/ (Inominal)2.
A impedância equivalente referida ao primário (Zerp) é dada por Zerp = Vz / Inominal. A reatância equivalente referida ao primário (Xerp) é dada por Xerp=
. Os parâmetros equivalentes são usados nos cálculos do rendimento percentual
e da regulação de tensão percentual do transformador monofásico para qualquer ponto de carga: η% = (Ps / Pt).100% = [(Vs. Is. Cos Θs). 100%] / [(Vs. Is. Cos Θs) + Phf + Prers] onde, η% = é o rendimento percentual Prers = potência na resistência equivalente referida ao secundário = Rers. (Is)
2. Onde Rers é a resistência equivalente referida ao secundário ou Rers = Rerp / (α)2.
O rendimento percentual do transformador é máximo quando Phf = Prers e como o Phf é normalmente constante, a corrente secundária para o máximo rendimento
percentual é obtida simplesmente a partir da equação Is = .
R% = (Es – Vs). 100% / Vs. Onde, R% é a regulação de tensão percentual e Es é a tensão induzida no
secundário que dependerá da característica da carga (resistiva, indutiva ou capacitiva).
Para carga puramente resistiva temos Es = [(Vs + Rers . Is)2 + (Xers. Is)
2]1/2. Onde, Xers é a reatância equivalente referida ao secundário ou Xers = Xerp / (α)2.
A impedância percentual (Z%) indica a fração máxima de tensão que pode ser aplicada no enrolamento primário com o secundário curto circuitado sem causar danos ao equipamento: Z% = Vz . 100% / Vnominal.
69
Procedimentos 1) Ligar os enrolamentos de tensão superior (Ts) em paralelo e os enrolamentos de tensão inferior (Ti), também, em paralelo do transformador de múltiplos enrolamentos da marca CIME (0,5 kVA) e executar o diagrama de montagem;
A ABNT não normaliza o lado em que deve ser feito o ensaio de curto circuito no transformador monofásico, entretanto é mais seguro executá-lo no lado de tensão superior (Ts), curto circuitando o lado de tensão inferior. 2) Aplicar a tensão Vz no lado de Ts até que circule a corrente nominal no enrolamento primário. Anotar as leituras dos instrumentos de medição e fazer os cálculos para completar a tabela abaixo:
Vz ( V )
Ip ( A )
Pt (W)
Phfcc (W)
Prerp (W)
Rerp ( Ω )
Zerp ( Ω )
Xerp ( Ω )
Z% Es R% ηmáx
3) Utilizando o Phf do ensaio a vazio, determine o rendimento máximo percentual e a regulação de tensão percentual do transformador monofásico para a corrente de rendimento máximo, considerar o fator de potência igual a 1 (um).
70
12ª Aula Prática
VII. Ligação de Transformadores
Um banco trifásico será formado por três transformadores monofásicos
ligados de tal modo a constituir um sistema trifásico. Das diversas formas possíveis
de interligação dos enrolamentos primários e secundários de 3 transformadores
monofásicos, citaremos as seguintes:
1. Primário em estrela e secundário em estrela
2. Primário em triângulo e secundário em triângulo
3. Primário em estrela e secundário em triângulo
4. Primário em triângulo e secundário em estrela
Há determinadas condições a serem observadas quando se deseja ligar um
banco trifásico de transformadores. São elas:
a) Conhecer as polaridades instantâneas dos transformadores.
b) As relações de transformação tem que ser as mesmas em todos transformadores
utilizados.
c) As tensões primárias e secundárias devem ser as mesmas.
d) Os transformadores deverão ter a mesma potência em kVA.
Na escolha do tipo de conexões de um transformador trifásico há
muitas considerações a serem levadas em conta, normalmente conflitantes;
consequentemente, essa escolha não é tão fácil como se supõe à primeira
vista.
Apresentam–se a seguir alguns tipos de combinações possíveis com suas
vantagens, desvantagens e aplicações.
71
VII.1 - Primário em estrela e secundário em estrela
Figura 17 – Ligação Estrela / estrela de transformadores
Vantagens:
Conexão mais econômica para pequenas potências.
Ambos os neutros são disponíveis para aterramento ou para fornecer uma
alimentação equilibrada a quatro fios.
Uma das conexões mais fáceis de se trabalhar, quando da colocação em
paralelo.
Se falta uma fase em qualquer dos dois lados, as duas remanescentes poderão
operar de forma a permitir uma transformação monofásica, com 3
1 de potência
de quando operava com as três fases.
Desvantagens:
Os neutros são flutuantes, a menos que sejam solidamente aterrados.
Uma falta em uma fase torna o transformador incapaz de fornecer uma
alimentação trifásica.
As dificuldades de construções das bobinas tornam-se maiores e os custos mais
altos à medida que as correntes de linha se tornam muito grandes.
Aplicação:
Usados para alimentação de carga de pequena potência.
72
VII.2 - Primário em triângulo e secundário em triângulo
Figura 18 - Ligação Triângulo / Triângulo de transformadores
Vantagens:
Se faltar uma fase em qualquer um dos lados, as duas remanescentes poderão
ser operadas em triângulo aberto para dar saída trifásica com 31
da potência
anterior.
É a combinação mais econômica para transformadores de baixa tensão e altas
correntes.
As tensões de 30 harmônico são eliminadas pela circulação de correntes de 30
harmônico nos triângulos.
Uma das mais fáceis combinações para colocação em paralelo.
Com tensões de linha simétricas, nenhuma parte dos enrolamentos pode estar
normalmente a um potencial excessivo em relação à terra, a não ser devido a
cargas estáticas.
Desvantagens:
Não há neutros disponíveis.
Não pode haver suprimento de energia com quatro condutores.
73
As dificuldades de construções normais de operação, a máxima tensão à terra
em cada fase é 31
da tensão de linha; a mínima tensão é de 321
. As
solicitações do isolamento são, portanto, maiores que para conexão estrela.
Aplicação:
Em sistema em que uma falta fase-terra é muito provável e pode ser perigosa
VII.3 - Primário em estrela e secundário em triângulo
Figura 19 - Ligação Estrela / Triângulo de transformadores
Vantagens:
As tensões de 3o harmônico são eliminadas pela circulação das correntes de 3o
harmônico no secundário em triângulo.
O neutro do primário mantém-se estável devido ao secundário em triângulo.
O neutro do primário pode ser aterrado.
É a melhor combinação para transformadores abaixadores pois a conexão
estrela é apropriada para altas tensões e a triângulo, para altas correntes.
74
Desvantagens:
Não há neutro no secundário disponível para aterramento ou para uma possível
alimentação a quatro fios.
A falta de uma fase torna o transformador inoperante.
Aplicações:
A principal é a do abaixamento de tensão de sistema usando em grandes
transformadores.
Figura 20 - Ligação Triângulo / Estrela de transformadores
Vantagens:
As tensões do 3o harmônico são eliminada pela circulação das correntes de 3o
harmônico no primário em triângulo.
O neutro do secundário pode ser aterrado ou utilizado para uma alimentação a
quatro condutores.
Cargas equilibradas e desequilibradas podem ser alimentadas simultaneamente.
Desvantagens:
A falta de uma fase leva à inoperância do transformador.
O enrolamento em triângulo pode ser mecanicamente fraco no caso de
transformadores abaixadores com uma tensão primária muito alta, ou no caso de
pequenas potências de saída.
75
Aplicações:
A principal aplicação é na alimentação com quatro condutores de cargas, que
podem ser equilibradas ou desequilibradas.
É também utilizado para elevação de tensão para alimentação de uma linha de
alta tensão.
DESLOCAMENTO ANGULAR DAS LIGAÇÕES DE TRANSFORMADORES
Assunto: Ligação de transformadores monofásicos em bancos trifásicos Objetivo: Verificação do deslocamento angular das ligações ABNT-NBR-5380 Introdução: Um banco trifásico será formado por três transformadores monofásicos ligados de tal modo a constituir um sistema trifásico. Das formas possíveis de interligação dos enrolamentos primários e secundários de 3 transformadores, iremos abordar as seguintes conexões: a) primário em estrela e secundário em estrela – Yy 0o e Yy 180o ; b) primário em triângulo e secundário em triangulo – Dd o ; c) primário em estrela e secundário em triângulo – Yd +30 e d) primário em triângulo e secundário em estrela – Dy +30.
Há determinada condições a serem observadas quando se deseja ligar um banco de transformadores. São elas: • conhecer as polaridades instantâneas dos transformadores monofásicos • as relações de transformação têm que ser as mesmas em todos
transformadores utilizados; • as tensões primárias e secundárias devem ser as mesmas; • os transformadores deverão ter a mesma potência em kVA.
