prof. josé alberto marques prof. alexandre shozo...

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Prof. José Alberto Marques Prof. Alexandre Shozo Onuki

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Regras das aulas de Laboratório de Máquinas Elétricas:

1 - O relatório só será aceito no prazo de “2 semanas” após o ensaio. 2 - O relatório deverá estar totalmente preenchido e as respostas corretas para ser contabilizado. 3 - Não serão aceito trabalhos realizados por computador. 4 - Os gráficos deverão ser feitos em papel milimetrado, cada gráfico em uma folha. 5 - Todo relatório deve ter uma conclusão do ensaio. 6 - As reposições de ensaios deve ser feito dentro do intervalo de provas, ou seja, se o ensaio foi realizado dentro da P1 a reposição não poderá ser realizado no intervalo da P2. 7 - As reposições devem ser marcadas com antecedência, junto ao professor de laboratório. 8 - O relatório só será aceito, caso aluno tenha comparecido a aula correspondente. 9 - Fatores de laboratório: 6 relatórios aceitos Fator 1.1 sobre a média final 5 relatórios aceitos Fator 1.0 sobre a média final 4 relatórios aceitos Fator 0.9 sobre a média final 3 relatórios aceitos Fator 0.8 sobre a média final 2 relatórios aceitos Fator 0.7 sobre a média final 1 relatórios aceitos Fator 0.7 sobre a média final 0 relatórios aceitos Fator 0.7 sobre a média final 13 - Os deverão constar Nome, Número e Data da realização do ensaio.

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Características das Máquinas Elétricas do Laboratório:

Máquina Síncrono Potência (W) Rotação (RPM)

Tipo de Fechamento Corrente de Armadura (A) Tensão de Armadura 220 Vac (adotado) (V) Corrente de Campo (mA) +Tensão de Campo (V) Número de Fases Fases

Isolação Classe Número de Polos Polos

Máquina CC Potência (W) Rotação (RPM)

Corrente de Armadura (A) Tensão de Armadura (V)

Corrente de Campo (máx.) (mA) Corrente de Campo (min.) (mA) Tensão de Campo (máx.) (V) Tensão de Campo (min.) (V)

Isolação Classe

Máquina de Indução Potência (W) Rotação (RPM)

Tipo de Fechamento Corrente de Estator (A) Tensão de Estator 220 Vac (adotado) (V) Corrente de Rotor (A) Tensão de Rotor (V) Número de Polos Polos

Velocidade Síncrona RPM Fator de Potência

Isolação Classe

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Segurança Pessoal Observar o seguinte:

1 Choque em 380 V (tensão entre linhas de um sistema trifásico) imobiliza a pessoa, pois significa 220 V entre ela e a terra. Portanto, NUNCA LIGAR AS MÁQUINAS PARA ESTA TENSÃO.

2 Choque em 220 V (tensão entre linhas de um sistema trifásico, 127 V entre a pessoa e a terra) pode imobilizar, dependendo das condições da pele e saúde. Pele molhada (chuva ou simplesmente suor) significa alta probabilidade de imobilização. Também problemas cardíacos e hipersensibilidade de certas pessoas aumentam esta probabilidade. Portanto, EVITE AO MÁXIMO QUALQUER CONTATO COM PARTES ENERGIZADAS, MESMO EM BAIXA TENSÃO.

3 Todo acoplamento de máquinas rotativas deve ter um protetor contra escape de peças quando em rotação. Os equipamentos mais antigos não possuem esta proteção, portanto ficar longe do plano perpendicular ao eixo e que passa pelo acoplamento.

