relatório final máquinas elétricas 2

1

Ministrio da Educao Universidade Tecnolgica Federal do Paran

Campus Toledo Engenharia Eletrnica

BRUNO MENEGHEL ZILLI

FELIPE LORENZETTI

FERNANDO TOMAS SANCHEZ

ROGRIO PAGANINI VALENTINI

RELATRIO DE MQUINAS ELTRICAS II

Toledo

2012

2

BRUNO MENEGHEL ZILLI

FELIPE LORENZETTI

FERNANDO TOMAS SANCHEZ

ROGRIO PAGANINI VALENTINI

LABORATRIO DE MQUINAS ELTRICAS II

Relatrio de prtica em laboratrio

apresentado ao Curso Superior de

Engenharia Eletrnica da Universidade

Tecnolgica Federal do Paran - Campus

Toledo, como requisito parcial para a

concluso da disciplina Mquinas Eltricas

II.

Professor: Me. Ednei Luiz Miotto.

Toledo

2012

3

RESUMO

Este relatrio visa o estudo das caractersticas das mquinas CC, por

meio de suas combinaes de enrolamento de campo.

4

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Ensaio de Continuidade ........................................................... Erro! Indicador no definido.

Figura 2 - Ensaio de curto-massa: AT e ncleo ....................................... Erro! Indicador no definido.

Figura 3 - Parmetros referentes ao ensaio de polaridade ..................... Erro! Indicador no definido.

Figura 4 - Polaridade Aditiva (Vr > Ve) .................................................... Erro! Indicador no definido.

Figura 5 - Polaridade subtrativa (Vr < Ve)................................................ Erro! Indicador no definido.

Figura 6 - Tenso medida nos terminais H2/X2 ....................................... Erro! Indicador no definido.




Figura 10 - Circuito para determinao da resistncia do enrolamento .. Erro! Indicador no definido.

Figura 11 - Ensaio de Relao de Tenso ............................................... Erro! Indicador no definido.

Figura 12 - Esquema do Ensaio de Circuito Aberto ................................. Erro! Indicador no definido.

Figura 13 - Diagrama Fasorial .................................................................. Erro! Indicador no definido.

Figura 14 - Esquema de Ligao para o Ensaio de Circuito Aberto ........ Erro! Indicador no definido.

Figura 15 - Circuito L equivalente com ramo de derivao no lado de altaErro! Indicador no definido.

Figura 16 - Circuito L equivalente com ramo de derivao no lado de baixaErro! Indicador no definido.

Figura 17 - Circuito L equivalente com ramo de derivao no lado de altaErro! Indicador no definido.

Figura 18 - Circuito L equivalente com ramo de derivao no lado de baixaErro! Indicador no definido.

Figura 19 - Esquema do Ensaio de Circuito Aberto ................................. Erro! Indicador no definido.

Figura 20 - Esquema de Ligao para o Ensaio de Curto Circuito. ......... Erro! Indicador no definido.

Figura 21 - Circuito equivalente para o ensaio de curto circuito. ............. Erro! Indicador no definido.

5

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Materiais utilizados no ensaio de Continuidade .................................................................. 28

Tabela 2 Resistncias de enrolamento do transformador de 500 VA .. Erro! Indicador no definido.

Tabela 3 - Resistncia de enrolamento do transformador de 1000 VA ... Erro! Indicador no definido.

Tabela 4 - Resistncia entre enrolamentos e massa do transformador de 500 VAErro! Indicador no definido.

Tabela 5 - Resistncia entre enrolamentos e massa do transformador de 1000 VAErro! Indicador no definido.

Tabela 6 - Materiais utilizados para o ensaio de polaridade .................... Erro! Indicador no definido.

Tabela 7 - Dados para o ensaio de Polaridade do transformador de 500 VAErro! Indicador no definido.

Tabela 8 - Dados para o ensaio de Polaridade do transformador de 1000 VAErro! Indicador no definido.

Tabela 9 - Materiais utilizados para ensaio de resistncia dos enrolamentosErro! Indicador no definido.

Tabela 10 - Medidas do ensaio de resistncia de enrolamento 500 VA . Erro! Indicador no definido.

Tabela 11 - Resultados das medidas para trafo de 500 VA .................... Erro! Indicador no definido.

Tabela 12 - Medidas do ensaio de resistncia de enrolamento 100 VA . Erro! Indicador no definido.

Tabela 13 - Resultados das medidas para trafo de 100 VA .................... Erro! Indicador no definido.

Tabela 14 - Materiais utilizados para o ensaio de relao de tenso ...... Erro! Indicador no definido.

Tabela 15 - Relaes de tranformao Trafo de 1000 VA ...................... Erro! Indicador no definido.

Tabela 16 - Relaes de transformao Trafo de 500 VA ....................... Erro! Indicador no definido.

Tabela 17 - Relaes de transformao Trafo de 100 VA ....................... Erro! Indicador no definido.

Tabela 18 - Resultados para o transformador de 500VA ........................ Erro! Indicador no definido.