O deslocamento angular é determinado a partir do diagrama de ligações dos enrolamentos e da observação da polaridade dos terminais conectados entre si. Para determinação do deslocamento angular são usadas várias convenções para a marcação da polaridade, das quais destacamos duas seguintes:
• usando uma cruz em negrito ( x ) nos terminais de mesma polaridade sem
distinção de enrolamento de tensão superior e inferior; • usando setas ( δ ) para indicar o sentido instantâneo das f.e.m.i nos
enrolamentos de AT e BT. Nesta convenção terão mesma polaridade os terminais na ponta da seta.
Deslocamento angular é o termo que usamos quando nos referimos ao defasamento entre a
tensão da fase X1 do secundário e a tensão da mesma fase no primário H1. O deslocamento angular variará segundo a maneira pela qual efetuarmos as ligações nos enrolamentos primários e secundários.
76
I - LIGAÇÃO: PRIMÁRIO EM ESTRELA E SECUNDÁRIO EM ESTRELA
Aplicação Usada para alimentação de cargas de pequena potência. Vantagens: • conexão mais econômica para pequenas potências; • ambos os neutros são disponíveis para aterramento ou para fornecer uma
alimentação equilibrada a quatro fios; • é uma das conexões mais fáceis de se trabalhar quando da conexão em
paralelo de trafos e • Faltando uma fase em qualquer dos dois lados as duas remanescentes
poderão operar de forma a permitir uma transformação 1φ cuja potência será 31 da potência fornecida quando se operava com 3 fases.
Desvantagens: • Os neutros são flutuantes, a menos que sejam solidamente aterrados; • Uma falta em uma fase torna o transformador incapaz de fornecer uma
alimentação trifásica e • As dificuldades de construção de bobinas tornam-se maiores e os custos mais
elevados ‘à medida que as correntes de linha se tornam muito grandes.
Procedimento Inicialmente ligamos todas as bobinas dos transformadores monofásicos em paralelo, depois faremos as conexões. LIgamos através de um condutor o terminal X1 com H1. Com a escala do voltímetro escolhida de acordo com os níveis de tensões dos enrolamentos, fazemos as leituras dos pares de valores de tensões entre os enrolamentos primário e secundário procurando comprovar as relações fundamentais obtidas dos diagramas fasoriais, se verificadas estas relações à conexão está correta.
77
Diagrama de Ligação I.1 - Verificação do deslocamento angular LIGAÇÃO ESTRELA-ESTRELA Yy 0
FIGURA 1.A - Ligação estrela-estrela yy 0o
FIGURA 1.B - Diagrama fasorial para obter as relações
fundamentais da ligação Yy 0o segundo a ABNT-NBR-5380
Relações
1) H2X2 ( ________ ) = H3X3 ( ________ )
2) H2X2 ( ________ ) < H2X3 ( ________ )
3) H2X1 ( ________ ) > H3X3 ( ________ )
I.2 - Verificação do deslocamento angular LIGAÇÃO ESTRELA-ESTRELA Yy
180o
78
FIGURA 2.A - Ligação estrela-estrela yY 180O
FIGURA 2.B - Diagrama fasorial para obter as relações fundamentais da ligação Yy 180o segundo a ABNT-NBR-5380
Relações
1) H2X2 ( ________ ) > H3X1 ( ________ )
2) H3X3 ( ________ ) = H2X2 ( ________ )
3) H3X3 ( ________ ) > H1X2 ( ________ )
II - LIGAÇÃO: PRIMÁRIO EM TRIÂNGULO E SECUNDÁRIO EM TRIÂNGULO
Aplicação da ligação ∆/∆: Usada em sistemas em que uma falta fase-terra é muito provável e pode ser perigosa. Vantagens: • Faltando uma fase em qualquer um dos lados as duas restantes poderão
operar em delta aberto para dar uma saída trifásica com 31 da capacidade anterior;
• É a combinação mais econômica para trafos de baixa tensão e alta corrente;
79
• As tensões de 3o harmônico são eliminadas pela circulação de corrente de 3o harmônico nos deltas;
• É uma das mais fáceis combinações para colocação em paralelo e • Com tensões de linha simétricas nenhuma parte dos enrolamentos pode estar
normalmente submetida a um potencial excessivo em relação ‘a terra, a não ser devido à carga estáticas.
Desvantagens
• Não há neutros disponíveis; • Não pode haver suprimento de energia com quatro condutores • As dificuldades de construção das bobinas são maiores e os custos mais
altos para altas tensões de linha.
• Sob condições normais de operação a máxima tensão fase-terra é 31
da
tensão de linha e a mínima é de 321
, tornando as solicitações de isolamento maiores que a conexão estrela.
Diagrama de Ligação II.1 - Verificação do deslocamento angular LIGAÇÃO TRIÂNGULO-TRIÂNGULO
Dd 00
FIGURA 3.A - Ligação triângulo-triângulo dd 00
FIGURA 3.B - Diagrama fasorial para obter as relações
fundamentais da ligação Dd 00 segundo a ABNT-NBR-5380
Relações
80
1) H2X2 ( ________ ) = H3X3 ( ________ )
2) H2X2 ( ________ ) < H2X3 ( ________ )
3) H2X1 ( ________ ) > H3X3 ( ________ )
II.2 - Verificação do deslocamento angular – Ligação triângulo aberto ou ligação V.
Num banco trifásico com ligação triângulo-triângulo havendo um acidente com um dos transformadores este pode ser retirado do circuito para reparos, ficando apenas os dois outros ligados em triângulo aberto. Neste caso a potência reduz para 58% da potência nominal do banco. Esta ligação tem aplicação em casos de emergência quando um dos transformadores do banco ou uma fase de um transformador dá defeito, ou quando se prevê um aumento futuro da instalação. Neste caso reduzimos o custo inicial da instalação, ligando inicialmente 2 transformadores em V. Esta ligação é usada também em alimentação residencial e de força motriz em circuitos com grande predominância de cargas residenciais. III - LIGAÇÃO: PRIMÁRIO EM ESTRELA E SECUNDÁRIO EM TRIÂNGULO Y/∆ Aplicação da ligação Y∆: Usada no abaixamento de tensão utilizando grandes trafos Vantagens: • As tensões do 3O harmônico são eliminadas pela circulação das correntes de
3O harmônico no secundário em delta; • O neutro do primário mantém-se estável devido ao secundário em delta e
pode ser aterrado; • É a melhor combinação para trafos abaixadores pois a conexão estrela é
apropriada para altas tensões e na triângulo para altas correntes.
Desvantagens
• Não há neutro no secundário disponível para aterramento ou para possível alimentação a quatro fios;
• A falta de uma fase torna o trafo inoperante;
III.1 - Verificação do deslocamento angular LIGAÇÃO estrela-triângulo Yd+30
81
FIGURA 4.A - Ligação estrela-triângulo Yd+30
FIGURA 4.B - Diagrama fasorial para obter as relações
fundamentais da ligação Yd+30 0 segundo a ABNT-NBR-5380
Relações
1) H3X2 ( ________ ) = H3X3 ( ________ )
2) H3X2 ( ________ ) < H3X1 ( ________ )
3) H2X2 ( ________ ) > H2X3 ( ________
IV- LIGAÇÃO: PRIMÁRIO EM TRIÂNGULO E SECUNDÁRIO ESTRELA EM ∆/Y
Aplicação da ligação ∆Y Usada na alimentação com 4 condutores de carga que pode ser equilibrada ou não e para elevação de tensão para alimentação de uma linha de alta tensão. Nesse caso, com as tensões de 3o harmônico são eliminadas, o neutro é disponível para aterramento e ambos os enrolamentos são usados sob as melhores condições. Vantagens: • As tensões do 3o harmônico são eliminadas pela circulação das correntes de
3 o harmônico no primário em delta;
82
• O neutro do secundário pode ser aterrado ou utilizado para alimentação a 4 fios e
• Cargas equilibradas e desequilibradas podem ser alimentadas simultaneamente.
Desvantagens • O enrolamento em delta pode ser mecanicamente fraco no caso de trafos
abaixadores com uma tensão primária muito alta ou no caso de pequenas potências de saída;
• A falta de uma fase torna o trafo inoperante;
IV-1- Verificação do deslocamento angular LIGAÇÃO triângulo - estrela - DY+30
FIGURA 5.A - Ligação estrela-triângulo DY+30
FIGURA 5.B - Diagrama fasorial para obter as relações
fundamentais da ligação DY+30o segundo a ABNT-NBR-5380
Relações
1) H3X2 ( ________ ) > H3X3 ( ________ )
2) H3X2 ( ________ ) > H3X1 ( ________ )
3) H2X2 ( ________ ) = H2X3 ( ________ )
Diagrama fasorial para obter as relações fundamentais segundo ABNT-NBR-5380
83
13ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Introdução do motor de indução trifásico.