4 Ao término da experiência, ANTES DE DESCONECTAR QUALQUER CABO, tirar todos os plugues das tomadas (senão os cabos permanecerão energizados, ocorrendo curtos-circuitos e choques)

5 Todos os alunos devem conhecer o disjuntor geral de sua bancada para, em qualquer emergência, desligá-lo rapidamente.

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EXPERIÊNCIA 1:

Para o gerador CC observar: 1) A fonte de campo alimenta o enrolamento derivação, terminais CD. 2) Os enrolamentos para ligação série (EF1) e composta (EF) não serão utilizados. 3) O enrolamento interpolo sempre é ligado em série com a armadura. Sua função é

melhorar o desempenho da máquina. ROTEIRO DE MONTAGEM a) Partir o motor assíncrono. Quando o grupo moto-gerador estiver em velocidade

máxima, ligar e aumentar gradualmente a fonte de campo, preenchendo a tabela a seguir:

CURVA DO GERADOR CC EM VAZIO:

V1R A1

220 Vac3 fases

S

T

CONTATOR

Fonte CC

Gerador CC

V3

RR R

Motor Assíncrono

Resistência de Partida

V2

A3+

+

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Gerador CC Tensão de Armadura (V) Corrente de Campo (mA) Rotação (RPM)

0 30 60 90 120 150 180 220

b) Aumentar ao máximo o reostato de partida, reduzindo a velocidade do motor. Repetir as medidas acima preenchendo a tabela:

Gerador CC

Tensão de Armadura (V) Corrente de Campo (mA) Rotação (RPM) 0 V 30 V 60 V 90 V 120 V 150 V 180 V 220 V

c) Entregar em papel milimetrado:

Tensão de Armadura (V)

Corrente de Campo (A)

Rotação =

Rotação =

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e) Justificar pela correspondente equação porque a tensão gerada varia quando ocorre a uma variação de velocidade.

f) Qual a influência da resistência de armadura no resultado do ensaio. Porque?

g) Porque a curva da tensão de armadura pela corrente de campo não é linear? h) Qual a função das escovas do gerador CC? i) Conclusão

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Ensaio 01 Folha de Entrega de Relatório:

Nome : N°°°° : Data realização / / Data Entrega / /

a) Tabela quando o grupo moto-gerador estiver em velocidade máxima:

Gerador CC Gerador CC Gerador CC Motor Assíncrono Tensão de

Armadura (V) Corrente de Campo

(mA) Rotação (RPM)

Corrente (A)

0 30 60 90 120 150 180 220

b) Tabela quando o grupo moto-gerador estiver em velocidade reduzida:

Gerador CC Gerador CC Gerador CC Motor Assíncrono Tensão de

Armadura (V) Corrente de Campo


Corrente (A)

0 V 30 V 60 V 90 V 120 V 150 V 180 V 220 V

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c) Justificar pela correspondente equação porque a tensão gerada varia quando ocorre a uma variação de velocidade.

d) Qual a influência da resistência de armadura no resultado do ensaio. Porque? e) Porque a curva de Tensão de armadura e Corrente de campo não é linear f) Qual a função das escovas do gerador CC? g) Conclusão

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EXPERIÊNCIA 2:

SEGURANÇA PESSOAL COM RELAÇÃO AOS

MOTORES CC:

1) OBSEVAÇÕES GERAIS: CONSIDERAÇÕES SOBRE ACIONAMENTO DE MOTORES CC:

1.1) Para falta da corrente de campo, este motor dispara, podendo haver uma desintegração do rotor devido às forças tangenciais (informalmente chamadas de centrífugas).

1.2) Observar a corrente no amperímetro de campo do motor. Nunca reduzir abaixo do campo mínimo

1.3) Não deve haver mau contato nas conexões do motor, para evitar perda do campo. 1.4) Uma pessoa do grupo deve ficar, ao lado da chave contatora ou disjuntor geral para em

caso de emergência, desliga-la imediatamente.

ENSAIO DE CONTROLE DE VELOCIDADE DO MOTOR CC:

+

Contator

220 Vac3 fases

T

R

S

Fonte CC AltaPotência

Fonte CC

V2

Motor CC

A1

V1+

A2

+

+

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2) PARTIDA DO MOTOR CC: 3) DESLIGAMENTO DO MOTOR CC: ROTEIRO DE MONTAGEM a) Dar partida no motor CC. Enquanto se aumenta a tensão de armadura, tomar os valores de velocidade preenchendo a tabela: I excitação (Campo) (mA) Tensão de Armadura (V) Velocidade (RPM)

600 0 600 30 600 60 600 90 600 120 600 150 600 180 600 220

Observar rigorosamente os procedimentos abaixo, caso contrário o motor pode disparar, provocando graves acidentes: 2.1) Aplicar campo máximo, observando no amperímetro se realmente passa corrente no

circuito. 2.2) Ajustar a fonte de armadura em 0 V. 2.3) Ligar tensão na armadura (fechar contator). 2.4) Aumentar gradualmente a tensão de armadura até a tensão nominal.

