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Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Ramo de Energias Renováveis e Sistemas de Potência Accionamentos Electromecânicos Ano Lectivo 2011/2012 Arranques do Motor Assíncrono Trifásico Docente: Prof. José Henrique Querido Maia Prof. Daniel José Medronho Foito Trabalho elaborado por: Diogo Anselmo nº052166182 João Duarte nº060250004 Pedro Inês nº080250115 Tiago Martins 080250042 IPS - EST de Setúbal, 10 de Abril de 2012

Arranques do Motor Assíncrono Trifásico

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Neste segundo trabalho prático, efetuado nas aulas de laboratório da disciplinade Accionamentos Electromecânicos, temos como objectivos, a observação e registro eanalise, das formas de onda da corrente e velocidade de vários tipos de arranque domotor assíncrono trifásico, tais como:Arranque directo;Arranque estrela/triângulo;Arranque por Autotransformador;Arranque por Arrancador Suave.

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Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Ramo de Energias Renováveis e Sistemas de Potência

Accionamentos Electromecânicos

Ano Lectivo 2011/2012

Arranques do Motor Assíncrono Trifásico

Docente:

Prof. José Henrique Querido Maia

Prof. Daniel José Medronho Foito

Trabalho elaborado por:

Diogo Anselmo nº052166182

João Duarte nº060250004

Pedro Inês nº080250115

Tiago Martins nº 080250042

IPS - EST de Setúbal, 10 de Abril de 2012

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Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Ramo de Energias Renováveis e Sistemas de Potência

Accionamentos Electromecânicos

Ano Letivo 2011/2012

Arranques do Motor Assíncrono Trifásico

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Índice

Índice .................................................................................................................................................... 2

Índice Imagens ...................................................................................................................................... 3

Objetivos ............................................................................................................................................... 4

Introdução ............................................................................................................................................ 5

Material Utilizado ................................................................................................................................. 6

Arranque Directo ................................................................................................................................. 7

Situação de Vazio ............................................................................................................................... 7

Situação de Carga ............................................................................................................................... 8

Arranque Estrela - Triângulo ............................................................................................................ 10

Situação de Vazio ............................................................................................................................. 11

Situação de Carga ............................................................................................................................. 11

Arranque por Autotransformador. .................................................................................................... 12

Situação de Vazio ............................................................................................................................. 12

Situação de Carga ............................................................................................................................. 13

Arranque por Arrancador Suave. ...................................................................................................... 14

Situação de Vazio ............................................................................................................................. 14

Situação de Carga ............................................................................................................................. 16

Conclusão ........................................................................................................................................... 18

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Índice Imagens

Fig. 1 – Vista Ligações no motor. ................................................................................................................ 5

Fig. 2 – Chapa de Características do motor. ............................................................................................... 6

Fig. 3 – Esquema de Ligação Arranque Directo. ......................................................................................... 7

Fig. 4 – Arranque directo triângulo em Vazio. ............................................................................................ 7

Fig. 5 – Tabela Valores Arranque directo triângulo em Vazio. ................................................................... 8

Fig. 6 – Arranque directo triângulo com carga de Tr = 3Nm. ..................................................................... 8

Fig. 7 – Tabela Valores Arranque directo triângulo com carga de Tr = 3Nm. ........................................... 8

Fig. 8 – Esquema de Ligação Arranque Estrela - Triângulo. .................................................................... 10

Fig. 9 – Arranque Estrela - Triângulo em Vazio. ....................................................................................... 11

Fig. 10 – Arranque Estrela - Triângulo com carga de Tr = 3Nm. ............................................................. 11

Fig. 11 – Arranque por Autotransformador em Vazio - Estrela................................................................. 12

Fig. 12 – Arranque por Autotransformador com carga de Tr = 3Nm - Triangulo. ................................... 13

Fig. 13 – Arranque por Autotransformador com carga de Tr = 3Nm - Estrela. ........................................ 13