Fundamentos Teóricos
Um Campo magnético girante com amplitude e velocidade angular constantes
ocorre no estator da máquina de indução trifásica quando é aplicada uma tensão trifásica com amplitude e freqüência constantes no seu enrolamento de armadura. Isto acontece por causa da composição vetorial das correntes circulantes em cada fase que combinada com a posição geométrica dos enrolamentos da armadura (defasados de 120º geométricos) produz o campo magnético rotativo no sentido horário ou anti-horário, dependendo da seqüência de fases da tensão aplicada.
A cada instante o fluxo mútuo resultante no entreferro da máquina desencadeia uma série de ações que faz a máquina operar equilibradamente em cada ponto de carga. O diagrama vetorial, a seguir, mostra o funcionamento equilibrado da máquina de indução trifásica para uma tensão senoidal instantaneamente positiva aplicada na armadura:
Onde: Ve = Tensão de linha no enrolamento do estator (amplitude e freqüência constantes) Ie = Corrente de linha no enrolamento do estator (amplitude variável) θe = Ângulo do fator de potência no enrolamento do estator φe = Fluxo no estator (variável) Ee = Tensão induzida no enrolamento do estator (amplitude variável) Er = Tensão induzida no rotor (amplitude e freqüência variáveis) θr = Ângulo do fator de potência no rotor Ir = Corrente no rotor (amplitude e freqüência variáveis) φr = Fluxo no rotor (variável) As partes constituintes das máquinas de indução trifásica são: • Carcaça • Núcleo do estator • Enrolamento do estator • Eixo do rotor • Núcleo do rotor
84
• Enrolamento do rotor – É classificado em dois tipos: a) Bobinado ou enrolado; b) Gaiola de esquilo. Obs.: Quando o rotor é bobinado, a máquina de indução exige anéis coletores, escovas, molas e porta escovas. A velocidade angular do campo magnético girante (Ns) a partir de: Ns = [(120.f) / P], onde “Ns” é a velocidade angular ou velocidade síncrona (rpm), “f” é a freqüência da tensão aplicada do enrolamento da armadura e “P” é o número de pólos da máquina. A diferença entre a velocidade síncrona do campo magnético girante e a velocidade efetiva do rotor é chamada de deslize ou de escorregamento (s): s(%) = (Ns – Nr / Ns). 100% Onde, Nr = Velocidade do rotor (rpm) s% = Escorregamento percentual
A tensão, freqüência e a reatância do rotor dependem exclusivamente do escorregamento (s): fr = s . f, onde “fr” é a freqüência da tensão no rotor; Er = s. Ebl, onde “Er” é Tensão induzida no rotor e “Ebl” é a tensão induzida com o rotor bloqueado; Xr = s. Xbl, onde “Xr” é a reatância do rotor e “Xbl” é a reatância do rotor com rotor bloqueado.
O número de pares de pólos é inversamente proporcional à velocidade
angular se o período ou freqüência forem constantes. O número de pares de pólos é diretamente proporcional à freqüência se a velocidade for mantida constante.
85
15ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Ensaio do MIT, rotor bobinado, com o circuito de rotor aberto.
Fundamentos Teóricos
Neste ensaio determina-se a potência de histerese e correntes de Foucault com circuito de rotor aberto (Phfcra) desenvolvido pelo motor de indução trifásico para a condição de tensão e freqüência nominais aplicados no enrolamento do estator. A equação de tensão por fase do motor de indução trifásico é dada por:
Vef = Zef x Ief + Zmf x Ief. Onde: Vef = tensão no enrolamento do estator por fase Zef = impedância do enrolamento do estator por fase Ief = corrente do enrolamento do estator por fase Zmf = impedância de magnetização por fase A potência total com o circuito de rotor aberto (Ptcra) é dada por: Ptcra = Phfcra + Pree. Onde, Ptcra = W1 + W2 = (3)1/2. Va. Ie. cos θa Phfcra = Ptcra - Pree = 3. (Vmf)
2 / Rmf
cos θa = fator de potência no estator Vmf = tensão de magnetização por fase Rmf = resistência de magnetização por fase Pree = potência nas resistências do enrolamento do estator Pree = 3. Ref. (Ief)
2 = 3/2 Rlinha. (Ie)2.
Onde, Ref = resistência do enrolamento do estator por fase Rlinha = resistência de linha do enrolamento do estator Ie = corrente de linha no enrolamento do estator
86
A resistência do enrolamento do estator por fase pode ser medida
diretamente, se a conexão em estrela ou em triângulo for desfeita, caso contrário mede-se a resistência de linha e calcula-se a resistência de fase e corrige-se para a temperatura de trabalho (75ºC):
(Ref)
75ºC = (Ref) ta [(234,5º + 75º) / (234,5º + ta)].
Onde, (Ref)
ta = resistência na temperatura ambiente (Ref)
75ºC = resistência na temperatura de 75oC -234,5º = temperatura negativa no qual a resistência do cobre é praticamente igual a zero.
Então, voltando à equação de potência total com o circuito de rotor aberto “Ptcra”
e isolando a variável potência de histerese e correntes de Foucault “Phfcra” teremos Phfcra = Ptcra - Pree ou Phfcra = W1 + W2 - 3 Ref. I
2ef ou ainda Phfcra = [(3)1/2 .Ve . Ie . Cos θe]
- [(3/2). Rlinha . (Ie)2]. Este “Phfcra” é determinado para a tensão nominal aplicada no
enrolamento do estator “Ve” e para a freqüência nominal da tensão aplicada no enrolamento do estator “f”. É sabido que o “Phf” varia quadraticamente com a tensão aplicada no enrolamento do estator e que o mesmo “Phf” varia linearmente com a freqüência aplicada no enrolamento do estator, daí concluirmos que será possível determinar o desconhecido “Phfx“ se a freqüência aplicada no enrolamento do estator for mantida constante e a tensão aplicada no enrolamento do estator “Vex” variar, teremos: (Phfcra / Phfx) = [(Ve)
2 / (Vex)2] e isolando-se o valor desconhecido da potência
“Phfx” vem, Phfx = [ Phfcra . (Vex)2 ] / (Ve)
2.
Procedimentos
1 – Medir a resistência do enrolamento do estator por fase e corrigi-la para a temperatura de trabalho “75 0C”; 2 – Executar o diagrama de montagem:
87
VV
A
W1
W2
R
S
T
MIT
3 – Aplicar a tensão nominal e freqüência nominal no enrolamento do estator e anotar as medições dos instrumentos: Ie (A) Ief (A) Ve (V) Vef (V) W1 (W) W2 (W) Ptcra (W) Er (V) Ebl/fase (V)
Ebl = tensão do rotor por fase, com o rotor parado ou bloqueado. Er = tensão do rotor de linha 4 – Determinar Pree, Phf e a relação de transformação do MIT “αMIT” considerando as tensões de fase da armadura e do rotor.
Pree (W) Phf (W) αMIT
88
16ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Partida do MIT, rotor bobinado.
Fundamentos Teóricos
Neste ensaio vamos verificar a diminuição da corrente de partida do MIT, rotor
bobinado, e a variação da velocidade do rotor em função da resistência inserida no circuito elétrico do rotor (Rx). Esta verificação será feita com o motor sem carga ou a vazio, mas este comportamento é geral e, portanto, válido também para o motor com carga. As equações base deste ensaio são:
a) Ir = Ebl / [(Rr + Rx)
2 + (s. Xbl)2]1/2 , com a inserção de Rx, a corrente Ir diminui.
b) cos θr = (Rr + Rx) / [(Rr + Rx)2 + (s . Xbl)
2]1/2 , com a inserção de Rx, o cos Θr
aumenta.
c) T = Kt. s. Ebl. Ir. cos θr = [Kt . s . (Ebl)2 . (Rr + Rx)] / [(Rr + Rx)
2 + (s . Xbl)2] , com a
inserção da resistência Rx, o torque aumenta e pode chegar até o seu valor máximo, se (Rr + Rx) = (s. Xbl). d) (sr / Rr) = sr+x / (Rr + Rx), com a inserção da resistência 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 resistência do rotor por fase (Rrf); 2 – Fazer a conexão do enrolamento do estator para 220 V (triângulo paralelo), de acordo com o diagrama de montagem a seguir:
89
3 – Ajustar o reostato de partida para a posição “0” (zero), ou seja, de máxima resistência inserida (Rx); 4 – Acionar o motor de indução “MIT”, anotando as leituras das correntes máximas 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 posição de trabalho “1” (um), ou seja, de resistência inserida igual a zero (RX = 0) e repetir o procedimento número quatro (4), preenchendo o quadro abaixo:
6 – Calcular o valor de Rx para a velocidade Nr+x.
90
17ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Ensaio com rotor bloqueado do motor de indução trifásico de rotor bobinado.
Fundamentos teóricos
Este ensaio é executado para determinar a impedância equivalente referida ao
estator por fase (Zeref), a resistência equivalente referida ao estator por fase (Reref) e a reatância equivalente referida ao estator por fase (Xeref) do motor de indução trifásico.