6

SUMRIO

1. ENSAIO DE MOTOR CC LIGAO SRIE ...........................................................................9

1.1. OBJETIVO ..................................................................................................................................9

1.2. MATERIAIS E MTODOS ..........................................................................................................9

1.2.1. Lista de Materiais ........................................................................................................................9

1.2.2. Metodologia .............................................................................................................................. 10

1.2.2.1. Ensaio Motor CC Srie ............................................................................................................ 10

1.2.3. Procedimento 1: Ajuste do motor ............................................................................................. 10

1.2.4. Procedimento 2: Torque e Velocidade de Sada ..................................................................... 10

1.2.5. Cuidados na execuo do ensaio. ........................................................................................... 11

1.3. RESULTADOS E DISCUSSES ............................................................................................ 12

1.3.1. Ensaio Motor CC Ligao Srie ............................................................................................ 12

1.3.2. Resistncia dos Enrolamentos ................................................................................................. 12

1.3.3. Ajuste de Velocidade ................................................................................................................ 12

1.3.4. Esquema de Conexo do Motor CC ........................................................................................ 13

1.3.5. Relao entre T e Ia e entre T e .......................................................................................... 13

1.3.6. Torque eletromagntico do motor CC ...................................................................................... 14

1.3.7. Dados da Mquina CC e Gerador Sncrono ............................................................................ 16

1.4. CONCLUSO DO ENSAIO MOTOR CC LIGAO SRIE ................................................ 16

2. ENSAIO DE MOTOR CC LIGAO COMPOSTA LONGA COMULATIVA ....................... 17

2.1. OBJETIVO ............................................................................................................................... 17

2.2. MATERIAIS E MTODOS ....................................................................................................... 17

2.2.1. Lista de Materiais ..................................................................................................................... 17

2.2.2. Metodologia .............................................................................................................................. 17

2.2.2.1. Ensaio Motor CC com Ligao Composta Longa Derivativa ................................................... 17

2.2.1. Procedimento 1: Ajuste do Motor CC ....................................................................................... 18

2.2.2. Procedimento 2: Torque e Velocidade de Sada ..................................................................... 18



2.3.1. Ensaio Motor CC Ligao Composta Longa Comulativa ...................................................... 20

2.3.2. Ajuste de Velocidade ................................................................................................................ 20

2.3.3. Esquema de Conexo do Motor CC ........................................................................................ 21

2.3.4. Torque eletromagntico e Velocidade do motor CC ................................................................ 22


2.4. CONCLUSO DO ENSAIO MOTOR CC LIGAO COMPOSTA LONGA

COMULATIVA....................................................................................................................................... 24

3. ENSAIO GERADOR CC LIGAO SHUNT ........................................................................ 25

3.1. OBJETIVO ............................................................................................................................... 25


7


3.2.2. Metodologia .............................................................................................................................. 25

3.2.2.1. Ensaio Gerador Shunt .............................................................................................................. 25

3.2.3. Procedimento 1: Configurao do motor ................................................................................. 26

3.2.4. Procedimento 2: Circuito de excitao ..................................................................................... 26

3.2.5. Procedimento 3: Curto-Circuito nos terminais de excitao .................................................... 27



3.3.1. Ensaio Gerador CC Ligao Shunt ....................................................................................... 28

3.3.2. Acionamento do motor sncrono .............................................................................................. 28

3.3.3. Sincronizao do motor sncrono ............................................................................................. 29

3.3.4. Tenso de Armadura antes da ligao Shunt .......................................................................... 29

3.3.5. Tenso de Armadura antes da ligao Shunt .......................................................................... 29

3.3.6. Discusso aps a ligao shunt. .............................................................................................. 29

3.3.7. Discusso sobre a velocidade do motor sncrono. .................................................................. 30

3.3.8. Aplicao de carga ao gerador CC Shunt ................................................................................ 30

3.3.9. Valores obtidos com a variao da carga no gerador CC Shunt ............................................. 30

3.3.10. Esquema de ligao do experimento ....................................................................................... 31

3.3.11. Caracterstica Tenso de Terminal x Corrente de Carga ........................................................ 32


3.4. CONCLUSO DO ENSAIO GERADOR CC LIGAO SHUNT ......................................... 33

4. ENSAIO GERADOR CC EXCITAO INDEPENDENTE ................................................... 34

4.1. OBJETIVO ............................................................................................................................... 34



4.2.2. Metodologia .............................................................................................................................. 34

4.2.2.1. Ensaio Gerador Excitao Independente ................................................................................ 34

4.2.3. Procedimento 1: Configurao do motor ................................................................................. 35

4.2.4. Procedimento 2: Circuito de excitao ..................................................................................... 35

4.2.5. Procedimento 3: Curto-Circuito nos terminais de excitao .................................................... 36



4.3.1. Ensaio Gerador CC Excitao Independente ....................................................................... 37

4.3.2. Acionamento do motor sncrono .............................................................................................. 37

4.3.3. Sincronizao do motor sncrono ............................................................................................. 38

4.3.4. Ajuste da Tenso de Armadura ............................................................................................... 38

4.3.5. Caracterstica Tenso de Armadura x Corrente de Campo ..................................................... 39

4.3.6. Aplicao de carga ao gerador CC Excitao Independente .................................................. 40

4.3.7. Esquema de ligao do experimento ....................................................................................... 40

4.3.8. Caracterstica Tenso de Terminal x Corrente de Carga ........................................................ 41

8

4.3.9. Dados da Mquina CC e Motor Sncrono ................................................................................ 41

4.4. CONCLUSO DO ENSAIO GERADOR CC LIGAO SHUNT ......................................... 42

5. REFERNCIAS ........................................................................................................................ 43

9

1. ENSAIO DE MOTOR CC LIGAO SRIE

1.1. OBJETIVO

Verificar a influncia da tenso de excitao aplicada Vt e da corrente de

campo If (e consequentemente do fluxo magntico no entreferro) na velocidade

do motor. Os enrolamentos de campo e de armadura do motor CC sero

ligados em srie.

