Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” Faculdade

Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”
Faculdade de Engenharia – Campus de Ilha Solteira
Departamento de Engenharia Elétrica
ELE1101 – Máquinas Elétricas II
MÉTODOS DA REDUÇÃO DE CORRENTE DE PARTIDA
PARA OS MIT E MIM.
Número
200525301
200511091
200324510
200611231
Nome
Rafael Favaro Quadrado
Marcos Vinicius Bertoncini
Mário H. R. Bonfim
Vinicius S. R. Silva
Turma 02
Prof. Dr. Francisco C. V. Malange
Ilha Solteira, 30 de Novembro de 2010
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1 – Objetivos
 Partir um motor de indução trifásico, a vazio, usando diferentes métodos e
observar para cada caso o que ocorre com a corrente de partida;
 Verificar o funcionamento do motor de indução monofásico (MIM).
2 – Materiais Utilizados
 MIT de 6 pontas;
 MIM com capacitor permanente;
 Amperímetro;
 Voltímetro;
 Fonte AC variável - 0 a 240V;
 Cabos para ligações;
 Chave Estrela/Triângulo;
 Chave Reversora;
 Chave Compensadora;
 Bancada de Didática de Controle de Máquinas.
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3 – Introdução Teórica
3.1 – Métodos de Partida do MIT
Ao adquirir um grupo gerador, muitos clientes relatam ao vendedor as suas
necessidades, em termos de capacidade instalada e potência necessária, em função de
máquinas, equipamentos e iluminação, recebendo então, a indicação de um determinado
modelo, que no entendimento do vendedor, tem capacidade suficiente para suprir as
necessidades da instalação. Na maioria dos casos, a questão relacionada com a partida
dos motores elétricos é aventada, mas não tratada com as considerações técnicas
requeridas.
Como se sabe, os motores elétricos, ao serem ligados, instantaneamente,
permitem que um grande fluxo de corrente elétrica circule através dos seus
enrolamentos. Isso ocorre porque, estando parado, não há força contra-eletromotriz que
se oponha ao fluxo de corrente. Ao iniciar as primeiras revoluções, com o surgimento da
força contraeletromotriz, o fluxo de corrente diminui e se estabiliza no seu valor
nominal. O valor máximo instantâneo da corrente solicitada durante a partida varia em
função do tipo de construção do motor e proporcionalmente a sua potência.
Para o dimensionamento do Grupo Gerador adequado a cada situação, a
consideração dos motores elétricos existentes a serem acionados é de fundamental
importância, pois diversos problemas podem resultar do uso de um Grupo Gerador subdimensionado, com implicações no funcionamento de outros componentes elétricos e
eletrônicos também alimentados pelo mesmo Grupo Gerador.
É comum encontrarmos motores com corrente de partida igual a 7 ou 8 vezes a
corrente nominal. Porém, para os motores de produção seriada, normalmente encontrada
no mercado, a corrente de partida situa-se entre 5,5 e 7,00 vezes a corrente nominal. (5,5
x IN < IP < 7,00 x IN).
São três os métodos de partida mais utilizados no acionamento de motores elétricos de
indução:
1) - Partida direta;
2) - Com chave estrela-triângulo e
3) - Com chave compensadora.
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3.2 – Métodos de Partida do MIM
3.2.1 - Motor de Fase Dividida
Possui um enrolamento auxiliar espacialmente defasado de 90° em relação ao
enrolamento principal. Quando é atingida uma determinada rotação, este enrolamento
auxiliar é desconectado do circuito do motor por intermédio de uma chave centrífuga. Já
que é dimensionado para atuar somente durante a partida, se não for desconectado
acabará por queimar.
Na prática, o ângulo de defasagem entre os campos nos dois enrolamentos
(principal e auxiliar) é bem menor que 90° o que resulta em conjugado de partida igual
ou pouco superior ao nominal. Por isso esse tipo de motor é usado para cargas de
pequena potência e conjugados de partida moderados (por exemplo: ventiladores,
exaustores, bombas centrífugas, etc.).
Figura 3.1: Circuito equivalente e característica conjugado x velocidade de um motor de fase dividida.
3.2.2 - Motor de Capacitor de Partida
O que diferencia este motor do de fase dividida é a inclusão de um capacitor em
série com a fase auxiliar, o que permite a obtenção de ângulos de defasagem bem
maiores e, consequentemente, conjugados de partida bem mais elevados (entre 200 e
350% do conjugado nominal).