Observar rigorosamente os procedimentos abaixo, caso contrário o motor pode disparar, provocando graves acidentes: 3.1) Aumentar a Corrente de campo ao valor nominal. 3.2) Reduzir lentamente a tensão de armadura ao mínimo. 3.3) Desligar primeiro a armadura (contator). 3.4) Desligar o campo.

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b) Entregar em papel milimetrado: c) Manter 220 V na armadura e diminuir lentamente a corrente de campo, até o

motor atingir velocidade nominal, preenchendo a tabela: I excitação (Campo) (mA) Tensão de Armadura (V) Velocidade (RPM)

600 220 570 220 540 220 480 220 450 220 420 220 390 220 360 220 330 220 300 220

d) Entregar em papel milimetrado:

Corrente de Campo (A)

Velocidade (RPM)

Velocidade (RPM)

Tensão de Armadura(V)

I campo = cte =

V arm = cte =

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e) Justificar por equações as curvas obtidas. f) Foi realizado o ensaio no motor em carga no eixo, porém se houvesse carga no eixo

os resultados seriam iguais, justifique. g) Qual os mecanismos ou dispositivos necessário para se bloquear o problema

eventual de perda de campo? h) No seu ponto de vista qual o motivo que as máquinas CC estão sendo substituídas

por motores assíncronos acionados por inversores de freqüência? i) Qual a sua utilidade na atualidade? Porque? j) Conclusão.

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Nome : N°°°° : Data realização / / Data Entrega / / a) Tabela da curva de velocidade (Tensão de armadura variando e Corrente de

campo fixo): I excitação (Campo) (mA) Tensão de Armadura (V) Velocidade (RPM)

600 0 600 30 600 60 600 90 600 120 600 150 600 180 600 220

b) Tabela da curva de velocidade (Tensão de armadura fixa e Corrente de campo

variável): I excitação (Campo) (mA) Tensão de Armadura (V) Velocidade (RPM)

600 220 570 220 540 220 480 220 450 220 420 220 390 220 360 220 330 220 300 220

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c) Justificar por equações as curvas obtidas. d) Foi realizado o ensaio no motor em carga no eixo, porém se houvesse carga no

eixo os resultados seriam iguais, justifique. e) Qual os mecanismos ou dispositivos necessários para se bloquear o problema

eventual de perda de campo? f) No seu ponto de vista qual o motivo que as máquinas CC estão sendo substituídas

por motores assíncronos acionados por inversores de freqüência? g) Qual a sua utilidade na atualidade? Porque? h) Conclusão.

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EXPERIÊNCIA 03: Ensaio de Saturação em Vazio em Gerador Síncrono:

PARTIDA DO MOTOR ASSÍCRONO:

a) Ajustar o reostato de partida no máximo (resistência máxima); medir com multímetro. b) Medir a tensão de linha da entrada (antes da chave contatora, V1), que deve ser 220 V. c) Partir o grupo (fechando o contator) e lentamente reduzir o reostato de partida até que o mesmo esteja em curto-circuito.


CONTATOR

220 Vac3 fases

R

S

T

RR R+

Fonte DC

+

GeradorCC

V1A1

V2A2

A3

V3

V4MotorIndução Síncrono

Gerador

Diagrama de Montagem

Durante o ensaio de saturação em vazio a corrente de excitação, tensão de linha e freqüência devem ser medidas simultaneamente. Ao fazer o ensaio, a excitação deve ser modificada gradualmente em degraus das tensões mais elevadas as mais baixas com pontos distribuídos uniformemente: se possível a partir do valor de tensão correspondente à excitação com carga nominal, mas não menos de 1,3 vez a tensão nominal da máquina sob ensaio, prosseguindo-se até 0,2 vez esta tensão nominal. NBR 5052/1984

