EEE-462 Guia do Aluno de Lab de Maquinas Juan

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
ESCOLA POLITÉCNICA – Departamento de Engenharia Elétrica
EEE462 – LABORATÓRIO DE MÁQUINAS
ELÉTRICAS
GUIA DO ALUNO
(Edição 2 – Setembro 2013)
Revisado por:
Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.
Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.
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ESCOLA POLITÉCNICA – Departamento de Engenharia Elétrica
EEE462 – LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS
AULA PRÁTICA 1: GERADOR DE CORRENTE CONTÍNUA
1. OBJETIVOS
1.1. Levantar a curva de magnetização do Gerador CC com excitação independente.
1.2. Levantar a característica terminal do Gerador CC para vários tipos de excitação.
1.3. Analisar a eficiência e a regulação de tensão do Gerador CC com carga variável
para vários tipos de excitação.
2. TRABALHO PRÉPARATÓRIO
Responda as seguintes questões:
2.1. Em que se baseia a auto-excitação?
2.2. Que causas podem impedir o processo de auto-excitação?
2.3. O que significa escorvamento?
2.4. Quais são as condições necessárias para a geração de tensão no gerador CC
shunt a vazio?
2.5. Por que o gerador CC shunt é protegido contra curto-circuito?
2.6. O que evita o aumento indefinido da tensão terminal do gerador CC série com
carga?
2.7. Por que o gerador CC série não se auto-excita sem carga?
2.8. O que significa regulação de tensão positiva, negativa e nula?
3. EXECUÇÃO DO ENSAIO
3.1. CONEXÃO DO GERADOR CC:
3.1.1. Identificar os terminais dos enrolamentos da máquina CC:
•
Armadura
•
Interpólo(s)
•
Campo
•
Série
3.1.2. Realizar a conexão da Máquina CC conforme a figura 1.
Motor
Síncrono
+
125 VCC
Circuito de Campo MS
+
-
+
125 VCC
Circuito de Campo GCC
Figura 1 – Gerador CC com excitação Independente
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3.2. PARTIDA DO GRUPO MOTOR SINCRONO – GERADOR CC
3.2.1. Energize o circuito de campo conforme instruções do professor.
3.2.2. Ajuste o reostato de campo para obter uma corrente de 8 A
aproximadamente. Com o reostato ajustado nesse valor abra o circuito de
campo.
3.2.3. Feche o circuito da armadura para partir o motor e após alguns segundos
feche o circuito de campo para que a máquina alcance a velocidade síncrona.
3.3. CARACTERÍSTICA A VAZIO DO GERADOR CC
3.3.1. Realizar a conexão da Máquina CC conforme a figura 1, mas sem carga.
3.3.2. Partir o grupo Motor Síncrono – Gerador CC (MS-GCC) conforme 3.2
3.3.3. Registrar a tensão existente nos terminais da armadura do GCC (tensão
residual)
3.3.4. Ligar o circuito de campo do GCC, previamente ajustado com máxima
resistência de campo (mínima corrente de excitação)
3.3.5. Registrar na Tabela 1, vários valores de corrente de excitação aumentando o
seu valor através da variação do reostato de campo, para o levantamento da
curva ascendente de magnetização.
3.3.6. Registrar vários valores de corrente de excitação para o levantamento da
curva descendente de magnetização diminuindo a corrente de excitação
através do reostato de campo.
3.3.7. Parar o grupo MS-GCC.
Tabela 1 – Curva de Magnetização do Gerador CC
Curva de magnetização ascendente
If (A)
VL (V)
Curva de magnetização descendente
If (A)
VL (V)
3.4. CARACTERÍSTICA COM CARGA DO GERADOR CC
3.4.1. Gerador CC com excitação Independente:
•
•
•
•
•
•
Realizar a conexão da Máquina CC conforme a figura 1.
Partir o grupo MS-GCC conforme 3.2.
Conectar o circuito de excitação com o mínimo valor de corrente de campo e
aumentar a corrente de campo até obter tensão e corrente nominal.
Com o reostato de campo fixo neste ponto aumentar o reostato de carga até
abrir o circuito de carga.
A partir deste ponto, variar a corrente de carga de zero até a corrente nominal.
Anotar os valores de tensão e corrente na tabela 2.
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•
Medir a Resistência da Armadura com a máquina ainda quente.
Tabela 2 – Característica terminal do Gerador CC com excitação independente
IL (A)
VL (V)
(a) Conexão em Derivação
(b) Conexão Composta
Figura 2 – Conexões do Gerador CC
3.4.2. Gerador CC com excitação em Derivação (Shunt)
•
•
•
•
•
•
•
•
Realizar a conexão da Máquina CC conforme a figura 2.a.
Partir o grupo MS-GCC conforme 3.2.
Conectar o circuito de excitação com o mínimo valor de corrente de campo.
Aumentar a corrente de campo e observar a ocorrência do escorvamento.
