1

MÁQUINAS ELÉTRICAS II – 1233 A/C : PROF. CAGNON - 2005 LABORATÓRIO L1 ENSAIO 01 : OBTENÇÃO DA CARACTERÍSTICA A VAZIO DE UMA MÁQUINA CC 1. Objetivo Neste ensaio será realizado o levantamento da característica de funcionamento a vazio de uma máquina CC com excitação independente (curva de magnetização). 2. Introdução A equação básica da tensão induzida na armadura de uma máquina CC é :

ωφaa kE = aPN

aPZka ππ

==2

)( fif=φ

onde : Ea - tensão induzida ( V ) Ka - constante de projeto da máquina φ - fluxo magnético por pólo ( Wb ) ω - velocidade angular do motor ( rad/s ) Z - número de condutores ativos do enrolamento da armadura N - número de espiras do enrolamento da armadura P - número de pólos if - corrente de campo ( excitação ) ( A ) Observa-se que na equação da tensão induzida que para uma velocidade constante, a tensão é diretamente proporcional ao fluxo magnético da máquina. 3. Procedimento experimental 3.1. Anote os dados de placa da máquina CC 3.2. Faça as ligações de acordo com a Fig. 1.1; 3.3. Feche o interruptor S1 para dar a partida no motor síncrono; 3.4. Usando a fonte CC variável, aumente VF até o valor máximo e logo após reduza a

zero. 3.5. Repita o item 3.4, 3 vezes. Obs. Os itens 3.5 e 3.6 são preparatórios e servem para estabilizar o circuito magnético

da máquina CC. 3.6. Com VF = 0, abra o circuito de campo da máquina CC ( corrente IF=0 ) e anote o

valor da tensão induzida correspondente ao magnetismo residual; 3.7. Alimente novamente o circuito de campo; 3.8. Utilizando a fonte CC variável regule a corrente IF em passos de 10% do valor

máximo, anote na Tabela 1-1 os valores obtidos em cada passo para uma velocidade de 1800 rpm.

2

Tabela 1-1 : Resultados obtidos

IF VF Ea E*

a% A V V V 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

4. Relatório 4.1. No levantamento da característica de magnetização de uma máquina CC a

velocidade do rotor deve permanecer constante. Se por alguma razão for necessária a obtenção da curva para um valor de velocidade diferente, podem-se corrigir os valores da tensão induzida lidas no voltímetro, utilizando-se a relação de velocidades onde n é a velocidade na qual a curva foi obtida e no a velocidade desejada, a tensão induzida corrigida será dada por :

nnEE o

aa =∗

Anote na Tabela 1-1 com os valores das tensões induzidas corrigidas para uma

velocidade de 1200 rpm. 4.2. Faça um gráfico com as curvas da tensão induzida em função da corrente de campo

para os dois valores de velocidade 4.3. Faça um gráfico com a curva da tensão induzida em função da corrente de campo

para 1800 rpm e a curva da tensão de alimentação do circuito de campo em função da corrente de campo.

Responda as seguintes questões : 4.4. Uma máquina CC operando como gerador, com excitação independente gira a uma

velocidade de 1000 rpm. Para esta velocidade, produz uma tensão induzida de 100 V quando a corrente de campo é de 2.3 A. A resistência do enrolamento de campo é de 90 Ω .

a) Qual o valor da tensão aplicada ao enrolamento de campo ? b) A que velocidade deverá ser acionado o rotor para que o gerador produza uma

tensão induzida igual a tensão de alimentação do campo ?

3

MS

Fonte CA

A

IF

VF

R S T N

S1

A HG

V

C D

Ea

V

Fonte CA Variável

Figura 1.1. – Esquema de ligações para o ensaio

4

ENSAIO 02 : CARACTERÍSTICA EXTERNA DE UM GERADOR CC COM EXCITAÇÃO INDEPENDENTE

1. Objetivo Neste ensaio será levantada a característica externa ( curva de carga ) de um gerador CC com excitação independente.