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ROTEIRO DE MONTAGEM a) Quando o grupo moto-gerador estiver em velocidade máxima, ligar e aumentar

gradualmente a fonte de campo, preenchendo a tabela: Recomendados Real Gerador Síncrono Gerador Síncrono

Tensão do Gerador

Síncrono (V)

Tensão do Gerador

Síncrono (V)

Corrente de Campo (mA) Rotação (RPM)

0 V 30 V 60 V 90 V 120 V 150 V 180 V 210 V 240 V 270 V 300 V

b) Entregar em papel milimetrado:

Tensão (V)

Corrente Campo (A)

VR

A

Figura 1.1

Circuito Aberto

B O

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c) Aumentar ao máximo a rotação (diminuir o reostato). Ajustar a fonte de campo para que o gerador tenha 220 V nesta rotação, e não alterar mais esta fonte. Diminuir gradualmente a velocidade variando a resistência, preenchendo a tabela:

Gerador Síncrono Gerador Síncrono Gerador Síncrono

Tensão do Gerador Síncrono (V)

Corrente de Campo (mA)

Freqüência (HZ)

Rotação (RPM)

220 V 1720 1690 1660 1630 1600

d) Entregar em papel milimetrado: e) Medir Resistência Ôhmica dos enrolamentos de Armadura: =Rtotal )(Ω =Rbobina )(Ω f) Qual velocidade ideal para realizar este ensaio, e o que diz a norma NBR

5052/1984 em relação à variação da velocidade durante o ensaio? g) Porque existe tensão nos terminais da armadura do gerador, mesmo sem a

existência da corrente de campo? Qual o nome dado a esta tensão?

g) Conclusão.

Freqüência (Hz)

Velocidade (RPM)

Figura 1.2

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Nome : N°°°° : Data realização / / Data Entrega / / a) Tabela quando o grupo moto-gerador estiver em velocidade máxima:

Gerador Síncrono Motor Assíncrono Tensão do Gerador

Síncrono (V) Corrente de Campo


Corrente (A)

0 V 30 V 60 V 90 V 120 V 150 V 180 V 210 V 240 V 270 V 300 V

b) Medir Resistência Ôhmica dos enrolamentos de Armadura: =Rtotal )(Ω =Rbobina )(Ω c) Qual velocidade ideal para realizar este ensaio, e o que diz a norma NBR

5052/1984 em relação à variação da velocidade durante o ensaio? d) Porque existe tensão nos terminais da armadura do gerador em movimento, mesmo

sem a existência da corrente de campo? Qual o nome dado a esta tensão? e) Conclusão.

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EXPERIÊNCIA 04: Ensaio de Curto Circuito Trifásico Permanente em Gerador Síncrono:


CONTATOR

220 Vac3 fases

R

S

T

RR R+

Fonte DC

+

GeradorCC

V1A1

V2A2

A3

V3

A4MotorIndução Síncrono

Gerador

Diagrama de Montagem

O Curto Circuito deve ser realizado o mais perto possível dos terminais damáquina, aplicando-se a corrente de excitação depois do fechamento em curto-circuito.Durante o Curto Circuito Trifásico Permanente, a corrente de excitação e a da linha daarmadura devem ser medidas simultaneamente. Uma das leituras é feita próxima acorrente nominal da armadura. NBR 5052/1984

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ROTEIRO DE MONTAGEM a) Partir o motor assíncrono. Quando o grupo moto-gerador estiver em velocidade

máxima, ligar e aumentar gradualmente a fonte de campo, preenchendo a tabela: Corrente do Gerador

Síncrono - Recomendada

Corrente do Gerador Síncrono

Real


Rotação (RPM)

0 (A) 0.5 (A) 1 (A)

1.5 (A) 2 (A)

2.5 (A) 3 (A)

3.5 (A) 4 (A)

4.5 (A) 5 (A)

5.5 (A) 6 (A)

6.5 (A) 7 (A)

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• Cálculo da Reatância Síncrona não saturada de Eixo Direto:

)(Ω=IoVRXs

• Cálculo da Reatância Síncrona saturada de Eixo Direto:

