Laboratório de Máquinas Elétricas - I

Professor Jim Naturesa

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Sumário

Normas de segurança

Experiência 1 – Transformador monofásico: aspectos gerais.

Experiência 2 – Transformador monofásico: fator de potência, rendimento e regulação.

Experiência 3 – Transformador monofásico: testes.

Experiência 4 – Introdução à Máquinas Elétricas.

Experiência 5 – Gerador CC com excitação independente a vazio.

Experiência 6 – Gerador CC com excitação independente com carga.

Experiência 7 - Motor CC com excitação independente a vazio.

Experiência 8 - Motor CC com excitação independente com carga.

Referências bibliográficas

Atenção! Antes de ligar qualquer circuito elétrico chame o técnico do laboratório ou o

professor da disciplina.

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Normas de Segurança e Aparelhos de Medidas Elétricas Normas de Segurança 1) Verifique o circuito elétrico antes de colocá-lo em funcionamento;

2) Verifique o valor da tensão da rede onde você irá conectar seus instrumento e o experimento;

3) Quando tiver dúvida, não energize o circuito e procure o professor;

4) Não trabalhe com sapatos e roupas úmidas;

5) Evite o uso de colares, anéis, pulseiras, etc;

6) Evite brincadeiras;

7) Faça montagens experimentais de maneira organizada;

8) Antes de tocar no circuito, verifique sempre se o mesmo está desligado e descarregado utilizando

um voltímetro.

Utilização dos instrumentos de medida Amperímetro - Medida de corrente elétrica - Assegure-se de que o circuito esteja desligado;

- Conecte o instrumento em série (com a fonte, o bipolo, etc);

- Selecione no instrumento o tipo de corrente a ser medida: alternada ou contínua;

- Estime o valor da corrente a ser medida e selecione a escala adequada;

- Energize o circuito e faça a leitura.

Voltímetro - Medida de tensão elétrica - Conecte o instrumento em paralelo (com a fonte, o bipolo, etc);

- Selecione no instrumento o tipo de tensão a ser medida: alternada ou contínua;

- Estime o valor da tensão a ser medida e selecione a escala adequada;

Ohmímetro - medida de resistência elétrica - Desligue o circuito; - Selecione a escala adequada para a grandeza a ser lida;

- Se for medir a resistência de um bipolo, retire-o do circuito e conecte-o aos terminais do

ohmímetro;

- Se for medir a resistência equivalente entre dois pontos do circuito, lembre-se de que as fontes de

energia possuem resistência interna;

- Após a leitura, retorne a chave seletora para a posição desligada (OFF).

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Experiência 1 – Prof. Jim Naturesa

Transformadores Monofásicos

1) Monte o circuito abaixo. Transformador sem Carga

2) Complete a tabela

Vp (V) Tensão no primário

Vs (V) Tensão no secundário

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

127

3) Monte o circuito abaixo. Transformador com carga.

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4) Complete a tabela.

Vp (V) Tensão no primário

Ip (A) Corrente no primário

Vs (V) Tensão no secundário

Is (a) Corrente no secundário

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

127

5) Construir o gráfico Vp (Tensão no primário) versus Vs (Tensão no secundário) com e sem carga.

6) Construir o gráfico Ip (Corrente no primário) versus Is (Corrente no secundário) com carga.

7) Calcule a razão de transformação tendo como base os dois gráficos.

8) Quais as conclusões do grupo?

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Experiência 2 – Prof. Jim Naturesa

Transformador Monofásico – fator de potência, rendimento e regulação.

1) Monte o circuito abaixo. Atenção: Tensão do primário 220 V.

2) Complete a tabela.

1 Lâmpada 2 Lâmpadas 3 Lâmpadas

V1 (V)

I1 (A)

P1 (W)

V2 (V)

I2 (A)

P2 (W)

Observação: Medir a tensão do secundário sem carga. Vs = V.

3) Calcule o fator de potência para cada situação utilizando os valores do primário.

4) Calcule o rendimento para as três condições de carga.