Neste experimento, a mquina CC opera como motor, transformando a

potncia eltrica recebida na entrada (tenso e corrente) em potncia

mecnica fornecida em seu eixo (torque e velocidade). No motor CC, a

corrente de armadura flui tambm pelo enrolamento de campo. Em

consequncia, a corrente de excitao a mesma que a de armadura.

Para as bobinas do enrolamento de campo srie, utilizam-se condutores

co seco transversal suficientemente grande para conduzir uma corrente

elevada sem problemas de aquecimento. Geralmente esta bobina tem um

pequeno nmero de espiras. Como consequncia, a resistncia muito baixa,

praticamente da mesma ordem que a resistncia do circuito de armadura. A

resistncia total do motor CC srie dada pela soma das resistncias do

circuito de campo e de armadura.

1.2. MATERIAIS E MTODOS

1.2.1. Lista de Materiais

Voltmetro;

Ampermetro.

2 Fontes CC;

Tacmetro;

Mquina CC: funcionando como motor;

Mquina Sncrona: Funcionando como Gerador CA;

Reostato Trifsico de 50 .

10

1.2.2. Metodologia

1.2.2.1. Ensaio Motor CC Srie

Para verificar o comportamento do motor CC Srie, ser utilizado uma

fonte CC para alimentar os seus terminais, com os enrolamento de campo e

armadura ligados em srie. Utilizar-se- tambm uma mquina sncrona,

funcionando como gerador (carga), que possibilitar analisar as caractersticas

de sada do motor variando-se gradativamente a carga.

1.2.3. Procedimento 1: Ajuste do motor

Inicialmente, ser medido as resistncias dos enrolamentos do motor

CC. Em seguida, ser realizada a partida com tenso reduzida do motor CC a

vazio, onde variar-se- a tenso de alimentao at que a velocidade do motor

seja igual nominal (1800 RPM).

1.2.4. Procedimento 2: Torque e Velocidade de Sada

Com o motor ajustado na velocidade nominal de 1800 RPM, os

seguintes passos devem ser realizados:

Realizar o fechamento das bobinas do gerador sncrono atravs da

ligao tringulo paralelo, mostrada abaixo.

Figura 1 - Configurao do motor sncrono

11

Ajustar os trs dinammetros ao motor CC, para a medio de

conjugado do motor CC, anotando a distncia de cada dinammetro ao

centro do eixo do motor CC;

Desacoplar com cuidado o estator do motor CC para que o mesmo gire

livremente;

Por fim, dar partida no motor CC, excitando o enrolamento de campo do

gerador sncrono gradativamente at que o mesmo alcane a tenso de

linha de 220V. Para excitao deste enrolamento de campo, deve ser

utilizado uma segunda fonte CC.

1.2.5. Cuidados na execuo do ensaio.

Para a execuo de cada ensaio, foram tomados alguns cuidados:

Antes da execuo do ensaio, verificar na bancada os terminais

de alimentao;

Para cada experincia, anotar os instrumentos utilizados,

quantidade dos mesmos, nmero do patrimnio e escalas

utilizadas;

Certificar cuidadosamente dos esquemas de ligao;

Quando apropriado, aplicar lentamente a alimentao ao circuito

de ensaio.

Chamar o Professor para conferir o esquema de ligao antes de

energiz-lo.

Trabalhar com o circuito desligado, principalmente se houver

correes.

12

1.3. RESULTADOS E DISCUSSES

1.3.1. Ensaio Motor CC Ligao Srie

O enrolamento de campo do motor CC foi conectado em srie com o

enrolamento de armadura.

A lista de instrumentos, materiais e equipamentos para este ensaio

mostrado na tabela que segue.

Tabela 1 Materiais utilizados no ensaio do Motor CC Srie

TIPO QUANTIDADE GRANDEZA

MEDIDA

NMERO DE

PATRIMNIO

Multmetro 1 Tenso 312890


Multmetro 1 Corrente 2442

Tacmetro 1 RPM 312835

1.3.2. Resistncia dos Enrolamentos

Os valores das resistncias do enrolamento de campo srie (Rs), do

circuito de armadura (Ra) e a resistncia do enrolamento Shunt (Rd) foram

anotados abaixo:

1.3.3. Ajuste de Velocidade

Os valores da tenso de entrada e corrente de armadura para diferentes

velocidades do motor CC foram obtidos e anotados na tabela abaixo.

Tabela 2 - Variao de Ia e Vt conforme a velocidade

(rpm) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Ia (A) 2 2,801 2,902 2,92 2,87 2,816 2,76 2,685 2,601 2,512

Vt (V) 6,5 12,53 17,25 22,4 27,65 33,36 39,1 46,1 52,4 60,1

13

Analisando os valores da tabela anterior, nota-se que, como o motor

est sem carga, a estabilizao da velocidade ocorrer com um valor de tenso

consideravelmente menor que o nominal. Nestas condies, a nica carga

mecnica a referente s perdas no sistema motor-gerador.

1.3.4. Esquema de Conexo do Motor CC

O esquema de alimentao do motor CC apresentado a seguir,

mostrando tambm os aparelhos de medio necessrios obteno das

grandezas requisitadas.

Figura 2 - Esquema de Alimentao do Motor CC Srie

Para invertermos o sentido de rotao do motor CC, basta invertermos

as polaridades da armadura.

