k E - Unesp

1
MÁQUINAS ELÉTRICAS II – 1233 A/C : PROF. CAGNON - 2005
LABORATÓRIO L1
ENSAIO 01 : OBTENÇÃO DA CARACTERÍSTICA A VAZIO DE UMA MÁQUINA CC
1. Objetivo
Neste ensaio será realizado o levantamento da característica de funcionamento a
vazio de uma máquina CC com excitação independente (curva de magnetização).
2. Introdução
A equação básica da tensão induzida na armadura de uma máquina CC é :
Ea = k a φ ω
ka =
ZP
NP
=
πa
2πa
φ = f ( if )
onde :
Ea
- tensão induzida ( V )
Ka
- constante de projeto da máquina
φ
- fluxo magnético por pólo ( Wb )
ω
- velocidade angular do motor ( rad/s )
Z
- número de condutores ativos do enrolamento da armadura
N
- número de espiras do enrolamento da armadura
P
- número de pólos
if
- corrente de campo ( excitação ) ( A )
Observa-se que na equação da tensão induzida que para uma velocidade
constante, a tensão é diretamente proporcional ao fluxo magnético da máquina.
3. Procedimento experimental
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
Anote os dados de placa da máquina CC
Faça as ligações de acordo com a Fig. 1.1;
Feche o interruptor S1 para dar a partida no motor síncrono;
Usando a fonte CC variável, aumente VF até o valor máximo e logo após reduza a
zero.
Repita o item 3.4, 3 vezes.
Obs. Os itens 3.5 e 3.6 são preparatórios e servem para estabilizar o circuito magnético
da máquina CC.
3.6.
3.7.
3.8.
Com VF = 0, abra o circuito de campo da máquina CC ( corrente IF=0 ) e anote o
valor da tensão induzida correspondente ao magnetismo residual;
Alimente novamente o circuito de campo;
Utilizando a fonte CC variável regule a corrente IF em passos de 10% do valor
máximo, anote na Tabela 1-1 os valores obtidos em cada passo para uma
velocidade de 1800 rpm.
2
Tabela 1-1 : Resultados obtidos
IF
%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A
VF
V
Ea
V
E*a
V
4. Relatório
4.1. No levantamento da característica de magnetização de uma máquina CC a
velocidade do rotor deve permanecer constante. Se por alguma razão for necessária
a obtenção da curva para um valor de velocidade diferente, podem-se corrigir os
valores da tensão induzida lidas no voltímetro, utilizando-se a relação de velocidades
onde n é a velocidade na qual a curva foi obtida e no a velocidade desejada, a tensão
induzida corrigida será dada por :
Ea∗ = Ea
no
n
Anote na Tabela 1-1 com os valores das tensões induzidas corrigidas para uma
velocidade de 1200 rpm.
4.2. Faça um gráfico com as curvas da tensão induzida em função da corrente de campo
para os dois valores de velocidade
4.3. Faça um gráfico com a curva da tensão induzida em função da corrente de campo
para 1800 rpm e a curva da tensão de alimentação do circuito de campo em função
da corrente de campo.
Responda as seguintes questões :
4.4. Uma máquina CC operando como gerador, com excitação independente gira a uma
velocidade de 1000 rpm. Para esta velocidade, produz uma tensão induzida de 100
V quando a corrente de campo é de 2.3 A. A resistência do enrolamento de campo é
de 90 Ω .
a) Qual o valor da tensão aplicada ao enrolamento de campo ?
b) A que velocidade deverá ser acionado o rotor para que o gerador produza uma
tensão induzida igual a tensão de alimentação do campo ?
3
Ea
Fonte CA
V
S1
R
S
T
N
MS
G
A
H
C
Fonte CA
Variável
D
IF
A
V
Figura 1.1. – Esquema de ligações para o ensaio
VF
4
ENSAIO 02 : CARACTERÍSTICA EXTERNA DE UM GERADOR CC COM EXCITAÇÃO
INDEPENDENTE
1. Objetivo
Neste ensaio será levantada a característica externa ( curva de carga ) de um
gerador CC com excitação independente.