Conecte a carga e varie a corrente de campo até obter tensão e corrente
nominais.
Com o reostato de campo fixo neste ponto abrir o circuito de carga.
A partir deste ponto, variar a corrente de carga de zero até a corrente nominal.
Anotar os valores de tensão e corrente na tabela 3.
Tabela 3 – Característica terminal do Gerador CC em Derivação
IL (A)
VL (V)
3.4.3. Gerador CC com excitação Composta
•
•
•
•
•
•
Realizar a conexão da Máquina CC conforme a figura 2.b. Observe a polaridade
da bobina série.
Partir o grupo MS-GCC conforme 3.2.
Conectar o circuito de excitação com o mínimo valor de corrente de campo.
Aumentar a corrente de campo até obter tensão nominal.
Conecte a carga e varie a corrente até obter corrente nominal. Anote os valores
de tensão e corrente de carga na tabela 4.
Caso não consiga obter a corrente nominal, varie o reóstato de campo até obter
o valor nominal.
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•
•
•
Com o reostato de campo fixo neste ponto abrir o circuito de carga e variar a
corrente de carga de zero até a corrente nominal.
Anotar os valores de tensão e corrente na tabela 5.
Repita o procedimento descrito anteriormente, mas mudando a polaridade da
bobina série. Preencha novamente os dados nas tabelas 6 e 7
Tabela 4 – Característica terminal do Gerador CC composto (Polaridade 1).
IL (A)
VL (V)
Tabela 5 – Característica terminal do Gerador CC composto (Polaridade 1).
IL (A)
VL (V)
Tabela 6 – Característica terminal do Gerador CC composto (Polaridade 2).
IL (A)
VL (V)
Tabela 7 – Característica terminal do Gerador CC composto (Polaridade 2).
IL (A)
VL (V)
4. RELATÓRIO
4.1. Traçar as curvas de magnetização ascendente e descendente, observando o
magnetismo residual.
4.2. Traçar as curvas características tensão vs corrente de carga, para as diferentes
formas de excitação com os valores das tabelas 2 a 7.
4.3. Compare as curvas teóricas com as obtidas no Laboratório. Comente as diferenças
4.4. Com os valores das tabelas 2 a 7 calcular a regulação de tensão e traçar as curvas
regulação de tensão vs carga para cada tipo de excitação.
4.5. Conclua qual tipo de excitação apresentou a melhor regulação de tensão.
5. BIBLIOGRAFIA
5.1. STEPHEN J. CHAPMAN. “Máquinas Eléctricas”. 1ra Ed. Mc Graw Hill, México
1988.
5.2. FITZGERALD A. E., KINSLEY C., UMANS S. D. “Máquinas Eléctricas” 2da Ed. Em
espanhol McGraw Hill, México 1992.
5.3. M. MOURA SEVERINO, J. OLIVIERA DA SILVA. “Guia do Aluno do Laboratório de
Conversão de Energia”. 2ª Ed. 1997. Universidade de Brasília, Faculdade de
Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica.
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AULA PRÁTICA 2: MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA
1. OBJETIVOS
1.1. Levantar a curva característica do Motor de Corrente Contínua em Excitação
Independente.
1.2. Calcular a eficiência da conversão eletromecânica entre o Gerador de CC e o Motor
de CC.
2. TRABALHO PREPARATÓRIO
Responda as seguintes questões:
2.1. O que é a regulação de velocidade nos motores CC?
2.2. Qual é a melhor maneira de controlar a velocidade dos motores de CC?
2.3. Qual é a diferença entre um motor CC em excitação independente e um motor CC
em derivação?
2.4. Quais são os cuidados necessários para se partir um motor de corrente contínua?
2.5. Esquematize as ligações necessárias para a partida de um motor de C.C em
derivação. Descreva as etapas de partida.
2.6. O que acontece com a velocidade de um motor de C.C em derivação e a vazio
quando se aumenta a corrente campo?
2.7. O que acontece quando um motor CC em derivação subitamente perde o circuito
de campo quando está rodando?
2.8. O que é o efeito de reação da armadura? O que pode ser feito para contra restar
este efeito?
2.9. Como pode ser invertido o sentido de rotação do motor CC?
2.10.
Quais fatores determinam o conjugado mecânico do motor CC?
3. EXECUÇÃO
Esta experiência será conduzida com o grupo Motor CC - Gerador CC (MCC-GCC) do
laboratório.
3.1. Observe e descreva o grupo motor-gerador na bancada. Registre o arranjo e anote
valores de placa.
3.2. Faça a partida do motor mantendo o gerador sem campo.
3.3. Conecte o circuito de campo do gerador e ajuste a corrente de campo até obter a
tensão nominal do gerador.
3.4. Iniciando com a tensão no valor nominal do gerador, aplique gradativamente cargas
de lâmpada, até atingir corrente e tensão nominais; Se necessário, ajuste a
velocidade do motor CC para atingir a tensão e corrente no gerador CC.