O ensaio consiste-se em travar mecanicamente o eixo do rotor, que neste
caso é feito através de um suporte metálico, e ao mesmo tempo curto circuitar os terminais do enrolamento do rotor, aplicando uma tensão reduzida (Vbl) no enrolamento do estator até que circule por ele a corrente nominal. Os wattímetros indicarão a potência total com rotor bloqueado (Ptbl), isto é, Ptbl = W1 ± W2, que é constituída pela potência de Histerese e Foucault com rotor bloqueado (Phfbl) e pela potência na resistência equivalente referida ao estator (Prere) ou Ptbl = Prere + Phfbl, mas o Phfbl = Phfcra. (Vbl / Vnominal)
2 utilizando dados do ensaio com o circuito de rotor aberto. Logo, Prere = Ptbl - Phfbl e com este valor de Prere calcula-se o valor da resistência equivalente referida ao estator por fase, que é igual a Reref = Prere / [3 . (Ief)
2]. A impedância equivalente referida ao estator por fase é obtida da seguinte
forma: Zeref = Vbl / Ief, os valores da tensão Vbl e da corrente devem ser valores de fase do ensaio. E finalmente, a reatância equivalente referido ao estator por fase é determinada: Xeref = [(Zeref) – (Reref)
2]1/2 . Com estes resultados é possível estimar, em um cálculo de primeira ordem, a
reatância de dispersão do enrolamento do estator por fase “Xef” a partir da proporção (Xef / Ref ) = ( Xeref / Reraf ), ou Xef = (Ref . Xeref) / Reref ), determinando em seguida a reatância de rotor bloqueado por fase “ Xbl “, Xeref = Xef + [(αmit)
2 . Xbl ] ou Xbl = ( Xeref - Xef ) / ( αmit )
2. Da mesma forma, a resistência do rotor por fase “Rrf” também pode ser determinada, Reref = Ref + [( αmit )
2 . Rrf] ou Rrf = [( Reref - Ref) / (αmit )2].
91
Procedimentos
1 – Fazer a conexão do enrolamento do estator para 220 V (//) e executar o diagrama de montagem:
V
A
W1
W2
R
S
T
MIT Curto-circuitoReforçado
2 – Bloquear o eixo do rotor e aplicar a tensão Vbl no enrolamento do estator até que circule por ele a corrente nominal, anotar as leituras dos instrumentos e fazer os cálculos:
Vbl
(V) Ie
(A) Ief
(A) W1
(W) W2
(W) Ptbl
(W) Phfbl
(W) Prere
(W) Reref
(W) Zeref
(Ω) Xeref
(Ω) Xef
(Ω) Rrf
(Ω) Xbl
(Ω)
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18ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Ensaio em vazio do MIT, rotor bobinado.
Fundamentos teóricos
O ensaio a vazio é executado para determinar a potência rotacional (Prot) do motor de indução trifásico. O MIT é posto a girar sem carga de maneira que a potência total (Pt ) é constituída pela potência na resistência equivalente referido ao estator (Prere) e pela potência rotacional : Pt = Prere + Prot , logo,
Prot = Pt - Prere = Pt - [3. Reref. (Ief)
2 ] Onde, Pt é a leitura dos wattímetros no ensaio a vazio. Pt = W1 + W2 Reref é a resistência equivalente referido ao estator, por fase, obtida no ensaio de curto circuito. Ief é corrente do estator por fase no ensaio a vazio.
Sabendo-se o valor da potência de Histerese e Foucault para tensão e
freqüência nominais (Phfcra), pode-se determinar a potência por atrito e ventilação (Pav), pois Prot = Phfcra + Pav ou Pav = Prot - Phfcra.
A potência por atrito e ventilação varia linearmente com a velocidade, daí ser
possível corrigir o valor de Pav para velocidades variadas.
Procedimentos
1 – Executar o diagrama de montagem considerando a conexão do enrolamento do estator feita para 220 V (// );
V
A
W1
W2
R
S
T
MITReostato
dePartida
93
2 – Acionar o motor de indução “MIT” a vazio, com tensão e freqüência nominais, ajustar o reostato de partida para a posição de trabalho “1”, anotar as leituras dos instrumentos e fazer os cálculos:
Ve (V) Ie (A) Ief (A) W1 (W) W2 (W) Pt (W) Prere W) Prot (W) Pav (W) Nr (rpm)
94
19ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Ensaio de carga do MIT, rotor bobinado.
Fundamentos teóricos
Este ensaio é executado para determinar o rendimento percentual pelo método carga-escorregamento (AIEE) para os vários pontos de carga do MIT. Para isto é necessário ter o conhecimento da potência rotacional “Prot”, da resistência do estator por fase “Ref”, e da velocidade do rotor “Nr” para o qual foi determinado o “Prot”. Ao fazer a leitura da potência ativa total da armadura “Pt”, através dos dois wattímetros, será possível determinar a potência de entrada do rotor ou potência total do rotor “Ptr”: Ptr = Pt – 3. Ref. (Ief)
2, ou Ptr = (W1±W2) – 3.Ref . (Ief)2, ou ainda Ptr = [(3. ( Ir
)2.Rr) / s], ou ainda mais, Ptr = Prr + Pdr para qualquer ponto de carga, onde “Prr” é a potência nas resistências do rotor, e “Pdr” é a potência desenvolvida pelo rotor. A potência nas resistências do rotor é obtida a partir de “Ptr”, ou seja, Prr = (s. Ptr), já a potência desenvolvida pelo rotor é obtida da seguinte forma: Pdr = 3. Er. Ir. cos Θr = Ptr – (s. Ptr) ou Pdr = Ps + Prot, onde Ps = potência de saída ou Ps = Pdr – Prot ou Ps = Ptr – (s. Ptr) - Prot.
O rendimento percentual (η%) é pontualmente determinado a partir da potência
de saída Ps: η% = (Ps / Pt). 100%, ou η% = [(Pdr – Prot). 100% / (W1±W2)] ou ainda η% = [ Ptr – (s . Ptr) - Prot ] / (W1±W2).
O fator de potência “cos θ” é dado por cos θ = Pt / [(3)1/2. Va. Ia], ou
cos θ = (W1±W2) / [(3)1/2.Va . Ia]. O torque de saída “Ts” pode ser dado em N.m, Ts = (9,55. Ps) / Nr, onde a
potência de saída é dada em Watt e a velocidade efetiva do rotor é dada em rpm. O torque de saída “Ts” pode ser dado em lb-pé, Ts = (7,0402. Ps) / Nr, onde a potência de saída é dada em Watt e a velocidade efetiva do rotor é dada em rpm.
Para determinar o rendimento percentual pelo método convencional (η%conv) é
necessário ter o conhecimento de “Prot” para sua velocidade “Nr” correspondente, além disso, deve-se saber o valor da resistência equivalente referida à armadura por fase (Reref). Neste caso, a potência de saída “Ps" é dada por Ps = Pt - 3. Reref. (Ief)
2 - Prot ou Ps = (W1±W2) - 3. Reref. (Ief)
2 - Prot, logo η%conv = [(Ps). 100% / Pt], ou ainda η%conv = [(W1±W2) - 3. Reref. (Ief)
2 - Prot]. 100% / (W1±W2).
Procedimentos
1 – Anotar os seguintes dados dos ensaios anteriores:
Prot (W) Raf (Ω) Reraf (Ω) Nr (rpm)
95
2 – Executar o diagrama de montagem considerando a conexão do enrolamento do estator para 220 V (// );
3 – Acionar o MIT, mecanicamente, acoplado ao gerador monofásico que por sua vez é conectado à carga elétrica. Variar por quatro vezes a carga até o valor nominal e anotar as leituras dos instrumentos de medição na tabela abaixo:
Ve (V) 220 220 220 220 Ie (A) 6 7 8 8,8 Ief (A) Nr (rpm) Prot (W) S ( VA ) W1 (W) W2 (W) Pt (W) 3.Ref. ( Ief )
2 (W) Ptr (W) Prr (W) Pdr (W) Ps (W) η% Ts (N.m) Ts (lb-pé) cos θ 3.Reref. (Ief)
2 (W) Ps (W) η%conv
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22ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Introdução da Máquina de corrente contínua.
Fundamentos teóricos
Qualquer máquina elétrica rotativa funciona a partir de uma tensão aplicada e induzida nos condutores elétricos inseridos em um campo magnético e, além disto, deve haver um movimento relativo entre o campo magnético e os condutores.
Na máquina de Corrente Contínua, o campo magnético é suprido pelas peças polares (sapata polar) e pelo enrolamento de campo magnético, que junto à carcaça e escovas formam o estator. Os condutores elétricos formam o enrolamento de armadura, que é colocado no núcleo da armadura, e junto ao eixo do rotor e ao comutador constituindo o rotor.
As tensões induzida e a aplicada na armadura são ligadas ao exterior da máquina por meio das escovas de grafite metálica e do comutador. O comutador funciona como retificador de tensão, quando a máquina de corrente contínua opera como um gerador, mas funciona como um inversor de tensão, quando a máquina de corrente contínua opera como um motor.
