Motor de Indução Trifásico – Teste a Vazio e com Rotor

Laboratório de Conversão Eletromecânica de Energia
B
Profa . Katia C. de Almeida
1
Obtenção Experimental dos Parâmetros do Circuito Equivalente do Motor de Indução Trifásico
A verificação do desempenho, determinação do torque ou do rendimento da máquina e avaliação
de suas caracterı́sticas são alguns dos motivos que nos levam a fazer ensaios com os motores de
indução. Normalmente os testes a vazio, com rotor travado, de separação de perdas e o teste de
carga usando o método do circuito equivalente, permitem que o motor possa ser analisado com
bastante precisão.
Para se encontrar os parâmetros do circuito equivalente, os testes a vazio e a rotor travado,
juntamente com o teste de separação de perdas, são suficientes.
O circuito equivalente do motor de indução trifásico é mostrado com seus parâmetros na
Figura abaixo.
Figura 1: Circuito Equivalente - Motor de Indução Trifásico
1.1
Teste com Rotor Travado
Neste ensaio, bloqueia-se o rotor, impedindo-o de girar. Curto-circuta-se os terminais do rotor
(se for bobinado) e aplica-se uma tensão reduzida aos terminais do estator (geralmente entre
10% e 20% da tensão nominal) de modo a se ter no máximo a corrente nominal. Este baixo valor
de tensão é justificado pois como o rotor está travado, a velocidade do fluxo vista do rotor é igual
à velocidade deste fluxo vista do estator. Portanto, as forças eletromotrizes efetivas do rotor e
do estator são iguais, ou seja, o escorregamento é igual a 1 (s = 1). Com esse escorregamento,
a impedância de entrada do circuito equivalente é muito baixa.
À tensão induzida, as perdas no ramo magnetizante tornam-se muito pequenas. Além disso,
como o motor está parado, as perdas por atrito e ventilação são nulas. A potência de entrada
estará suprindo então as perdas Joule nos enrolamentos do estator e do rotor. Desta forma, o
cicuito equivalente pode ser aproximado para aquele mostrado na Figura 2.
1
Figura 2: Circuito Equivalente para Rotor Travado
Tomam-se leituras de tensão e corrente, se possı́vel das três fases, e de potência trifásica
ou monofásica. Observe que os valores lidos devem ser transformados em valores por fase:
Vrt , Irt , Prt . Podemos então calcular
p
2 − R2
rt
Rrt = PI 2rt
Zrt = VIrt
Xrt = Zrt
rt
rt
Para encontrar X1 e X2 procede-se da seguinte maneira. Sabemos que X1 + X2 = Xrt e, de
acordo com a tabela abaixo, podemos separá-los.
MOTORES
X1
Xrt
X2
Xrt
Classe A, torque de partida e correntes nominais
Classe B, torque de partida nominal e baixa corrente de partida
Classe C, alto torque de partida, baixa corrente de partida
Classe D, alto torque de partida, alto escorregamento
Motor de rotor bobinado
0.5
0.4
0.3
0.5
0.5
0.5
0.6
0.7
0.5
0.5
O valor de Rrt é a soma das resistências R1 e R2 a 60Hz. Neste ensaio os valores de R1 e R2
serão obtidos de forma aproximada, adotando o mesmo critério usado para se obter X1 e X2 .
Nota: Valores precisos de R1 e R2 são obtidos medindo-se estas resistências em corrente
contı́nua e convertendo-as para os valores a 60Hz. No caso de motores de gaiola, não é possı́vel
a medição direta de R2 . Este valor é obtido de forma indireta através de um ensaio com rotor
travado à diferentes freqüências.
1.2
Teste a Vazio
O teste a vazio busca informações a respeito do ramo de magnetização. Deixando o rotor livre,
dá-se partida ao motor com tensão reduzida. Quando o motor está em regime, aplica-se a tensão
nominal no estator (ou até 125% da tensão nominal) de modo a obter um escorregamento muito
pequeno (aproximadamente zero). Desta maneira, o circuito equivalente é simplificado (Figura
3).