1.3.5. Relao entre T e Ia e entre T e

Da teoria, o conjugado eletromagntico e a tenso gerada de uma

mquina CC so respectivamente,

Combinando as duas equaes,

Dessa forma, vemos que T de certa maneira proporcional a Ia e

inversamente proporcional a .

14

1.3.6. Torque eletromagntico do motor CC

As distncias de cada dinammetro ao centro do eixo do motor CC so

mostradas abaixo.

D1 = 24,5cm D2 = 28cm D3 = 32cm

Com o enrolamento de campo do gerador sncrono sendo excitado

gradativamente, foram anotados os valores que se pedem na tabela abaixo.

Tabela 3 - Parmetros para o levantamento das curvas T x Ia e T x

V-linha

gerador 0 25 50 75 100 125 150 175 200

(rpm) 1850 1845 1843 1820 1740 1730 1687 1619 1518

Ia (A) 2,37 2,38 2,4 2,47 2,51 2,603 2,703 2,845 3,057

Va (V) 58,5 58,5 58,4 58,3 57,7 57,6 57,6 57,3 56,9

F1 (N) 1,02 1,03 1,1 1,18 1,2 1,29 1,4 1,59 1,82

F2 (N) 1,1 1,11 1,12 1,22 1,29 1,39 1,55 1,81 2,2

F3 (N) 1 1,03 1,05 1,18 1,25 1,39 1,58 1,89 2,3

T (Nm) 0,88 0,893 0,919 1,008 1,055 1,15 1,283 1,5 1,798

onde o torque eletromagntico T foi calculado por:

15

As curvas T x Ia e T x so mostradas a seguir.

Figura 3 - Curva Torque x Corrente de Armadura do motor Srie

Figura 4 - Curva Torque x Velocidade do motor Srie

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 0,5 1 1,5 2

Co

rren

te d

e A

rmad

ura

(A

)

Torque Eletromagntico (Nm)

Curva T x Ia

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 0,5 1 1,5 2

Vel

oci

dad

e

(rp

m)

Torque Eletromagntico T (Nm)

Curva T x

16

1.3.7. Dados da Mquina CC e Gerador Sncrono

Foram anotados os dados das placas dos equipamentos na tabela

abaixo.

Tabela 4 Caractersticas Nominais do Motor Sncrono e Mquina CC

Caractersticas Nominais Gerador Sncrono Mquina CC

Potncia 1kW 1,25cv

Corrente 4,1A 6A

Tenso 220V 180V

Velocidade de Rotao 1800rpm 1800rpm

1.4. CONCLUSO DO ENSAIO MOTOR CC LIGAO SRIE

Como podemos ver nos grficos anteriores, no motor srie, a aumento

de carga (aumento do torque eletromagntico) acompanhado por elevaes

da corrente e do fluxo de armadura, e do fluxo de campo do estator (desde que

o ferro no seja completamente saturado). Como o fluxo aumenta com a carga,

a velocidade deve cair para se manter o equilbrio entre a tenso aplicada e a

fora contra-eletromotriz.

De fato, as curvas apresentadas se mostram restritas a uma pequena

faixa de valores e no to exatas. Isso aconteceu devido as restries e

dificuldades encontradas na realizao da atividade em laboratrio.

17

2. ENSAIO DE MOTOR CC LIGAO COMPOSTA LONGA

COMULATIVA

2.1. OBJETIVO

Verificar a influncia da tenso de excitao aplicada Vt e da corrente de

campo If (e consequentemente do fluxo magntico no entreferro) na velocidade

do motor.

Neste experimento, a mquina CC opera como motor, transformando a

potncia eltrica recebida na entrada (tenso e corrente) em potncia

mecnica fornecida em seu eixo (torque e velocidade). Vamos avaliar o

comportamento do motor variando a tenso de entrada e a corrente de campo

para a mquina com excitao composta longa.



Voltmetro;

Ampermetro;

2 Fontes CC.

Tacmetro;

Dinammetro;

Mquina CC: funcionando como motor;

Mquina Sncrona: funcionando como Gerador CA;

Reostato de 100 .

2.2.2. Metodologia

2.2.2.1. Ensaio Motor CC com Ligao Composta Longa Derivativa

18

Para verificar o comportamento do motor CC com ligao composta

longa derivativa, ser utilizado uma fonte CC para alimentar os seus terminais,

com os enrolamento de campo (shunt) derivado do circuito de armadura.

Utilizar-se- tambm uma mquina sncrona, funcionando como gerador

(carga), que possibilitar analisar as caractersticas de sada do motor

variando-se gradativamente a carga.

2.2.1. Procedimento 1: Ajuste do Motor CC

Ser realizada a partida com tenso reduzida do motor CC em vazio

(configurao Composta Longa), onde variar-se- a tenso de alimentao at

que a velocidade do motor seja igual 1400 RPM. O reostato de 100 dever

ser ligado em srie ao campo em derivao, ajustado no seu valor mnimo.

Com o motor CC j ajustado na velocidade de 1400 RPM, variar-se- a

resistncia de Reostato de campo Shunt com o objetivo de se analisar o efeito

dessa variao.

2.2.2. Procedimento 2: Torque e Velocidade de Sada

Com o motor ajustado na velocidade 1400 RPM, devem ser realizados

os seguintes passos:

Realizar o fechamento das bobinas do gerador sncrono atravs da

ligao tringulo paralelo, como mostrada abaixo.