2. Introdução
A característica externa de um gerador CC é obtida através da curva de carga que
relaciona a tensão terminal VT e a corrente de carga para uma determinada corrente de
campo e uma velocidade.
VT = Ea − Ra I L
onde IL é a corrente de carga que no caso de um gerador CC com excitação
independente é a própria corrente de armadura Ia.
3. Procedimento experimental
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
Meça a resistência de armadura
Faça as ligações de acordo com a Fig. 1.2;
Feche o interruptor S1 para dar a partida no motor síncrono;
Ajuste o da corrente de campo da máquina CC, de maneira que se produza uma
tensão terminal em vazio de 250 V, indicado no voltímetro ( VT );
3.5. Anote os valores da corrente de campo e da velocidade;
3.6. Coloque carga no gerador CC através de uma resistência variável e anote os valores
na Tabela 1-2;
3.7. Calcule a queda de tensão no circuito de armadura e anote na Tabela 1-2.
Tabela 1-2 : Resultados obtidos
Ia (A)
VT (V)
Ra Ia (V)
VT + ∆Va
5
RL
V
Fonte CA
VT
S1
R
S
T
IL
A
N
MS
G
A
H
C
Fonte CA
Variável
D
IF
A
V
VF
Fig. 1.2 – Esquema de ligação para o ensaio
4. Relatório
4.1.
4.2.
Faça um gráfico com as curvas da tensão terminal e da queda de tensão no
circuito de armadura em função da corrente de carga;
Faça também no mesmo gráfico, a curva da soma da tensão terminal e a queda de
tensão na armadura. Explique porque este valor não é constante e igual à Ea , uma
vez que a corrente de campo e a velocidade permanecem constante durante todo o
ensaio.
6
LABORATÓRIO L2
ENSAIO 01 : CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UM MOTOR CC COM EXCITAÇÃO
INDEPENDENTE
1. Objetivo
Neste ensaio será analisado o comportamento de um motor CC independente
através das curvas Conjugado X Corrente e Velocidade X Conjugado e Potência
desenvolvida X Corrente.
2. Introdução
a) Característica Velocidade X Corrente
A velocidade de um motor CC é dada por :
Ea = k a φ ω
Vt = Ea + Ra I a
ω=
Vt − Ra I a
ka φ
ω=
Vt
R I
− a a
ka φ ka φ
n=
60 Vt
60 Ra I a
−
2π ka φ 2π ka φ
Pode-se observar que as equações ω = f ( Ia ) ou n = f ( Ia ) representam uma reta
que corta o eixo vertical para Ia = 0 e n = no e tem um coeficiente angular negativo dado
por β.
no =
60 Vt
2π ka φ
β =−
60 Ra
2 π ka φ
n = no − β I a
Quando a corrente de campo é variada, o fluxo magnético varia e
conseqüentemente os valores da velocidade em vazio ideal e o coeficiente angular da
reta também variam.
As equações da velocidade em função da corrente de armadura mostram que para
n = 0, a corrente é igual a Iap = Vt / Ra . Isto demonstra que independentemente de φ, a
velocidade do motor é igual a zero para uma corrente que depende somente de Vt e Ra,
normalmente constantes. Portanto a curva característica Velocidade X Corrente é
representada por uma família de retas que convergem para o mesmo ponto Iap , como
mostrado na Figura 2.1.
7
Figura 2.1. – Característica Velocidade X Corrente de um motor CC com excitação
independente
b) Característica Conjugado X Corrente
O conjugado desenvolvido por um motor CC é dado por :
T = k a φ Ia
Este conjugado é diretamente proporcional a corrente de armadura. Portanto as
características Conjugado X Corrente também são representadas por uma família de
retas que se originam em Ia = 0, conforme mostrado na Figura 2-2.
Fig. 2.2. – Característica Conjugado X Corrente de armadura de um motor CC
8
c) Característica Potência Desenvolvida X Corrente
A Potência desenvolvida por um motor CC é dada por :
Pd = T ω
A Potência mecânica desenvolvida por um motor CC é igual ao produto do
conjugado pela velocidade angular do motor.