A reação da armadura é responsável pelo desempenho da máquina, mas também é responsável pela torção do fluxo do campo magnético principal, e é por isto que foi associado à máquina um núcleo de interpolo, um enrolamento de interpolo e um enrolamento de compensação para corrigir o efeito negativo de ter grande faiscamento na comutação.
97
A linha neutra é sempre perpendicular à direção do fluxo do campo magnético resultante e se não existisse o fluxo de reação da armadura (Φra) a linha neutra estaria localizada na direção norte - sul exatamente entre os dois pólos. No caso acima, temos o fluxo do campo magnético principal (Φcmp) se dirigindo para a esquerda (leste) e o fluxo de reação da armadura (Φra) se dirigindo para cima (norte), logo o fluxo resultante estará apontando para o nordeste e a linha neutra vai se estabelecer na direção noroeste - sudeste:
O quadro, a seguir, mostra a nomenclatura e a polaridade dos terminais dos
enrolamentos da máquina de corrente contínua:
Norma Enrolamento + ABNT - + DIN - Armadura A1 - A2 A - B Campo shunt E1 - E2 C - D Campo série D1 (S1) - D2 (S2) E - F Interpolo B1 - B2 G - H Compensação C1 - C2 Gc - Hc Campo independente F1 - F2 J - K
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Tipos de ligação da máquina de corrente contínua: a) Ligação série: O enrolamento da armadura é ligado em série com o enrolamento de campo.
b) Ligação shunt: O enrolamento da armadura é ligado em paralelo com o enrolamento de campo.
c) Ligação independente: O enrolamento da armadura e o enrolamento de campo utilizam fontes de alimentação independentes.
99
d) Derivada curta: Utiliza compostamente um enrolamento em série e um enrolamento em paralelo com o enrolamento de armadura.
e) Derivada longa: Utiliza compostamente, também, um enrolamento em série e um enrolamento em paralelo com o enrolamento de armadura.
100
Procedimento 1) Verificar no painel de ligação da máquina de corrente contínua os terminais dos enrolamentos da armadura, do campo shunt, do campo série e do interpolo. Observar que os terminais estão identificados pela norma DIN e que o enrolamento de compensação só é utilizado em máquinas de grande porte.
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23ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Acionamento do motor de corrente contínua, ligação shunt, através do demarrador.
Fundamentos teóricos
Uma tensão aplicada na armadura (Va) e uma tensão gerada na armadura (Ea) ocorrem simultaneamente na máquina de corrente contínua. A tensão Va é maior que a tensão Ea, se a máquina opera como motor de corrente contínua. O circuito elétrico da armadura do motor é:
E a equação de tensões do circuito elétrico do enrolamento da armadura é dada por: Va = [(Re / 2) + (Re / 2)]. Ia + (RAB + RGH). Ia + Ea = RAH. Ia + Ea Onde, Va = tensão aplicada nos terminais do motor. Re = [(Re / 2) + (Re / 2)] = resistência elétrica das escovas. RAH = (RAB + RGH + Re) = resistência elétrica do enrolamento da armadura e do enrolamento de interpolo. Ia = corrente que circula no enrolamento da armadura Ea = tensão gerada ou induzida no enrolamento da armadura
A tensão gerada varia linearmente com a constante de tensão (Kt) da máquina, com a intensidade do fluxo de campo (φ) e com a velocidade de rotação da armadura (N). Logo: Ea = Kt. Φ . N
Onde a
pNK tca
t .60
10.. 8−
=
Ntca = número total de condutores do enrolamento da armadura p = número de pólos a = número de caminho em paralelo na armadura
102
10-8 = número de linhas que deve ser encadeada por espira por segundo para que seja induzida a tensão de 1 volt. Obs.: A velocidade N é dada em rpm.
A equação geral de velocidade do motor de corrente contínua é obtida
substituindo-se “Ea = Kt. Φ . N” na equação de tensões e isolando-se o valor da variável “N”:
ou .
A intensidade do fluxo φ é o domínio da função e deve ser diferente de zero para qualquer ponto de operação do motor, considerando também que Kt ≠ 0.
O demarrador é um equipamento utilizado para acionar o motor de corrente
contínua, ligação shunt. Ele garante um fluxo diferente de zero na partida e uma tensão inicialmente reduzida no enrolamento de armadura e interpolos. O diagrama interno do demarrador é simples:
Procedimentos 1) Anotar o valor da temperatura ambiente no laboratório de máquinas elétricas e medir a resistência dos enrolamentos da armadura e de interpolo, utilizando um multímetro digital, e corrigir a resistência “RAH” para a temperatura de 75 oC, considerando que os enrolamentos são feitos com fio magnético de cobre esmaltado;
103
2) Executar o diagrama de montagem:
3) Acionar o motor e ajustar a sua velocidade para o valor nominal (de placa) através do reostato de campo magnético e anotar as leituras dos instrumentos.
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25ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Controle de velocidade do motor de corrente contínua, ligação shunt, pela variação da tensão aplicada no enrolamento da armadura (Va) ou pela variação do fluxo do campo magnético principal (Φ).
Fundamentos teóricos
A equação geral de velocidade “ mostra que N varia em
proporção direta com a tensão aplicada na armadura Va, desde que a corrente de armadura “Ia” e o fluxo do campo magnético principal “φ” sejam mantidos constantes.
a) Controle de velocidade do motor de C.C. pela variação da tensão aplicada na armadura:
O torque eletromagnético “ atorq IKT ..φ= ” desenvolvido pelo rotor varia
linearmente com a intensidade do fluxo do campo magnético principal “φ” e com a intensidade da corrente de armadura “Ia”, considerando-se que a constante de
torque (Ktorq) da máquina é dada por a
pNK tca
torq .2
10.. 8
π
−
= .
A potência ativa total (Pt) desenvolvida pelo motor varia linearmente com a variação de Va, pois neste caso, a corrente de armadura “Ia” é constante (Pt = k. Va). Esse tipo de variação da velocidade do motor de corrente contínua, ligação shunt, é utilizado quando o motor opera com a velocidade dentro do intervalo de zero rpm até o seu valor de velocidade nominal. b) Controle de velocidade do motor de C.C. pela variação do fluxo do campo magnético principal:
A equação geral de velocidade mostra que N é inversamente proporcional ao fluxo de campo magnético principal (φ), desde que a tensão aplicada na armadura “Va” e a corrente do enrolamento da armadura “Ia” ambos sejam mantidos constantes. Nesta condição, o torque eletromagnético “T” diminui com a redução do fluxo do campo magnético principal “Φ” e a potência ativa total “Pt” permanece constante. Esse tipo de variação da velocidade do motor de corrente contínua, ligação shunt, é utilizado quando o motor opera acima da velocidade nominal.
Os gráficos de F(N) = Pt e F(N) = T mostram as variações de Pt e T para velocidades abaixo e acima da velocidade nominal:
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Procedimentos 1) Executar o diagrama de montagem
Observação: O motor de corrente contínua é acoplado mecanicamente a um gerador
síncrono trifásico (G.S.T) e fornece-lhe a potência mecânica (rotação). Ao excitar o circuito de campo magnético do “G.S.T” é induzida uma tensão trifásica nas linhas L1, L2 e L3 que por sua vez estão conectadas a um reostato trifásico que atua como carga elétrica, logo, para variar ou manter constante a corrente de armadura “Ia” do motor de corrente contínua, bastará fazer os ajustes da corrente de campo magnético do “G.S.T” através do seu reostato de campo magnético. 2) Acionar o motor de corrente contínua, ajustar o valor da velocidade para o valor nominal, ajustando concomitantemente o valor da corrente de armadura para um valor constante (por exemplo, 7,0 A). A partir da tensão nominal, variar a tensão Va decrescentemente por cinco vezes, anotando as leituras dos instrumentos:
Va (V) Ia (A) Icampo (A) N (rpm) Pt (W) 120 7 1800 115 7 110 7 105 7 100 7
3) Sem desligar o motor de corrente contínua, ajustar o valor de Va para o valor nominal, mantendo constante o valor de Ia, e diminuir a corrente de campo (Icampo), por quatro vezes, até que o valor da velocidade atinja 125% do valor nominal. Anotar as leituras dos instrumentos:
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Va (V) Ia (A) Icampo (A) N (rpm) Pt (W) 120 7 1800 120 7 120 7 120 7 120 7 2250
4) Construir as curvas de F(N) = Va, F(N) = Pt, para a tabela do ensaio de controle de velocidade pela variação da tensão aplicada na armadura e as curvas de F(N)=Icampo, F(N) = Pt, para a tabela do ensaio de controle de velocidade pela variação do fluxo do campo magnético principal.
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26ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Controle de velocidade do motor de corrente contínua, ligação série, pela variação da tensão aplicada no enrolamento da armadura (Va).