2. Introdução A característica externa de um gerador CC é obtida através da curva de carga que relaciona a tensão terminal VT e a corrente de carga para uma determinada corrente de campo e uma velocidade.

LaaT IREV −= onde IL é a corrente de carga que no caso de um gerador CC com excitação independente é a própria corrente de armadura Ia. 3. Procedimento experimental 3.1. Meça a resistência de armadura 3.2. Faça as ligações de acordo com a Fig. 1.2; 3.3. Feche o interruptor S1 para dar a partida no motor síncrono; 3.4. Ajuste o da corrente de campo da máquina CC, de maneira que se produza uma

tensão terminal em vazio de 250 V, indicado no voltímetro ( VT ); 3.5. Anote os valores da corrente de campo e da velocidade; 3.6. Coloque carga no gerador CC através de uma resistência variável e anote os valores

na Tabela 1-2; 3.7. Calcule a queda de tensão no circuito de armadura e anote na Tabela 1-2.

Tabela 1-2 : Resultados obtidos

Ia (A) VT (V) Ra Ia (V) VT + ∆Va

5

MS

Fonte CA

R S T N

S1

A H

A

IF

VFV

C D

Fonte CA Variável

G

VT

RL

V

AIL

Fig. 1.2 – Esquema de ligação para o ensaio

4. Relatório 4.1. Faça um gráfico com as curvas da tensão terminal e da queda de tensão no

circuito de armadura em função da corrente de carga; 4.2. Faça também no mesmo gráfico, a curva da soma da tensão terminal e a queda de

tensão na armadura. Explique porque este valor não é constante e igual à Ea , uma vez que a corrente de campo e a velocidade permanecem constante durante todo o ensaio.

6

LABORATÓRIO L2 ENSAIO 01 : CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UM MOTOR CC COM EXCITAÇÃO

INDEPENDENTE 1. Objetivo Neste ensaio será analisado o comportamento de um motor CC independente através das curvas Conjugado X Corrente e Velocidade X Conjugado e Potência desenvolvida X Corrente. 2. Introdução

a) Característica Velocidade X Corrente

A velocidade de um motor CC é dada por : aaat IREV += ωφaa kE =

φ

ωa

aat

kIRV −

= φφ

ωa

aa

a

t

kIR

kV

−= φπφπ a

aa

a

t

kIR

kVn

260

260

−=

Pode-se observar que as equações ω = f ( Ia ) ou n = f ( Ia ) representam uma reta que corta o eixo vertical para Ia = 0 e n = no e tem um coeficiente angular negativo dado por β.

φπ a

to k

Vn260

= φπ

βa

a

kR

260

−= ao Inn β−=

Quando a corrente de campo é variada, o fluxo magnético varia e conseqüentemente os valores da velocidade em vazio ideal e o coeficiente angular da reta também variam. As equações da velocidade em função da corrente de armadura mostram que para n = 0, a corrente é igual a Iap = Vt / Ra . Isto demonstra que independentemente de φ, a velocidade do motor é igual a zero para uma corrente que depende somente de Vt e Ra, normalmente constantes. Portanto a curva característica Velocidade X Corrente é representada por uma família de retas que convergem para o mesmo ponto Iap , como mostrado na Figura 2.1.

7

Figura 2.1. – Característica Velocidade X Corrente de um motor CC com excitação

independente

b) Característica Conjugado X Corrente O conjugado desenvolvido por um motor CC é dado por :

aa IkT φ=

Este conjugado é diretamente proporcional a corrente de armadura. Portanto as características Conjugado X Corrente também são representadas por uma família de retas que se originam em Ia = 0, conforme mostrado na Figura 2-2.