O circuito do enrolamento auxiliar também é desligado através de chave
centrífuga quando o motor atinge entre 75 e 80% da rotação síncrona. É fabricado na
faixa de potências de 1/4 a 15 cv e é usado numa grande variedade de aplicações.
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Figura 3.2: Circuito equivalente e característica conjugado x velocidade de um motor de capacitor de
partida.
3.2.3 - Motor de Capacitor Permanente
Neste tipo de motor, o enrolamento auxiliar e seu capacitor em série ficam
permanentemente conectados, não sendo necessária a chave centrífuga. Isto é bom
porquê a ausência de partes móveis facilita a manutenção.
O conjugado máximo, o rendimento e o fator de potência desses motores são
melhores que os de outros tipos, aproximando-se aos valores obtidos em motores
trifásicos.
Em contrapartida, seu conjugado de partida é menor que o dos motores de fase
dividida (entre 50% e 100% do conjugado nominal), limitando sua utilização a
equipamentos como pequenas serras, furadeiras, condicionadores de ar e máquinas de
escritório. São fabricados normalmente para potências entre 1/5 a 1,5 cv.
Figura 3.3: Circuito equivalente e característica conjugado x velocidade de um motor de capacitor
permanente.
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3.2.4 - Motor com Dois Capacitores
É uma "mistura" dos 2 anteriores: possui um capacitor de partida, desligado
através de chave centrífuga quando o motor atinge cerca de 80% de sua rotação
síncrona, e um outro que se encontra permanente mente ligado. Com isso, possui todas
as vantagens daqueles motores: alto conjugado de partida, alta eficiência e fator de
potência elevado. No entanto seu custo é elevado e só é fabricado para potências
superiores a 1 cv.
Figura 3.4: Circuito equivalente e característica conjugado x velocidade de um motor de 2 capacitores.
3.2.5 - Motor de Campo Distorcido
Também chamado de motor de polos sombreados, este motor consegue criar um
campo girante através de modificações feitas em seus polos, o que pode ser feito de
várias maneiras, caracterizando 3 tipos de motores:
· polos salientes
· "esqueleto"
· de enrolamentos distribuídos
Um dos mais comuns é o de polos salientes (figura abaixo), onde uma parte da
cada polo (entre 25% e 35%) é abraçada por uma espira de cobre em curto-circuito. O
fluxo magnético produzido nesta espira fica atrasado em relação ao fluxo da parte não
abraçada pela mesma, resultando num campo girante que sempre se move na direção da
parte não abraçada para a parte abraçada do polo.
Estes motores apresentam um único sentido de rotação. A maneira mais prática
de obter-se rotação no sentido oposto é mudar a posição da ponta do eixo em relação ao
estator; outros métodos são possíveis, porém muito onerosos.
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Devido ao seu método de partida, é o motor mais simples, confiável e
econômico. Porém, seu conjugado de partida é bastante baixo (15% a 50% do Cnom) e
apresenta fator de potência e rendimento baixos. Por este motivo é fabricado para
pequenas potências (tipicamente de alguns milésimos de cv até 1/4 cv), podendo ser
usado em processos de movimentação de ar (ventiladores, exaustores, secadores de
roupa e de cabelo), pequenas bombas, compressores, projetores de slides, toca-discos e
outros eletrodomésticos.
Figura 3.5: Circuito equivalente e característica conjugado x velocidade de um motor de campos
distorcido com polos salientes.
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4 – Procedimentos Experimentais e Resultados Obtidos
4.1 – Métodos de Partida (MIT)
4.1.1 – Partida Direta
Inicialmente foram anotados os dados de placa do MIT de 6 pontas utilizado no
experimento.
Tabela 4.1: Dados de placa do MIT de 6 pontas.
Dados de Placa MIT 6 pontas
Gaiola de Esquilo
Fases: Trifásico
60Hz
Fp=0.7
Tensão 220/380 V
Potência Nominal 0.12kW (0.16 cv)
In 0.774/0.448 A
Velocidade de Rotação 3380 rpm
Em seguida, partiu-se o motor na configuração delta nas seguintes condições da
tabela 4.2, verificando um sentido de giro do horário do rotor.
Tabela 4.2: Dados do funcionamento do MIT em partida direta.