3. Procedimento experimental
3.1. Faça as ligações de acordo com a Figura 2.3;
3.2. Meça o valor do braço de alavanca : d = ________ cm.
3.3. Alimente o circuito de campo do motor CC e ajuste a corrente de excitação para seu
valor máximo;
3.4. Ligue a fonte de alimentação CC de armadura e aumente gradativamente VT até seu
valor nominal;
3.5. Ajuste a corrente de campo do gerador síncrono através de RG para que a tensão de
saída do gerador síncrono seja igual a seu valor nominal;
3.6. Ajuste RL para variar a carga no gerador síncrono e anote os valores da corrente de
armadura, velocidade e da força lida no dinamômetro;
3.7. Retire a carga do gerador síncrono;
3.8. Ajuste a corrente de campo do motor CC para metade de seu valor máximo;
3.9. Repita os passos 3.5 e 3.6.;
3.10.Para concluir o ensaio abra retire a carga do gerador síncrono para desligar as
fontes.
Tabela 2-3 : Resultados Obtidos
Ia (A)
FP ( kgf )
n ( rpm )
T ( Nm )
Pd (W)
9
IL
A
Fonte CA
Variável
F
V
A
IA
A
VT
RL
RF
A
C
V
D
H
IF
Fonte CA
Variável
IG
A
Fonte CA
Variável
Figura 2.3. – Esquema de ligação para o ensaio
A
VL
10
ENSAIO 02 : CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UM MOTOR SÉRIE
1. Objetivo
Neste ensaio será analisado o comportamento de um motor CC série através das
curvas Conjugado X Corrente e Velocidade X Conjugado e Potência Desenvolvida X
Corrente.
2. Introdução
Neste tipo de motor CC a corrente de armadura flui também pelo enrolamento de
campo. Em conseqüência a corrente de excitação é a mesma que a da armadura. Para as
bobinas do enrolamento de campo série, utiliza-se condutores com secção transversal
suficientemente grande para conduzir uma corrente elevada sem problemas de
aquecimento. Geralmente esta bobina tem um pequeno número de espiras. Como
conseqüência a resistência é muito baixa praticamente da mesma ordem que a
resistência do circuito de armadura. A resistência total do motor CC série é dada pela
soma das resistências dos circuito de campo e de armadura.
Desprezando-se a saturação magnética, o fluxo magnético pode ser dado φ = k1 Ia .
Vt = Ea + ( Ra + Rs ) I a
ω=
Vt − ( Ra + Rs ) Ia
k a k1 I a
ω=
n=
E a = k a k1 I a ω
Vt
( Ra + Rs )
−
k s Ia
ks
k s = k a k1
60 Vt
60 ( Ra + Rs )
−
2 π ks Ia 2 π
ka
Da equação da velocidade pode-se concluir que a característica n = f ( Ia ) é uma
hipérbole retangular onde para n = 0, a corrente é dada por :
I ap =
Vt
R a + Rs
A característica da Figura 2.4. tem propriedades interessantes. Primeiro, dada a
inclinação que tem, qualquer variação na corrente Ia, produz uma grande variação na
velocidade do motor. Adicionalmente, quando a corrente de armadura tende a zero, na
ausência de carga mecânica, a velocidade do motor tende ao infinito. Na prática isto não
acontece por duas razões :
11
a) existe certa carga mecânica devido as partes de atrito e resistência do ar
b) quando a corrente é nula, o fluxo magnético não desaparece por completo, devido
o magnetismo residual.
Fig. 2.4. – Característica Conjugado X Corrente de armadura de um motor
CC Série
A característica de conjugado também é parabólica. Desta forma o conjugado é
máximo quando a velocidade é nula, que é quando a corrente de armadura é máxima.
Isto reafirma que este tipo de motor é particularmente útil quando se requer um elevado
conjugado em baixas velocidades.
