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

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lab de maquinas, resumo de práticas de laboratórios de máquinas elétricas. Dividido por aulas, as práticas contém um conteúdo informativo, e após isso, os esquemas de montagem dos equipamentos

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FACULDADE DE ENGENHARIA DE SOROCABA

LABORATÓRIO DE

MÁQUINAS ELÉTRICAS

Prof. Joel Rocha Pinto

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Faculdade de Engenharia de Sorocaba – Laboratório de Máquinas Elétricas – Prof. Joel Rocha Pinto 1

Experiências do LABORATÓRIO de MÁQUINAS ELÉTRICAS

1ª - Máquina Síncrona:

paralelismo do gerador síncrono com a rede

gerador síncrono conectado a um sistema de potência

curva “V” do motor síncrono

2ª - Máquina Síncrona:

ensaio em vazio e em curto-circuito

reatâncias associadas ao eixo direto e quadratura

características de carga e de regulação

3ª - Máquina Assíncrona:

tensão induzida rotórica

ensaio em vazio e com rotor bloqueado

4ª - Máquina Assíncrona:

simulação do motor de indução com o software Pspice.

5ª - Máquina Assíncrona:

acionamentos elétricos para as máquinas assíncronas.

6ª - Máquina de Corrente Contínua:

características em vazio e com carga das máquinas C.C. com excitação independente,

paralela, série e composta.

7a - Máquina de Corrente Contínua:

características de rotação, tensão e de corrente da máquina C.C. com excitação

independente, funcionando como motor.

Page 3: Laboratorio de maquinas

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8a - Máquina de Corrente Contínua:

determinação das perdas rotacionais da máquina de corrente da máquina C.C. com

excitação independente.

9a - Máquina de Corrente Contínua:

determinação da constante de torque K da máquina de corrente da máquina C.C.

com excitação independente.

10a - Máquina de Corrente Contínua:

determinação da curva característica torque em função da velocidade da máquina de

corrente da máquina C.C. com excitação independente.

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1ª EXPERIÊNCIA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS

Título : Máquina Síncrona ( Gerador )

Objetivos :

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

II) Observação do Gerador Síncrono conectado a um sistema de potência,

III) Levantar a curva “V” da máquina síncrona funcionando como motor.

Material Utilizado :

03 voltímetros analógicos

03 multímetros digitais

01 multimedidor

01 frequencímetro

01 tacômetro

gaiola resistiva

chave faca tripolar

01 máquina C.C. com as seguintes características :

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

Campo : 220Vcc / 0,3A

01 máquina síncrona com as seguintes características :

220V/380V/440V/760V

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

0,3kW / 1800 rpm / 60 HZ

Campo : 12Vcc / 3,0A

Resumo Teórico :

I) Gerador Síncrono conectado a um sistema de potência :

Com certa frequência se requer que dois ou mais geradores síncronos operem conjuntamente

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

Este caso é geralmente o que acontece nas redes de energia elétrica de uma região ou país. A

carga pode variar muito e a operação dos geradores em paralelo é necessária para produzir a

quantidade de energia requerida pelas cargas.

Existem duas dificuldades relacionadas com a operação em paralelo das máquinas síncronas:

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satisfazer as condições necessárias para conexão em paralelo (procedimento de sincronização);

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

Condições de Paralelismo:

mesma tensão;

mesma frequência;

mesma sequência de fase.

II) Motor Síncrono - Funcionamento :

Partida: ligando-se o enrolamento trifásico à rede, então o campo girante do enrolamento do

estator, que não tem inércia, inicia imediatamente o seu movimento à plena velocidade, atuando

apenas instantaneamente sobre os pólos fixos do rotor.

Nesta fase, não se pode formar o conjugado necessário para vencer a inércia da massa do rotor.

Por esta razão, o motor síncrono em repouso não parte por si. O rotor, sem carga, tem que iniciar

o seu movimento em função de outro motor ou de um dispositivo de partida assíncrono (por

exemplo um anel de curto-circuito), até que sua velocidade alcance um valor próximo ao

nominal do campo girante.

Pela ligação da excitação de C.C., o próprio rotor se aproxima do movimento dos pólos do

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

rotação, entre o campo girante e o rotor, este tipo de máquina é chamado de síncrona

(sincronismo entre campo do estator e rotor).

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

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

carga da figura abaixo).

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

em atraso em relação à tensão de rede pelo ângulo de carga . A diferença de tensão U entre a

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

vazio é praticamente igual à corrente de magnetização Im (corrente reativa).

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Fig. 1.1 Representação dos enrolamentos do estator e rotor de uma máquina síncrona e

seu diagrama fasorial para condição em vazio.

Sob Carga : quando a máquina recebe uma carga mecânica, os pólos do rotor ficam tanto mais

em atraso em relação aos pólos do estator quanto maior a carga, sem que com isto a rotação

síncrona sofra qualquer alteração.

Em virtude do ângulo de carga maior, a f.e.m. em atraso aumenta o seu valor em relação à tensão

da rede, com isto também eleva-se a diferença de tensão U no estator, e a corrente absorvida

(Iabsorv.) se eleva.

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

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

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

nominal.

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

reduzindo a força de atração entre os pólos do estator e do rotor. Nestas condições a rotação do

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

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

rapidamente.

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Fig. 1.2 Digrama fasorial da máquina síncrona com carga e o comportamento da

velocidade em função do torque da carga.

A corrente absorvida pelo estator não depende entretanto apenas da carga, mas também da

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

(Vo) também é baixa, e o enrolamento do estator absorve a potência indutiva necessária para

construir o campo magnético, na forma de uma corrente em atraso à tensão da rede.

Se a corrente de excitação é elevada sem alteração da carga, eleva-se também a f.e.m. no estator;

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

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

Continuando a elevação da corrente de excitação do rotor, resulta uma corrente adiantada em

relação à tensão da rede. Isto significa que o motor síncrono não absorve mais potência indutiva,

mas sim fornece potência.

Procedimento Experimental:

I) Paralelismo do gerador síncrono com a rede:

1. Montar o circuito conforme a figura 1.3

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

3. Ajustar a tensão de saída do gerador síncrono em 220V, atuando no Rexc

4. Verifique a seqüência de fase pelos voltímetros, caso esteja correta, ajuste a freqüência,

variando a rotação (Rd) de modo que a oscilação dos ponteiros dos voltímetros seja a mais lenta

possível.

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

torno de zero.

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II) Observação do Gerador Síncrono conectado a um sistema de potência:

6. Ajustando Rd tente aumentar a velocidade do gerador. Observará que a rotação não aumenta

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

Fixe Ia em torno de 1,0A.

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

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

Observe o seguinte:

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

tensão Vl permanecem constante.

8. Preencher a tabela 1.1

9. Construir os gráficos :

Il x Iexc (gerador)

P x Iexc (gerador)

FIGURA 1.3

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

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

TABELA 1.1

Page 9: Laboratorio de maquinas

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

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

Observe o seguinte:

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

T = kIa, consequentemente variar-se a potência ativa (P) gerada pela máquina síncrona.

11. Preencher a tabela 1.2

12. Construir o gráfico :

P x Iexc (gerador)

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

2,0

2,0

2,0

2,0

2,0

2,0

2,0

TABELA 1.2

Comentário:

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

forma independente, então o operador pode decidir quanto de potência ativa e quanto de potência

reativa há de entregar do gerador para a rede.