3.5. Com os parâmetros do motor de CC ajustados para o ponto nominal do gerador
CC, abra a carga do gerador CC.
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3.6. Varie a corrente de carga do gerador CC de zero até o seu valor nominal,
mantendo constantes para o motor CC, a tensão de armadura e a corrente de
campo.
3.7. Com as grandezas medidas preencher a tabela 1.
Tabela 1: Característica conjugado vs velocidade para o motor excitação
independente
Motor CC
Gerador CC
Va = ____________ V
Vf = ____________ V
If = ________________ A
Ia (A)
VL (V)
IL (A)
0
Velocidade (rpm)
4. RELATÓRIO
4.1. Descreva de maneira organizada todos os procedimentos efetuados durante a
execução da experiência; assinale todos os pontos que você considerou relevantes.
4.2. Para cada ponto da tabela 1 calcule o conjugado aplicado.
4.3. Traçar a curva conjugado vs velocidade, eficiência vs velocidade, eficiência vs
corrente de carga. Assuma que o motor e o gerador possuem eficiência igual.
5. REFERÊNCIAS
5.1. S.J. CHAPMAN, Electric Machinery Fundamentals, Mc Graw-Hill, 1991.
5.2. A.E. FITZGERALD, C.KINGSLEY, S. UMANS, Electric Machinery, Mc Graw-Hill,
2003.
5.3. M. MOURA SEVERINO, J. OLIVIERA DA SILVA. “Guia do Aluno do Laboratório de
Conversão de Energia”. 2ª Ed. 1997. Universidade de Brasília, Faculdade de
Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica.
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AULA PRÁTICA 3: MÁQUINAS SÍNCRONAS EM REGIME PERMANENTE
(Determinação de Curvas Características e Parâmetros de um Gerador Síncrono)
1. OBJETIVOS
1.1. Determinar as características em vazio e em curto-circuito das máquinas síncronas.
1.2. Determinar as reatâncias síncronas não-saturada ( Xsnsat ) e saturada à tensão
nominal (Xs).
1.3. Calcular a Relação de Curto-Circuito (RCC).
2. TRABALHO PREPARATÓRIO
Responda as seguintes questões:
2.1. Para que servem os ensaios de curto circuito e circuito aberto nos geradores
síncronos?
2.2. Qual a finalidade dos enrolamentos amortecedores?
2.3. Sabendo-se que o gerador existente no laboratório tem os seguintes valores
nominais:
Vnom = 240 V
Inom = 12 A
If = 12 A
2.4. Pede-se quais instrumentos e escalas deverão ser utilizadas no ensaio em curto
circuito e no ensaio em vazio.
2.5. Por que a frequência de um gerador síncrono depende da velocidade de rotação do
eixo?
2.6. Explique brevemente como pode ser obtida a impedância síncrona e a resistência
do induzido de um gerador síncrono.
2.7. Por que se deve reduzir a potência nominal de um gerador síncrono de 60 Hz
quando operado a 50 Hz? Em quanto se deve reduzir a potência nominal?
2.8. Deveria se esperar que um gerador síncrono de 400 Hz for maior ou menor que um
gerador de 60 Hz com a mesma potência e tensão nominal? Por que?
3. EXECUÇÃO
3.1. Esta experiência será conduzida com o grupo Motor Síncrono – Gerador Síncrono
(MS-GS) do laboratório. Inicialmente, deve-se partir o MS com o auxílio da sua
gaiola de amortecimento.
3.2. Característica em Vazio:
3.2.1. Mantenha aberto o circuito da armadura.
3.2.2. Varie a corrente de excitação desde zero até 10% acima do seu valor
nominal.
3.2.3. Anote os pares de valores da corrente de excitação e tensão induzida na
armadura.
3.2.4. Em particular, anote o valor de excitação que provoca tensão nominal em
vazio.
3.3. Característica em Curto-Circuito:
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3.3.1. Feche o circuito da armadura em curto-circuito trifásico.
3.3.2. Varie a corrente de excitação desde zero até um valor que provoque uma
corrente da armadura 10% acima do seu valor nominal.
3.3.3. Anote os pares de valores da corrente de excitação e da corrente de curtocircuito na armadura.
3.3.4. Em particular, anote o valor da corrente de excitação que provoca corrente
nominal em curto-circuito.
4. RELATÓRIO
4.1. Apresente um esquema das ligações das máquinas e instrumentos utilizados;
4.2. Forneça os dados de placa da máquina ensaiada.
4.3. Apresente as curvas em vazio e em curto-circuito, indicando a linha do entreferro.
4.4. Calcule os valores de:
4.4.1. Reatância síncrona não-saturada (Xsnsat )
4.4.2. Reatância síncrona saturada à tensão nominal (Xs)
4.4.3. Relação de Curto-Circuito (RCC)
4.5. Deduza e comprove numericamente, a relação: RCC = 1./ Xs(pu)
4.6. Mostre que o comportamento observado da característica de curto-circuito
corresponde ao esperado da teoria.