Fig. 14 – Arranque por Arrancador Suave - Vazio. ................................................................................... 14

Fig. 15 – Paragem por Arrancador Suave - Vazio. ................................................................................... 14

Fig. 16 – Arranque por Arrancador Suave – Rampa de Subida valor máximo.......................................... 15

Fig. 17 – Paragem por Arrancador Suave – Rampa de Subida valor máximo. ......................................... 15

Fig. 18 – Arranque por Arrancador Suave – Rampa de Descida valor máximo........................................ 15

Fig. 19 – Arranque por Arrancador Suave – Rampa de Descida valor máximo........................................ 15

Fig. 20 – Arranque por Arrancador Suave com carga de Tr = 3Nm. ........................................................ 16

Fig. 21 – Arranque por Arrancador Suave em carga de e binário inicial máximo. ................................... 17

Fig. 22 – Paragem por Arrancador Suave em carga de e binário inicial máximo fase1. .......................... 17

Fig. 23 – Arranque por Arrancador Suave em carga de e binário inicial máximo fase2. ......................... 17

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Objetivos

Neste segundo trabalho prático, efetuado nas aulas de laboratório da disciplina

de Accionamentos Electromecânicos, temos como objectivos, a observação e registro e

analise, das formas de onda da corrente e velocidade de vários tipos de arranque do

motor assíncrono trifásico, tais como:

Arranque directo;

Arranque estrela/triângulo;

Arranque por Autotransformador;

Arranque por Arrancador Suave.

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_____________________________________________________________________________________ Accionamentos Electromecânicos 5

Introdução

Com o termo dos ensaios

laboratoriais, pretendemos com a

apresentação deste relatório, submeter

todos os valores e resultados, que

obtivemos do trabalho, que insidio sobre

os arranques do motor assíncrono

trifásico.

Podemos acrescentar que todos os

valores medidos, estão sujeitos a vários

erros associados, quer ao aparelho, quer

ao próprio processo de medida ou ainda

a erros ambientais. Todos eles foram tidos em conta, antes do início dos ensaios

laboratoriais, para que pudessem ser minimizados ou mantidos constantes, para que os

valores influenciados, mantivessem a mesma proporcionalidade. Assim todos os valores

aqui apresentados podem ser tomados como correctos.

De uma forma simples e completa iremos apresentar todo o trabalho realizado

no laboratório, tal como todas as determinações, resultados e conclusões.

Fig. 1 – Vista Ligações no motor.

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Material Utilizado

- Gerador taquimétrico;

- Osciloscópio digital;

- Fios condutores;

- Pinça amperimétrica;

- Ponta de prova;

- Multímetro Digital;

- Botões de comutação;

- Motor corrente alternada, trifásico;

Potencia: 1,5kW

Velocidade nominal: 1415 rpm

Fig. 2 – Chapa de Características do motor.

- Arrancador Suave – AC semicondutor motor controller;

Modelo: SER 4012-B

Tensão alimentação: 230/400V

Corrente de alimentação máxima 12A

Triângulo Estrela

Tensão Nominal 220 V 380 V

Corrente Nominal 6,6 A 3,8 A

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Arranque Directo

O arranque direto consiste em aplicar uma tensão de forma brusca aos terminais

do motor com o fecho de um interruptor.

Foram observadas e registadas as formas de onda para a situação de arranque em

vazio e de igual forma para a situação de carga com um binário Tr = 3 Nm.

Mais se pode dizer que as ligação foi feita em triângulo, para que o motor

conseguisse suportar a carga de Tr = 3 Nm, sem que houvesse um consumo de corrente

excessivo.

Fig. 3 – Esquema de Ligação Arranque Directo.

Situação de Vazio

Após termos realizado a montagem do arranque directo com ligação em

triângulo, estando o motor em vazio,

observamos e registamos no osciloscópio

as formas de onda da corrente e

velocidade durante o arranque.

Podemos constactar que o valor

da corrente registado foi elevado e

manteve-se até que o motor, atingio a sua

velocidade de rotação máxima.