Fundamentos teóricos
A equação geral de velocidade “N = [Va – (RAH + REF). Ia] / (kt.Φ)” mostra que N
varia linearmente com a tensão aplicada na armadura, desde que a corrente de armadura ”Ia” seja mantida constante e neste caso, o fluxo do campo magnético dependerá da corrente de armadura e a equação geral de velocidade pode ser escrita da seguinte forma: N = [Va – (RAH + REF). K’] / (kt . k’’).
O torque eletromagnético “ atorq IKT ..φ= “ desenvolvido pelo rotor será
constante, uma vez que a corrente de armadura “Ia” e o fluxo do campo magnético principal “φ” são constantes, logo, T = ktorq. (k’’’)2.
A potência ativa total (Pt) desenvolvida pelo motor variará linearmente com a
variação da tensão aplicada na armadura “Va” ou Pt = k’. Va.
Procedimentos 1) Executar o diagrama de montagem
2) Acionar o motor de corrente contínua com carga, ajustando a tensão e a velocidade para os seus valores nominais. Anotar as leituras dos instrumentos;
108
3) Diminuir a tensão aplicada na armadura “Va”, por quatro vezes, mantendo constante o valor da corrente de armadura “Ia”. Anotar as leituras dos instrumentos após cada variação:
Va (V) Ia (A) N (rpm) Pt (W) 120 1800 110 100 90 80
4) Construir as curvas de F(Pt) = Va e F(N) = Va.
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27ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Ensaio de carga do motor de corrente contínua, ligação shunt.
Fundamentos teóricos
Neste ensaio é verificada a variação de velocidade do motor de corrente contínua, ligação shunt, em função da variação de sua carga (Ia), baseando-se na equação geral de velocidade “N = [Va – (RAH). Ia] / (kt.Φ)”, ou seja, N em função de Ia “[F(N) = Ia]”, desde que a tensão aplicada na armadura “Va” e o fluxo do campo magnético “Φ” sejam mantidos constantes.
O ensaio a vazio ou “sem carga” é executado para determinar a perda de
potência por atrito e ventilação “Pav” quando o eixo do motor gira com a velocidade nominal. Sabe-se que “Pav” varia dependendo da variação de velocidade do eixo do motor, por isso deve-se corrigir “Pav” quando a velocidade variar, e neste caso consideraremos a variação de “Pav” linear à variação de “N”.
A potência ativa total “Pt = Va. It”, com It = Ia + Icampo, no ensaio a vazio, é
constituída pela potência “Pav” somada à potência consumida pelo enrolamento de campo magnético “Pcampo= Va. Icampo” que é somada à potência consumida pelo enrolamento de armadura e interpolo “PAH = RAH. (Ia)
2” e tudo isso somado à potência mecânica de saída “Ps”, que neste caso é igual a zero, logo “Pt = Pav + Pcampo + PAH + Ps”, isolando-se “Pav” na equação e considerando-se “Ps = 0” teremos “Pav = Pt – (Pcampo + PAH)”.
No ensaio de carga é possível determinar “Ps” para cada ponto de solicitação
de carga, isto é, Ps = Pt – (Pav + Pcampo + PAH), ou através da potência desenvolvida na armadura “Pda”, onde “Pda = Ea. Ia = Ps + Pav” ou “Ps = Pda – Pav”.
O rendimento percentual pontual “η%” é obtido através da seguinte equação:
η% = [(ps). 100%] / Pt. O torque mecânico de saída “Ts”, dado em N.m, é obtido a partir da seguinte
equação: Ts = [9.55 .(Ps)] / Nr , onde Nr é a velocidade do eixo do rotor para o referido ponto de carga.
A regulação de velocidade percentual “RN%” é definida como sendo a razão
entre a variação de velocidade “Nvazio – Ncarga” e a velocidade de referência “Nvazio” vezes o 100%: RN% = [(Nvazio – Ncarga). 100%] / Nvazio.
110
Procedimentos
1) Executar o diagrama de montagem
2) Acionar o motor de corrente contínua a vazio, ajustando a tensão e a velocidade para os valores nominais. Anotar as leituras dos instrumentos; 3) Mantendo a tensão aplicada na armadura “Va” e o fluxo de campo magnético “Φ” constantes, variar o valor da corrente de armadura “Ia”, por quatro vezes, anotando as leituras dos instrumentos após cada variação:
Va (V) 120 120 120 120 120 Ia (A) 15
Icampo (A) It (A)
Nr (rpm) 1800 Pt (W)
PAH (W) Pcampo (W)
Pav (W) Ps (W) 0
η% 0 Ts (N.m) 0
RN% 0 4) Construir as curvas de N = F(Ia), η% = F(Ia), Ts = F(Ia) e RN%= F(Ia).
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28ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Ensaio de carga do motor de corrente contínua, ligação série.
Fundamentos teóricos
Neste ensaio verificaremos a péssima regulação de velocidade do motor de corrente contínua, ligação série, em função da variação de sua carga (Ia), baseando-se na equação geral de velocidade “N = [Va – (RAF). Ia] / (kt.Φ)”, ou seja, a velocidade N em função da corrente Ia “[N = F(Ia)]”, desde que a tensão aplicada no enrolamento da armadura “Va” seja mantida constante.
O ensaio a vazio ou “sem carga” é executado para determinar a perda de
potência por atrito e ventilação “Pav” quando o eixo do motor gira com a velocidade nominal e neste caso, a velocidade nominal é obtida com uma tensão reduzida “Va” aplicada no enrolamento da armadura e interpolo do motor. Sabe-se que “Pav” varia dependendo da velocidade do eixo do motor, por isso deve-se corrigir “Pav” quando a velocidade variar, e neste caso consideraremos a variação de “Pav” quadraticamente à variação de “N”. A potência ativa total “Pt = Va. Ia”, no ensaio a vazio, é constituída pela potência “Pav” que é somada à potência consumida pelos enrolamentos de armadura, interpolo e campo série “PAF = RAF. (Ia)
2” e somada também à potência mecânica de saída “Ps”, que, neste caso, é igual a zero, logo, “Pt = Pav + PAF + Ps”, isolando-se “Pav” na equação e considerando-se “Ps = 0” teremos Pav = Pt – PAF .
No ensaio de carga é possível determinar “Ps” para cada ponto de solicitação
da carga mecânica, isto é, Ps = Pt – (Pav + PAF), ou através da potência desenvolvida na armadura “Pda”, onde “Pda = Ea . Ia = Ps + Pav” ou “Ps = Pda – Pav”.
O rendimento percentual pontual “η%” é obtido através da seguinte equação:
η% = [(ps). 100%] / Pt. O torque mecânico de saída “Ts”, dado em N.m, é obtido a partir da seguinte
equação: Ts = [9.55 .(Ps)] / Nr , onde Nr é a velocidade do eixo do rotor para o referido ponto de carga.
A regulação de velocidade percentual “RN%” é definida como sendo a razão
entre a variação de velocidade “Nnominal – Ncarga” e a própria velocidade de referência “Nnominal” vezes o 100%: RN% = [(Nnominal – Ncarga). 100%] / Nnominal.
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Procedimentos 1) Executar o diagrama de montagem
2) Acionar o motor de corrente contínua, a vazio, com a tensão aplicada no enrolamento da armadura reduzida, ajustando a velocidade para o valor nominal. Anotar as leituras dos instrumentos; 3) Colocar carga no motor de corrente contínua, ajustando a sua velocidade para o valor nominal com a tensão aplicada no enrolamento da armadura nominal. Anotar as leituras dos instrumentos. Variar a carga, decrescentemente por três vezes, até que a velocidade do motor atinja a velocidade máxima de 2250 rpm, anotar as leituras dos instrumentos após cada variação:
Va (V) 120 120 120 120 Ia (A)
Nr (rpm) 1800 1800 2250 Pt (W)
PAF (W) Pav (W) Ps (W) 0
η% 0 Ts (N.m) 0
RN% 0 4) Construir as curvas de Ia = F(N), Ia = F(η%), Ia = F(Ts) e Ia = F(RN%).
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32ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Introdução da máquina síncrona trifásica Fundamentos teóricos
A máquina síncrona trifásica tem característica mista em relação à natureza de
corrente, pois é excitada por corrente contínua no enrolamento de campo magnético e é excitada por corrente alternada no enrolamento trifásico da armadura. A força magneto motriz resultante dessas duas correntes produz uma reação que é traduzida em um torque no eixo e em uma tensão induzida no enrolamento da armadura.
As partes constituintes principais da máquina síncrona são:
1 – Carcaça; 2 – Núcleo do campo; 3 – Enrolamento do campo; 4 – Núcleo da armadura; 5 – Enrolamento da armadura; 6 – Anéis coletores e escovas; 7 – Eixo do rotor; 8 – Enrolamento amortecedor.