Fig. 2.2. – Característica Conjugado X Corrente de armadura de um motor CC

8

c) Característica Potência Desenvolvida X Corrente

A Potência desenvolvida por um motor CC é dada por :

ωTPd = A Potência mecânica desenvolvida por um motor CC é igual ao produto do conjugado pela velocidade angular do motor. 3. Procedimento experimental 3.1. Faça as ligações de acordo com a Figura 2.3; 3.2. Meça o valor do braço de alavanca : d = ________ cm. 3.3. Alimente o circuito de campo do motor CC e ajuste a corrente de excitação para seu

valor máximo; 3.4. Ligue a fonte de alimentação CC de armadura e aumente gradativamente VT até seu

valor nominal; 3.5. Ajuste a corrente de campo do gerador síncrono através de RG para que a tensão de

saída do gerador síncrono seja igual a seu valor nominal; 3.6. Ajuste RL para variar a carga no gerador síncrono e anote os valores da corrente de

armadura, velocidade e da força lida no dinamômetro; 3.7. Retire a carga do gerador síncrono; 3.8. Ajuste a corrente de campo do motor CC para metade de seu valor máximo; 3.9. Repita os passos 3.5 e 3.6.; 3.10. Para concluir o ensaio abra retire a carga do gerador síncrono para desligar as

fontes.

Tabela 2-3 : Resultados Obtidos

Ia (A) FP ( kgf ) n ( rpm ) T ( Nm ) Pd (W)

9

RL

A

A IA

A

IF

C D

A

H

AIG

A

RF

Fonte CAVariável

VTV

Fonte CAVariável

Fonte CAVariável

F

V VL

IL

Figura 2.3. – Esquema de ligação para o ensaio

10

ENSAIO 02 : CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UM MOTOR SÉRIE 1. Objetivo Neste ensaio será analisado o comportamento de um motor CC série através das curvas Conjugado X Corrente e Velocidade X Conjugado e Potência Desenvolvida X Corrente. 2. Introdução Neste tipo de motor CC a corrente de armadura flui também pelo enrolamento de campo. Em conseqüência a corrente de excitação é a mesma que a da armadura. Para as bobinas do enrolamento de campo série, utiliza-se condutores com secção transversal suficientemente grande para conduzir uma corrente elevada sem problemas de aquecimento. Geralmente esta bobina tem um pequeno número de espiras. Como conseqüência a resistência é muito baixa praticamente da mesma ordem que a resistência do circuito de armadura. A resistência total do motor CC série é dada pela soma das resistências dos circuito de campo e de armadura. Desprezando-se a saturação magnética, o fluxo magnético pode ser dado φ = k1 Ia . asaat IRREV )( ++= ωaaa IkkE 1=

aa

asat

IkkIRRV

1

)( +−=ω

s

sa

as

t

kRR

IkV )( +

−=ω 1kkk as =

a

sa

as

t

kRR

IkVn )(

260

260 +

−=ππ

Da equação da velocidade pode-se concluir que a característica n = f ( Ia ) é uma hipérbole retangular onde para n = 0, a corrente é dada por :

sa

tap RR

VI+

=

A característica da Figura 2.4. tem propriedades interessantes. Primeiro, dada a inclinação que tem, qualquer variação na corrente Ia, produz uma grande variação na velocidade do motor. Adicionalmente, quando a corrente de armadura tende a zero, na ausência de carga mecânica, a velocidade do motor tende ao infinito. Na prática isto não acontece por duas razões :

11

a) existe certa carga mecânica devido as partes de atrito e resistência do ar b) quando a corrente é nula, o fluxo magnético não desaparece por completo, devido

o magnetismo residual.

Fig. 2.4. – Característica Conjugado X Corrente de armadura de um motor

CC Série A característica de conjugado também é parabólica. Desta forma o conjugado é máximo quando a velocidade é nula, que é quando a corrente de armadura é máxima. Isto reafirma que este tipo de motor é particularmente útil quando se requer um elevado conjugado em baixas velocidades. 4. Procedimento experimental 3.1. Meças e anote os valores das resistências do enrolamento de campo série (Rs ) , do

circuito de armadura ( Ra); 3.2 Faça as ligações de acordo com a Fig. 2.5. 3.3. Ligue a fonte de alimentação CC da armadura e aumente gradativamente VT até que