Figura 5 - Configurao do motor sncrono

19

Ajustar os trs dinammetros ao motor CC, para a medio de

conjugado do motor CC, anotando a distncia de cada dinammetro ao

centro do eixo do motor CC;

Desacoplar com cuidado o estator do motor CC para que o mesmo gire

livremente;

Por fim, dar partida no motor CC, excitando o enrolamento de campo do

gerador sncrono gradativamente at que o mesmo alcane a tenso de

linha de 160V. Para excitao deste enrolamento de campo, deve ser

utilizado uma segunda fonte CC.




de alimentao;



utilizadas;



de ensaio.


energiz-lo.


correes.

20


2.3.1. Ensaio Motor CC Ligao Composta Longa Comulativa

O enrolamento de campo do motor CC foi conectado em derivao longa

com o enrolamento de armadura.



Tabela 5 Materiais utilizados no ensaio do Motor CC Srie


MEDIDA

NMERO DE

PATRIMNIO





2.3.2. Ajuste de Velocidade

Os valores da tenso de entrada, corrente de armadura e corrente de

carga para diferentes velocidades do motor CC foram obtidos e anotados na

tabela abaixo.

(rpm) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400

IL (A) 0 2,12 2,01 1,83 1,606 1,39 1,31 1,38

Ia (A) 0 2,12 2,00 1,8 1,55 1,29 1,16 1,17

Vt (V) 0 13,05 20,6 31,23 47,3 71,2 101,6 134,5

21

2.3.3. Esquema de Conexo do Motor CC

Figura 6 - Esquema de Conexo do Motor CC

Com o motor CC ajustado em 1400 RPM, variou- se a resistncia do

Reostato do campo Shunt. Os valores encontrados so mostrados na tabela

abaixo.

Tabela 6 - Caractersticas do Motor para diferentes valores do Reostato

Grandezas

Resistncia do Reostato

0 50

(rpm) 1400 1440

IL (A) 1,38 1,33

Ia (A) 1,17 1,15

Vt (V) 134,5 133,7

Quando aumentamos a resistncia de Reostato do campo Shunt, a

corrente de campo ir diminuir para compensar o aumento dessa resistncia, j

a tenso de Terminal Vt ir se manter praticamente constante. Juntamente com

If, o fluxo de campo tambm ir diminuir, fazendo com que a velocidade de

rotao aumente para satisfazer a equao

22

j que Ea tambm permanece praticamente constante.

Independentemente da variao da resistncia do Reostato de campo

em derivao, a corrente Ia permanecer tambm praticamente constante,

fazendo com que IL diminua proporcionalmente a If..

Quanto a inverso do sentido de rotao do motor CC, esta se fez pela

inverso das polaridades de armadura.

2.3.4. Torque eletromagntico e Velocidade do motor CC

As distncias de cada dinammetro ao centro do eixo do motor CC so

mostradas abaixo.

D1 = 24,5cm D2 = 28cm D3 = 32cm

Com o enrolamento de campo do gerador sncrono sendo excitado

gradativamente, foram anotados os valores que se pedem na tabela abaixo.

Tabela 7 - Parmetros para o levantamento das curvas T x Ia e T x

V-linha

gerador 20 40 60 80 100 120 140 160

(rpm) 1395 1396 1390 1385 1382 1374 1360 1355

Ia (A) 0,924 0,93 0,95 0,98 1,005 1,041 1,095 1,159

Va (V) 121,6 121,3 120,8 120 119,6 118,7 117,8 117,3

F1 (N) 0,78 0,79 0,8 0,82 0,87 0,92 1 1,05

F2 (N) 0,8 0,8 0,82 0,85 0,9 0,95 1,05 1,1

F3 (N) 0,72 0,74 0,78 0,8 0,83 0,91 1,02 1,08

T (Nm) 0,646 0,66 0,675 0,695 0,73 0,783 0,865 0,911

onde o torque eletromagntico T foi calculado por:

23

As curvas T x Ia e T x so mostradas a seguir.

Figura 7 - Curva Torque x Corrente de Armadura do motor Composto

Figura 8 - Curva Torque x Velocidade do motor Composto

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Co

rren

te d

e A

rmad

ura

(A

)


Curva T x Ia

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Vel

oci

dad

e (

rpm

)


Curva T x

24



abaixo.


Caractersticas Nominais Gerador Sncrono Mquina CC

Potncia 1kW 1,25cv

Corrente 4,1A 6A

Tenso 220V 180V


2.4. CONCLUSO DO ENSAIO MOTOR CC LIGAO COMPOSTA LONGA COMULATIVA

Nos motores com ligao composta longa cumulativa, o campo em srie

ligado de forma aditiva de modo que sua FMM soma-se a do campo em

derivao. Como podemos ver nos grficos anteriores, um motor composto

aditivo tem caractersticas intermedirias entre a de um motor em srie e um

em derivao.

Novamente, as curvas apresentadas se mostram restritas a uma

pequena faixa de valores e no to exatas devido as restries e dificuldades

encontradas na realizao da atividade em laboratrio, principalmente no que

se diz respeito a medio do conjugado do motor CC.

25

3. ENSAIO GERADOR CC LIGAO SHUNT

3.1. OBJETIVO

Verificar o comportamento da sada de tenso do gerador CC Shunt a

vazio e com carga aplicada aos seus terminais, quando a corrente na carga

varia com o tempo.