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

A carga reativa pode ser variada através da corrente de excitação.

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III) Curva “V” do motor síncrono:

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

com os cabos, ao desconectar, pois uma tensão contínua em torno de 220V será gerada.

14. Através de Rd ajustar a tensão de saída do gerador C.C. para 220V em vazio.

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

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

17. Preencher a tabela 1.3

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

FIGURA 1.4

VAZIO Carga Resistiva – 3 Resistências em

SÉRIE – Posição 1 = 540

Carga Resistiva – 3 Resistências em

SÉRIE – Posição 2 = 270

Iexc

(A)

Il

(A) cos Q

(VAR)

Iexc (A) Il (A) cos Q

(VAR)

Iexc (A) Il (A) cos Q

(VAR)

TABELA 1.2

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Questões :

1. Explique os gráficos obtidos.

Il x Iexc (gerador)

P x Iexc (gerador); torque constante

P x Iexc (gerador); corrente de excitação constante

Il x Iexc (motor)

2. Por que o motor síncrono, em repouso, não parte por si, necessita de um dispositivo de

partida?

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

4. Como a variação da corrente de excitação influencia na máquina síncrona ?

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2ª EXPERIÊNCIA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS

Título : Máquina Síncrona ( Gerador )

Objetivos :

I) Estudar o comportamento de um gerador síncrono através dos ensaios em vazio e em curto-

circuito.

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

quadratura da máquina síncrona.

III) Verificar as características de carga e de regulação de tensão de um gerador síncrono.

Material Utilizado :

01 multimedidor

01 multímetro digital

01 amperímetro analógico

01 tacômetro

gaiolas R, L e C

01 máquina C.C. com as seguintes características :

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

Campo : 220Vcc / 0,3A

01 máquina síncrona com as seguintes características :

220V/380V/440V/760V

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

0,3kW / 1800 rpm / 60 HZ

Campo : 12Vcc / 3,0A

Page 13: Laboratorio de maquinas

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Resumo Teórico :

I) Curva de Magnetização da Máquina Síncrona:

Curva de magnetização de uma maneira geral, é a correspondência entre fluxo (ou densidade de

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

máquina síncrona é proporcional ao fluxo, e a f.m.m. é proporcional à corrente contínua de

excitação, a curva de magnetização é normalmente apresentada como f.e.m. em função da

corrente de excitação.

A máquina síncrona, motor ou gerador, apresenta uma curva de magnetização (também chamada

de curva de saturação em vazio) que lembra a curva de magnetização dos transformadores, com

a diferença de que a corrente magnetizante na máquina síncrona é fornecida pela fonte de tensão

contínua de excitação (excitatriz).

O levantamento dessa curva é feito com a máquina síncrona funcionando como gerador em

vazio, acionado por um motor elétrico (por exemplo o motor de corrente contínua).

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

praticamente o mesmo que nas outras fases de uma máquina equilibrada) e a corrente contínua

de excitação. O gráfico 2.1 que se pode traçar com os valores obtidos é a curva de

magnetização, ou seja, Eo = f(Iexc). Para cada velocidade de acionamento da máquina síncrona

teremos uma curva.

][***44,4 VNfE (2.1)

A equação (1.1) mostra que a f.e.m. gerada é diretamente proporcional ao fluxo magnético. Este

fluxo é induzido pela corrente de excitação.

Em vazio tem-se apenas o fluxo do indutor o . Como a máquina síncrona tem o circuito

magnético do fluxo do indutor em parte estabelecido no material ferromagnético e em parte no ar

(entreferro), a curva é uma composição, em ordenadas, da diferença de potencial magnético no

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

excitação e sofre o efeito de saturação para altos valores. Além disso para máquinas já

anteriormente utilizadas, as peças polares do indutor apresentam remanência e,

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

Iexc.=0.

Esse ensaio é também denominado ensaio em vazio.

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Fig. 2.1 Curvas características do ensaio em vazio.

II) Ensaio em Curto-Circuito:

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

devido à independência em relação à rotação.

L

N

Lf

Nf

X

EI

s

cc**2

**44,4

***2

***44,4

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

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

50

100

150

200

250

300

350

n3 = 1100 rpm

n2 = 1500 rpm

n1 = 1800 rpm

Vo (V

olts

)

Iexc. (A)

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

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

n3 = 1100 rpm

n2 = 1500 rpm

n1 = 1800 rpm

Ic

c (

A)

Iexc. (A)

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III) Determinação da Reatância Síncrona - Diagrama de Potier:

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

se calcular a reatância síncrona para qualquer condição de excitação, ou seja, para qualquer

corrente de excitação.

Conhecendo a reatância síncrona é possível calcular a corrente de excitação necessária para

manter a tensão requerida para uma determinada carga.

Quando o circuito magnético não está saturado, a reatância síncrona Xs independe da magnitude

da Iexc. A saturação tem grande influência quando a Iexc é elevada, então a reatância síncrona

tende a crescer.

O Diagrama de Potier é uma aproximação somente, mas apresenta resultados satisfatórios para

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

para geradores de pólos lisos ou rotor cilíndrico.

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

Fig. 2.3 Diagrama de Potier

B) Para a tensão em vazio igual à tensão nominal Vnom., verifique a corrente de excitação

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

síncrona por fase, saturada, é dada por:

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)/(1

faseohmsI

VXs

cc

nomsat (2.2)

A reatância síncrona por fase, não saturada é:

)/(2

. faseohmsI

VXs

cc

nomsatnao (2.3)

C) Determinação da reatância síncrona em p.u. :

b

sZ

XupX *..

(2.4)

onde:

X* pode ser : Xssat.;

Xsnão sat. ;

Xd ou

Xq

ZV

Ib

b

b

, em que Vb e Ib são respectivamente a tensão e corrente nominais por fase.

IV) Determinação das Reatâncias Associadas aos Eixos Direto e Quadratura:

Outro método para se determinar a reatância síncrona de uma máquina de indutor cilíndrico

perfeito, seria acioná-la na velocidade síncrona por meio de outro motor, e ligar seu induzido à

linha, porém sem excitá-la com corrente contínua. Assim sendo, se desprezarmos as perdas, a

corrente Ia, absorvida da linha será uma corrente magnetizante.

Pela equação (2.5) é possível calcular-se a reatância síncrona, bastando medir a tensão Va e a

corrente de magnetização absorvida.

.amag

as

I

VX

(2.5)

Se, porém a máquina fosse de pólos salientes e os pólos do campo rotativo do induzido girassem

com velocidade ws e sempre alinhados com as peças polares do indutor (eixo direto) teríamos,

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

andamento no tempo seria o do gráfico 2.4. A relação entre os valores eficazes da tensão Va e

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

Page 17: Laboratorio de maquinas

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.magad

ad

I

VX

(2.6)

Mas se os pólos do campo rotativo girassem alinhados com o eixo de quadratura das peças

polares, teríamos devido à maior relutância, uma corrente de magnetização maior que seria a

corrente Iaq mag., cujo andamento está no gráfico 2.4. Logo, a reatância associada ao eixo de

quadratura seria

.magaq

aq

I

VX

(2.7)

Fig. 2.4 Andamento das correntes absorvidas pela máquina síncrona sem excitação de

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

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

Na prática, a solução para se obter os valores de Iad mag e Iaq mag. é associar a máquina síncrona a

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

é dada pela quantidade de pólos do induzido e pela freqüência da tensão de linha. Um

oscilograma dessa corrente seria o do gráfico 2.4, mas que, nos casos práticos, não é tão claro e

simétrico. O contorno da corrente Ia terá uma freqüência correspondente à diferença de

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

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

o fenômeno for bem lento com um amperímetro, consegue-se registrar razoavelmente os valores

dessa corrente.