a velocidade atinja um valor de 2000 rpm; Nota : Como o motor está sem carga, a estabilização da velocidade ocorrerá com um valor de tensão consideravelmente menor que o nominal. Nestas condições, a única carga mecânica é a referente às perdas no sistema motor-gerador. 3.4. Ajuste a corrente de campo do gerador síncrono através de RG para que a tensão de

saída do gerador síncrono seja igual a seu valor nominal; 3.5. Ajuste RL para variar a carga no gerador síncrono e anote os valores da corrente de

armadura, velocidade e da força lida no dinamômetro, na Tabela 2.6; 3.6. Retire a carga do gerador síncrono;

12

Tabela 2-6 : Resultados Obtidos

n (rpm) Fp (kgf) Ia (A) T ( Nm ) Pd (W)

4. Relatório 4.1. Faça o gráfico com as curvas T = f ( Ia ), n = f ( Ia ) e Pd = f ( Ia ) para o motor com

excitação independente para os dois valores de caorrente de campo; 4.2. Faça o gráfico com as curvas T = f ( Ia ), n = f ( Ia ) e Pd = f ( Ia ) para o motor com

excitação série

13

A

A IA

E

A1

A2

AIG

RL

A

V VT

RS

F1 F2 F

VL Fonte CA Variável

Fonte CAVariável

F

V VL

IL

14

LABORATÓRIO L3 ENSAIO 01 : CARACTERÍSTICAS DE OPERAÇÃO COM VELOCIDADE VARIÁVEL DE

UM MOTOR CC COM EXCITAÇÃO INDEPENDENTE 1. Objetivo Neste ensaio serão analisados os métodos para variar a velocidade de um motor CC com excitação independente, através das curvas Conjugado X Velocidade; Potência Desenvolvida X Velocidade; Tensão Terminal X Velocidade e Corrente de Campo X Velocidade . 4. Introdução As equações básicas que regem o comportamento de um motor CC são :

aaat IREV += ωφaa kE = aa IkT φ= Em regime permanente, assumindo-se que o motor não nenhuma carga no eixo, o conjugado desenvolvido (T) e a corrente de armadura (Ia) deveriam ser nulos. Obviamente isto é um caso puramente teórico, pois sempre será necessário um pequeno conjugado para vencer o atrito dos rolamentos do motor ( perdas rotacionais ). A corrente de armadura será muito pequena, mas nunca igual a zero.

φφω

a

aa

a

t

kIR

kV

−=

Existem dois métodos para variar a velocidade de um motor CC, como pode ser observado na equação da velocidade :

a) Através da variação do fluxo magnético Ao variar o fluxo magnético por meio da corrente de campo, se produzirá uma variação de velocidade inversamente proporcional a varia da corrente de campo, uma vez que a tensão terminal permanece constante. Se as curvas de fluxo fossem lineares, a representação de n = f ( iF ) seria uma hipérbole. Porém, na prática é um pouco diferente devido à saturação magnética. Se a corrente fosse nula, o valor do fluxo magnético se reduziria a um valor do fluxo muito pequeno, equivalente ao fluxo residual. Neste caso a velocidade aumentaria significativamente causando sérios danos à armadura. Por esta razão o enrolamento de campo não é protegido. A proteção deve cortar simultaneamente as correntes de campo e de armadura.

15

O método de variação de velocidade através da corrente de campo é conhecido como enfraquecimento de campo e normalmente é utilizado para aumentar a velocidade acima da velocidade nominal, com tensão de armadura constante.

b) Através da variação da tensão de armadura A equação da velocidade mostra que esta varia proporcionalmente a tensão de alimentação. A vantagem deste método é poder variar a velocidade de zero até a velocidade nominal, definida para a tensão nominal. 3. Procedimento experimental PRIMEIRA PARTE : Variação de Velocidade através da regulação da tensão terminal 3.1. Ajuste a corrente de campo do motor CC para um valor de 500 mA. Ligue a fonte de

alimentação CC da armadura e ajuste a tensão Vt até o valor nominal. 3.2. Com o motor em vazio e com a corrente de campo mantida constante, varie a tensão

de armadura, diminuindo seu valor e meça a tensão terminal Vt , a velocidade n e a força peso. Anote os valores medidos na Tabela 3-1;