5) Calcule a regulação para a máxima condição de carga.

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6) Monte o circuito abaixo. Atenção: Tensão do primário 220 V.

7) Complete a tabela.

Lâmpada e Motor monofásico Lâmpada, Motor e Capacitor

V1 (V)

I1 (A)

P1 (W)

V2 (V)

I2 (A)

8) Calcule o fator de potência para cada situação utilizando os valores do primário.

9) Calcule a potência reativa para as duas situações.

10) Quais são as conclusões do grupo?

Expressões

Rendimento (%) = (Psaída / Pentrada) 100

θ = arc cos (P / S)

Regulação (%) = [ (Vvazio – Vplena carga) / (Vplena carga) ] 100

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Experiência 3 – Prof. Jim Naturesa

Transformadores Monofásicos – Ensaios

1) Teste de Circuito Aberto: Primário em circuito aberto.

Tensão Nominal (secundário): 127 V;

Medir:

Vp = ; Is = ; Ps = ; Calcular a =

2) Teste de Curto-Circuito: Secundário em curto-circuito.

Atenção:

i) Is(nominal) = 4,0 A;

ii) A tensão do Variac deve ser “zerada” antes desse ensaio;

iii) Aumentar gradativamente a tensão do Variac até atingir Is = 4,0 A;

iv) Não ultrapassar a corrente nominal do secundário.

Medir:

Vp = ; Ip = ; Pp = ;

3) Obter os parâmetros do circuito equivalente referido para o primário. Assumir: R1 = a2R2 e X1 =

a2X2

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Circuito equivalente

Referido para o primário

1) Teste de Circuito Aberto (Teste a Vazio)

Pc = P0 – I02 R1

E1 = V0 ∠0 - (I0 ∠θ0)(R1+jX1)

θ0 = arc cos (P0 / V0 I0)

Rc = E12/Pc

Ic = Pc/E1

I02 = Ic

2 + Im

2

Xm = E1 / Im

a = V0 / E2

2) Teste de Curto-Circuito

Zs = Vs / Is

Rs = Ps / Is2

Zs2 = Rs

2 + Xs

2

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Experiência 4 – Prof. Jim Naturesa

Introdução a Máquinas Elétricas A) Esquemas de ligações.

Gerador de Corrente Contínua.

Figura 1 - Gerador CC

Motor de Corrente Contínua.

Figura 2 - Motor CC

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Máquina Assíncrona - Motor de Indução.

Figura 3 - Motor de Indução

B) Responda as perguntas abaixo.

1) Quais os tipos de máquinas elétricas?

2) Qual a função do comutador para a máquina de corrente contínua?

3) Quais os tipos de máquinas síncronas? Quais as suas principais diferenças?

4) Quais os tipos de máquinas assíncronas (máquina de indução)? Quais as suas principais

características?

5) Cite as principais perdas nas máquinas elétricas.

6) Cite exemplos de utilização de máquinas de corrente contínua.

7) Cite exemplos de utilização de máquinas síncronas.

8) Cite exemplos de utilização de máquinas de indução.

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Experiência 5 – Prof. Jim Naturesa

Máquina de Corrente Contínua – Gerador CC com excitação independente a vazio

1) Montar o circuito abaixo.

1.1)Detalhes do Gerador de Corrente Contínua.

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2) Complete a tabela abaixo

2.1) Gerador CC a vazio - Ascendente.

If (mA) Vf (V) Va (V)

2.2) Gerador CC a vazio - Descendente.

If (mA) Vf (V) Va (V)

3) Construa as curvas Tensão de Armadura (Va) versus Corrente de Campo (If).

4) Quais as conclusões do grupo?

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Experiência 6 – Prof. Jim Naturesa

Máquina de Corrente Contínua – Gerador CC com excitação independente com carga.

1) Montar o circuito abaixo.

1.1) Detalhes do Gerador de Corrente Contínua.

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2) Complete a tabela abaixo

2.1) Gerador CC a vazio.