4. Procedimento experimental
3.1. Meças e anote os valores das resistências do enrolamento de campo série (Rs ) , do
circuito de armadura ( Ra);
3.2 Faça as ligações de acordo com a Fig. 2.5.
3.3. Ligue a fonte de alimentação CC da armadura e aumente gradativamente VT até que
a velocidade atinja um valor de 2000 rpm;
Nota : Como o motor está sem carga, a estabilização da velocidade ocorrerá com um
valor de tensão consideravelmente menor que o nominal. Nestas condições, a única
carga mecânica é a referente às perdas no sistema motor-gerador.
3.4. Ajuste a corrente de campo do gerador síncrono através de RG para que a tensão de
saída do gerador síncrono seja igual a seu valor nominal;
3.5. Ajuste RL para variar a carga no gerador síncrono e anote os valores da corrente de
armadura, velocidade e da força lida no dinamômetro, na Tabela 2.6;
3.6. Retire a carga do gerador síncrono;
12
Tabela 2-6 : Resultados Obtidos
n (rpm)
Fp (kgf)
Ia (A)
T ( Nm )
Pd (W)
4. Relatório
4.1. Faça o gráfico com as curvas T = f ( Ia ), n = f ( Ia ) e Pd = f ( Ia ) para o motor com
excitação independente para os dois valores de caorrente de campo;
4.2. Faça o gráfico com as curvas T = f ( Ia ), n = f ( Ia ) e Pd = f ( Ia ) para o motor com
excitação série
13
IL
A
VL
Fonte CA
Variável
A
F
V
VT
IA
A1
RL
A
RS
E
Fonte CA
Variável
F1
V
A2
F2
F
IG
A
VL
14
LABORATÓRIO L3
ENSAIO 01 : CARACTERÍSTICAS DE OPERAÇÃO COM VELOCIDADE VARIÁVEL DE
UM MOTOR CC COM EXCITAÇÃO INDEPENDENTE
1. Objetivo
Neste ensaio serão analisados os métodos para variar a velocidade de um motor
CC com excitação independente, através das curvas Conjugado X Velocidade; Potência
Desenvolvida X Velocidade; Tensão Terminal X Velocidade e Corrente de Campo X
Velocidade .
4. Introdução
As equações básicas que regem o comportamento de um motor CC são :
Ea = k a φ ω
Vt = Ea + Ra I a
T = k a φ Ia
Em regime permanente, assumindo-se que o motor não nenhuma carga no eixo, o
conjugado desenvolvido (T) e a corrente de armadura (Ia) deveriam ser nulos. Obviamente
isto é um caso puramente teórico, pois sempre será necessário um pequeno conjugado
para vencer o atrito dos rolamentos do motor ( perdas rotacionais ). A corrente de
armadura será muito pequena, mas nunca igual a zero.
ω=
Vt
R I
− a a
ka φ ka φ
Existem dois métodos para variar a velocidade de um motor CC, como pode ser
observado na equação da velocidade :
a) Através da variação do fluxo magnético
Ao variar o fluxo magnético por meio da corrente de campo, se produzirá uma
variação de velocidade inversamente proporcional a varia da corrente de campo, uma vez
que a tensão terminal permanece constante.
Se as curvas de fluxo fossem lineares, a representação de n = f ( iF ) seria uma
hipérbole. Porém, na prática é um pouco diferente devido à saturação magnética.
Se a corrente fosse nula, o valor do fluxo magnético se reduziria a um valor do fluxo
muito pequeno, equivalente ao fluxo residual. Neste caso a velocidade aumentaria
significativamente causando sérios danos à armadura. Por esta razão o enrolamento de
campo não é protegido. A proteção deve cortar simultaneamente as correntes de campo e
de armadura.
15
O método de variação de velocidade através da corrente de campo é conhecido
como enfraquecimento de campo e normalmente é utilizado para aumentar a velocidade
acima da velocidade nominal, com tensão de armadura constante.
b) Através da variação da tensão de armadura
A equação da velocidade mostra que esta varia proporcionalmente a tensão de
alimentação. A vantagem deste método é poder variar a velocidade de zero até a
velocidade nominal, definida para a tensão nominal.