É conveniente utilizar uma tensão Va reduzida para que o conjugado de relutância da máquina

síncrona (único conjugado que se manifesta sem excitação C.C.) seja pequeno e com isso

Page 18: Laboratorio de maquinas

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diminua a tendência dela sincronizar e arrastar consigo o motor de acionamento. E com tensão

reduzida teremos pequeno fluxo na estrutura magnética; logo, as reatâncias medidas devem ser

praticamente as não-saturadas.

Fig 2.5 Andamento da corrente absorvida pela máquina síncrona sem excitação de C.C..

Alternância de alinhamento com eixo direto e eixo quadratura.

V) Verificação da influência da natureza da carga - Medida da regulação do gerador

síncrono:

][*60

RPMp

fn (2.8)

A equação (2.8) mostra que a freqüência gerada é diretamente proporcional à velocidade do

rotor. Sabendo que todas as aplicações técnicas do gerador síncrono requerem uma freqüência

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

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

velocidade constante apesar das variações de carga.

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

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

manter a tensão constante, a corrente de excitação deve variar de acordo com a carga.

Para manter a tensão constante, a corrente de excitação deve ser aumentada quando a velocidade

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

Se a carga é capacitiva deve se reduzir a excitação para manter a tensão nominal.

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Através do gráfico da figura 2.6 pode-se observar o seguinte:

Fig. 2.6 Comportamento da corrente de linha em função da corrente de excitação

Linha EDC limite inferior de excitação,

Trapézio ABCDE área de trabalho do gerador síncrono,

Para carga com fator de potência 0,6 é necessário uma Iexc máx. para obter apenas 50% da

corrente nominal do gerador,

Para carga com fator de potência 1,0 é necessário apenas 50% da Iexc máx. para se obter 100%

da corrente nominal do gerador,

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

constante,

Uma carga indutiva requer uma grande corrente de excitação,

Já uma carga capacitiva requer uma excitação reduzida. E ainda corre o risco de ficar

sobreexcitado.

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Procedimento Experimental :

I) Ensaio em Vazio :

1. Montar o circuito conforme a figura 2.7

2. Ajustar Rd e F3 para n = 1800 rpm

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

indicada pelo voltímetro reduza ao mínimo

4. Medir a corrente de excitação e a tensão Vo

5. Através de Rexc variar a corrente de excitação, medir a tensão e certificar que a velocidade está

em 1800 rpm. Caso não esteja, use o ajuste de Rd

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

7. Montar a tabela 2.1

8. Construir os gráficos :

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

FIGURA 2.7

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

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

TABELA 2.1

Page 21: Laboratorio de maquinas

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II) Ensaio em Curto-Circuito :

1. Montar o circuito conforme a figura 2.8

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

a Iexc. e meça os valores de Icc

3. Montar a tabela 2.2

4. Construir o gráfico (Icc / 3 ) x Iexc. para as três rotações em um único par de eixos.

FIGURA 2.8

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

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

TABELA 2.2

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III) Determinação das Reatâncias associadas aos eixos direto e quadratura

1. Montar o circuito conforme a figura 2.9

2. Deixando a excitação do campo em aberto, aplique V=30V nos terminais da máquina síncrona

3. Gire o motor C.C. de modo que a rotação seja próxima da rotação síncrona (1800 rpm)

4. Ajustando a rotação, faça 5 (cinco) medidas para Id e 5 (cinco) medidas para Iq

5. Ache a média das medidas e calcule as reatâncias pela fórmula :

XdV

Idmedio

3

(ohms/fase) e XqV

Iqmedio

3

(ohms/fase)

onde:

Idmédio = corrente média do eixo direto (corrente menor)

Iqmédio = corrente média do eixo de quadratura (corrente maior)

FIGURA 2.9

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

Idmédio = Iqmédio =

TABELA 2.3

IV) Verificação da Influência da Natureza da Carga - Medida da Regulação do Gerador

Síncrono

1. Montar o circuito conforme a figura 2.10

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

3. Ajustar a tensão de saída do gerador síncrono para 220V, atuando no Rexc

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

Y e medir a tensão Vc e a corrente Ic

Page 23: Laboratorio de maquinas

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5. A tensão dos terminais do gerador deverá modificar em virtude da carga. Calcule a regulação

de tensão do gerador síncrono, sabendo que : 100*(%)Vc

VcVoR

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

7. Preencher a tabela 2.4

8. Construir os gráficos :

Vc x Ic ( característica de carga )

R(%) x Ic ( característica de regulação )

FIGURA 2.10

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

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

Gaiola Resistiva em Estrela em SÉRIE

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

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

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

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

TABELA 2.4

Page 24: Laboratorio de maquinas

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Questões :

1. Explique os gráficos obtidos.

Vo x Iexc.

Icc x Iexc.

Vc x Ic

R(%) x Ic

2. Comente sobre o diagrama de Potier ( construção, utilização ).

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

reatâncias síncrona por fase saturada (Xssat.) e não saturada (Xsnão sat.); compare com as

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

4. Determine as reatâncias síncronas em p.u. através da equação (2.4).

5. No ensaio em vazio, você deve ter observado a necessidade de corrigir a rotação da máquina

síncrona conforme aumentava sua excitação. Por quê?

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

levantamento dos pontos?

Page 25: Laboratorio de maquinas

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3ª EXPERIÊNCIA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS

Título : Máquina Assíncrona

Objetivos :

I) Verificar o comportamento da F.E.M. rotórica e da freqüência em uma máquina assíncrona.

II) Verificar as curvas características da máquina assíncrona através do ensaio em vazio e

bloqueado, e obter os parâmetros do circuito equivalente.

Material Utilizado :

01 medidor de energia

01 multímetro digital

01 osciloscópio digital

01 tacômetro

01 máquina C.C. com as seguintes características :

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

Campo : 220Vcc / 0,3A

01 máquina assíncrona com as seguintes características :

Rotor de Anéis

220V/380V/440V/760V

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

0,3kW / 1700 rpm / 60 HZ

Resumo Teórico :

I) Comportamento da f.e.m. rotórica e da freqüência em uma máquina assíncrona

Nesta experiência verificaremos as propriedades básicas de uma máquina de indução (máquina

assíncrona). Esta é a mais importante das máquinas elétricas, é amplamente utilizada para todos

os propósitos industriais, geralmente como motor.

Existem basicamente dois tipos de máquinas de indução:

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

do rotor é acessível por meio de escovas.

