GERADOR

DE

CORRENTE CONTÍNUA

Laboratório de Máquinas Elétricas – Experimento 1

Hannah Maria Véras Caldeira da Fonseca - 110073585

Lívia Lisandro Judice Godoy - 110073797

Marcos Cesar Rocha Filho - 110073577

Sabrina Caputi Guimarães – 110073878

Sumário

1 Descrição do Experimento....................................................................................................2

2 Resultados............................................................................................................................6

2.1 Características a Vazio do Gerador CC..........................................................................6

2.2 Característica com Carga do Gerador CC......................................................................8

2.3 Cálculos de eficiência e das perdas no sistema............................................................9

2.4 Regulação de tensão do gerador em excitação independente.....................................9

3 Análise dos Resultados.......................................................................................................10

4 Conclusão...........................................................................................................................11

Referências.................................................................................................................................11

Figura 1: Grupo motor-gerador....................................................................................................2Figura 2: Reostato de campo do motor........................................................................................2Figura 3 : Identificação dos enrolamentos do gerador.................................................................3Figura 4: Reostato utilizado..........................................................................................................4Figura 5: Curva de magnetização ascendente..............................................................................6Figura 6: Curva de magnetização descendente............................................................................6Figura 7: Curva das características de terminal............................................................................7Figura 8: Corrente x Regulação de tensão para o gerador em excitação independente..............9

1 Descrição do Experimento

Neste experimento, foram realizados ensaios com um gerador de corrente contínua, com o objetivo de levantar a curva de carga da máquina em questão, analisando ao final a eficiência da mesma, bem como suas perdas.

Primeiramente, identificamos a estrutura principal do grupo motor-gerador, como pode ser visto na Figura (1).

Identificou-se que o motor é síncrono trifásico, com os terminais do rotor na parte superior, para serem alimentados com corrente contínua. Notou-se também que na parte lateral encontra-se um reostato de campo do motor, que pode ser visualizado na Figura (2).

Figura 1: Grupo motor-gerador

Figura 2: Reostato de campo do motor

Para o funcionamento do motor, primeiramente liga-se a chave trifásica para alimentar a máquina, que começa a girar. Deve-se ressaltar a importância do enrolamento amortecedor, que fornece o conjugado inicial para que a máquina possa partir. Ao atingir a velocidade síncrona, liga-se o circuito de campo, controlando a corrente de campo If, monitorada através de um amperímetro. Antes da máquina partir, a corrente é da ordem de cerca de 8 A.

Analisando o gerador, inicialmente pode-se medir a tensão residual do gerador, resultante do magnetismo residual, que inicialmente tem característica a vazio.

Identificou-se em seguida os enrolamentos do gerador, notando que o mesmo possui um enrolamento de armadura, dois enrolamentos série e dois enrolamentos shunt, que estão em paralelo entre si. Estes enrolamentos podem ser vistos na Figura (3).

Figura 3 : Identificação dos enrolamentos do gerador

Ligando-se em série estes enrolamentos shunt, o giro pode chegar a 3600 rpm, enquanto que em paralelo, chega a 1800 rpm apenas.

Iniciando os experimentos, primeiramente realizou-se os ensaios com o gerador sendo auto-excitado, com os dois enrolamentos shunt em paralelo entre si. Mediu-se a tensão na armadura e a corrente de campo do motor, lembrando que a tensão nominal é de 125 V.

Um problema a ser relatado foi que ao ligar o grupo, observou-se que o sentido de giro do motor estava invertido, o fluxo foi contrário, o que fez com que a máquina perdesse o magnetismo residual (medindo-se uma tensão residual de 1,5V). Isso fez que o escorvamento não acontecesse, então o motor não partiu. A tensão na armadura foi

aumentando, alguns segundos depois mediu-se 2,4V e a máquina ainda não estava escorvando.