3.3. Ajuste novamente a tensão terminal para seu valor nominal, com corrente de campo do motor no valor de 500 mA.

3.4. Ajuste a corrente de campo do gerador síncrono para sua tensão terminal em vazio seja a nominal.

3.5. Ajuste a resistência de carga do gerador síncrono até que a corrente de armadura do motor CC seja igual a 5 A.

3.6. Mantendo a corrente de armadura constante, varie a tensão de armadura, diminuindo seu valor e meça a tensão terminal Vt , a velocidade n e a força peso. Anote os valores medidos na Tabela 3-2;

3.7. Retire a carga do gerador síncrono, tomando o cuidado com a tensão terminal do motor CC.

Tabela 3-1 : Resultados Obtidos em vazio

If = 500 mA - Ia = A V1 ( V) Fp (kgf) n (rpm) T (Nm) Pd (W)

16

Tabela 3-2 : Resultados Obtidos em carga

If = 500 mA - Ia = 5,0 A

V1 ( V) Fp (kgf) n (rpm) T (Nm) Pd (W)

17

RL

A

A IA

A

IF

C D

A

H

AIG

A

RF

Fonte CAVariável

VTV

Fonte CAVariável

Fonte CAVariável

F

V VL

IL

Figura 3.2. - Esquema de ligação para realização do ensaio

18

SEGUNDA PARTE : Variação de velocidade pela regulação da corrente de campo 3.8. Ajuste a corrente de campo do motor CC para um valor de 500 mA. Ligue a fonte de

alimentação CC da armadura e ajuste a tensão Vt até o valor nominal. 3.9. Com o motor em vazio e com a tensão de armadura mantida, constante no seu valor

nominal, varie a corrente de campo, diminuindo seu valor e meça a corrente de campo If , a velocidade n e a força peso. Anote os valores medidos na Tabela 3-3;.

Tabela 3-3 : Resultados obtidos em vazio

Vt = 220 V - Ia = A If ( mA) Fp (kgf) n (rpm) T (Nm) Pd (W)

19

3.10. Ajuste a corrente de campo do motor CC para um valor de 500 mA. Através da fonte de alimentação CC da armadura e ajuste a tensão Vt até o valor nominal.

3.11. Coloque carga no motor CC através do gerador síncrono, até que a corrente de armadura seja igual a 5 A. Com a tensão de armadura mantida constante no seu valor nominal, varie a corrente de campo, diminuindo seu valor e meça a corrente de campo If, a velocidade n e a força peso. Anote os valores medidos na Tabela 3-4;.

Tabela 3-4 : Resultados obtidos em vazio

Vt = 220 V - Ia = A

If ( mA) Fp (kgf) n (rpm) T (Nm) Pd (W)

4. Relatório 4.1. Faça um gráfico com as curvas de T = f ( n ) para os dois métodos de variação de

velocidade para as duas situações de carga; 4.2. Faça um gráfico com as curvas de Pd = f ( n ) para os dois métodos de variação de

velocidade para as duas situações de carga; 4.3. Faça um gráfico com as curvas de Vt = f ( n ) para os dois métodos de variação de

velocidade para as duas situações de carga; 4.4. Faça um gráfico com as curvas de If = f ( n ) para os dois métodos de variação de

velocidade para as duas situações de carga;

20

LABORATÓRIO L4 ENSAIO 01 : CAMPO MAGNÉTICO GIRANTE 1. Objetivo

Observar a criação de campos magnéticos girantes através de enrolamentos estacionários colocados no estator das máquinas de indução, alimentados por correntes alternadas. 5. Introdução Utilizando um estator trifásico com 6 terminais observar a produção de campos

estacionários e girantes com o auxílio de: agulha magnética e gaiola de esquilo.