Voltmetro;

Ampermetro;

Tacmetro;

Fonte 12Vcc 3,5A;

Reostatos 100 e 50;

Mquina CC, funcionando como Gerador Shunt;

Mquina Sncrona, funcionando como motor.

3.2.2. Metodologia

3.2.2.1. Ensaio Gerador Shunt

Para verificar o comportamento do gerador CC Shunt, ser utilizado uma

mquina sncrona acoplada ao eixo do gerador de corrente continua. O

enrolamento no estator do motor sncrono deve ser ligado na rede eltrica

trifsica 220V, passando por disjuntores termomagnticos de proteo.

O enrolamento estatrico do motor sncrono possui seis bobinas com

tenso nominal de 220V cada uma. Realizar-se- a conexo das bobinas na

configurao delta-paralelo.

Para o acionamento da partida do motor sncrono, antes se deve

verificar que os terminais do enrolamento de campo estejam curto-circuitados,

devido a alta tenso induzida no mesmo durante a partida.

26

3.2.3. Procedimento 1: Configurao do motor

Os terminais do motor sncrono devem ser alimentados na rede trifsica

de 220Vac. O fechamento das seis bobinas do motor ser realizado em Dela-

Paralelo, como mostra o esquema de ligao a seguir:

Figura 9 - Configurao do motor sncrono.

3.2.4. Procedimento 2: Circuito de excitao

Para o circuito de excitao do motor sncrono, utilizaremos uma fonte

de alimentao fixa de 12Vcc ligada em srie com o reostato, ajustado em 50

aproximadamente. Por meio do reostato ser controlada a corrente de

excitao do motor sncrono, tomando a precauo de no ultrapassar seu

valor nominal.

Figura 10 - Circuito de excitao do motor sncrono.

27

3.2.5. Procedimento 3: Curto-Circuito nos terminais de excitao


verificar que os terminais do enrolamento de campo, do circuito de excitao da

Figura 1, estejam curto-circuitados.

Figura 11 - Curto-circuito no circuito de excitao.

Durante a partida a alta tenso induzida inicial do rotor do motor

sncrono pode ocasionar efeitos indesejveis no equipamento, por isso a

necessidade do curto-circuito nos terminais de excitao do motor.




de alimentao;



utilizadas;



de ensaio.


energiz-lo.


correes.

28


3.3.1. Ensaio Gerador CC Ligao Shunt

O enrolamento de campo do gerador CC foi conectado em derivao

com a armadura, resultando em um gerador shunt.



Tabela 9 - Materiais utilizados no ensaio de Gerador CC Shunt


MEDIDA

NMERO DE

PATRIMNIO






Reostato 1K 1 364887

3.3.2. Acionamento do motor sncrono

Energizado o motor, aps aplicar o esquema de ligao das Figuras 1 e

3, com os terminais de excitao em curto. Observou-se o comportamento da

partida do motor at atingir o regime e retirou-se o curto-circuito aplicado aos

terminais de excitao. Mantendo a excitao de campo nulo, notou-se que a

mquina sncrona vibrava, comportamento explicado pela falta de

sincronizao da mesma.

Durante este regime de operao, foram medidas as seguintes

grandezas:

Velocidade: 1660 rpm

Corrente de linha do motor: 4,28 A

29

3.3.3. Sincronizao do motor sncrono

Utilizando a Fonte CC, aumentou-se a corrente de campo da mquina

sncrona atravs da variao do reostato ligado em srie, como mostra a

Figura 2. Este variao perdurou at que o motor entrou em sincronismo com o

campo do estator (escorregamento S nulo).

Com o motor sincronizado, mediram-se as seguintes grandezas:

Velocidade: 1800 rpm.

Corrente de linha do motor: 2,08 A.

Corrente de campo utilizada na sincronizao: 1,15 A.

3.3.4. Tenso de Armadura antes da ligao Shunt

Com o motor em funcionamento, devidamente acoplado ao gerador CC,

medimos a tenso na armadura do gerador sem aplicar nenhum mtodo de

excitao dos enrolamentos de campo:

Tenso de sada medida: 10,26V.

3.3.5. Tenso de Armadura antes da ligao Shunt

Com o motor em funcionamento, aplicamos mtodo de excitao dos

enrolamentos de campo Shunt. Com o gerador shunt sem carga, medimos a

tenso e corrente de armadura a vazio:

Tenso de sada medida: 172,2V.

Corrente de armadura medida: 0,281A.

3.3.6. Discusso aps a ligao shunt.

Com o gerador na configurao shunt e sem carga, observamos que a

tenso gerada na armadura elevou-se quase at a tenso nominal do gerador.

Excitando o enrolamento de campo, aumentamos o fluxo por plo no entreferro

30

sobre o eixo direto, com isso aumentamos a tenso gerada. Isso mantendo a

velocidade nominal no eixo do gerador.

No entanto, os geradores shunt so capazes de se auto-excitar em

condies apropriadas de operao. Neste caso a tenso gerada ira se elevar

espontaneamente, caracterizando o escorvamento do gerador shunt. Essa

elevao na tenso foi iniciada pela presena de um magnetismo residual na

estrutura do campo, atingindo um valor que determinado pela saturao

magntica. Por mais que aumentssemos a corrente de excitao, a tenso

gerada no aumentaria mais do que seu valor nominal.

3.3.7. Discusso sobre a velocidade do motor sncrono.

A velocidade do motor sncrono manteve-se constante aps aplicar o

mtodo shunt de excitao do enrolamento de campo no gerador acoplado ao

eixo do motor. O motor sncrono um motor de velocidade constante, e

operava em condio de carga praticamente a vazio, pois o gerador no

possua carga, logo a velocidade deve permanecer constante.