3. Procedimento experimental
PRIMEIRA PARTE : Variação de Velocidade através da regulação da tensão terminal
3.1. Ajuste a corrente de campo do motor CC para um valor de 500 mA. Ligue a fonte de
alimentação CC da armadura e ajuste a tensão Vt até o valor nominal.
3.2. Com o motor em vazio e com a corrente de campo mantida constante, varie a tensão
de armadura, diminuindo seu valor e meça a tensão terminal Vt , a velocidade n e a
força peso. Anote os valores medidos na Tabela 3-1;
3.3. Ajuste novamente a tensão terminal para seu valor nominal, com corrente de campo
do motor no valor de 500 mA.
3.4. Ajuste a corrente de campo do gerador síncrono para sua tensão terminal em vazio
seja a nominal.
3.5. Ajuste a resistência de carga do gerador síncrono até que a corrente de armadura do
motor CC seja igual a 5 A.
3.6. Mantendo a corrente de armadura constante, varie a tensão de armadura,
diminuindo seu valor e meça a tensão terminal Vt , a velocidade n e a força peso.
Anote os valores medidos na Tabela 3-2;
3.7. Retire a carga do gerador síncrono, tomando o cuidado com a tensão terminal do
motor CC.
Tabela 3-1 : Resultados Obtidos em vazio
V1 ( V)
If = 500 mA - Ia =
A
Fp (kgf)
n (rpm)
T (Nm)
Pd (W)
16
Tabela 3-2 : Resultados Obtidos em carga
V1 ( V)
If = 500 mA - Ia = 5,0 A
Fp (kgf)
n (rpm)
T (Nm)
Pd (W)
17
IL
A
Fonte CA
Variável
F
V
A
IA
A
VT
RL
RF
A
C
V
D
H
IF
Fonte CA
Variável
IG
A
Fonte CA
Variável
Figura 3.2. - Esquema de ligação para realização do ensaio
A
VL
18
SEGUNDA PARTE : Variação de velocidade pela regulação da corrente de campo
3.8. Ajuste a corrente de campo do motor CC para um valor de 500 mA. Ligue a fonte de
alimentação CC da armadura e ajuste a tensão Vt até o valor nominal.
3.9. Com o motor em vazio e com a tensão de armadura mantida, constante no seu valor
nominal, varie a corrente de campo, diminuindo seu valor e meça a corrente de
campo If , a velocidade n e a força peso. Anote os valores medidos na Tabela 3-3;.
Tabela 3-3 : Resultados obtidos em vazio
If ( mA)
Vt = 220 V - Ia =
A
Fp (kgf)
n (rpm)
T (Nm)
Pd (W)
19
3.10. Ajuste a corrente de campo do motor CC para um valor de 500 mA. Através da
fonte de alimentação CC da armadura e ajuste a tensão Vt até o valor nominal.
3.11. Coloque carga no motor CC através do gerador síncrono, até que a corrente de
armadura seja igual a 5 A. Com a tensão de armadura mantida constante no seu
valor nominal, varie a corrente de campo, diminuindo seu valor e meça a corrente
de campo If, a velocidade n e a força peso. Anote os valores medidos na Tabela 34;.
Tabela 3-4 : Resultados obtidos em vazio
If ( mA)
Vt = 220 V - Ia =
A
Fp (kgf)
n (rpm)
T (Nm)
Pd (W)
4. Relatório
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
Faça um gráfico com as curvas de T = f ( n ) para os dois métodos de variação de
velocidade para as duas situações de carga;
Faça um gráfico com as curvas de Pd = f ( n ) para os dois métodos de variação de
velocidade para as duas situações de carga;
Faça um gráfico com as curvas de Vt = f ( n ) para os dois métodos de variação de
velocidade para as duas situações de carga;
Faça um gráfico com as curvas de If = f ( n ) para os dois métodos de variação de
velocidade para as duas situações de carga;
20
LABORATÓRIO L4
ENSAIO 01 : CAMPO MAGNÉTICO GIRANTE
1. Objetivo
Observar a criação de campos magnéticos girantes através de enrolamentos
estacionários colocados no estator das máquinas de indução, alimentados por correntes
alternadas.
