EEE-462 Guia do Aluno de Lab de Maquinas Juan.PDF

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO ESCOLA POLITÉCNICA – Departamento de Engenharia Elétrica

Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 1 [email protected]

EEE462 – LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS

GUIA DO ALUNO

(Edição 2 – Setembro 2013)

Revisado por:

Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc.




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.

Figura 1 – Gerador CC com excitação Independente

Motor Síncrono

+ -

+ 125 VCC - Circuito de Campo MS

+ 125 VCC - Circuito de Campo GCC



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.



• 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.



• 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)


IL (A) VL (V)


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.



EEE462 - LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS

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.



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 Va = ____________ V Vf = ____________ V If = ________________ A

Ia (A)

Gerador CC 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.



EEE462 - LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS 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).


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:



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 curto-

circuito 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.




(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.


2.1. 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.



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.




(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



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.



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.




(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



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 Fase-Neutro

Tabela 2 - Medidas para X0

Corrente de Linha

Tensão Fase-Neutro

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.




(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.



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 Fase- Neutro (Vmin)

Tabela 2 - Medidas para Xd

Corrente de Linha (Imin)

Tensão Fase- Neutro (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.




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.


2.1. 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

Figura 1 – Montagem do Ensaio a vazio

Fonte trifásica

de tensão variável

Vazio



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] S [kVA] Q [kvar] cos φ Imed [A]



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



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.

Documents

EEE-462 Guia do Aluno de Lab de Maquinas Juan.PDF