3.3.8. Aplicao de carga ao gerador CC Shunt

Aplicou-se uma carga varivel nos terminais de sada do gerador CC

Shunt, por meio de um reostato de 1k. O esquema do circuito pode ser

verificado na Figura 4. A variao da carga tambm varia a corrente de

armadura, tomando-se o cuidado de no ultrapassar seu valor nominal.

3.3.9. Valores obtidos com a variao da carga no gerador CC Shunt

Variando o reostato, aplicado como carga ao gerador, anotou-se os

valores de corrente de carga IL, corrente de armadura IA e tenso de terminal

VT do gerador CC Shunt. Os valores podem ser vistos na tabela a seguir:

Verificar que foi medido corrente de campo e no de armadura

31

Tabela 10 Variao da carga do Gerador CC Shunt

IA (A) IL (A) VT (V)

0,253 0,163 165,2

0,252 0,169 165,2

0,252 0,177 165,1

0,252 0,189 164,8

0,251 0,200 164,7

0,251 0,213 164,6

0,251 0,231 164,4

0,250 0,251 164,2

0,249 0,276 163,9

0,249 0,288 163,8

0,249 0,315 163,4

0,248 0,355 162,9

0,247 0,406 162,4

0,245 0,466 161,8

0,243 0,570 160,6

0,239 0,709 157,1

0,236 0,871 155,2

0,188 1,010 124,8

3.3.10. Esquema de ligao do experimento

O esquema utilizado para analisar as caractersticas do gerador CC

Shunt pode ser vista a seguir:

Figura 12 Circuito do Gerador CC Shunt.

32

3.3.11. Caracterstica Tenso de Terminal x Corrente de Carga

Com os dados da Tabela 1, construmos o grfico VT x IL do gerador

Shunt:

Figura 13 - Grfico VT x IL do Gerador CC Shunt



abaixo.


Caractersticas Nominais Motor Sncrono Mquina CC

Potncia 1kW 1,25cv

Corrente 4,1A 6A

Tenso 220V 180V


Caracterstica Tenso x Corrente

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Corrente de Carga

Ten

so

de T

erm

inal

.

33

3.4. CONCLUSO DO ENSAIO GERADOR CC LIGAO SHUNT

O ensaio de gerador shunt mostra um dos mtodos de excitao dos

enrolamentos de campo de um gerador auto-excitado. Assim como a presena

de um magnetismo residual no ferro da mquina para que o processo de auto-

excitao possa iniciar.

Experimentalmente mostrou-se que geradores em derivao apresentam

um decaimento da tenso gerada com o aumento da carga. Em este tipo de

geradores, a excitao do campo em derivao depende da tenso de terminal.

Quando se aplicou a carga de 122,8, a mquina sncrona perdeu o

sincronismo.

34

4. ENSAIO GERADOR CC EXCITAO INDEPENDENTE

4.1. OBJETIVO

Verificar o comportamento da sada de tenso do gerador CC Excitao

Independente com carga aplicada aos seus terminais, quando a corrente na

carga varia no tempo.



Voltmetro;

Ampermetro;

Tacmetro;

Fonte 12Vcc 3,5A;

Reostatos 100 e 50;

Mquina CC, funcionando como Gerador Shunt;

Mquina Sncrona, funcionando como motor.

4.2.2. Metodologia

4.2.2.1. Ensaio Gerador Excitao Independente

Para verificar o comportamento do gerador CC Excitao Independente,

ser utilizada uma mquina sncrona acoplada ao eixo do gerador de corrente

continua. O enrolamento no estator do motor sncrono deve ser ligado na rede

eltrica trifsica 220V, passando por disjuntores termomagnticos de proteo.

O enrolamento estatrico do motor sncrono possui seis bobinas com

tenso nominal de 220V cada uma. Realizar-se- a conexo das bobinas na

configurao delta-paralelo.

35


verificar que os terminais do enrolamento de campo estejam curto-circuitados,

devido a alta tenso induzida no mesmo durante a partida.

4.2.3. Procedimento 1: Configurao do motor

Os terminais do motor sncrono devem ser alimentados na rede trifsica

de 220Vac. O fechamento das seis bobinas do motor ser realizado em Dela-

Paralelo, como mostra o esquema de ligao a seguir:

Figura 14 - Configurao do motor sncrono.

4.2.4. Procedimento 2: Circuito de excitao

Para o circuito de excitao do motor sncrono, utilizaremos uma fonte

de alimentao fixa de 12Vcc ligada em srie com o reostato, ajustado em 50

aproximadamente. Por meio do reostato ser controlada a corrente de

excitao do motor sncrono, tomando a precauo de no ultrapassar seu

valor nominal.

Figura 15 - Circuito de excitao do motor sncrono.

36

4.2.5. Procedimento 3: Curto-Circuito nos terminais de excitao


verificar que os terminais do enrolamento de campo, do circuito de excitao da

Figura 1, estejam curto-circuitados.

Figura 16 - Curto-circuito no circuito de excitao.

Durante a partida a alta tenso induzida inicial do rotor do motor

sncrono pode ocasionar efeitos indesejveis no equipamento, por isso a

necessidade do curto-circuito nos terminais de excitao do motor.




de alimentao;



utilizadas;



de ensaio.


energiz-lo.


correes.