Tentando contornar esse problema, alguns minutos depois o motor foi parado e em seguida foi partido com o sentido de giro certo, dessa vez. Abriu-se o reostato de campos e mediu-se uma tensão residual de 4,17V. Monitorando a corrente de campos, foi observado que inicialmente ela era 2A, passando para 0,3A, com tensão correspodente 1,72V.

Concluíu-se que a máquina, de fato, perdeu magnetismo residual. Para solucionar esse problema, foi necessário alimentar a mesma com uma fonte CC externa, em paralelo com o reostato.

Em seguida, fez-se o ensaio do gerador funcionando com excitação independente, porém agora com carga, a saber, um reostato que encontrava-se adjacente ao grupo motor-gerador, que pode ser visualizado na Figura (4).

Figura 4: Reostato utilizado

Variou-se a tensão na armadura no reostato de carga, para obter a curva da tensão terminal com a carga. O valor inicial foi de 135 V, maior, portanto, do que o valor nominal. Ao ligar a primeira carga de 2 A, notou-se que a tensão caiu para 134 V. Pode-

se observar que cada vez que aumenta a carga, o gerador sente o conjugado contra a rotação.

Em seguida, ajustou-se o reostato de campo para a tensão nominal, sendo esse o ponto final, e retirou-se gradativamente a carga (4 A por vez), anotando os valores a fim de levantar a curva de carga.

2 Resultados

2.1 Características a Vazio do Gerador CC

Realizando as conexões citadas, após a partida do motor, verificou-se uma tensão residual de 3,51 V. Como o grupo motor-gerador foi ligado, de forma equivocada, ora em um sentido de rotação ora em outro, esse valor de tensão residual não era o que deveria ser encontrado caso o grupo fosse operado de maneira correta.

Ligando o circuito de campo inicialmente com a máxima resistência possível (mínima corrente de excitação), os valores da Tabela 1 foram registrados aumentando paulatinamente o valor da corrente de excitação. Tomou-se o cuidado de não ultrapassar o valor da tensão nominal de 125V, por isso o ajuste do reostato de campo foi realizado tendo em vista a tensão VL.

Na Tabela 2 o mesmo procedimento foi realizado, mas agora diminuindo o valor da corrente de excitação. Nesta análise só foi possível obter 8 pontos de medição.

A partir dos pontos da Tabela 1 e da Tabela 2, podem-se traçar as curvas de magnetização ascendente e descendentes que podem ser vistas na Figura (5) e na Figura (6), respectivamente.

Tabela 1: Pontos para curva de magnetização ascendente

If(A) 0 0,69 0,84 1,06 1,21 1,42 1,60 1,83 1,97 2,23VL(V) 3,33 44,3 53,7 66,0 75,2 86,9 95,9 106,8 113,2 124,2

Tabela 2: Pontos para curva de magnetização descendente

If(A) 1,97 1,72 1,55 1,33 1,15 0,99 0,83 0,71VL(V) 115,4 104,7 96,9 86,0 75,9 67,0 56,8 49,6

Figura 5: Curva de magnetização ascendente

Figura 6: Curva de magnetização descendente

2.2 Característica com Carga do Gerador CC

Ainda com as mesmas conexões, conectamos o circuito de excitação com o mínimo valor de corrente de campo e aumentamos a corrente de campo até obter a tensão e corrente nominal. Para que isso fosse possível, inicialmente ajustamos a tensão em 136,6V para depois, com o aumento da corrente do reostato, chegássemos a 125V.

Quando ligamos todas as seções de carga do reostato da Figura (4), verificamos:

VL = 125,6 V

If = 25,3 A

Notamos que, inicialmente, fazendo a leitura dos interruptores do reostato, somamos 26 A quando todas as cargas estão ligados. A partir deste estágio, desligamos, um a um, os seis interruptores de 4 A, encontrando os sete primeiros pontos. Por último desligamos o interruptor de 2 A. Os valores medidos para V L e IL para esse procedimento podem ser visualizados na Tabela 3.

O gráfico obtido a partir desses pontos pode ser visto na Figura (8).