Fig. 4 – Arranque directo triângulo em Vazio.

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O resumo dos valores, são os apresentados na tabela que se segue.

Velocidade: (14,4 V = 1000 rpm) 1597 rpm

Corrente de arranque: 32 A

Corrente nominal: 6,6 A

Relação corrente de arranque e nominal 4,85

Fig. 5 – Tabela Valores Arranque directo triângulo em Vazio.

Situação de Carga

Após termos realizado a montagem do arranque directo sem carga, efectuamos

uma outra montagem, onde colocamos um binário de carga de Tr=3 Nm. Efectuamos

novamente com ligação em triângulo o arranque directo, observamos e registamos no

osciloscópio as formas de onda da

corrente e velocidade durante o arranque.

E o que se observou, foi que o valor da

corrente foi muito superior, ao registado

no ensaio em vazio, tendo este valor de

corrente ultrapassado o valor maximo de

corrente admitida pelo motor, tal como se

pode observar na figura ao lado e no

quadro de resumo dos valores.

Velocidade: (14,4 V = 1000 rpm) 1562 rpm

Corrente de arranque: 25A

Corrente nominal: 6,6 A

Relação corrente de arranque e nominal 3,78

Fig. 7 – Tabela Valores Arranque directo triângulo com carga de Tr = 3Nm.

Fig. 6 – Arranque directo triângulo com carga de

Tr = 3Nm.

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Comparando as figuras dos arranque em vazio e com carga, observa-se que, em

ambas as situações, a corrente de arranque atinge um valor proximo das cinco vezes

superior à corrente nominal, com um valor máximo de 25A, aproximadamente.

Observa-se também que no ensaio em carga o regime transitório se mantém por

um maior período de tempo.

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Arranque Estrela - Triângulo

O arranque em estrela-triângulo, tal como o nome indica, o arranque tem uma

primeira etapa em em estrela porque a corrente pedida à fonte é menor e uma segunda

etapa depois da estabilização onde é feita a passagem para triângulo. Esta foi feita

recorrendo aos comutadores apropriados.

Foram observadas e registadas as formas de onda para a situação de vazio e para

a situação em carga.

Fig. 8 – Esquema de Ligação Arranque Estrela - Triângulo.

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Situação de Vazio

Na situação em que o motor se encontrava em vazio, o que observamos foi uma

primeira etapa em estrela onde a corrente solicitada à fonte é menor, em que durante

esse instante o motor acelera até

aproximadamente metade da sua

velocidade nominal. Após esta primeira

etapa em estrela observamos, a etapa em

triângulo onde a corrente é maior do que

a registada em estrela mas menor do que

no ensaio do arranque directo em

triângulo. Tal como se pode observar na

imagem ao lado.

Situação de Carga

Agora no ensaio com um binário de carga de Tr=3Nm, o que observamos foi

muito semelhante ao observado no ensaio em vazio, sendo que a única grande alteração

é mesmo o valor da corrente que aumentou, para suportar o binário de carga

acrescentado neste ensaio.

Sendo que este é a forma mais comum de arranque de motores de corrente

alternada, podemos concluir que embora

a corrente solicitada à rede seja menor

do que no arranque directo, ainda assim

apresenta um elevado valor de corrente

no arranque.

O único problema que

observamos, foi o tempo de comutação

de estrela para triângulo onde podemos

observar ser suficiente para que a

velocidade da máquina diminua.

Fig. 9 – Arranque Estrela - Triângulo em Vazio.

Fig. 10 – Arranque Estrela - Triângulo com carga de

Tr = 3Nm.

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Arranque por Autotransformador.

O arranque por Autotransformador consiste em fazer a regulação da tensão aos

terminais do motor de forma gradual entre o seu valor nulo até ao valor nominal

referente à máquina assíncrona por forma a minimizar o valor da corrente solicitada à

rede, no arranque.