)(Ω=IscVRXs

• Cálculo da Relação de Curto Circuito RCC:

IRIsc

OGOERCC ==

Tensão (V) Corrente (A)

Corrente Campo (A)

VR

C

B

G

A

E

D

Figura 01

O

F

Io

IR

Isc

Circuito Aberto

Curto-Circuito

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c) Com a curva obtida no item anterior e a curva de saturação da experiência passada, calcular a reatância síncrona saturada e não saturada.

d) Qual a influência da resistência ôhmica em nosso ensaio? Podemos desprezar ou

não? Justificar. e) Qual a influência da impedância síncrona na tensão quando inserimos carga na

saída do gerador? Porque? f) Calcular a Relação de Curto Circuito RCC, e através da mesma calcular a reatância

síncrona saturada. g) Conclusão.

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Nome : N°°°° : Data realização / / Data Entrega / / a) Tabela: Corrente do Gerador

Síncrono - Recomendada

Corrente do Gerador Síncrono

Real


Rotação (RPM)

0 (A) 0.5 (A) 1 (A)

1.5 (A) 2 (A)

2.5 (A) 3 (A)

3.5 (A) 4 (A)

4.5 (A) 5 (A)

5.5 (A) 6 (A)

6.5 (A) 7 (A)

b) Com a curva obtida no item anterior e a curva de saturação da experiência passada,

calcular a reatância síncrona saturada e não saturada. c) Qual a influência da resistência ôhmica em nosso ensaio? Podemos desprezar ou

não? Justificar. d) Qual a influência da impedância síncrona na tensão quando inserimos carga na

saída do gerador? Porque? e) Calcular a Relação de Curto Circuito RCC, e através da mesma calcular a reatância

síncrona saturada. f) Conclusão.

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EXPERIÊNCIA 5:


CONTATOR

220 Vac3 fases

R

S

T

RR R+

Fonte DC

+

V1A1

V2A2

A3

MotorIndução Síncrono

GeradorV3

ENSAIO DE RENDIMENTO DO GERADOR SÍNCRONO:

Distância (m)

Força (N)

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ROTEIRO DE MONTAGEM a) Partir o motor assíncrono. Quando o grupo moto-gerador estiver em velocidade máxima, ligar e aumentar gradualmente a tensão de Armadura, preencher a tabela a seguir: Tensão de Armadura

(V)

Corrente Armadura

(A)

Potência Elétrica

(W)

Dínamo-metro (KG)

Força (N)

Conju-gado (Nm)

Veloci-dade

(RPM)

Potência Mec. (W)

Corrente Campo

(A)

Rendi-mento (%)

0 30 60 90

120 150 180 220


Rendimento (%)

Potência Elétrica (W)

Distância Braço = (m)

Resistência Campo = (Ω)

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• Cálculo da Potência Elétrica de Saída do Gerador Síncrono

)(3 WILVLPSAIDA

=

• Cálculo da Força

)(81,9 NKgfF ×=

• Cálculo da Conjugado

)(NmLFC ×=

• Cálculo velocidade (rad/seg.)

).(60

2seg

radVRPM

πω ×=

• Cálculo Potência de Entrada

)(WCP

ENTRADAϖ×=

• Cálculo Perdas no Campo

)(2 WRIPCAMPOCAMPOCAMPO

×=

• Cálculo Rendimento

(%)100×+

=CAMPOENTRADA

SAÍDA

PPPη

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Nome : N°°°° : Data realização / / Data Entrega / / a) Tabela Tensão de Armadura

(V)

Corrente Armadura

(A)

Potência Elétrica

(W)

Dínamo-metro (KG)

Força (N)

Conju-gado (Nm)

Veloci-dade

(RPM)

Potência Mec. (W)

Corrente Campo

(A)

Rendi-mento (%)

0 30 60 90

120 150 180 220

Distância Braço = (m)

Resistência Campo = (Ω)

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EXPERIÊNCIA 6:

PARTIDA DE MOTOR SÍNCRONO:

Observar rigorosamente os procedimentos a seguir, senão pode ocorrer a queima da máquina.

a) Curto circuitar o campo. b) Curto circuitar o amperímetro de armadura. c) Aplicar tensão nominal na armadura (fechar contator). d) Após atingir velocidade máxima (valor pouco abaixo da velocidade síncrona), retirar

o curto do amperímetro e aplicar tensão contínua no campo (fonte 220VDC, 1 A).