0 5 10 15 20-1

-0.5

0

0.5

1

w.t

i/Im

ax

t1 t2 t3

Figura 4.1. – Corrente num sistema trifásico

t1 t2 t3 Figura 4.2. – Campo magnético girante

21

ENSAIO 02 : TIPOS DE LIGAÇÕES DE UM MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO 1. Objetivo

Observar as diversas possibilidades de ligação de um motor de indução trifásico: 1.1. – Máquina com 3 terminais: (a) Y ou (b) ∆

R S TR S T

(a) (b) 1.2. – Máquina com 6 Terminais

1 2 3

4 5 6 1.3. – Máquina com 12 terminais

1 2 3

4 5 6

7 8 9

10 11 12

(série)

(paralelo)

1

2 3

4 5 67 8 9

10 11 12

4 5 6

7 8 9

1

2 3

10 11 12

22

1.4. Numeração dos terminais

a) motor com 6 terminais 1°. Passo : Determina-se com um ohmímetro o início e fim do enrolamento de cada fase; 2°. Passo : É necessário o conhecimento da polaridade de cada enrolamento para realizar

adequadamente as ligações. Aleatoriamente, liga-se em Y, um terminal de cada fase. Para esta condição só deve existir um enrolamento com polaridade contrária aos demais. Por tentativas, inverte-se um deles e aplica-se a tensão de linha e verifica-se o funcionamento do motor. Se a ligação estiver correta, numera-se como inícios ( 1, 2 e 3) os terminais conectados a rede de alimentação e os fins ( 4, 5 e 6). Se não estiver correta, inverte-se um dos inícios com seu respectivo fim e repete-se o procedimento. Se a ligação não estiver correta, desfaz-se a inversão e inverte-se os terminais da outra fase até que o motor gire normalmente.

b) motor com 12 terminais

1°. Passo : Determina-se com um ohmímetro o início e fim do enrolamento de cada fase; 2°. Passo : Para determinar as bobinas da mesma fase, aplica-se uma tensão reduzida ( 30 V ) em uma das bobinas e mede-se a tensão induzida nas outras cinco bobinas. A que tiver o maior valor de tensão, pertence a mesma fase da bobina que foi alimentada. 3°. Passo : Para determinar a seqüência de ligação, conecta-se em série as duas bobinas de cada fase, aplica-se uma tensão reduzida ( 30 V ) em uma delas e mede-se a tensão nos terminais da associação. Se a tensão medida for maior que a aplicada, a ligação estará correta quanto à polaridade das bobinas. Repete-se o procedimento para as outras 2 fases. 4°. Passo : Como agora restam somente 6 terminais, repete-se o procedimento feito para o motor de 6 terminais.

5. Relatório 5.1. É possível obter um campo magnético girante em um motor monofásico? Explique; 5.2. Como se obtém um campo magnético girante em um motor bifásico? Explique; 5.3. Como se obtém um campo magnético girante em um motor trifásico? Explique; 5.4. Um motor trifásico operando normalmente perde uma de suas fases, explique o

que ocorre com a operação do motor? 5.5. Quais as vantagens e desvantagens em se utilizar um motor com 12 terminais?

23

LABORATÓRIO L5 ENSAIO 01 : VARIAÇÃO DA TENSÃO INDUZIDA NO CIRCUITO DO ROTOR, EM

FUNÇÃO DA VELOCIDADE 1. Objetivo Levantamento do comportamento freqüência e da tensão induzida no circuito do rotor em função da velocidade no eixo do motor. 2. Introdução A tensão induzida e sua freqüência variam linearmente com o escorregamento do motor.