5. Introdução
Utilizando um estator trifásico com 6 terminais observar a produção de campos
estacionários e girantes com o auxílio de: agulha magnética e gaiola de esquilo.
t1
1
t2
t3
i/Im a x
0.5
0
-0.5
-1
0
5
10
w.t
15
20
Figura 4.1. – Corrente num sistema trifásico
t1
t2
Figura 4.2. – Campo magnético girante
t3
21
ENSAIO 02 : TIPOS DE LIGAÇÕES DE UM MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO
1. Objetivo
Observar as diversas possibilidades de ligação de um motor de indução trifásico:
1.1. – Máquina com 3 terminais: (a) Y ou (b) ∆
R
S
T
R
(a)
S
T
(b)
1.2. – Máquina com 6 Terminais
1
2
3
4
5
6
1.3. – Máquina com 12 terminais
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2
1
4
7
10
5
8
11
(série)
10
11
12
3
1
7
2
8
3
9
4
10
5
11
6
12
6
9
12
(paralelo)
22
1.4. Numeração dos terminais
a) motor com 6 terminais
1°. Passo : Determina-se com um ohmímetro o início e fim do enrolamento de cada fase;
2°. Passo : É necessário o conhecimento da polaridade de cada enrolamento para realizar
adequadamente as ligações. Aleatoriamente, liga-se em Y, um terminal de
cada fase. Para esta condição só deve existir um enrolamento com polaridade
contrária aos demais. Por tentativas, inverte-se um deles e aplica-se a tensão
de linha e verifica-se o funcionamento do motor. Se a ligação estiver correta,
numera-se como inícios ( 1, 2 e 3) os terminais conectados a rede de
alimentação e os fins ( 4, 5 e 6). Se não estiver correta, inverte-se um dos
inícios com seu respectivo fim e repete-se o procedimento. Se a ligação não
estiver correta, desfaz-se a inversão e inverte-se os terminais da outra fase
até que o motor gire normalmente.
b) motor com 12 terminais
1°. Passo : Determina-se com um ohmímetro o início e fim do enrolamento de cada fase;
2°. Passo : Para determinar as bobinas da mesma fase, aplica-se uma tensão
reduzida ( 30 V ) em uma das bobinas e mede-se a tensão induzida nas outras
cinco bobinas. A que tiver o maior valor de tensão, pertence a mesma fase da
bobina que foi alimentada.
3°. Passo : Para determinar a seqüência de ligação, conecta-se em série as duas
bobinas de cada fase, aplica-se uma tensão reduzida ( 30 V ) em uma delas e
mede-se a tensão nos terminais da associação. Se a tensão medida for maior que
a aplicada, a ligação estará correta quanto à polaridade das bobinas. Repete-se o
procedimento para as outras 2 fases.
4°. Passo : Como agora restam somente 6 terminais, repete-se o procedimento
feito para o motor de 6 terminais.
5. Relatório
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
É possível obter um campo magnético girante em um motor monofásico? Explique;
Como se obtém um campo magnético girante em um motor bifásico? Explique;
Como se obtém um campo magnético girante em um motor trifásico? Explique;
Um motor trifásico operando normalmente perde uma de suas fases, explique o
que ocorre com a operação do motor?
Quais as vantagens e desvantagens em se utilizar um motor com 12 terminais?
23
LABORATÓRIO L5
ENSAIO 01 : VARIAÇÃO DA TENSÃO INDUZIDA NO CIRCUITO DO ROTOR, EM
FUNÇÃO DA VELOCIDADE
1. Objetivo
Levantamento do comportamento freqüência e da tensão induzida no circuito do
rotor em função da velocidade no eixo do motor.
2. Introdução
A tensão induzida e sua freqüência variam linearmente com o escorregamento do
motor.
ER = s E BL
fR = s fE
s=
ns − n
ns
onde :
ER – Tensão induzida por fase no rotor
EBL – Tensão induzida com rotor bloqueado ( s=1 )
fR – Freqüência da tensão induzida por fase no rotor
fe – Freqüência da tensão de alimentação do estator
s – Escorregamento
ns – Velocidade síncrona
n – Velocidade do eixo do motor
6. Procedimento experimental
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
6.5.