5. REFERÊNCIAS:
5.1. S.J. Chapman, Electric Machinery Fundamentals, Mc Graw-Hill, 1991.
5.2. A.E. Fitzgerald, C.Kingsley, S. Umans, Electric Machinery, Mc Graw-Hill, 2003.
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AULA PRÁTICA 4: MÁQUINAS SÍNCRONAS EM REGIME PERMANENTE
(Validação do modelo clássico)
1. OBJETIVOS
1.1. Validar o modelo clássico das máquinas síncronas e determinar a regulação de
tensão.
1.2. Verificar a influência do fator de potencia da carga.
2. TRABALHO PREPARATÓRIO
2.1. Por que a tensão de um gerador síncrono cai abruptamente quando é conectada
uma carga com fator de potência atrasado?
2.2. Por que a tensão de um gerador síncrono se incrementa quando é conectada uma
carga com fator de potência adiantado?
2.3. Desenhe os diagramas fasoriais para um gerador síncrono operando com (a) fator
de potência unitário, (b) fator de potência em atraso, (c) fator de potência em
adianto.
3. EXECUÇÃO
Esta experiência será conduzida com o grupo MS-GS do laboratório.
3.1. Ajuste o gerador síncrono de modo a apresentar tensão terminal nominal com
carga nominal. Observe que os dados de placa do grupo MS-GS especificam:
Inom = 12 A e fator de potência nominal: cos φ = 0,8
3.2. A carga nominal poderá ser obtida, com a melhor aproximação possível, utilizando
um banco de resistores ligado em paralelo com um banco de reatores. Verifique o
fator de potência efetivo através do multímetro digital.
3.3. Carga e fator de potência nominais: Anote a tensão terminal, e os valores das
correntes de armadura e de campo para as condições nominais. Retire a carga e
anote a nova tensão terminal.
3.4. Carga resistiva pura: Desligue o banco de reatores e ajuste novamente a corrente
de campo até obter corrente e tensão nominal de armadura. Anote a corrente de
campo para esta condição de carga resistiva. Verifique o fator de potência efetivo
através do multímetro digital. Retire a carga e anote a nova tensão terminal.
3.5. Carga indutiva pura: Desligue o banco de resistores e ligue apenas o banco de
reatores. Ajuste novamente a corrente de campo até obter corrente e tensão
nominal de armadura. Anote o valor da corrente de campo para esta condição de
carga indutiva. Verifique o fator de potência efetivo através do multímetro digital.
Retire a carga e anote a nova tensão terminal.
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3.6. Carga capacitiva pura: Ligue agora apenas o banco de capacitores. Ajuste
novamente a corrente de campo até obter corrente e tensão nominal de armadura.
Anote o valor da corrente de campo para esta condição de carga capacitiva.
Verifique o fator de potência efetivo através do multímetro digital. Retire a carga e
anote a nova tensão terminal.
4. RELATÓRIO
4.1. Para cada caso abaixo, apresente um diagrama fasorial das tensões no terminal e
interna da MS (Eaf) e corrente de armadura máquina, nas condições de carga
(nominal, resistiva, reativa indutiva e reativa capacitiva)
4.2. Condições nominais:
4.2.1. Calcule a regulação de tensão pelas medições do ensaio nas condições
nominais de corrente e fator de potencia.
4.2.2. Utilize agora o modelo clássico considerando o valor da reatância síncrona
saturada à tensão nominal obtido na Experiência 3.
4.2.3. Considerando os valores de tensão, corrente e fator de potência do ensaio,
determine a regulação de tensão do gerador.
4.2.4. Compare o valor da regulação de tensão obtido no ensaio com o valor
calculado por meio do modelo clássico.
4.3. Condições nominais de corrente, com fatores de potência unitário e puramente
indutivo e puramente capacitivo:
4.3.1. Calcule a regulação de tensão pelas medições do ensaio nas condições
nominais de corrente e fatores de potencia unitário e nulo (indutivo e
capacitivo).
4.3.2. Considerando os valores de tensão, corrente e fator de potência do ensaio,
determine a regulação de tensão do gerador nas três condições do item a.
4.3.3. Compare os valores da regulação de tensão obtidos anteriormente e explique
as diferenças observadas.
4.4. Corrente de excitação
Comente as diferenças nos valores da corrente de excitação nas 3 condições
operacionais da máquina e explique as alterações observadas com base nos
diagramas fasoriais.
5. REFERÊNCIAS:
5.1. S.J. CHAPMAN, ELECTRIC MACHINERY FUNDAMENTALS, MC GRAW-HILL,
1991.