Rotor curto-circuitado “Gaiola de Esquilo”: o estator tem enrolamentos trifásicos e o rotor tem

barras condutoras distribuídas uniformemente em sua circunferência. As barras estão curto-

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

Page 26: Laboratorio de maquinas

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A teoria das máquinas de indução estabelece que quando os enrolamentos do estator estão

conectados a uma fonte trifásica, cria-se um campo magnético na circunferência que separa o

rotor do estator.

Velocidade do campo do Estator: nf

pRPMs

60 1*[ ] ;

f1 = freqüência da tensão aplicada

p = pares de pólos

Se o rotor está estacionário, cada uma de suas bobinas será influenciada por um campo

magnético cuja freqüência é igual à freqüência da tensão aplicada no estator. Portanto, induz

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

** 1fCEo (3.1)

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

por fase e da distribuição sobre a circunferência do rotor,

f1 = freqüência do estator,

= fluxo magnético polar.

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

pnn

f rs *60

2

(3.2)

12 * fn

nnf

s

rs (3.3)

12 *fsf (3.4)

oEsE *2 (3.5)

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

p = pares de pólos,

f2 = freqüência rotórica,

s = escorregamento,

E2 = tensão rotórica.

Page 27: Laboratorio de maquinas

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Fig. 3.1 Comportamento da f.e.m. rotórica em função da velocidade da máquina

assíncrona.

Quando o rotor gira com a velocidade síncrona ( ns), tanto a f.e.m. como a freqüência f2 são zero.

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

máquina precisa de um determinado torque é necessário que exista uma interação entre o fluxo

magnético e a corrente do rotor. Por esta razão a máquina pode operar como motor ou gerador

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

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000

20

40

60

80

100

120

Escorregamento(s)E

2 (

Volts)

n (RPM)

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

Page 28: Laboratorio de maquinas

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Procedimento Experimental :

I) Comportamento da f.e.m. rotórica e da freqüência em uma máquina assíncrona

1. Montar o circuito conforme a figura 3.2

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

3. Alimente o estator do motor de indução (F1) e meça o valor de E2

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

e a frequência rotórica (f2).

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

6. Construir os gráficos :

E2 x n

f2 x n

FIGURA 3.2

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

Eo =

TABELA 3.1

Page 29: Laboratorio de maquinas

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II) Curvas Características da Máquina Assíncrona:

1. Montar o circuito conforme a figura 3.3

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

3. Construir os gráficos :

Vo x Io

Po x Vo

no x Vo

coso x Vo

FIGURA 3.3

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

TABELA 3.2

4. Montar o circuito conforme a figura 3.4

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

Preencher a tabela 3.3

6. Construir os gráficos ;

Pcc x Icc

Vcc x Icc

Page 30: Laboratorio de maquinas

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

respectivos parâmetros

FIGURA 3.4

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

Icc max.= 2,0

TABELA 3.3

Questões :

1. Explique os gráficos obtidos.

E2 x n

f2 x n

Vo x Io

Po x Vo

no x Vo

coso x Vo

Pcc x Icc

Vcc x Icc

coscc x Icc

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

campo girante)?

Page 31: Laboratorio de maquinas

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4ª EXPERIÊNCIA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS

Título : Simulações de motores de indução utilizando o software Pspice

Objetivos :

Através do software Pspice é possível obter os principais dados de corrente, tensão e potência do

motor de indução e consequentemente verificar as suas curvas características, entre elas:

- Torque em função da velocidade;

- Torque em função do escorregamento;

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

E também verificar o seu balanço energético.

Resumo Teórico :

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

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

nos enrolamentos do estator e do rotor são representadas, respectivamente, por R e R’2; X1 e X´2

modelam a dispersão no estator e no rotor, enquanto Rp corresponde às perdas no ferro e Xmag à

reatância de magnetização. A resistência do rotor é dividida em duas parcelas para separar as

perdas ôhmicas. A parcela R'2(1-s)/s corresponde à parte variável da resistência rotórica, que é

função das condições de operação do motor, ou seja, da carga mecânica aplicada ao seu eixo.

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

Page 32: Laboratorio de maquinas

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cos...311 IVP f

IRP je

2

11..3

RV

IRPP

PPP

2

12.3..3

PPPP Pjef

12

ss

s IRI

RRP

'''

''

2

222

2

2

212

..

1.3

PPP aeu

PC

e

e

Para poder simular o circuito equivalente do motor, é necessário efetuar um balanço

energético do motor. A potência fornecida pela fonte trifásica será:

[4.1]

As perdas Joule no estator são dadas por:

[4.2]

As perdas no ferro são dadas por:

[4.3]

A potência transferida ao rotor, pelo entreferro, é calculada por:

[4.4]

Como a potência só pode ser dissipada na parte resistiva do circuito equivalente, a

potência transferida ao rotor será:

[4.5]

As perdas Joule no rotor são calculadas por:

''2

22..3 IRP jr

[4.6]

A potência elétrica disponível para ser convertida em potência mecânica será aquela

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

''2

2212.

1.3 IRPPP s

sjre

[4.7]

A potência útil pode ser expressa por:

[4.8]

O conjugado eletromagnético é dado por:

[4.9]

Page 33: Laboratorio de maquinas

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ss .1

s

e s

IRC

1.

..3 ''2

22

s

sR

1.3 '2

s

P

s

e IVP

Css

1...

)1(

1.3

)1('22

12

'' 232

2 ..3.).1(

.3 IIIV

C R

s

P

e s

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

síncrona por:

[4.10]

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

por:

[4.11]

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

a potência dissipada em:

[4.12]

dada por:

'2

2212..3 IVP P

[4.13]

Para obter o gráfico do conjugado, pode-se usar um artifício, criando-se uma fonte

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

[4.14]

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

pode ser obtida por:

s

P

R s

VI ).1(

2

3 [4.15]

Dessa forma, o conjugado eletromagnético será expresso por

[4.16]

A Fig. 4.2 mostra a inclusão da fonte de tensão vinculada e do resistor R3.

Page 34: Laboratorio de maquinas

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Fig. 4.2 Circuito equivalente para obtenção do conjugado eletromagnético

Um exemplo de curva característica:

Seja como exemplo, um motor de indução, de rotor bobinado, 4 pólos, 0,37 kW, 220V,

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

circuito. Os dados obtidos estão apresentados na tabela 4.1.

TABELA 4.1 ENSAIO EM VAZIO E EM CURTO-CIRCUITO

Ensaio em vazio Ensaio em curto

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

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

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

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

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

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

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

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

140 0,55 34,6 0,25

130 0,51 31,5 0,28

120 0,47 30,7 0,31

110 0,43 28,9 0,34

100 0,40 27,8 0,38

90 0,37 26,2 0,45

80 0,34 24,5 0,53

70 0,31 24,6 0,60

As perdas por atrito e ventilação (Pa) foram determinadas através da Fig. 4.3 e são

consideradas constantes e iguais a 10 Watts.

Page 35: Laboratorio de maquinas

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Fig. 4.3 Gráfico da Potência em Vazio (Po) em função da Tensão (Vo)

Os parâmetros do motor foram calculados e estão referidos ao estator , conforme relação abaixo:

R1=15,16 R’2=15,16 X1=29,9 X’2=29,9

Xmag=393,94 RP=2826,91

A velocidade síncrona pode ser obtida da freqüência de alimentação e do número de

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

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

.