In (A)
IP (A)
IO (A)
ωR (rpm)
(Corrente nominal)
(Corrente partida)
(Corrente a vazio)
(rotação)
220
0,774
1,5
0,62
3575
180
0,774
1,4
0,46
3565
160
0,774
1,35
0,40
3562
V (Volts)
Neste caso, observou que quanto menor a tensão de alimentação direta menor a
corrente de partida. No entanto, o nível de tensão deve ser tal que não permita que os
contatos do contator ricocheteiem, ou seja, não intertrave.
4.1.2 – Partida Direta com Reversão de Velocidade
Utilizando da montagem do item anterior e com tensão nominal de alimentação
(Vlinha= 220 V), inverteu-se uma das fases de alimentação para mudar o sentido de giro
do rotor (anti-horário) e verificar o comportamento do motor, como mostra a tabela 4.3.
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Tabela 4.3: Dados medidos a plena carga com inversão de velocidade.
In (A)
IP (A)
IO (A)
(Corrente
nominal)
(Corrente
partida)
(Corrente a
vazio)
(rotação)
Sentido de
ωR
220
0,774
1,5
0,62
3572
Anti-horário
220
0,774
1,55
0,58
3568
Horário
V (Volts)
ωR (rpm)
Através da tabela acima se observou que a reversão do sentido de giro não muda
o comportamento elétrico do motor na partida e em regime permanente. Com Reversão
direta a corrente de partida chegou a 2,5A na partida.
4.1.3 – Partida com Chave Automática ESTRELA/TRIANGULO
Inicialmente foram anotados os dados de placa do MIT de 6 pontas montado
com partida em Y/Δ, de acordo com a tabela 4.4.
Tabela 4.4: Dados de placa do MIT de 6 pontas com partida Y/Δ.
Dados de Placa MIT 6 pontas
Motor Trifásico 60 Hz
Isolação B
Tensão 220/380 V
1730 rpm
In 6.5/3.8 A
F.S. 1.2
Em seguida, partiu-se o MIT ajustando o relé de tempo e observou-se o ocorrido
com as correntes de partida e comutação (valores de linha), como mostra a tabela 4.5.
Tabela 4.5: Dados medidos.
In (A)
IP (A)
ICOM (A)
(Ajuste relé)
(Corrente
nominal)
(Corrente
partida)
(Corrente de
comutação)
(Corr. a vazio)
5
6,5
9,5
4,5
2,3
3
6,5
9,5
4,5
2,3
t (s)
-9-
IO (A) em Δ
6,5
1
9,5
4,0
2,3
Neste caso, observou-se que quanto menor o tempo de comutação maior a
corrente de comutação. Sendo a tensão de fase antes da comutação VY=135V e depois
VΔ=225V.
4.1.4 – Partida com Chave Compensadora
Inicialmente foram anotados os dados de placa do MIT de 6 pontas montado
com chave compensadora, de acordo com a tabela 4.6.
Tabela 4.6: Dados de placa do MIT de 6 pontas.
Dados de Placa MIT 6 pontas
Gaiola de Esquilo
Fases: Trifásico
Tensão 220/380 V
60Hz
2 cv
In 7.6/4.4 A
FS 1.15
Classe B
Velocidade de Rotação 1150 rpm
Em seguida, realizou a partida do MIT em Δ para cada tap e verificou-se o
comportamento da corrente de partida, conforme tabela 4.7.
Tabela 4.7: Dados medidos.
TAP
autotrafo
(%)
Tensão de
Linha
50
In (A)
IP (A)
IO (A) em Δ
(Corrente nom.)
(Corrente
partida)
(Corr. a vazio)
111
7,6
16,0
5
65
145
7,6
18,5
5
80
180
7,6
20,0
5
(Motor)
Observou-se através da tabela 3.7 que a corrente de partida foi reduzida
proporcionalmente à redução de tensão, ou seja, ao ajuste de tap.
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4.2 – Reconhecimento do MIM
Inicialmente foram anotados os dados de placa do MIM, conforme a tabela 4.8.
Tabela 4.8: Dados de placa do MIM.
Dados de Placa MIM (0.5 cv)
Monofásico 60 Hz
Categoria B
Tensão 110/220 V
3450 rpm
6
1
In 9.0/4.5 A
220 V
110 V
5
F.S. 1.35
2
3
L1
6
5
4
L2
1
2
3
4
L2
L1
Através do multímetro digital identificou-se os terminais do MIM, onde:
 1 – 3: bobina (2 Ω);
 2 – 4: bobina (1,9 Ω);
 5 – 6: Circuito auxiliar (∞ Ω)
Devido ao capacitor no circuito auxiliar R=∞.