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AULA PRÁTICA 5: MÁQUINAS SÍNCRONAS EM REGIME PERMANENTE
(Levantamento de curva V para um Motor Síncrono)
1. OBJETIVOS
Verificar aspectos operacionais de motor síncrono sob várias condições de carga e
fator de potência.
2. TRABALHO PREPARATÓRIO
2.1. Qual a utilidade das chamadas “Curvas V” das maquinas síncronas e qual a
diferença destas curvas para operação como motor ou como gerador?
2.2. Qual é a diferença entre um motor síncrono e um gerador síncrono?
2.3. Qual é a regulação de velocidade de um motor síncrono?
2.4. Em que aplicação poderia utilizar-se um motor síncrono, mesmo que a sua
característica de velocidade constante não seja necessária?
2.5. Por que um motor síncrono não pode arrancar sozinho?
2.6. Quais são as técnicas disponíveis para arrancar motores síncronos?
2.7. Que são os enrolamentos de amortecimento? Por que o conjugado produzido por
eles é unidirecional no arranque, enquanto o conjugado produzido pelo
enrolamento principal do campo alterna a sua direção?
2.8. O que é um capacitor síncrono? Para que se utiliza?
2.9. Explique usando diagramas fasoriais o que acontece no motor síncrono quando a
sua corrente de campo varia. A partir do diagrama fasorial obtenha a curva V do
motor síncrono.
2.10.
Quando existe maior risco de sobre aquecimento no circuito de campo do
motor síncrono, operando com fator de potência adiantado ou atrasado? Explique
usando diagramas fasoriais.
2.11.
Um motor síncrono opera com uma carga fixa e a sua corrente de campo é
incrementada. Se a corrente de armadura cai em qual fator de potência estava
operando inicialmente o motor?
2.12.
Por que a tensão aplicada a um motor síncrono deve ser diminuída quando
operado a frequências menores que a nominal?
3. EXECUÇÃO
Esta experiência será conduzida com o grupo MS-GS do laboratório. A simulação da
carga do motor será feita através de uma carga resistiva aplicada ao gerador. Este
procedimento faz com que o conjugado eletromagnético, decorrente da carga ligada ao
gerador, seja transmitida pelo eixo ao motor na forma de conjugado mecânico
resistente. A potência elétrica necessária será suprida pela rede que alimenta o motor.
3.1. Curva V para o motor com carga leve.
3.1.1. Ligue o motor e ajuste a corrente de campo (excitação) de modo que circule a
mínima corrente no estator. Esta condição é a de fator de potência unitário para
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a carga existente. (Neste caso, a carga do motor é oriunda das perdas por
atrito e ventilação de seu rotor, bem como as do gerador a vazio).
3.1.2. Decresça a corrente no campo do motor até que a corrente na armadura seja
a nominal do motor.
3.1.3. A partir deste ponto, comece a aumentar a corrente de excitação anotando os
valores de If e Ilinha conforme a Tabela 1. Este aumento deve ser feito até que
a corrente nominal seja atingida novamente, porém com o motor agora em
condição super-excitado.
3.1.4. Diminua novamente a corrente de excitação tornando mínima a corrente na
armadura. Observe a corrente de armadura do gerador.
Tabela 1. Medidas para Carga Leve
Corrente de
Campo
Corrente de
Linha
3.2. Curva V para o motor funcionando com carga média.
3.2.1. Com a corrente mínima de armadura no motor, ligue o campo do gerador e
faça a conexão de cargas resistivas até que o valor da corrente de armadura do
motor passe a ter o valor mínimo de cerca de 0,4 Inom. Observe a corrente de
armadura do gerador.
3.2.2. Repita o procedimento adotado em 2.1 preenchendo a Tabela 2.
Tabela 2. Medidas para Carga Média
Corrente de
Campo
Corrente de
Linha
3.3. Curva V para o motor funcionando com carga pesada.
3.3.1. Após diminuir a corrente de armadura até o valor 0,4 Inom aumenta-se a
carga no gerador até que o valor da corrente de armadura do motor passe a ter
o valor mínimo de cerca de 0,8 Inom. Observe a corrente de armadura do
gerador.
3.3.2. Repita o procedimento adotado anteriormente para este nível de carga,
preenchendo a Tabela 3.
Tabela 3. Medidas para Carga Pesada
Corrente de
Campo
Corrente de
Linha
Sugestão: A observação da tensão e da corrente do motor com um osciloscópio
auxilia no entendimento da experiência.
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4. RELATÓRIO
4.1. Faça as curvas V com base nos resultados anotados nas Tabelas 1, 2 e 3.
4.2. Nestes gráficos, trace as curvas de fator de potência 0,6 e 0,8 indutivo; 0,6 e 0,8
capacitivo e 1,0.
4.3. Qual a corrente de excitação necessária para que o motor funcione com fp 0,9
indutivo e potência ativa 1,9kW? Estime pelo gráfico.