Page 36: Laboratorio de maquinas

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Fig. 4.4 Circuito equivalente do motor no PSPICE

A potência útil do motor na condição de plena carga corresponderá à potência

eletromagnética (Pe) dissipada no resistor Rr descontadas as perdas por atrito e ventilação (Pa),

conforme [4.8].

Fig.4.5 Curva característica da potência útil

Simulando-se o circuito da Fig. 4.4 pode-se obter do gráfico da Fig. 4.5, a potência útil

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

56,55*10-3

.

Pode-se calcular a potência fornecida ao motor através da expressão [4.1]. Para tanto, do

circuito simulado, obtém-se a corrente de linha:

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

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

Page 37: Laboratorio de maquinas

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Para verificar-se a eficiência do modelo, pode-se efetuar um balanço energético

Potência fornecida pelo motor 481,29W (1)

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

Perdas no ferro 38,71W (3)

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

Perdas por atrito e ventilação 10W (5)

Potência mecânica (1)-(2)-(3)-(4)-(5) 368,07W

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

370W, previsto para a potência mecânica.

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

função do escorregamento.

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

nominal e de partida.

Fig. 4.6 Curva conjugado x escorregamento.

A seguir, é apresentado os valores calculados utilizando os parâmetros do circuito

equivalente do motor:

Conjugado de Partida = 2,41Nm

Conjugado Máximo = 4,53 Nm

Page 38: Laboratorio de maquinas

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Conjugado Nominal = 2,15 Nm

Corrente Nominal = 1,64 A

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

eficiência do modelo utilizado.

Procedimento Experimental :

I) Com os dados da experiência nº 3 – máquina assíncrona, simule o motor de indução de rotor

bobinado no Pspice e construa os seus gráficos característicos:

- Conjugado x Escorregamento

- Corrente de Linha x Escorregamento

- Potência Mecânica x Escorregamento

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

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

motor.

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

para verificar as curvas de:

- Conjugado x Escorregamento

- Corrente de Linha x Escorregamento

IV) Como varia o torque máximo com a resistência rotórica?

V) Como varia o torque de partida com a resistência rotórica?

VI) Como varia a corrente de partida com a resistência rotórica?

Page 39: Laboratorio de maquinas

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5ª EXPERIÊNCIA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS

Título : Acionamentos Elétricos para as Máquinas Assíncronas.

Objetivos :

I) Verificar o comportamento da F.E.M. rotórica e da freqüência em uma máquina assíncrona.

II) Verificar as curvas características da máquina assíncrona através do ensaio em vazio e

bloqueado, e obter os parâmetros do circuito equivalente.

Material Utilizado :

01 medidor de energia

02 multímetros digitais

01 tacômetro

01 máquina C.C. com as seguintes características :

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

Campo : 220Vcc / 0,3A

01 máquina assíncrona com as seguintes características :

Rotor de Anéis

220V/380V/440V/760V

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

0,3kW / 1700 RPM / 60 HZ

01 máquina assíncrona com as seguintes características :

Rotor em Curto-Circuito

220V/380V/440V

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

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

Ip/In = 3,7; Isolação Classe F

Resumo Teórico :

Esse resumo teórico foi extraído do trabalho de conclusão de curso de engenharia elétrica

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

motores de indução através das técnicas de controle escalar e vetorial, de autoria de Cícero

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

Page 40: Laboratorio de maquinas

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Quando um motor de indução é colocado em operação, no período de partida, ele absorve

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

qual ele está sendo alimentado e além de disso, devido à grande potência consumida, a

temperatura aumentará, podendo danificar os enrolamentos e atuar as proteções para a qual ele

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

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

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

que a corrente nominal.

Quanto maior o tempo até sua velocidade nominal, maior será o desgaste devido à

sobrecorrente e dependendo da corrente absorvida, uma queda de tensão na rede ocorrerá,

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

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

significativa, pode acarretar a parada do motor, pois ele ficará limitado a tensões abaixo dos

valores estabelecidos. Através da tabela 5.1, é possível analisar o limite de tensão que os motores

de indução podem operar.

Tabela 5.1 – Limite de tensão em % e consequentes efeitos no sistema

Tensão em % de Vnm Conseqüências

85 Contatores da classe 600 Volts deixam de

operar

76

Motores síncronos e assíncronos deixam de

operar quando submetidos a 115% da

potência nominal

71 Motores de indução deixam de operar

quando submetidos à plena carga

67 Motores síncronos deixam de operar

Fonte: (MAMEDE, 2007)

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

meios de partidas e controles para motores de indução serão apresentados neste capítulo.

Existem diversas formas de se fazer o acionamento elétrico para motores de indução e

isso vai depender do tipo de aplicação. Para isso, é necessária a elaboração do projeto e cálculo

do motor que se utilizará, dependendo da carga mecânica que for aplicada ao eixo. Se o motor

assíncrono for de baixa potência e a carga que ele for arrastar é baixa, pode-se utilizar a partida

Page 41: Laboratorio de maquinas

Faculdade de Engenharia de Sorocaba – Laboratório de Máquinas Elétricas – Prof. Joel Rocha Pinto 40

direta. Para uma carga mecânica alta, o motor deverá ser projetado para carregar esta carga, sem

afetar a rede elétrica que o mesmo estiver sendo alimentado. Para isso, são necessários outros

meios de partida, já que, de acordo com a normas estabelecidas, motores acima de 5 CV deverão

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

Os tipos mais utilizados para acionamentos de motores de indução são:

Partida Direta

Esse tipo de partida destina-se a motores de baixa potência e que de preferência seja feita

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

apenas de contatores,disjuntores e chaves para manobras.

Motores de baixa potência podem ser acionados por este método, desde que a corrente de

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

A figura 5.1 ilustra um caso de partida direta.

Figura 5.1 – Partida Direta de um motor de indução trifásico

Fonte: (SIQUEIRA ELÉTRICA)

Caso a partida direta não seja possível, pode se escolher dentre outros métodos para

controlar a corrente de partida.

Partida Estrela – Triângulo

Quando a potência do motor for elevada e este tiver que acionar uma carga mecânica alta,

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

triângulo, pois apresenta um custo baixo, dimensões aceitáveis, baixa queda de tensão no período

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

Page 42: Laboratorio de maquinas

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Para este tipo de acionamento, o motor deverá ter pelo menos seis bornes de ligação e

devem ser projetados para trabalhar em diferentes tensões. Com o auxílio da tabela 5.2, é

possível verificar para quais tensões este tipo de ligação pode ser aplicado. (WEG, 2010, p.D13)

Tabela 5.2 - Ligações possíveis para partida estrela – triângulo

Ligação dos

enrolamentos(V)

Tensão de

Alimentação

Partida com chave

Estrela - Triângulo

220/380 220 Possível em 220 V

220/380 380 Não possível

220/380/440 220 Possível em 220 V

220/380/440 380 Não possível

220/380/440 440 Não possível

380/660 380 Possível em 380 V

220/380/440/760 220 Possível em 220 V

220/380/440/760 380 Não possível

220/380/440/760 440 Possível em 440 V

Fonte: (MAMEDE, 2007)

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

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

O motor parte na configuração estrela e após uma determinada velocidade passa para

triângulo, operando então, pelas condições nominais de operação.