Faça as ligações de acordo com a Fig. 5.1.
Com o motor CC desligado, alimente o estator do motor de indução e meça a
tensão induzida com rotor bloqueado : EBL = ________ V
Acione o motor com a velocidade do eixo no mesmo sentido do campo girante do
motor de indução ( 0 < s <= 1 ) e preencha os valores na Tabela 5.1.
Acione o motor com a velocidade do eixo no mesmo sentido do campo girante do
motor de indução, com a velocidade acima da velocidade síncrona ( s < 0 ) e
preencha os valores na Tabela 5.1.
Acione o motor com a velocidade do eixo no sentido contrário ao do campo girante
do motor de indução ( s > 1 ) e preencha os valores na Tabela 5.1.
24
Tabela 5.1.- Resultados dos ensaios
0 < s <= 1
ER ( V )
n ( rpm)
s<0
ER ( V )
n ( rpm)
s>1
ER ( V )
n ( rpm)
25
Fonte CA 3 φ
Fonte CA
Variável
A
V
IA
A
VT
RF
A
C
D
H
IF
Fonte CA
Variável
Figura 5.1. Esquema de ligação para o ensaio
A
V
ER
26
ENSAIO 02 : DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS DO CIRCUITO EQUIVALENTE DE
UM MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO
1. Objetivo
Determinar os parâmetros do circuito elétrico equivalente de um motor de indução
trifásico para obtenção das características de operação.
2. Introdução
O circuito elétrico do Fig. 5.2. representa o circuito equivalente por fase de um
motor de indução trifásico.
R1
X1
X'2
R'2
s
Xm
Figura 5.2. Circuito equivalente por fase de um motor de indução trifásico
2.1. Operação em vazio
Com o motor operando em vazio, seu escorregamento é muito pequeno, de forma
que a resistência (R’2/s) se torna elevada e a impedância do circuito do rotor, referida ao
estator, assume um valor tal que a corrente no circuito do rotor pode ser desprezada. A
potência absorvida pelo estator em vazio será consumida pelas perdas na resistência do
enrolamento do estator e pelas perdas rotacionais, incluindo as perdas no ferro. O circuito
equivalente para a condição de operação em vazio, torna-se :
R1
Ro
X1
Iof
Vof
Xm
Xo
Po = 3 R1 (I of ) + Prot
2
Zof =
Vof
I of
Rof =
Pof
(Iof )2
X of =
(Zof )2 − (Rof )2
27
2.2. Operação com rotor bloqueado
Com o rotor bloqueado s = 1, o que corresponde a condição de partida. Nesta
condição a corrente no ramo de magnetização é muito menor que a corrente de entrada e
este ramo pode ser desprezado. O circuito equivalente para esta condição é :
Rbl
R1
X1
X'2
Ibf
R'2
Vbf
Xbl
Pbl = 3 (R1 + R ' 2 ) (I bf )
2
Zbl =
Vbl
I bl
Rbl =
Pbl
X bl =
(Ibl )
2
(Zbl )2 − (Rbl )2
2.3. Determinação dos parâmetros do circuito equivalente
R1 – Resistência do enrolamento do estator é medida entre os terminais de cada
fase .
R’2 – Resistência do rotor é obtida por :
R2 = Rbl − R1
'
X1 e X’2 - reatâncias de dispersão do estator e do rotor
X1 = k x X '2
X bl = X 1 + X ' 2
Categoria
kx
Rotor Bobinado
D
N
H
1,0
1,0
0,67
0,43
Xm – reatância de magnetização :
X '2 =
X bl
1+ k x
X m = X o − X1
3. Procedimento experimental
3.1. Faça as ligações conforme a figura 5.3 para o ensaio em vazio;
3.2. Coloque as bobinas de corrente dos wattímetros em curto e de partida no motor com
tensão e freqüência nominais;