Nestas condições, a potência consumida pelo motor está suprindo as perdas Joule no estator,
as perdas no ferro e as perdas rotacionais (atrito, ventilação e suplementares). Tomam-se leituras
de tensão e corrente, se possı́vel nas três fases, e de potência trifásica. Deve-se transformar os
valores lidos em valores por fase: V0 , I0 , P0 .
Com o mesmo esquema de ligação, pode-se aproveitar para tomar as medidas para o teste
de separação de perdas. A partir da tensão nominal, toma-se valores de tensão e potência
2
Figura 3: Circuito Equivalente - Motor a Vazio
de entrada para valores decrescentes de tensão, até o momento em que a corrente começa a
aumentar.
Plota-se a curva de potência de entrada total versus tensão e extrapola-se a curva até o eixo
das ordenadas. A curva deve ser semelhante à mostrada abaixo. O ponto do eixo das ordenadas
corresponde às perdas rotacionais, Prot .
Figura 4: Perdas Rotacionais
Desta maneira, as perdas no ferro são dadas por:
Pf erro = P0 − I02 R1 − Prot
que são constantes caso a tensão de entrada não varie muito.
A tensão complexa em cima do ramo magnetizante, Ė0 pode ser calculada por
Ė0 = V0 ∠0o − (R1 + jX1 ).I0 ∠ − ϕ
com
ϕ = arccos
P0
V0 I0
Entretanto, a corrente que passa por Rf , I˙f = |I˙f |∠α pode ser expressa
|I˙f | =
Pf erro
|Ė0 |
(1)
e
α = arg E0
3
(2)
Figura 5: Esquema de Ligações
Deve-se observar que o ângulo de fase de I˙f , α, é o mesmo ângulo da tensão Ė0 uma vez que a
impedância por onde essa corrente passa é real.
A partir de I˙f pode-se obter a corrente que passa por Xm :
I˙m = I˙0 − I˙f
(3)
Usando o valor acima podemos obter Rf e Xm da seguinte forma
Rf =
|Ė0 |
|I˙f |
(4)
|Ė0 |
(5)
|I˙m |
Neste caso, o teste de separação de perdas, além de nos dar uma indicação das perdas por
atrito, ventilação e suplementares em velocidades normais, nos ajuda a calcular os valores de
impedância do ramo magnetizante. Quando não se deseja uma maior precisão, as perdas no
ferro podem ser consideradas iguais às perdas rotacionais e então o teste de separação de perdas
não é necessário para se determinar Rf e Xm .
Xm =
1.3
Ensaio
Reostato de Partida:
Posição 0 = Resistência Máxima
Posição 1 = Curto-Circuito
1.3.1
Ensaio a Vazio
1. Aplicar tensão nominal (220V fase-neutro) com o varivolt estando o reostato de partida
acoplado ao rotor.
2. Deixar acelerar o motor e curto-circuitar as escovas do reostato de partida.
3. Fazer as medidas de V0 , I0 , P0 em valores por fase.
4. A partir de V0 , reduzir a tensão gradativamente para traçar a curva P0 (V0 ). Por extrapolação, obtenha Prot .
4
1.3.2
Ensaio com o Rotor Travado
1. Com o reostato de partida na posição de curto-circuito, bloquear o rotor.
2. Aplicar tensão Vrt necessária para circular corrente nominal (5.1A) no motor (Inom = Irt .)
3. Medir Vrt , Irt , Prt .
1.3.3
Cálculos
Com os valores obtidos nos ensaio, calcule R1 , R2 , Rf e Xm .
1.4
Bibliografia
1. Sadowski, N.; Notas de Aula - Laboratório de Conversão Eletromecânica de Energia B.
2. Del Toro, V.; Electromechanical Devices for Energy Conversion and Control Systems. New
Jersey (USA), Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, 1968.
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