Em seguida, executou-se as configurações 110V e 220V segundo a placa de
identificação e obteve-se os seguintes resultados:
Tabela 4.9: Resultados ensaio MIM.
V (V)
In (A)
IP (A)
IO (A)
ωR (rpm)
V[1-3]
V[2-4]
V[1-4]
110
9,0
30
7,4
3592
126,2
126,2
126,2
220
4,5
15
2,9
3594
110
110
221
Para inverter a velocidade do MIM, inverteu-se o sentido da corrente do
enrolamento principal ou do auxiliar. Neste caso, inverteu-se o sentido da corrente do
circuito auxiliar trocando 5 por 6 e verificou-se a inversão de giro do rotor. A seguir a
figura 4.1 mostra a chave faca para inversão de giro, sendo que o motor só inverte se
primeiramente for parado, para 110V ou 220V.
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Fig 4.1: Chave faca para inversão de giro.
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5 – Discussões e Conclusões
Para a primeira parte do experimento foi montado a seguinte tabela:
Motor I
Tabela 5.1: Comparativo entre os métodos analisados em laboratório.
Métodos
In = 0,774 A
Vn = 220 Volts
Ip (%)
V (%)
V = 220 Volts
193,80
100,00
V = 180 Volts
180,88
81,82
V = 160 Volts
174,42
72,73
323,00
100,00
Partida a plena tensão (direta)
Partida a plena tensão com reversão de velocidade
Motor II
Tabela 5.2: Comparativo entre os métodos analisados em laboratório.
In = 6,5 A
Vn = 220 V
Métodos
Ip (%)
V (%)
146,15
57,73
Partida com chave automática ESTRELA/TRIÂNGUO
Tempo = 3 seg., Tempo = 5 seg., Tempo = 10 seg.
Motor III
Tabela 5.3: Comparativo entre os métodos analisados em laboratório.
In = 7,6 A
Vn = 220 V
Métodos
Ip (%)
V (V)
Tap = 80%
263,16
180
Tap = 65%
243,42
145
Tap = 50%
210,53
111
Partida com chave compensadora
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Ambos os métodos utilizam redução de tensão como método de redução de
corrente de partida.
Concluímos pelas tabelas que o melhor método de partida é a chave
estrela/triângulo, apesar de mais caro, é o que mais reduz a corrente de partida, o que
pode ocasionar numa redução no dimensionamento das instalações elétricas e proteções,
bem como todos os componentes elétricos envolvidos num motor, porém também reduz
em 1/3 o torque de partida, portanto pode não ser eficiente em alguns casos. No caso de
motores de pequeno porte não há a necessidade de uma chave como a estrela/triângulo,
pode-se partir direto, o compensador de tap, demonstrou pelos ensaios, que não tem um
resultado tão satisfatório considerando o alto custo desse tipo de transformador.
Na segunda parte do experimento, observamos um método de partida do MIM,
que é o de capacitor de partida. Tal método utiliza um capacitor devidamente
dimensionado para defasar a corrente do enrolamento auxiliar, logo após atingir a
velocidade nominal a chave centrífuga abre o circuito do enrolamento auxiliar. Há
outros métodos, como o Método da Fase Separada, que o enrolamento principal é
montado no fundo da ranhura com condutores grossos, fazendo este ter reatância maior,
o enrolamento auxiliar montado com condutores finos e no topo da ranhura, fazendo
com que a reatância dele seja menor. Nesta configuração há a presença da chave
centrifuga, pois após a partida se o enrolamento auxiliar não for desconectado,
consumirá muita potência por ser de fio fino, e ter resistência elevada. Outro método é
do capacitor permanente, neste método não há necessidade de chave centrífuga pois o
enrolamento auxiliar não será desconectado do circuito. Há o método dos dois
capacitores, que é uma mistura do método do capacitor de partida e do capacitor
permanente, neste caso haverá os dois capacitores, no entanto o capacitor de partida será
desconectado do circuito através da chave centrifuga, o permanente continuará
conectado com o enrolamento principal e à rede. O ultimo método é o de polo
sombreado onde uma parte da cada polo (entre 25% e 35%) é abraçada por uma espira
de cobre em curto-circuito. O fluxo magnético produzido nesta espira fica atrasado em
relação ao fluxo da parte não abraçada pela mesma, resultando num campo girante que
sempre se move na direção da parte não abraçada para a parte abraçada do polo.
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