37


4.3.1. Ensaio Gerador CC Excitao Independente

O enrolamento de campo do gerador CC foi conectado a uma fonte CC

varivel independente, resultando em um gerador de excitao independente.



Tabela 12 - Materiais utilizados no ensaio de Gerador CC Shunt


MEDIDA

NMERO DE

PATRIMNIO






Reostato 1K 1 364887

4.3.2. Acionamento do motor sncrono

Energizado o motor, aps aplicar o esquema de ligao das Figuras 1 e

3, com os terminais de excitao em curto. Observou-se o comportamento da

partida do motor at atingir o regime e retirou-se o curto-circuito aplicado aos

terminais de excitao. Mantendo a excitao de campo nulo, notou-se que a

mquina sncrona vibrava, comportamento explicado pela falta de

sincronizao da mesma.

Durante este regime de operao, foram medidas as seguintes

grandezas:

Velocidade: 1664 rpm

Corrente de linha do motor: 4,19 A

38

4.3.3. Sincronizao do motor sncrono

Utilizando a Fonte CC, aumentou-se a corrente de campo da mquina

sncrona atravs da variao do reostato ligado em srie com o enrolamento de

excitao, como mostra a Figura 2. Este variao perdurou at que o motor

entrou em sincronismo com o campo do estator (escorregamento S nulo).

Com o motor sincronizado, mediram-se as seguintes grandezas:

Velocidade: 1800 rpm.

Corrente de linha do motor: 2,64 A.

Corrente de campo utilizada na sincronizao: 1,20 A.

4.3.4. Ajuste da Tenso de Armadura

Com o motor sncrono em funcionamento, devidamente acoplado ao

gerador CC, ajustamos a tenso na armadura do gerador sem aplicar nenhuma

carga. Para isso variamos a excitao do gerador, por meio da variao da

fonte CC independente conectada aos enrolamentos de campo.

O ajuste realizou-se de tal forma que a tenso de armadura VA atingiu

140V, por meio da elevao gradativa da tenso de excitao do campo,

registrando uma escala de corrente IF para cada valor de tenso de sada. A

seguir, diminumos a tenso de excitao para uma dada corrente excitao IF.

Os resultados obtidos podem ser apreciados na Tabela a seguir.

39

Tabela 13 Ajuste da tenso de sada do Gerador CC Excitao Independente

Corrente de campo de

Excitao IF (A)

Tenso de Armadura VA (V) Tenso de Armadura VA (V)

0 10,00 10,78

0,018 20,37 26,29

0,037 33,25 42,00

0,054 45,60 56,70

0,070 58,20 69,90

0,089 73,70 84,80

0,110 90,20 100,20

0,126 102,30 110,50

0,141 112,70 119,60

0,158 123,80 128,70

0,177 134,70 136,70

0,188 140,10 ---

4.3.5. Caracterstica Tenso de Armadura x Corrente de Campo

Com os dados da Tabela 5, construmos o grfico VA x IF do gerador CC

excitao independente comparando o ciclo de elevao e reduo da tenso

gerada sem carga:

Figura 17 Grfico VA x IF do Gerador CC Excitao Independente

Caracterstica Va x If

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 0,05 0,1 0,15 0,2

Corrente de Campo

Ten

so

de A

rmad

ura

.

Elevao

Reduo

40

4.3.6. Aplicao de carga ao gerador CC Excitao Independente

Aplicou-se uma carga varivel nos terminais de sada do gerador CC

excitao independente, por meio de um reostato de 1k. O esquema do

circuito pode ser verificado na Figura 10. A variao da carga tambm varia a

corrente de armadura, tomando-se o cuidado de no ultrapassar seu valor

nominal.

4.3.7. Esquema de ligao do experimento

O esquema utilizado para analisar as caractersticas do gerador CC

Shunt pode ser vista a seguir:

Figura 18 Circuito do Gerador CC Shunt.

41

4.3.8. Caracterstica Tenso de Terminal x Corrente de Carga

Com os dados da Tabela 1, construmos o grfico VT x IL do gerador

Shunt:

Figura 19 - Grfico VT x IL do Gerador CC Shunt

4.3.9. Dados da Mquina CC e Motor Sncrono


abaixo.


Caractersticas Nominais Motor Sncrono Mquina CC

Potncia 1kW 1,25cv

Corrente 4,1A 6A

Tenso 220V 180V

RPM 1800rpm 1800rpm

Caracterstica Tenso x Corrente

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Corrente de Carga

Ten

so

de T

erm

inal

.

42

4.4. CONCLUSO DO ENSAIO GERADOR CC LIGAO SHUNT

O ensaio de gerador shunt mostra um dos mtodos de excitao dos

enrolamentos de campo de um gerador auto-excitado. Assim como a presena

de um magnetismo residual no ferro da mquina para que o processo de auto-

excitao possa iniciar.

Experimentalmente mostrou-se que geradores em derivao apresentam

um decaimento da tenso gerada com o aumento da carga. Em este tipo de

geradores, a excitao do campo em derivao depende da tenso de terminal.

Quando se aplicou a carga de 122,8, a mquina sncrona perdeu o

sincronismo.

43

5. REFERNCIAS

FITZGERALD, A. E.; KINGSLEY, Charles; UMANS, Stephen D. Mquinas

Eltricas - 6. ed. / 2006: Com introduo eletrnica de potncia. 6. ed. Porto

Alegre: Bookman, 2006. xiii, 648 p.

relatório final máquinas elétricas 2

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