If (mA) Vf (V) Va (V)

2.2) Gerador CC com carga.

Feche a chave e complete a tabela.

If (mA) Vf (V) Va (V)

3) Construa as curvas Tensão de Armadura (Va) versus Corrente de Campo (If).

4) Quais as conclusões do grupo?

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Experiência 7 – Prof. Jim Naturesa

Máquina de Corrente Contínua - Motor de Corrente Contínua com excitação independente a vazio. 1) Montar o circuito abaixo.

2) Complete as tabelas abaixo.

2.1) Corrente de Campo constante.

If = mA

Tensão na Armadura - Va (V) Corrente de Armadura - Ia (A)

Rotação (rpm)

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2.2) Tensão da Armadura constante.

Va = (V)

Atenção: Não reduzir a zero o valor da corrente de campo, pois o motor CC dispara.

Corrente de Campo - If (A) Rotação (rpm)

3) Construa os seguintes gráficos:

3.1) Tensão de armadura (abscissa) versus Rotação.

3.2) Corrente de campo (abscissa) versus Rotação.

4) Calcule o valor da constante K da máquina.

5) Quais as conclusões do grupo?

6) Para casa: Anote os valores de placa da máquina CC e construa os gráficos acima.

Dados Ra = 7 Ohms.

Rotação para o motor CC com excitação independente:

n = (Va -Ra Ia) / (K If) onde K é uma constante.

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Experiência 8 – Prof. Jim Naturesa

Máquina de Corrente Contínua - Motor CC com excitação independente com carga 1) Montar o circuito abaixo.

Detalhes das ligações da máquina CC.

2) Antes de ligar o circuito meça:

Ra = Ohms e Rf = Ohms

3) Ligar o circuito sem a carga trifásica (motor a vazio).

Atenção. Alimentar o circuito de campo com um valor de corrente mínima, por exemplo, If = 100

mA.

Medir: Va (armadura) = V; Ia = A; Vf (campo) = V; If = A.

Rotação = rpm

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4) Calcular:

Ea (fcem) = V; Peletromecânica = Ea Ia = W;

Pentrada = Va Ia + Vf If = W; Torque a vazio = Nm

5) Ligar a carga trifásica. Complete a tabela.

Situação Máquina CC Motor Máquina de Indução

Gerador Rotação

Va (V) Ia (A) Vt (V) IL (A) n (rpm)

Uma chave

fechada

Duas chaves

fechadas

Três chaves

fechadas

6) Calcular os valores de Potência e Torque.

Situação Peletromecânica = Ea Ia (W) Torque (Nm)

Uma chave fechada

Duas chaves fechadas

Três chaves fechadas

7) Fazer o gráfico da curva Torque versus rotação.

8) Calcular para a situação de plena carga.

Pentrada (Máquina CC) =

Pcobre =

Patrito =

Psaída (Máquina de Indução) = √3 VL IL FP =

9) Calcular

Rendimento da máquina CC.

η =

Rendimento do processo (Máquina CC - Máquina de Indução).

Rendimento = (Pentrada MCC / Psaída MI) 100 =

20

10) Quais as conclusões do grupo?

Dados Torque eletromecânico, TE = (Peletromecânica 60) / (2 π n) (Nm)

Eficiência, η = (Psaída) / (Pentrada) 100

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Referências bibliográficas

Gottlieb, I. Electric Motors and Control Techniques. TAB Books. 1994.

Kosow, I. Máquinas Elétricas e Transformadores. Editora Globo. 2001.

Martignoni, A. Ensaios de Máquinas Elétricas. Editora Globo. 1987.

Nasar, S. Electric Machines and Electromechanics. Schaum Outlines. 1995.

Ricker, C. & Tucker, C. Electrical Engineering Laboratory Experiments. McGraw- Hill. 1940.

Sen, P. Principles of Electric Machines and Power Electronics. John Wiley & Sons. 1997.

Ao utilizar essa apostila, por favor, cite a fonte.

Obrigado,

Jim Naturesa.