BLR EsE = ER fsf = s

s

nnns −

=

onde : ER – Tensão induzida por fase no rotor EBL – Tensão induzida com rotor bloqueado ( s=1 ) fR – Freqüência da tensão induzida por fase no rotor fe – Freqüência da tensão de alimentação do estator s – Escorregamento ns – Velocidade síncrona n – Velocidade do eixo do motor 6. Procedimento experimental 6.1. Faça as ligações de acordo com a Fig. 5.1. 6.2. Com o motor CC desligado, alimente o estator do motor de indução e meça a

tensão induzida com rotor bloqueado : EBL = ________ V 6.3. Acione o motor com a velocidade do eixo no mesmo sentido do campo girante do

motor de indução ( 0 < s <= 1 ) e preencha os valores na Tabela 5.1. 6.4. Acione o motor com a velocidade do eixo no mesmo sentido do campo girante do

motor de indução, com a velocidade acima da velocidade síncrona ( s < 0 ) e preencha os valores na Tabela 5.1.

6.5. Acione o motor com a velocidade do eixo no sentido contrário ao do campo girante do motor de indução ( s > 1 ) e preencha os valores na Tabela 5.1.

24

Tabela 5.1.- Resultados dos ensaios

0 < s <= 1 s < 0 s > 1 ER ( V ) n ( rpm) ER ( V ) n ( rpm) ER ( V ) n ( rpm)

25

Fonte CA Variável

A

A IA

A

IF

C D

A

H

RF

ER V

Fonte CA Variável

VTV

Fonte CA 3 φ Figura 5.1. Esquema de ligação para o ensaio

26

ENSAIO 02 : DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS DO CIRCUITO EQUIVALENTE DE UM MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO

1. Objetivo Determinar os parâmetros do circuito elétrico equivalente de um motor de indução trifásico para obtenção das características de operação. 2. Introdução O circuito elétrico do Fig. 5.2. representa o circuito equivalente por fase de um motor de indução trifásico.

R1 X1

Xm

X'2

R'2 s

Figura 5.2. Circuito equivalente por fase de um motor de indução trifásico 2.1. Operação em vazio Com o motor operando em vazio, seu escorregamento é muito pequeno, de forma que a resistência (R’2/s) se torna elevada e a impedância do circuito do rotor, referida ao estator, assume um valor tal que a corrente no circuito do rotor pode ser desprezada. A potência absorvida pelo estator em vazio será consumida pelas perdas na resistência do enrolamento do estator e pelas perdas rotacionais, incluindo as perdas no ferro. O circuito equivalente para a condição de operação em vazio, torna-se :

R1 X1

Vof

Xm

( ) rotofo PIRP += 213

of

ofof I

VZ = ( )2of

ofof I

PR = ofX =

Ro

Iof Xo

( ) ( )22ofof RZ −

27

2.2. Operação com rotor bloqueado Com o rotor bloqueado s = 1, o que corresponde a condição de partida. Nesta condição a corrente no ramo de magnetização é muito menor que a corrente de entrada e este ramo pode ser desprezado. O circuito equivalente para esta condição é : X'2X1 R1

Vbf

R'2

( )22'

1 )(3 bfbl IRRP +=

bl

blbl I

VZ = ( )2bl

blbl I

PR = ( )2blbl ZX −=

2.3. Determinação dos parâmetros do circuito equivalente

R1 – Resistência do enrolamento do estator é medida entre os fase .

R’

2 – Resistência do rotor é obtida por : 1'

2 RRR bl −= X1 e X’

2 - reatâncias de dispersão do estator e do rotor

2'

1 XkX x= 2'

1 XXXbl += X 2'

Categoria kx

Rotor Bobinado 1,0 D 1,0 N 0,67 H 0,43

Xm – reatância de magnetização : 1XXX om −=

3. Procedimento experimental 3.1. Faça as ligações conforme a figura 5.3 para o ensaio em vazio; 3.2. Coloque as bobinas de corrente dos wattímetros em curto e de patensão e freqüência nominais; 3.3. Preencha a tabela 5.1. com os lidos nos instrumentos; 3.4. Anote os dados de placa do motor que está sendo ensaiado.