Tabela 3: Característica terminal do gerador CC com excitação independente

IL (A) 25,41 21,73 18,00 14,52 10,60 6,35 2,10 0,037VL(V) 125,0 126,4 127,0 127,6 128,10 128,60 129,60 130,70

Figura 7: Curva das características de terminal

2.3 Cálculos de eficiência e das perdas no sistema

Para calcular a eficiência e as perdas do sistema medimos a tensão e corrente do motor, de modo que pudéssemos calcular a potência fornecida ao motor. Já para o cálculo da potência extraída no gerador CC utilizamos a tensão nominal e sua corrente correspondente medida no ensaio.

Pmotor = 219,7 *12,74 = 2798,98 W

Pextraida= 125*25,91 = 3238,75W

Dessa forma, fazendo potência extraída menos potência do motor, chegamos ao resultado das perdas que é igual a 439,77W.

Para calcular a eficiência do nosso sistema devemos fazer a razão entre as potências recebida e fornecida, o que nos leva ao seguinte resultado:

Eficiência= PmotorPextraída

∗100%=2798,983238,75

∗100%=86,42%

2.4 Regulação de tensão do gerador em excitação independente

Como sabemos a regulação de tensão é medida da seguinte forma:

Assim, para traçarmos a curva de regulação de tensão versus carga, devemos nos basear na Tabela 4. Essa tabela contém os resultados da regulação de tensão a cada variação na carga.

O gráfico da figura (8) demonstra a curva da tabela 4.

Tabela 4: Relação entre a variação na carga e a regulação de tensão

Il(A) 0 2,10 6,35 10,60 14,52 18,00 21,73 25,91Reg - 0,8487 1,6329 2,0296 2,4294 2,9134 3,4019 4,56

Figura 8: Corrente x Regulação de tensão para o gerador em excitação independente

3 Análise dos Resultados

Nas curvas de magnetização, figuras 5 e 6, podemos perceber um magnetismo residual existente visto que mesmo sem carga o sistema apresenta tensão em seus terminais. Isso ocorre de acordo com o esperado, pois elementos ferromagnéticos seguem a curva de histerese quando submetidos a um campo eletromagnético e sempre mantém uma tensão residual correspondente ao nível de indução magnética. Além disso, é importante perceber que as curvas de magnetização são semelhantes, como era esperado.

Já no gráfico da figura 7, podemos ver a tensão aumentando à medida que retiramos a carga aplicada. Esse gráfico corresponde corretamente a uma curva de carga de um gerador de corrente contínua.

Em seguida devemos analisar a eficiência e as perdas no sistema. Considerando a ordem de grandeza das potências recebida e fornecida, as perdas passam a impressão de não serem muito grandes. No entanto, quando analisamos a eficiência do grupo gerador CC – motor síncrono percebemos que ela é baixa para um sistema elétrico e assim, as perdas são bastante significativas. Atribuímos a essa ocorrência o tempo de vida útil dos equipamentos da bancada, que por conta de seu envelhecimento e desgaste interno, pode ter prejudicado a eficiência.

Com relação à curva de regulação de tensão também podemos dizer que ficou dentro do esperado, pois à medida que a tensão em carga diminui, a diferença entre a tensão em vazio e em carga aumenta, correspondendo assim a um aumento na regulação de tensão.

4 Conclusão

Esse experimento, como dito anteriormente na seção 1, não ocorreu conforme o planejado, pois não foi possível realizar todas as suas etapas o que consequentemente prejudicou a comparação dos resultados entre as diversas conexões de um gerador CC auto-excitado.

Apesar desse contratempo inicial, foi possível realizar com sucesso a experiência do gerador CC de excitação independente e também perceber importantes características de operação relacionadas a essa máquina, como discutimos na seção anterior.

Referências

[1] FITZGERALD, A.E., KINGSLEY JR., C. and DUMAS, S. D., “Máquinas Elétricas” (Bookman)