OBS: quando o motor for excitado ele entrará em sincronismo.

CURVAS DO MOTOR SÍNCRONO

CONTATOR

220 Vac3 fases

R

S

T

V1

Medidorcos FiWattímetro

P1

25A

P2

P3

25A

A1

P2+- 5A

P1

P3

V3 MotorSíncrono

+

V2 +

Fonte CC

A2

Gerador CC

A3

Fonte CC

V4 +

+A4

R RR RR R

Banco deResistência

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ROTEIRO DE MONTAGEM

CURVA CARACTERÍSTICA a) Com o motor em vazio, ajustar o campo para que motor tenha FP = 0,7 capacitivo e

não alterar mais! b) Ajustar gerador CC em 150V. c) Fechar chaves das cargas uma a uma, preenchendo a tabela a seguir:

Corrente de campo do motor =

Res. Tensão de Wattímetro Medidor Corrente de Rotação Tensão do Corrente do Pot. Ativa Rend. do

Linha (V) (W) cos FI linha(A) (RPM) Gerador CC (V) Gerador CC (A) (W) Grupo

aberto 220 0

R

R/2

R/3

R/4

R/5

R/6

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c) Entregar em papel milimetrado:

ROT. (rpm)

Pot. de saida (W)

FP (COS φφφφ)

Pot. de Saida (W)

ηηηη do grupo

Pot. de Saida (W) Potência Nominal

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CURVAS EM “V” 1) Motor em vazio: a) Retirar as cargas do gerador CC. b) Variar o campo do motor, preenchendo a tabela:

I. campo (mA) Motor grande

FP (cos Ø ) I armadura (A) Motor

0 50 100 150 200 300 400 500 600 700

2) Motor em carga: a) Ajustar 700 mA de campo no gerador grande. b) Ajustar gerador CC em 150 V e ligar todas as cargas. c) Variar o campo do motor, preenchendo a tabela:

I. campo (mA) Motor grande

FP (cos Ø ) I armadura (A) Motor

700 650 600 550 500 450 400 350 300

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d) Entregar em papel milimetrado:

e) Baseado no gráfico acima, concluir qual é o melhor valor de corrente de campo

para operação em regime. f) Podemos corrigir o fator de potência com o motor síncrono? Como? g) Porque podemos abrir o circuito de campo do motor e o mesmo não pára? Porque? h) Em que situação prática ainda utilizamos motores síncronos? Porque? i) Conclusão.

Vazio

Capacitivo Indutivo

Cos φφφφ = 1 I. armadura (A)

I. campo (A)

Carga

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Nome : N°°°° : Data realização / / Data Entrega / / a) Tabela da Curva Característica:

Corrente de campo do motor =

Res. Tensão de Wattímetro Medidor Corrente de Rotação Tensão do Corrente do Pot. Ativa Rend. do

Linha (V) (W) cos FI linha(A) (RPM) Gerador CC (V) Gerador CC (A) (W) Grupo

aberto 220 0

R

R/2

R/3

R/4

R/5

R/6

b) Tabela da Curva em V em Vazio

I. campo (mA) FP (cos Ø ) I armadura (A) - Motor 0 50 100 150 200 300 400 500 600 700

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c) Tabela da Curva em V em Carga

I. campo (mA) FP (cos Ø ) I armadura (A) - Motor 700 650 600 550 500 450 400 350 300

d) Baseado no gráfico acima, concluir qual é o melhor valor de corrente de campo

para operação em regime. e) Podemos corrigir o fator de potência com o motor síncrono? Como? f) Porque podemos abrir o circuito de campo do motor e o mesmo não pára? Porque? g) Em que situação prática ainda utilizamos motores síncronos? Porque? h) Conclusão.

prof. josé alberto marques prof. alexandre shozo...

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