Na ligação estrela – triângulo, o conjugado do motor na partida estrela, tem que ser maior

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

nominal para depois passar para triângulo, do contrário, esse tipo de partida não apresenta

vantagens.

O esquema de ligação de uma partida estrela – triângulo pode ser vista na figura 5.2 e a

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

Page 43: Laboratorio de maquinas

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Figura 5.2 - Partida de um motor de indução trifásico utilizando o método Y/∆

Fonte: (GEOCITIES, 2011)

Figura 5.3 – Curva de partida I/In por RPM

Fonte: (WEG, 2010)

Page 44: Laboratorio de maquinas

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Partida Com Autotransformador

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

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

A função desse autotrafo é diminuir a tensão na partida, podendo assim, diminuir a

corrente de pico. Isso é feito através de combinações de ligações entre o autotransformador e o

estator. As conexões estrela são acessíveis no ciclo de partida e é fechada quando o motor fica

sob a tensão da rede.

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

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

Na figura 5.4, é possível verificar o esquema de um motor com partida através de chave

compensadora.

Figura 5.4 – Partida com autotransformador

Fonte: (GEOCITIES, 2011)

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

estrela-triângulo, além disso, é necessário um espaço maior para instalação, pois é utilizado um

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

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

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

p.270)

Page 45: Laboratorio de maquinas

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Partida PW (Partida Dividida)

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

motores na área de refrigeração, é a chamada partida PW.

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

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

Como os enrolamentos estão dispostos paralelamente no estator, é possível realizar a

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

corrente não sofre pico, amenizando os efeitos transitórios, o que pode ser verificado na figura

5.7. Para isso, o tempo não deve ultrapassar 0,5 segundos.

Além disso, outro fator que gera economia é a utilização de apenas dois contatores.

Nas figuras 5.5 e 5.6 são ilustrados os tipos de ligações disponíveis para este método de

partida.

Figura 5.5 – Partida PW na configuração Y / YY

Fonte: (BITZER,2011)

Page 46: Laboratorio de maquinas

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Figura 5.6 – Partida PW na configuração ∆/∆∆

Fonte: (BITZER, 2011)

Figura 5.7 – Características da corrente de partida

PW1 Partida Dividida 1

PW2 Partida Dividida 2

Fonte: (BITZER, 2011)

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Partida com Soft Starter

Atualmente é possível realizar a partida de motores de indução utilizando equipamentos

com tamanhos reduzidos e controlados eletronicamente.

Isso se deve ao fato do avanço da microeletrônica combinado com a eletrônica de

potência.

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

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

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

D15)

Essa chave estática, como também é chamada, faz o chaveamento aos terminais do motor

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

Através de um circuito microcontrolado, pode se ajustar alguns parâmetros que irão disparar

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

visto na figura 5.8.

Figura 5.8 – Soft Starter Weg, modelo SSW 07

Fonte: (RM MOTORES)

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

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

até a velocidade nominal e consequentemente obtenha a tensão nominal da rede. Com isso,

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

Page 48: Laboratorio de maquinas

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aceleração é amenizado, evitando desgastes em peças mecânicas e amenizando efeitos na rede

elétrica.

Na figura 5.9, pode se analisar a tensão de partida em função do tempo de partida.

Figura 5.9 – Comportamento da tensão em função do tempo de partida

Fonte: (MAMEDE, 2007, p. 272)

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

parecido com a tensão de partida e com isso, não se tem picos que ocorrem em outros meios de

acionamentos. Isso pode ser visualizado na figura 5.10.

Figura 5.10 – Comportamento da corrente em função da velocidade e tempo de partida

Fonte: (MAMEDE, 2007, p. 273)

O ajuste do tempo de aceleração e a tensão inicial irão depender do tipo de carga que a

chave irá acionar. Portanto, é importante ter pleno domínio do projeto ao qual este sistema será

implantado. Para o cálculo da tensão inicial, a equação 5.1 é apresentada abaixo:

Page 49: Laboratorio de maquinas

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(5.1)

Onde:

Vp = tensão inicial;

Vnm = tensão nominal do motor;

Cnm = conjugado nominal do motor;

Ci = conjugado nominal da carga no momento da partida;

Cp = conjugado nominal do motor no momento da partida;

Além da equação da tensão inicial, a equação 5.2 é mostrada. Ela representa a equação do

tempo de partida.

(5.2)

Onde:

Tp = tempo de partida;

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

As vantagens apresentadas pelo soft starter no ciclo de partida também são válidas para a

parada da máquina de indução. Esse tipo de controle se faz necessário quando uma parada por

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

esta configuração de parada é amplamente utilizada em escadas rolantes e esteiras

transportadoras de produtos.

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

da carga que se deseja controlar.

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

obtida através da equação 5.3.

(5.3)

Onde:

Ipi = corrente inicial na partida;

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

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

Vnm = tensão nominal do motor

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Pico de tensão de partida

O soft starter possui uma função chamada Pulso de Tensão de Partida. Através deste

ajuste, é possível auxiliar as cargas de inércia elevada a começar o processo de movimento. Para

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

rede. A desvantagem é que, ao habilitar esta função, o motor estará exposto a variações de picos

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

Tiristores

Como já mencionado, o controle de tensão é realizado por tiristores do tipo SCR. Esses

retificadores controlados de silício, são componentes com 4 ou mais camadas PN e com isso,

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

A simbologia de um tiristor é mostrada na figura 5.11.

Figura 5.11 – Simbologia de um Tiristor

Fonte: (SAPO SABER, 2011)

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

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

terminal, o chamado gate (disparo).

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

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

contínuo no terminal de base. Uma característica que diferencia os tiristores, é que ao receber um

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

Page 51: Laboratorio de maquinas

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Reostato de partida do motor bobinado ou de anéis

O rotor bobinado, também chamado de rotor de anéis é neste caso, um enrolamento

trifásico alojado sobre o cilindro rotórico. (FALCONE, 1979, p.324)

Destinam-se a aplicações em que se faz necessário um elevado conjugado de partida com

a corrente reduzida, como por exemplo, bombas centrífugas. Além disso, são utilizados em

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

enrolamentos do rotor.

Nessa configuração, os terminais dos enrolamentos são levados ao meio externo,

possibilitando a interligação e a modificação nas características da máquina.

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

Figura 5.12- Motor de rotor bobinado com reostato acoplado

Fonte: (MAMEDE, 2007)

Com isso, é possível se ter um alto torque na partida com baixa rotação e corrente

controlada.

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

bobinado, utilizando resistores para controlar diversas camadas de acionamentos.

Page 52: Laboratorio de maquinas

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

Fonte: (PINTO, 2010)

É possível verificar no gráfico da figura 5.13 que pode - se obter um conjugado alto com

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

ser modificado em função da velocidade.

Procedimento Experimental :

I) Motor Bobinado com reostato de partida.

1. Montar o circuito conforme a figura 5.14.

2. Ligar o estator em 220V - e o rotor com todas as resistências (reostato na posição 1 à

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

3. Medir novamente as IPARTIDA e Velocidade, retirando as resistências rotóricas (reostato na

posição 2 à direita)

4. Esboce o gráfico Torque x Velocidade para as duas condições anteriores.

FIGURA 5.14

Page 53: Laboratorio de maquinas

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II) Partida Estrela/Triângulo.