5. REFERÊNCIAS:
5.1. S.J. Chapman, Electric Machinery Fundamentals, Mc Graw-Hill, 1991.
5.2. A.E. Fitzgerald, C.Kingsley, S. Umans, Electric Machinery, Mc Graw-Hill, 2003.
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AULA PRÁTICA 6: MÁQUINAS SÍNCRONAS EM REGIME PERMANENTE
(Determinação das reatâncias de sequência negativa e zero)
1. OBJETIVOS
Determinação das reatâncias X2 e X0
2. TRABALHO PREPARATÓRIO
2.1. Apresente um resumo conceitual sobre as reatâncias X2 e X0 das máquinas
síncronas de pólos salientes. Para facilitar, sugere-se desenvolver suas explicações
com base numa máquina de dois pólos. Sugere-se ainda basear suas explicações
no campo girante das máquinas síncronas.
2.2. Quais as diferenças principais entre estas reatâncias X2 e X0 para máquinas
síncronas e para transformadores trifásicos?
3. EXECUÇÃO
Esta experiência será conduzida com o grupo MS-GS do laboratório.
3.1. Determinação da reatância X2
3.1.1. Para determinar a reatância de sequência negativa, precisamos alimentar o
gerador do grupo MS-GS com tensões de sequência negativa, no caso,
sequência inversa àquela produzida pela rede elétrica.
3.1.2. Inicialmente, parta o Motor Síncrono (MS).
3.1.3. Decresça a corrente do campo do GS do grupo MS-GS, cujas reatâncias se
quer determinar, até próximo de zero; desligue a alimentação do campo e
coloque-o em curto-circuito.
3.1.4. Reduza, em seguida, a tensão da rede com auxílio de um transformador até
ser da ordem de 10-20 V.
3.1.5. Proceda ao fechamento da chave trifásica, após garantir que a seqüência de
fase seja inversa em relação à seqüência do grupo MS-GS.
3.1.6. O gerador deste grupo está sendo alimentado com tensões de seqüência
negativa geradas pela rede. Faça diversas medições, aumentando
gradativamente a tensão de alimentação tomando o cuidado de não chegar a
valores excessivos da corrente de linha (valor máximo até cerca de 15 A)
preenchendo a Tabela 1. O valor de X2 pode ser obtido pela média dos valores
medidos e/ou através de um gráfico.
3.1.7. Qual o efeito de abrir o circuito de campo do GS?
3.2. Determinação da reatância X0
3.2.1. Para determinar a reatância de seqüência zero, precisamos alimentar o
gerador do grupo MC-GS com tensões de seqüência zero. Para tanto, basta
ligar em série os enrolamentos de fase do grupo MC-GS. Tal procedimento
pode ser feito com a máquina ligada, uma vez que somente teremos tensão
Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.
[email protected]
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gerada por fluxo residual. Por precaução, convém medir esta tensão antes de
proceder a alteração das ligações. Mantenha o campo do GS em curto-circuito,
bem como sua velocidade em 1800 rpm.
3.2.2. O gerador deste grupo está sendo alimentado com tensões de seqüência
zero geradas pela rede. Faça diversas medições, aumentando gradativamente
a tensão de alimentação, tomando o cuidado de não chegar a valores
excessivos da corrente de linha (valor máximo até cerca de 15 A) preenchendo
a Tabela 2. O valor de Xo pode ser obtido pela média dos valores medidos e/ou
através de um gráfico.
3.2.3. Qual o efeito de abrir o circuito de campo do GS?
3.2.4. Qual a influência da velocidade do gerador nestas medidas?
Tabela 1- Medidas para X2
Corrente de Linha
Tensão FaseNeutro
Tabela 2 - Medidas para X0
Corrente de Linha
Tensão FaseNeutro
4. RELATÓRIO
4.1. Apresente um diagrama mostrando as ligações e montagem desta experiência.
4.2. Apresente as Tabelas com os valores medidos e os cálculos de X2 e X0.
4.3. Discuta os resultados observados na aula prática.
5. REFERÊNCIAS:
5.1. J.J.Grainger, W.D.Stevenson, Power System Analisis, Mc Graw-Hill, 1994.
5.2. W. Nuernberg, R.Hanitsch, Die Pruefung elektrischer Maschinen, Springer, 2001.
5.3. IEEE Std 115-1995, Procedures for Parameter Determination for Dynamix Analysis,
pp.103-105.
Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.
[email protected]
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EEE462 - LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS
AULA PRÁTICA 7: MÁQUINAS SÍNCRONAS EM REGIME PERMANENTE
(Determinação das reatâncias de eixo direto e em quadratura de um Gerador
Síncrono)
1. OBJETIVOS:
Determinação das reatâncias Xd e Xq
2. TRABALHO PREPARATÓRIO
2.1. Descreva como fazer a operação de sincronização de fontes geradoras. Liste as
condições que deverão ser observadas para possibilitar a ligação de uma fonte
geradora a um sistema, de forma a minimizar os transitórios do chaveamento.