Rbl

Ibf Xbl

( )2blR

terminais de cada

x

bl

kX+

=1

rtida no motor com

28

Motor de Indução

A

V

R

S

T

W1

W2 Figura 5.1. – Esquema de ligações para o ensaio em vazio Tabela 5.1. Resultados obtidos no ensaio em vazio

Vo (V) Io (A) W1 (W) W2 (W) Wo =W1+W2 No ( rpm )

3.5. Faça as ligações conforme a Fig. 5.2. para o ensaio com rotor bloqueado; 3.6. Aumente gradualmente a tensão aplicada ao estator até que a corrente de linha seja igual a seu valor nominal; 3.7. Preencha a tabela 5.2. com os lidos nos instrumentos;

Motor de Indução

A

V

R

S

T

W1

W2

Figura 5.2. – Esquema de ligações para o ensaio com rotor bloqueado Tabela 5.2. Resultados obtidos no ensaio com rotor bloqueado

Vbl (V) Ibl (A) W1 (W) W2 (W) Pbl = W1+W2 R1 (Ω) 4. Relatório 4.1. Apresente o gráfico da tensão induzida no rotor em função da velocidade 4.2. Apresente os parâmetros do circuito equivalente 4.3. Com os parâmetros determinados no item anterior faça um gráfico com as características de operação : T = f ( nm ); I1 = f ( nm ), Pmec = f ( nm ), η = f ( nm ) e fp = f (nm) 4.4. Explique as aproximações feitas para se obter o circuito equivalente do motor

29

LABORATÓRIO L6 ENSAIO 01 : CARACTERÍSTICAS DE OPERAÇÃO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO

TRIFÁSICO 1. Objetivo Levantamento das características de operação em carga, conjugado, potência mecânica, corrente, fator de potência e rendimento. 2. Introdução Neste ensaio são medidas as seguintes grandezas : Tensão e corrente de linha, potência de entrada, velocidade e força peso ( conjugado ). Através destas grandezas pode-se calcular : Conjugado no eixo : bxFxT p81,9= Potência mecânica : mmec xTP ω=

Fator de potência : LL

e

IxVxPFP

3=

Rendimento : e

mec

PP

=η

7. Procedimento experimental 7.1. Faça as ligações de acordo com a Fig. 6.1; 7.2. As bobinas de corrente e o amperímetro ligado ao estator do motor de indução

devem estar curto-circuitados; 7.3. Com o gerador CC sem carga e sem excitação, alimente o estator do motor de

indução 7.4. Preencha os valores na Tab. 6.1. para a condição em vazio; 7.5. Varie a carga nos terminais do gerador CC e anote os valores a serem medidos na

Tab. 6.1. 7.6. Calcule as grandezas para obtenção das curvas carcaterísticas. 8. Relatório 8.1. Faça um gráfico para cada uma das grandezas mostram o comportamento do

motor em carga ( conjugado, potência mecânica, corrente, fator de potência e rendimento), em função da velocidade ou do escorregamento do motor, somente para a região de operação;

8.2. Faça um gráfico para cada uma das grandezas mostram o comportamento do motor em carga ( conjugado, potência mecânica, corrente, fator de potência e

30

rendimento), em função da velocidade ou do escorregamento do motor, somente para a região de operação e calcule, através do circuito equivalente do motor, obtido no laboratório L5, estas mesmas grandezas, colocando-as nos respectivos gráficos;

8.3. Apresente as curvas características do motor de indução em função da velocidade desde zero até a velocidade síncrona;

8.4. Apresente as curvas características do motor de indução em função da potência mecânica em porcentagem, para a região de operação do motor( medidas e calculadas através do circuito equivalente;

Tabela 6.1.- Resultados dos ensaios

IL ( A ) n ( rpm) Fp ( kgf ) W1 ( W) W2 ( W)

Pe ( W ) T ( Nm) Pmec ( W ) FP η

31

Fonte CA Variável

A

A IA

A

IF

C D

A

H

RF

V

VTVCarga Variável

Fonte CA 3 φ

A

W1 + W2

IL

Fp

VL

Figura 6.1. Esquema de ligação para o ensaio