1. Montar o circuito conforme a figura 5.15.

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

e medir: IPARTIDA para a ligação estrela.

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

medir: IPARTIDA para a ligação triângulo.

FIGURA 5.15

III) Partida PW (partida dividida) na configuração ∆/∆∆.

1. Montar o circuito conforme a figura 5.16.

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

ligação .

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

ligação .

FIGURA 5.16

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IV) Partida com Soft Starter .

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

corrente de partida para as seguintes condições:

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

segundos tanto a aceleração quanto a desaceleração.

CONDIÇÕES: VPEDESTAL (V) IPARTIDA (A)

Ajuste da tensão inicial na

posição mínima.

Ajuste da tensão inicial na

posição intermediária.

Ajuste da tensão inicial na

posição máxima.

TABELA 6.1

Questões

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

grandezas elétricas obtidas no experimento realizado.

Page 55: Laboratorio de maquinas

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6ª EXPERIÊNCIA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS

Título : Máquina de Corrente Contínua

Objetivo :

Verificar as curvas características da máquina de corrente contínua em vazio e com carga, ligada

com excitação independente, paralela, série e composta.

Material Utilizado :

03 multímetros digitais

01 reostato trifásico

01 gaiola resistiva

01 tacômetro

01 máquina C.C. com as seguintes características :

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

Campo : 220Vcc / 0,3A

Excitação principal: 642

Armadura: 6,9

Excitação Série: 4,2

Interpólo: 3,6

01 máquina assíncrona com as seguintes características :

Rotor de Anéis

220V/380V/440V/760V

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

0,3kW / 1700 rpm / 60 HZ

Page 56: Laboratorio de maquinas

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Procedimento Experimental :

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

1. Montar o circuito conforme a figura 6.1

2. Alimentar a máquina assíncrona (motor de indução) com a tensão nominal (F2) e

com o reostato do rotor na posição “0”, medir a rotação n1

3. Mantendo a rotação constante, variar a corrente de excitação através da fonte F5

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

4. Repetir os itens 2 e 3 para o reostato na posição “2”

5. Construir o gráfico Vo x Iexc para as duas rotações.

FIGURA 6.1

n 1 =

n 2 =

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

0 0

TABELA 6.1

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

1. Montar o circuito conforme a figura 6.2.

2. Alimentar a máquina assíncrona (motor de indução) com a tensão nominal.

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

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

4. Construir o gráfico Vc x Ic.

Assegurar de que a Iexc permaneça constante.

FIGURA 6.2

Carga Resistiva – 3

Resistências em SÉRIE

Vc ( V ) Ic ( A )

POS 1 = 540

POS 2 = 270

POS 3 = 180

POS 4 = 135

POS 5 = 108

TABELA 6.2

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

1. Montar o circuito conforme a figura 6.3.

2. Alimentar a máquina assíncrona (motor de indução) com a tensão nominal.

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

4. Construir os gráficos :

Vc x Rexc (característica de regulação)

Vc x Iexc

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

1. Montar o circuito conforme a figura 6.3.

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

corrente Ic. Preencher a tabela 6.4.

3. Construir o gráfico Vc x Ic.

FIGURA 6.3

Iexc ( A ) Vc ( V ) Rexc ( )

TABELA 6.3

Carga Resistiva – 3

Resistências em SÉRIE

Vc ( V ) Ic ( A )

POS 1 = 540

POS 2 = 270

POS 3 = 180

POS 4 = 135

POS 5 = 108

TABELA 6.4

Page 59: Laboratorio de maquinas

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V) Gerador C.C. - excitação série (com carga) :

1. Montar o circuito conforme a figura 6.4.

2. Alimentar a máquina assíncrona com tensão nominal (220V).

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

4. Construir o gráfico Vc x Ic.

FIGURA 6.4

Carga Resistiva – 3

Resistências em SÉRIE

Vc ( V ) Ic ( A )

POS 1 = 540

POS 2 = 270

POS 3 = 180

POS 4 = 135

POS 5 = 108

TABELA 6.5

Page 60: Laboratorio de maquinas

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

1. Montar o circuito conforme a figura 6.5.

2. Alimentar a máquina assíncrona (motor de indução) com a tensão nominal.

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

corrente Ic. Preencher a tabela 6.6.

4. Construir o gráfico Vc x Ic.

FIGURA 6.5

Carga Resistiva – 3

Resistências em SÉRIE

Vc ( V ) Ic ( A )

POS 1 = 540

POS 2 = 270

POS 3 = 180

POS 4 = 135

POS 5 = 108

TABELA 6.6

Questões

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

excitação da máquina de corrente contínua.

Page 61: Laboratorio de maquinas

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7ª EXPERIÊNCIA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS

Título : Máquina de Corrente Contínua

Objetivo :

Verificar as características de rotação, tensão e corrente de uma máquina de corrente contínua

com excitação independente, funcionando como motor.

Material Utilizado :

03 multímetros digitais

01 tacômetro

01 máquina C.C. com as seguintes características :

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

Campo : 220Vcc / 0,3A

Excitação principal: 642

Armadura: 6,9

Excitação Série: 4,2

Interpólo: 3,6

Procedimento Experimental :

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

1. Montar o circuito da figura 7.1.

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

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

4. Preencher a tabela 7.1.

5. Construir o gráfico n(rotação) x Iexc para os dois casos.

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

tabela 7.2.

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

8. Construir o gráfico n(rotação) x Va para os dois casos.

Page 62: Laboratorio de maquinas

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FIGURA 7.1

V = 150 volts V = 220 volts

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

TABELA 7.1

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

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

TABELA 7.2

Questões :

1. Explique os gráficos obtidos.

Page 63: Laboratorio de maquinas

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8ª EXPERIÊNCIA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS

Título : Máquina de Corrente Contínua

Objetivo :

Determinar a constante de torque k da máquina de corrente contínua - excitação independente.

Material Utilizado :

02 multímetros digitais

01 tacômetro

01 máquina C.C. com as seguintes características :

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

Campo : 220Vcc / 0,3A

Excitação principal: 642

Armadura: 6,9

Excitação Série: 4,2

Interpólo: 3,6

01 máquina assíncrona com as seguintes características :

Rotor de Anéis

220V/380V/440V/760V

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

0,3kW / 1700 RPM / 60 HZ

Page 64: Laboratorio de maquinas

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Resumo Teórico :

A potência eletromagnética desenvolvida pela armadura é:

aEEletro IEwTP ... [8.1]

Onde:

Te = torque eletromagnético desenvolvido

w = velocidade angular da armadura

Ia = corrente da armadura

E = tensão induzida na armadura

Sabendo que a tensão induzida na armadura E é aproximadamente igual à tensão gerada

em vazio Vo, tem-se:

]/

[

.

srad

V

w

VK

VwKE

o

o

oo

[8.2]

Também pode-se dizer que:

][

...

...

A

Nm

I

TK

IwKwT

IEwTP

a

E

aE

aEEletro

[8.3]

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Procedimento Experimental :

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

1. Montar o circuito conforme a figura 8.1

2. Alimentar a máquina assíncrona (motor de indução) com a tensão nominal de 220V (F2) e

com o reostato do rotor na posição “0”, medir a rotação n1.