Situação de Vazio

Em primeiro efectuamos um arranque, com o motor em vazio e ligado ao

autotransformador, em estrela.

O que observamos foi um aumento rápido da velocidade, mas em que a corrente

solicitada foi menor do que nos casos anteriores, sendo que o tempo transitório foi

também o menor registado até agora.

Fig. 11 – Arranque por Autotransformador em Vazio - Estrela.

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Situação de Carga

Após o ensaio em vazio, efectuamos o ensaio em carga. Mas neste caso, foi feito

com dois tipos de ligação, primeiro em triângulo e depois o mesmo arranque, ligando o

motor ao autotransformador em estrela.

O que observamos foi muito semelhante, embora o valor de corrente para os dois

casos tenham sido diferentes.

No caso em que o motor se encontrava ligado em triângulo, observamos um

ligeiro aumento do valor da corrente, quando comparado com o valor da ligação em

estrela.

Mais podemos afirmar que a parte transitória da corrente é superior quando

comparada com os ensaios anteriores.

Fig. 12 – Arranque por Autotransformador com

carga de Tr = 3Nm - Triangulo.

Fig. 13 – Arranque por Autotransformador com

carga de Tr = 3Nm - Estrela.

No acompanhamento dos arranques anteriormente apresentados, o arranque com

autotransformador será o mais vantajoso, em termos de controlo de binário e do valor

inicial da corrente, mas é o mais dispendioso em termos económicos, devido ao elevado

preço do equipamento autotransformador.

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Arranque por Arrancador Suave.

Este ensaio é feito usando um arrancador suave que através do ajuste das rampas

de subida, descida e binário inicial permite diminuir ou aumentar os tempos de arranque

e paragem, por forma a diminuir os picos de corrente e o tempo de transição.

Situação de Vazio

Após realizarmos a montagem com o Arrancador Suave e estando o motor em

vazio, efectuamos o ajuste do arrancador, colocando todas as rampas(subida, descida e

binário inicial) do arrancador suave na posição mínima.

Com este ajuste efectuamos a oobservação e registo no osciloscópio das formas

de onda da corrente de arranque paragem na fase 1.

As imagens que se seguem são ilustrativas do descrito anteriormente.

Fig. 14 – Arranque por Arrancador Suave - Vazio. Fig. 15 – Paragem por Arrancador Suave - Vazio.

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Depois disto colocamos a rampa de subida na posição máxima voltamo a

registar no osciloscópio as formas de onda da corrente durante o arranque na fase 1 em

vazio e também a forma de onda da velocidade durante o arranque e paragem.

A imagens que se seguem ilustram esta situação.

Fig. 16 – Arranque por Arrancador Suave – Rampa

de Subida valor máximo.

Fig. 17 – Paragem por Arrancador Suave – Rampa

de Subida valor máximo.

Novamente voltamos a a ajustar mais um parametro, sendo que desta colocamos

o valor daa rampa de descida na posição máxima, onde voltamos a efectuar o registo no

osciloscópio das formas de onda da corrente durante o arranque e paragem na fase 1 em

vazio. Observamos e registamos igualmeten a forma de onda da velocidade durante o

arranque e a paragem.

Fig. 18 – Arranque por Arrancador Suave – Rampa

de Descida valor máximo.

Fig. 19 – Arranque por Arrancador Suave – Rampa

de Descida valor máximo.

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Situação de Carga

Agora neste caso colocamos um binário de carga no veio da maquina de

Tr=3Nm.

Voltamos a fazer ajustes nos parâmetros do arrancador suave, sendo que desta

vez colocamos as rampas de subida e descida na posição máxima, tal como no ensaio

anterior, mas verificamos se o binário inicial do arrancador suave na posição mínima.

Voltamos uma vez mais a observar e registar no osciloscópio as formas de onda

da corrente de arranque na fase 1 agora em carga e também observamos e e registamos a

forma de onda da velocidade durante o arranque em carga.