2.2. Apresente um resumo conceitual sobre as reatâncias Xd e Xq das maquinas
síncronas de pólos salientes, de preferência com o auxilio de diagramas fasoriais.
2.3. Descreva os princípios básicos do método do escorregamento para determinação
das reatâncias Xd e Xq.
2.4. Quais são as condições necessárias para colocar dois geradores síncronos em
paralelo?
2.5. Por que um gerador a ser conectado em paralelo com um sistema de potência deve
estar com uma frequência maior que a frequência do sistema?
2.6. O que é um barramento infinito? Quais são as restrições por ele impostas quando
conectado um gerador em paralelo?
2.7. Como pode controlar-se a divisão de potência ativa entre dois geradores síncronos
em paralelo sem afetar a frequência do sistema?
2.8. Como pode controlar-se a divisão de potência reativa entre os dois geradores sem
afetar a tensão terminal do sistema?
3. EXECUÇÃO:
Esta experiência será conduzida com o grupo Motor CC-Gerador Síncrono (MC-GS) do
laboratório.
3.1. Operação de Sincronização ou Paralelismo:
Esta operação é essencial nos sistemas elétricos reais, e tem que ser realizada sempre
que uma fonte geradora saia de serviço para manutenção ou por outras causas.
Também conhecida como paralelismo, esta operação consiste em conectar a fonte
geradora a um sistema, de forma a causar o menor impacto possível na operação do
mesmo. No caso desta Experiência, o grupo MC-GS desempenhará o papel de uma
fonte geradora, a qual deverá ser sincronizada para conexão à rede elétrica. Esta
operação será conduzida com a ajuda de um arranjo de lâmpadas e também com um
osciloscópio de dois canais independentes.
3.2. Determinação das reatâncias Xd e Xq
3.2.1. Como o gerador do grupo CC-GS é de pólos salientes, pode-se determinar as
reatâncias Xd e Xq através do método do escorregamento.
Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.
[email protected]
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3.2.2. Concluída a operação de sincronização, decresça a corrente do campo do
GS do grupo MC-GS, cujas reatâncias se quer determinar, até próximo de zero;
desligue o campo.
3.2.3. Nestas condições, este gerador síncrono passa a ser alimentado
eletricamente pela rede elétrica, como um motor de relutância. O rotor do
gerador do grupo MC-GS fica praticamente alinhado com o campo girante
criado pelas correntes de armadura.
3.2.4. Em seguida, diminua gradativamente a tensão de alimentação com o auxílio
de um transformador. Este procedimento tem como finalidade reduzir o torque
de relutância, presente nas máquinas síncronas de pólos salientes.
3.2.5. Aumente (ou diminua) ligeiramente a velocidade do motor CC. O gerador
deste grupo vai passar a apresentar um escorregamento do seu rotor em
relação ao campo girante imposto pela rede elétrica. Observe as variações nos
valores da tensão e da corrente de armadura. Procure anotar os valores
máximos e mínimos para determinar Xd e Xq.
3.2.6. Monitore a tensão de campo com um voltímetro CC de zero central. Isto
facilitará a identificação dos desvios da velocidade síncrona.
Tabela 1- Medidas para Xq
Corrente de
Linha (Imax)
Tensão FaseNeutro (Vmin)
Tabela 2 - Medidas para Xd
Corrente de
Linha (Imin)
Tensão FaseNeutro (Vmax)
4. RELATÓRIO
4.1. Apresente um diagrama mostrando as ligações e montagem desta experiência. Em
particular, descreva em detalhes como as lâmpadas foram ligadas de forma a
auxiliar no processo de sincronização.
4.2. Apresente as Tabelas com os valores medidos e os cálculos de Xd e Xq.
4.3. Compare com os valores obtidos na Experiência 2 e comente.
5. REFERÊNCIAS
5.1. S.J. Chapman, Electric Machinery Fundamentals, Mc Graw-Hill, 1991.
5.2. A.E. Fitzgerald, C.Kingsley, S. Umans, Electric Machinery, Mc Graw-Hill, 2003.
5.3. IEEE Std 115-1995, Procedures for Parameter Determination for Dynamix Analysis,
pp.100-103.
Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.
[email protected]
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AULA PRÁTICA 8: LEVANTAMENTO DE PARÂMETROS DE MÁQUINAS
ASÍNCRONAS
1. OBJETIVOS
1.1. Determinar os parâmetros do circuito equivalente por fase de um Motor de Indução
Trifásico (MIT) por meio dos ensaios a vazio e com rotor bloqueado.