A Máquina Síncrona se classifica em máquina síncrona de pólos salientes, que é
empregada em atividades que exigem baixa rotação, ou em máquina síncrona de pólos não salientes que é empregada em atividades que exigem alta rotação.
Estando a máquina sincronizada, verifica-se uma tensão aplicada na armadura por fase (Vaf) e uma tensão gerada por fase (Egf) na armadura. A corrente de armadura por fase (Iaf) que é solicitada, dependerá da diferença entre os vetores
Vaf Egfe , já que a impedância síncrona de fase (Zsf) é constante para um determinado ponto de excitação. A equação vetorial das tensões do gerador
síncrono trifásico é, portanto, VafEgf = + Zsf Iaf , e a equação vetorial de tensões
do motor é Vaf Egf= + Zsf Iaf . Como esta máquina opera com velocidade
constante (síncrona), a tensão Egf dependerá somente do fluxo do campo ( resultante ), podendo ocorrer três casos: a) Egf. cos α = Vaf, campo magnético com excitação normal (cos θ = 1)
114
Egf Eresultante
VafIaf
b) Egf. cos α > Vaf, campo magnético sobre excitado ( cos θ = capacitivo )
Egf Eresultante
Vaf
Iaf
c) Egf. cos α < Vaf, campo magnético sub excitado ( cos θ = indutivo )
Egf Eresultante
Vaf
Iaf
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33ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Ensaio em vazio do gerador síncrono trifásico. Fundamentos teóricos
Para um gerador síncrono trifásico é válida a seguinte equação vetorial de
tensões, por fase: VafEgf = + Zsf Iaf . No ensaio a vazio Iaf = 0, logo Egf = Vaf e não haverá reação alguma na armadura, utilizando-se apenas uma potência em corrente contínua para a magnetização do núcleo do campo magnético. Logo, a tensão gerada na armadura por fase, Egf = Kt. Φ.N, dependerá somente da intensidade do fluxo do campo magnético, uma vez que N, velocidade síncrona da máquina, é mantida constante. O ensaio a vazio se consiste em variar o fluxo do campo magnético a partir da corrente de campo igual à zero até chegar a um valor limite de corrente que produza a saturação do núcleo magnético e depois a corrente de campo é reduzida novamente até ser zerada.
Procedimentos
1 – Executar o diagrama de montagem a seguir:
2 – Acionar o motor de corrente contínua mantendo a sua velocidade constante e igual a velocidade nominal síncrona do gerador;
3 – Variar a corrente de campo, crescentemente, por dez vezes, a partir de zero até obter Eg = 125% da tensão nominal, sendo que um dos pontos de variação deve ser Eg = Vnominal:
Eg (V) 288
Egf (V)
Icampo (A) 0
N (rpm) 1800 1800
116
4 – Variar a corrente de campo, decrescentemente, por dez vezes, a partir de Eg = 125%.Vnominal até zerar a corrente de campo, sendo que um dos pontos deve ser Eg = Vnominal.
Eg (V) 288
Egf (V)
Icampo (A) 0
N (rpm) 1800 1800
5 – Construir a curva de Egf = f(Icampo) em escala. Prever espaço no gráfico para inserir duas ordenadas que devam ser obtidas após o ensaio de curto circuito: Iaf e Zsf.
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34ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Ensaio em curto-circuito do gerador síncrono trifásico.
Fundamentos teóricos
A tensão de armadura por fase “Vaf” é forçada a zerar quando os terminais da armadura são curto circuitados, ou seja, Egf = Iaf. Zsf, pois neste caso “Vaf = 0”, desde que a velocidade do eixo da máquina seja mantida constante. A impedância síncrona por fase pontual será dada por Zaf = Egf / Iaf, onde Egf é obtido no ensaio a vazio e Iaf é obtido neste ensaio de curto circuito para um mesmo ponto de excitação “Icampo”. A reatância síncrona por fase será dada por Xsf = [( Zsf )
2 - (Raf)2 ]1/2. Como a
tensão induzida na armadura por fase “Egf” será sempre maior que a tensão nos terminais da armadura “Vaf”, a reação da máquina síncrona será desmagnetizante e a tensão gerada irá suprir apenas as perdas de potência internas da máquina síncrona.
Procedimentos
1 – Medir a resistência de armadura por fase “Raf” e corrigi-la para a temperatura de 75ºC, o enrolamento da armadura é de cobre recozido esmaltado; 2 – Fazer a conexão da armadura para 230 V (YY) e curto circuitar os terminais de acordo com o diagrama de montagem:
3 – Acionar o motor de corrente contínua com a velocidade constante e igual à velocidade síncrona do gerador;
4 – Variar a corrente da armadura “Ia” por dez vezes, até atingir o valor nominal, anotando as leituras dos instrumentos após cada variação;
118
Iaf (A) 0,5 1 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
Icampo (A)
Zsf (Ω)
Xsf (Ω)
5 – Calcular a impedância síncrona por fase “Zsf” considerando a curva de descida do gráfico da tensão gerada por fase “Egf” em função da corrente de campo “Icampo” (método pessimista) obtido no ensaio a vazio, construir as curvas de Iaf = F(Icampo) e de Zsf = F (Icampo), no mesmo gráfico do ensaio a vazio e em escala.
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35ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Operação em paralelo de geradores síncronos trifásicos.
Fundamentos teóricos
Um barramento de potência infinita (BPI) é identificado por manter conectados vários geradores síncronos trifásicos em paralelo.
Um sistema elétrico operando com BPI tem pelo menos três vantagens: a) Possibilita a manutenção de geradores individuais, sem interromper o
sistema; b) Aumenta a confiabilidade; c) Aumenta o rendimento operacional.
Antes de o gerador ser ligado ao BPI, é necessário que ele flutue no
barramento, isto é, não forneça e nem receba potência sincronizante relativo ao próprio barramento. As condições de flutuação do gerador são:
1) Ter a mesma tensão eficaz do BPI;
2) Ter a mesma freqüência do BPI;
3) Ter a mesma seqüência de fases do BPI;
4) Ter as tensões em oposição de fase.
Uma vez operando ligado ao BPI, a freqüência e a tensão de operação do
gerador são fixadas pelo BPI, conduzindo a duas conseqüências: a) Haverá troca de potência sincronizante ativa, toda vez que houver uma
tentativa de variação da freqüência da tensão gerada, mantendo assim a freqüência do BPI;
b) Haverá troca de potência sincronizante reativa, toda vez que houver uma
tentativa de variação da amplitude da tensão gerada, pela variação do fluxo de campo magnético, mantendo desta forma a tensão do BPI.
120
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 síncrono e do motor de corrente contínua, totalmente, no sentido anti-horário para garantir o fluxo máximo na partida do motor de corrente contínua, e o fluxo mínimo no gerador síncrono;
3 – Ligar o painel de sincronização, acionar o motor de corrente contínua, ajustando a sua velocidade para a velocidade nominal do gerador síncrono, colocar a ficha de sincronização, tomada tipo de telefone que habilita o sincronoscópio, o freqüêncimetro e o voltímetro, correspondente da máquina a ser conectada. Ajustar a tensão, a freqüência e seqüência de fases da tensão gerada para que se igualem aos parâmetros registrados no BPI;
4 – Ligar o sincronoscópio e atuar no circuito de campo do motor de corrente contínua até que ele registre a oposição de fases e neste momento ligar o disjuntor de conexão ao BPI e desligar o sincronoscópio;
5 – Atuar cuidadosamente nos controles de campo, de forma que a máquina síncrona forneça ou receba de 0,5 KW de potência ativa em relação ao BPI, anotar as leituras dos instrumentos.
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36ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: Ensaio em carga do motor síncrono trifásico.
Fundamentos teóricos
A solicitação de carga ou o ângulo de torque do motor síncrono trifásico pode
ser representado pelos graus elétricos (α) ou pelos graus mecânicos (β), ambos relacionados com o número de pares de pólos da máquina síncrona: (α / β) = (P / 2), onde P é o número de pólos.
A potência total (Pt) do motor síncrono trifásico é Pt = [(3)1/2.Va . Ia . cos θ] ou Pt = W1 +/- W2, que é constituída pela potência desenvolvida na armadura (Pda) e pela potência nas resistências do enrolamento da armadura (Prea), onde Pda = Ps + Prot ou Pda = [3 . Egf . Iaf . cos(ângulo entre Egf e Iaf)] e ainda, Prea = (3/2) . Rlinha. (Ia)
2 ou Prea = 3 . Raf. (Iaf)
2. A potência rotacional (Prot) é obtida no ensaio a vazio, quando a potência de
saída (Ps) é zero, isto é, Prot = Pt – Prea – Ps. Para o motor síncrono trifásico “Prot“ é constante, pois a velocidade “Ns” não varia.