Fig. 20 – Arranque por Arrancador Suave com carga de Tr = 3Nm.

De seguida colocamos o parâmetro do binário inicial do arrancador suave na

posição máxima. Voltamos então a observar e registar no osciloscópio as formas de

onda da corrente de arranque na fase 1 em carga e também a forma de onda da

velocidade durante o arranque em carga.

Após o arranque observamos com o rigor pedido, o onde procedemos ao registo

a forma de onda da corrente na fase1, durante a paragem do motor para a situação de

carga.

Após este observamos com rigor o registo da forma de onda da corrente na

fase2, durante a paragem do motor para a situação de carga.

As imagens que se seguem ilustram as situações aqui descritas.

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Fig. 21 – Arranque por Arrancador Suave em carga de e binário inicial máximo.

Fig. 22 – Paragem por Arrancador Suave em carga

de e binário inicial máximo fase1.

Fig. 23 – Arranque por Arrancador Suave em carga

de e binário inicial máximo fase2.

No que nos compete, podemos observar que o arrancador suave, faz tanto

arranques, como paragens, com ou sem carga em condições, que não foram de alguma

forma possíveis nos ensaios anteriores.

Este pequeno equipamento electrónico, fez com que fosse possível efectuar o

arranque mais rápido, descrito neste trabalho escrito, com um valor de corrente mínimo,

se comparado com qualquer dos outros ensaios, com ou sem carga.

Também na paragem observamos diferenças, sendo que a paragem assistida pelo

arrancador suave, era feita em menos tempo, embora à custa de um ligeiro consumo

energético.

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Conclusão

Em suma, todos os objectivos propostos foram atingidos. Para tal foi importante

a consulta do guia de laboratório.

Estes ensaios aqui mostrados, são apenas ilustrativos das enormes

potencialidades dos equipamentos aqui estudados.

Para estes ensaios, podemos afirmar que a sequência seguida foi inversamente

proporcional ao valor de corrente solicitado à rede.

No estudo do Arranque Directo, embora sendo a forma mais simples de arranque

de um motor. Sendo também que não existe um elevado valor monetário investido no

comando do arranque do motor. Embora pareça ser a forma mais económica, a médio

longo prazo, o valor de corrente observado no arranque irá deteriorar os enrolamentos

do motor, contribuindo para a diminuição do tempo de vida deste, acaba por ser uma

opção onerosa, e aumenta mais, quanto maior for a potência do motor em causa.

O Arranque Estrela/Triângulo é sem dúvida o mais comum, de todos os

arranques aqui estudados. Com um valor menor de corrente no arranque quando da

etapa em estrela, contribui e em muito para arranques mais económicos e menos

prejudiciais, para o motor.

Com o Arranque por Autotransformador é possível obter arranques, tão suaves,

quanto se queira, serão igualmente lentos, mas para certas aplicações esta é a forma, que

possibilita algum controlo do binário de arranque e até de velocidade. Embora o

equipamento seja dispendioso, esta é a forma usada para efectuar arranque e paragens

em situações muito particulares.

Com o disseminação da electrónica de potência e com o seu custo a diminuir da

dia para dia, esta a se possível trocar os modos de arranque, mais tradicionais, pelos

arranque por Arrancador Suave. Este equipamentos, quando bem parametrizados,

efectuam paragens e arranques, nas condições pretendidas. Embora exista um

investimento inicial, na aquisição do equipamento de controlo, com o passar do tempo e

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o menor consumo energético nos arranques, o investimento, vai compensando, sendo

que o retorno é feito cada vez mais cedo.

Nem tudo são vantagens, pois a electrónica de potência causa, interferências na

rede energética, tendo estas que ser atenuadas., pois estas interferências podem não só

prejudicar o motor, como equipamentos que se encontrem nas proximidades da rede.

Estes ensaios foram importante, na medida da sua abrangência e desafio, pois só

neste trabalho prático número dois procedemos aos mais comuns tipos de arranque de

motores.