1.2. Obter a característica conjugado vs velocidade do MIT.
1.3. Observar o funcionamento da máquina assíncrona como gerador.
2. TRABALHO PREPARATÓRIO
2.1. Por que a máquina de indução é chamada de assíncrona?
2.2. Por que é impossível que o MIT funcione a velocidade síncrona?
2.3. O que é escorregamento?
2.4. Como se desenvolve o conjugado no motor de indução?
2.5. Por que para escorregamento alto a eficiência do MIT é ruim?
2.6. Desenhe e explique a curva típica conjugado vs velocidade em um MIT.
2.7. Desenhe e explique o circuito equivalente do MIT.
2.8. Qual elemento do circuito equivalente do MIT possui o maior controle sobre a
velocidade a qual acontece o máximo conjugado?
2.9. Enumere e descreva quatro métodos para controlar a velocidade do MIT.
2.10.
Qual é o comportamento da corrente de arranque de MIT? Por que o valor da
corrente de arranque é tão alto?
2.11.
Quais são os métodos para arrancar um MIT?
2.12.
O que é um soft-starter?
3. EXECUÇÃO
3.1.
Ensaio a Vazio
Fonte
trifásica
de
tensão
variável
Vazio
Figura 1 – Montagem do Ensaio a vazio
Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.
[email protected]
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3.1.1. Montar o circuito apresentado na figura 1.
3.1.2. Aumentar gradativamente a tensão da fonte até a tensão nominal do MIT.
3.1.3. Registrar a velocidade angular do motor, a corrente à vazio e a potência
consumida pelo MIT.
3.2.
Ensaio de rotor bloqueado
3.2.1. Montar o circuito da figura 1 com o rotor bloqueado.
3.2.2. Incrementar gradualmente a tensão de alimentação do motor até que a média
das 3 correntes seja igual à corrente nominal do MIT.
3.2.3. Registrar a tensão aplicada e potência consumida pelo MIT.
3.3.
Obtenção da Curva Característica conjugado vs velocidade
Figura 2 – Montagem para obtenção da curva conjugado vs velocidade.
3.3.1. Montar o circuito da figura 2 com o gerador de CC em vazio.
3.3.2. Partir o MIT com 20% da tensão nominal. A velocidade do motor irá se
incrementando lentamente até um valor abaixo da velocidade registrada no
ensaio de vazio.
3.3.3. Registrar vários valores de velocidade do motor na tabela 1. Para cada valor
de velocidade registrar o respectivo valor de conjugado mecânico.
Tabela 1 – velocidade vs conjugado sem carga (Vab = ______ V)
n [rpm]
τ [lib/pé]
P 3φ [kW]
Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.
[email protected]
S [kVA]
Q [kvar]
cos φ
Imed [A]
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n [rpm]
τ [lib/pé]
P 3φ [kW]
S [kVA]
Q [kvar]
cos φ
Imed [A]
3.3.4. Ao atingir uma velocidade abaixo da registrada no ensaio de vazio,
incremente a tensão de alimentação até atingir a tensão nominal.
3.3.5. Registrar para vários valores de tensão o conjugado e a velocidade do motor
na tabela 2.
Tabela 2 – velocidade vs conjugado sem carga (variando a tensão de alimentação)
Vab [V]
n [rpm]
τ [lib/pé]
P 3φ [kW]
S [kVA]
Q [kvar]
cos φ
Imed [A]
3.3.6. Aumente a tensão de campo do gerador de CC até atingir a sua tensão
nominal e aplicar carga.
3.3.7. Varie a tensão de campo do gerador de CC de forma a variar o conjugado
mecânico aplicado ao rotor do MIT.
3.3.8. Registre os valores de conjugado aplicado na tabela 3.
3.4.
Observação da máquina assíncrona operando como gerador
3.4.1. Montar o circuito da figura 2, mas ligando a máquina de CC como motor.
3.4.2. Verificar o sentido de giro de ambas as máquinas (MIT e motor CC) antes de
acoplá-las. O sentido de giro deve ser coincidente.
3.4.3. Partir o motor de CC com uma velocidade inferior à velocidade síncrona.
3.4.4. Partir o MIT e anotar os resultados obtidos.
3.4.5. Ajustar a velocidade do conjunto MIT-Motor CC a uma velocidade superior à
velocidade síncrona. Anotar os resultados.
4. RELATÓRIO
Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.
[email protected]
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4.1. Determinar o escorregamento do MIT.
4.2. Calcular os parâmetros do circuito equivalente por fase do MIT.
4.3. Traçar a curva conjugado vs velocidade.
4.4. Explicar os resultados obtidos no item 3.4.
Tabela 3 – velocidade vs conjugado com carga
Vab [V]
n [rpm]
τ [lib/pé]
P 3φ [kW]
S [kVA]
Q [kvar]
cos φ
Imed [A]
5. BIBLIOGRAFIA
5.1. STEPHEN J. CHAPMAN. “Máquinas Eléctricas”. 1ra Ed. Mc Graw Hill, México
1988.
5.2. FITZGERALD A. E., KINSLEY C., UMANS S. D. “Máquinas Eléctricas” 2da Ed. Em
espanhol McGraw Hill, México 1992.
Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.
[email protected]
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