Para qualquer ponto de carga onde Ps ≠ O, essa potência de saída é obtida
facilmente através da seguinte equação: Ps = Pt – Prea – Prot. O rendimento percentual (η%) é a razão entre a potência de saída e a soma da
potência total “Pt” com a potência desenvolvida no enrolamento de campo “Pcampo”, vezes 100%: η% = [(Ps). 100%] / (Pt + Pcampo), onde Pcampo = Vcampo. Icampo.
O torque mecânico de saída (Ts), dado em N.m, é dado por Ts = (9,55 x Ps) / Ns.
Para um motor síncrono trifásico que opera com o fator de potência unitário, o
ângulo de torque (α), a tensão gerada por fase (Egf) e a potência desenvolvida podem ser calculados para qualquer ponto de carga, desde que se saibam os valores de “Raf” e de “Xaf”: Egf = [(Vaf – Raf. Iaf)
2 + (Xsf. Iaf)2]1/2 e α = arc tg (Xsf . Iaf) /
(Vaf – Raf . Iaf). O motor síncrono trifásico que utiliza o enrolamento amortecedor deve ser
acionado inicialmente como se fosse um motor de indução trifásico comum, aplicando-se uma tensão trifásica no seu enrolamento de armadura com o seu enrolamento de campo magnético curto circuitado para evitar as sobre tensões induzidas e depois que ele partir retira-se o curto circuito do seu enrolamento de campo magnético e aplica-se a tensão contínua para sincronizá-lo, e finalmente ajusta-se esta corrente de campo magnético até obter-se a corrente mínima no seu enrolamento de armadura, ou seja, obter-se o fator de potência unitário no enrolamento da armadura.
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Procedimentos
1 – Executar o diagrama de montagem e fazer a conexão da armadura para 230 V
(YY): 2 – Acionar o motor síncrono trifásico, sem carga, sincronizando-o e ajustando o seu fator de potência para 1 (um), anotar as leituras dos instrumentos;
3 – Variar a corrente da armadura, crescentemente, por quatro vezes, até atingir o valor nominal, mantendo cos θ = 1, anotar as leituras dos instrumentos e fazer os cálculos considerando aquele valor da reatância síncrona por fase “Xsf” obtida para o valor de corrente nominal;
Va (V) Ia (A) Icampo (A) Vcampo (V) Cos θ Pt (W) Prea (W) Pda (W) Prot (W) Pcampo (W) Ps (W) Η% Ts (N.m) Vaf (V) Iaf (A) Raf.Iaf (V) Xsf.Iaf (V) Egf (V) α (º) Pda (W) β (º)
4 – Construir as curvas de η% = F(Ia), Ts = F(Ia), α = F(Ia), Pda = F(Ia) em escala.
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37ª Aula Prática ( retirada da Apostila de Laboratório de Máquinas Elétricas. Autor : Welington Passos de Almeida - Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.)
Assunto: características de fase do motor síncrono trifásico, curvas em V.
Fundamentos teóricos O fator de potência do motor síncrono, como se sabe, pode ser indutivo ou
capacitivo passando pelo valor unitário. Isto ocorre porque a sua tensão gerada por fase depende somente da excitação do seu campo magnético. Se o campo magnético estiver sub excitado, o motor reagirá aumentando a corrente de armadura a fim de criar uma componente de tensão magnetizante ao mesmo tempo em que atrasará a corrente em relação à tensão de armadura. Se o campo magnético estiver excitado normalmente então haverá somente uma componente de tensão de magnetização transversal e a corrente solicitada ao enrolamento da armadura será a mínima possível. Com o seu campo magnético sobre excitado, o motor reagirá aumentando a corrente de armadura a fim de criar uma componente de tensão desmagnetizante ao mesmo tempo em que a corrente de armadura adiantará em relação à tensão de armadura. A curva em “V” translaciona em sua ordenada à medida que a carga mecânica do motor varia, porém mantém a sua característica da curva em “V”.
Procedimentos: 1 – Executar o diagrama de montagem e fazer a conexão da armadura para 230 V
(YY): 1 – Acionar o motor síncrono trifásico e em seguida ajustar 50% da carga nominal com fator de potência unitário. Variar o fator de potência de 0,6 capacitivo até 0,8 indutivo anotando as leituras dos instrumentos após cada variação;
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Va (V) Ia (A) cos Θ Icampo (A) Vcampo (V) 0,6 cap 0,7 cap 0,8 cap 0,9 cap 1,0 0,9 ind 0,8 ind
2 – Com o motor acionado, ajustar 75% da carga nominal do motor com o fator de potência unitário. Variar o fator de potência de 0,8 capacitivo até 0,8 indutivo, anotando as leituras dos instrumentos após cada variação;
Va (V) Ia (A) cos Θ Icampo (A) Vcampo (V) 0,8 cap 0,9 cap 1,0 0,9 ind 0,8 ind
3 – Construir a curva de Icampo = F(cos Θ) em papel milimetrado e em escala para as duas situações de carga. Bibliografia da Apostila do Prof. Welíngton Passos de Almeida
1. Almeida, Welington Passos - Apostila de aulas práticas de Laboratório de Máquinas Elétricas I. Edição CEFET-MG - Belo Horizonte, fevereiro de 2009.
2. Kosow, Irving L. - Máquinas Elétricas e Transformadores -
Editora Globo, Porto Alegre, 1972. 3. Fitzgerald, A. E. - Máquinas Elétricas. Editora McGraw Hill,
Rio de Janeiro, 1995. 4. Toro, Vincent Del. – Fundamentos de Máquinas Elétricas.
Livros Técnicos Científicos Editora, Rio de Janeiro, 1999. 5. Norma NBR 5380 – ABNT 6. Site ABNT – http://www.abnt.org.br
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TRABALHOS DE 2010:
1° TRABALHO DE PRÁTICA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS
Assunto: Transformadores– 1 Bimestre – Data da entrega: 30/04/2010 Valor: 5 pontos Modalidade: Trabalho individual e Manuscrito Pontos:
Princípio de funcionamento ( 0,5 ponto ) Partes constituintes ( 0,5 ponto ) Transformadores de Corrente ( 0,5 ponto ) Transformadores de Potência ( 0,5 ponto ) Transformador de potencial ( 0,5 ponto ) Autotransformador ( 0,5 ponto ) Regulação de tensão ( 0,5 ponto ) Ligação de transformadores em série e em paralelo -( 0,5 ponto ) Conclusão Individual – ( 1 pontos)
2° TRABALHO DE PRÁTICA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS
Assunto: Máquinas de Indução Trifásica ( MIT) – 2 Bimestre – Data da entrega: 09/07/2010 Valor: 5 pontos Modalidade: Trabalho individual e Manuscrito Pontos:
Princípio de funcionamento ( 1 ponto ) Partes constituintes ( 0,5 ponto ) Tipos ( Motor de Indução Trifásico de Rotor Bobinado e de Rotor de Gaiola) ( 0,5
ponto ) Conceito de : ( Fator de Serviço, Corrente de Partida, Conjugado e IP/IN)- ( 0,5 ponto
) Ensaios de rotor travado e a vazio de um MIT -( 0,5 ponto ) Controle de velocidade de um MIT utilizando um inversor de freqüência (principio de
funcionamento do inveror de freqüência) - ( 0,5 ponto ) Métodos de partida utilizando uma chave de partida soft starter (principio de
funcionamento do inversor de freqüência) - ( 0,5 ponto ) Conclusão Individual – ( 1 pontos)
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3° TRABALHO DE PRÁTICA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS-– 3 Bimestre Turma: ELM 2NA- 1S de 2010
Assunto: Máquina de Corrente contínua( MCC) – 3 B– Data da entrega: 01/10/2010
Valor: 5 pontos
Modalidade: Trabalho individual e Manuscrito
Pontos:
Princípio de funcionamento – Funcionamento Motor e Funcionamento
Gerador- ( 1 ponto )
Partes constituintes (Descrição, Figura e Finalidade) - ( 0,5 ponto )
Aplicações da Máquina CC - ( 0,5 ponto )
Características dos Tipos de excitação ( Série, shunt, independente e
composta) - ( 0,5 ponto );
Vantagens e desvantagens do acionamento em corrente contínua- ( 0,5 ponto
);
Reação da arnadura ( OU Efeito da FMM de Armadura ) - ( 0,5 ponto )
Deslocamento da Linha Neutra- ( 0,5 ponto )
Conclusão Individual – ( 1 pontos)
4° TRABALHO DE PRÁTICA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS – 4 Bimestre
Turma: ELM 2NA- 1S de 2010
Assunto: Máquina Síncrona– 4 Bimestre – Data da entrega: 26/11/2010
Valor: 5 pontos
Modalidade: Trabalho individual e Manuscrito
Pontos:
Princípio de funcionamento – (1 ponto)
Partes constituintes– (0,5 ponto)
Curvas em V– (1,0 ponto)
Funcionamento em paralelo de geradores– (0,5 ponto)
Barramento Infinito– (0,5 ponto)
Motor Síncrono– (0,5 ponto)
Conclusão Individual – ( 1 pontos)