3.3. Preencha a tabela 5.1. com os lidos nos instrumentos;
3.4. Anote os dados de placa do motor que está sendo ensaiado.
28
Motor de Indução
W1
R
V
S
A
T
W2
Figura 5.1. – Esquema de ligações para o ensaio em vazio
Tabela 5.1. Resultados obtidos no ensaio em vazio
Vo (V)
Io (A)
W1 (W)
W2 (W)
Wo =W1+W2
No ( rpm )
3.5. Faça as ligações conforme a Fig. 5.2. para o ensaio com rotor bloqueado;
3.6. Aumente gradualmente a tensão aplicada ao estator até que a corrente de linha seja
igual a seu valor nominal;
3.7. Preencha a tabela 5.2. com os lidos nos instrumentos;
Motor de Indução
W1
R
V
S
A
T
W2
Figura 5.2. – Esquema de ligações para o ensaio com rotor bloqueado
Tabela 5.2. Resultados obtidos no ensaio com rotor bloqueado
Vbl (V)
Ibl (A)
W1 (W)
W2 (W)
Pbl = W1+W2
R1 (Ω)
4. Relatório
4.1. Apresente o gráfico da tensão induzida no rotor em função da velocidade
4.2. Apresente os parâmetros do circuito equivalente
4.3. Com os parâmetros determinados no item anterior faça um gráfico com as
características de operação : T = f ( nm ); I1 = f ( nm ), Pmec = f ( nm ), η = f ( nm ) e fp = f (nm)
4.4. Explique as aproximações feitas para se obter o circuito equivalente do motor
29
LABORATÓRIO L6
ENSAIO 01 : CARACTERÍSTICAS DE OPERAÇÃO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO
TRIFÁSICO
1. Objetivo
Levantamento das características de operação em carga, conjugado, potência
mecânica, corrente, fator de potência e rendimento.
2. Introdução
Neste ensaio são medidas as seguintes grandezas : Tensão e corrente de linha,
potência de entrada, velocidade e força peso ( conjugado ). Através destas grandezas
pode-se calcular :
Conjugado no eixo : T
Potência mecânica :
= 9,81 x Fp x b
Pmec = T x ω m
Fator de potência :
FP =
Rendimento : η
Pmec
Pe
=
Pe
3 x VL x I L
7. Procedimento experimental
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
7.6.
Faça as ligações de acordo com a Fig. 6.1;
As bobinas de corrente e o amperímetro ligado ao estator do motor de indução
devem estar curto-circuitados;
Com o gerador CC sem carga e sem excitação, alimente o estator do motor de
indução
Preencha os valores na Tab. 6.1. para a condição em vazio;
Varie a carga nos terminais do gerador CC e anote os valores a serem medidos na
Tab. 6.1.
Calcule as grandezas para obtenção das curvas carcaterísticas.
8. Relatório
8.1.
8.2.
Faça um gráfico para cada uma das grandezas mostram o comportamento do
motor em carga ( conjugado, potência mecânica, corrente, fator de potência e
rendimento), em função da velocidade ou do escorregamento do motor, somente
para a região de operação;
Faça um gráfico para cada uma das grandezas mostram o comportamento do
motor em carga ( conjugado, potência mecânica, corrente, fator de potência e
30
8.3.
8.4.
rendimento), em função da velocidade ou do escorregamento do motor, somente
para a região de operação e calcule, através do circuito equivalente do motor,
obtido no laboratório L5, estas mesmas grandezas, colocando-as nos respectivos
gráficos;
Apresente as curvas características do motor de indução em função da velocidade
desde zero até a velocidade síncrona;
Apresente as curvas características do motor de indução em função da potência
mecânica em porcentagem, para a região de operação do motor( medidas e
calculadas através do circuito equivalente;
Tabela 6.1.- Resultados dos ensaios
IL ( A )
n ( rpm)
Fp ( kgf )
W1 ( W)
Pe ( W )
T ( Nm)
Pmec ( W )
FP
W2 ( W)
η
31
A
Carga
Variável
V
IA
A
VT
Fp
RF
A
C
D
H
IF
Fonte CA
Variável
W1 + W2
A
IL
Fonte CA 3 φ
Figura 6.1. Esquema de ligação para o ensaio
A
V
VL