3. Mantendo a rotação constante n1, variar a corrente de excitação através da fonte F5 (0-

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

4. Repetir os itens 2 e 3 para o reostato na posição “2”, rotação n2.

5. Construir o gráfico Vo x Iexc para as duas rotações.

6. Construir o gráfico da constante de torque k x Iexc para as duas rotações.

FIGURA 8.1

n1 = n2 =

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

( V/rad/s )

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

( V/rad/s )

0 0

TABELA 8.1

Questões :

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

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9ª EXPERIÊNCIA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS

Título : Máquina de Corrente Contínua

Objetivo :

Determinar as perdas rotacionais da máquina de corrente contínua como motor de excitação

independente, em vazio.

Material Utilizado :

03 multímetros digitais

01 tacômetro

01 máquina C.C. com as seguintes características :

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

Campo : 220Vcc / 0,3A

Excitação principal: 642

Armadura: 6,9

Excitação Série: 4,2

Interpólo: 3,6

Resumo Teórico :

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

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

potência elétrica consumida pelo motor é igual à potência mecânica desenvolvida na ponta do

eixo somada às perdas mecânicas e elétricas inerentes ao sistema, tal que:

PerdasPIVP mecânicaaaElétrica . [9.1]

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

eixo, pode-se dizer que a potência mecânica desenvolvida é nula, o que resulta em:

PerdasPElétrica [9.2]

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

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

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

ventilação da própria máquina, entre outras. Assim:

Page 67: Laboratorio de maquinas

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osenrolamentnosJouleFerromecânicas PerdasPerdasPerdasPerdas [9.3]

Onde os termos podem ser expandidos para:

.rotsRotacionaiFerromecânicas WPerdasPerdasPerdas [9.4]

E

2. aaosenrolamentnosJoule IRPerdas [9.5]

Considerando, então que as perdas no ferro (Wferro) são as mais significativas e são

formadas pelas perdas histeréticas e pelas correntes de Foucault, considerando também que

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

2

2

.

KVW

KVWWW

ferro

Foucaulthistferro

[9.6]

E estando a máquina em vazio as perdas joule nos enrolamentos são desprezíveis, pode-

se dizer que:

ferromecrot

rotsRotacionaiFerromecânicas

aaFerromecânicas

osenrolamentnosJouleFerromecânicas

WWW

WPerdasPerdasPerdasPerdas

IRPerdasPerdasPerdas

PerdasPerdasPerdasPerdas

..

.

2. [9.7]

Page 68: Laboratorio de maquinas

Faculdade de Engenharia de Sorocaba – Laboratório de Máquinas Elétricas – Prof. Joel Rocha Pinto 67

Como forma de entendimento, é apresentado o gráfico das perdas rotacionais em função

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

com as respectivas perdas KVn2 e KVn

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

Fig. 9.2 Gráfico das Perdas Rotacionais em função da Tensão da Armadura.

Através das equações apresentadas e do gráfico empírico da figura 9.2, pode-se

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

mecânicas, tal como se segue:

ferroVnVnrot

VnVnrot

VnrotVnrotVnVnrot

WW

KVKV

KVW

WWW

4

3

4

3

4

)2/.(

22

2

)2/.(

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

[9.8]

Wrot.(W)

Wrot.

Wferro

Wmec.

Vn/2 Vn

Va(V)

Page 69: Laboratorio de maquinas

Faculdade de Engenharia de Sorocaba – Laboratório de Máquinas Elétricas – Prof. Joel Rocha Pinto 68

Procedimento Experimental :

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

1. Montar o circuito da figura 9.1.

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

ajuste a velocidade da máquina para 1800 RPM

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

valores da tensão da armadura Va e da corrente da armadura Ia, mas mantendo a rotação

constante em 1800RPM. Atenção para a corrente de campo (Fonte F5), pois a mesma não

poderá ser zerada em hipótese alguma, senão a máquina disparará perigosamente. Utilizar

no mínimo Iexc.= 0,10A.

4. Preencher a tabela 9.1.

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

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

FIGURA 9.1

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

0,30 250

240

230

220

210

200

190

0,13 180

Velocidade constante de 1800 RPM (nominal)

Variação das perdas rotacionais (Wrot.)

Perdas no ferro (Wferro)

Perdas mecânicas (Wmec.)

TABELA 9.1

Page 70: Laboratorio de maquinas

Faculdade de Engenharia de Sorocaba – Laboratório de Máquinas Elétricas – Prof. Joel Rocha Pinto 69

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

0,30 200

190

180

170

160

0,13 150

Velocidade constante de 1500 RPM

Variação das perdas rotacionais (wrot.)

Perdas no ferro (Wferro)

Perdas mecânicas (Wmec.)

TABELA 9.2

Questões :

1. Explique os gráficos obtidos e o procedimento para determinar as perdas mecânicas.

Page 71: Laboratorio de maquinas

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10ª EXPERIÊNCIA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS

Título : Máquina de Corrente Contínua

Objetivo :

Determinar a curva característica torque em função da velocidade da máquina de corrente

contínua - excitação independente.

Determinar a curva de potência em função da velocidade da máquina de corrente contínua -

excitação independente.

Material Utilizado :

05 multímetros digitais

01 tacômetro

01 máquina C.C. com as seguintes características :

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

Campo : 220Vcc / 0,3A

Excitação principal: 642

Armadura: 6,9

Excitação Série: 4,2

Interpólo: 3,6

01 máquina síncrona com as seguintes características :

220V/380V/440V/760V

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

0,3kW / 1800 rpm / 60 HZ

Campo : 12Vcc / 3,0A

Page 72: Laboratorio de maquinas

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Procedimento Experimental :

1. Montar o circuito da figura 10.1.

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

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

através da ação no reostato Rexc. (0-10) da excitatriz da máquina síncrona.

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

tabela 10.1 Atenção para a corrente de campo (Fonte F5), pois a mesma não poderá ser

zerada em hipótese alguma, senão a máquina disparará perigosamente. Utilizar no mínimo

Iexc.= 0,15A.

FIGURA 10.1

CAMPO ARMADURA TORQUE Potência SÍNCRONA Iexc(A) Vexc(V) K(V/rad/s)

Através do gráfico

k x Iexc da exp. 8

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

(Nm)

Pmec.=T.w

(W)

Iexcitatriz(A) Vc(V)

0,3 1,6 120 2,0 100

0,3 1,6 130

0,3 1,6 140

0,3 1,6 150

0,3 1,6 160

0,3 1,6 170

0,3 1,6 180

0,3 1,6 190

0,3 1,6 200

0,3 1,6 210

0,3 1,6 220

0,3 1,6 230

1,6 230

1,6 230

1,6 230

1,6 230

1,6 230

1,6 230

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

Page 73: Laboratorio de maquinas

Faculdade de Engenharia de Sorocaba – Laboratório de Máquinas Elétricas – Prof. Joel Rocha Pinto 72

Questões :

1. Construir, comentar e explicar os gráficos:

- Tensão da armadura em função da velocidade.

- Tensão do campo em função da velocidade.

- Torque desenvolvido em função da velocidade.

- Potência em função da velocidade.