Laboratórios de Máquinas Eléctricas

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1 Lbortórios de Máquins Eléctrics L.E.M L.E.A.N. 004/005 TRABALHO Nº3 Máquins de Comutção Mecânic José Miguel Rodrigues, Ctrin Ferreir, 4644 Dimbi Domnuel, 54651

2 José Luis, Índice 1 Introdução, 3 Fundmentos teóricos, 3.1 Máquins eléctrics, 3. Máquin de comutção mecânic, Excitção em série, 5..1 Excitção em derivção, 6 Prte I Motor de Excitção em Série, 8 Prte II Motor de Excitção em Derivção

3 1 Introdução Neste trblho pretende-se fzer o trçdo e comprção de funcionmento dos motores de corrente contínu com excitção em série e em derivção, tis como crcterístic Electromecânic de Binário, crcterístic Electromecânic de Velocidde e crcterístic Mecânic. A crcterístic Eléctric de Binário represent o ndmento dos vlores do binário mecânico útil no veio do motor (T ) em função d corrente de crg ( I ), mntendo constnte tensão os terminis do motor. T = f (I) A crcterístic Electromecânic de Velocidde represent o ndmento dos vlores d velocidde ( N ) em função d corrente de crg ( I ), mntendo constnte tensão os terminis do motor. N = f (I) A crcterístic Mecânic represent o ndmento dos vlores do binário mecânico útil no veio de um motor (T ), d velocidde ( N ), mntendo constnte tensão os terminis do motor. T = f (N) Fundmentos Teóricos.1 Máquins Eleéctrics Existem vários tipos de Máquins Eléctrics, ests podem ser distinguids pel su construção e/ou pelo modo como são limentds: Máquins Estátic Eléctrics Trnsformdor Excitção Independente. Comutção Mecânic Excitção em derivção Excitção em série NãoEstátic Máquin Assíncron M Máquin Síncron Um exemplo de um Máquin Estátic é o Trnsformdor, cuj designção de Estátic se deve o fcto de não hver trblho mecânico em jogo. Est máquin só funcion com corrente lternd. 3

4 Ns Máquins Não-Estátics inserem-se s Máquins Síncrons e Assíncrons. O funcionmento dests máquins foi já explicdo no reltório nterior, pelo que desenvolveremos unicmente o estudo ds Máquins de Comutção Mecânic que se inserem no mesmo grupo.. Máquin de Comutção Mecânic Um Motor de Corrente Contínu é constituído por um enrolmento indutor que produz um cmpo mgnético e um enrolmento correspondente o induzido que cri um segundo cmpo mgnético. A intercção entre estes dois cmpos e resultnte Forç Mgnétic plicd o induzido (rotor) dá origem um rotção do rotor em torno do seu eixo. Um (ms nunc os dois) dos enrolmentos cim descritos poderá ser substituído por um ímn permnente, no entnto est opção implic um diminuição d cpcidde de controlo do funcionmento d máquin. Qundo um corrente eléctric trvess um cmpo mgnético produz um forç F = I B. Como podemos ver n figur nterior o induzido corresponde um espir cuj configurção result num binário plicdo o mesmo. Um problem óbvio seri o fcto de, qundo o rotor tingisse posição perpendiculr o cmpo este prri, um vez que forç seri rdil e não contribuiri pr rotção. A form de contornr este problem é o uso de um comutdor, que inverte o sentido d corrente no induzido sempre que posição extrem é lcnçd. No comutdor existem ums escovs que ligm o induzido à fonte de limentção: 4

5 As escovs são, normlmente, de grfite devido este mteril ter um elevd resistênci mecânic. É intuitivo que sej nests mesms escovs que reside o ponto frco ds máquins de comutção mecânic. O progresso d electrónic de potênci tem permitido um cd vez mis fácil controlo d polridde d corrente, tornndo cd vez mis obsoleto o sistem mecânico do uso ds escovs. Existem váris forms de limentr s máquins de comutção mecânic, sendo els: Excitção Independente os circuitos do induzido e do indutor são limentds seprdmente. Excitção em Série os circuitos do induzido e do indutor são limentdos em série Excitção em Prlelo (Derivção) os circuitos do induzido e do indutor são limentdos em prlelo.1.1 Excitção em Série Este sistem present o induzido e o indutor ligdos em série. Rexc R + V E O fcto de presentrmos os enrolmentos por resistêncis tem unicmente ver com o fcto de estrmos em regime permnente (não é o cso do rrnque d máquin). A resistênci no induzido (R ) é bstnte inferior à resistênci no indutor (R exc ), de modo permitir um binário rzoável pr vlores pequenos de corrente no induzido. Igulmente, corrente no indutor, deverá ser pequen de modo evitr sturção mgnétic do mesmo. 5

6 O binário é ddo por: T = kφ, I Onde φ represent o fluxo mgnético e é ddo por: φ = k' O binário então fic: I. k'. I k3i T = k = (1) A forç electromotriz induzid: E = kφ N = V ( R + R ) I exc Logo, velocidde de rotção virá: N V = ( R + R kφ exc ) I = k I 1 k () De (1) e (): T = k N 4 Como o fluxo é proporcionl à corrente, no cso de pequen crg, φ tmbém será pequeno e o motor tinge um velocidde elevd. Em vzio, como I = 0 tem-se φ 0, tendendo velocidde pr, isto é, o motor embl, utodestruindo-se por cção d forç centrífug. Por conseguinte, o motor série deve sempre funcionr em crg, inclusive no seu rrnque. O fcto de T vrir muito com N impede utilizção de máquins de comutção mecânic limentds em série em sistems de elevção de crgs, sendo mis frequente o seu uso em trcção. Resumindo, o motor em série: ) embl em vzio b) velocidde muito vriável com crg c) elevdo binário de rrnque.1. Excitção em Derivção Este sistem present o induzido e o indutor ligdos em prlelo. 6

7 R + V Rexc E Um problem evidente nest configurção prende-se com o rrnque do sistem. Nesse instnte E = 0, donde result um corrente muito elevd no circuito do induzido ( R << Rexc ) podendo levr um sobrequecimento nd desejável nos condutores. Este problem é resolvido com recurso um resistênci de rrnque, só usd nest fse de funcionmento. Novmente: φ = k I exc = cte. I exc V =, Rexc + Rdic Onde R dic represent um resistênci dicionl no circuito de excitção usd pr controlr o funcionmento d máquin. O binário vem: T = kφ I = k1i A velocidde de rotção fic: V ( R I ) kφ V kφ N = = I = k k3 R kφ Finlmente, o binário em função d velocidde de rotção: O motor em derivção present: T = k 4 k5 N ) velocidde estável em vzio b) velocidde muito pouco vriável com crg c) corrente proporcionl à crg I 7

8 d) potênci pedid à rede proporcionl à crg Prte I Motor de Excitção em Série Esquem de Ligções e List de Mteril: Anotou-se s crcterístics nominis d máquin, já que em regime permnente estes vlores não deverão ser ultrpssdos. De seguid verificou-se se protecção térmic do motor se encontrv ligd à UCL e ligou-se mesm. Colocou-se o selector de escl dos binários n posição x1 e o d velocidde n posição Finlmente colocou-se o reguldor de crg do dínmo de freio n posição -.5. Ligou-se o disjuntor de corrente lternd e rrcou-se com o motor trvés do utotrnsformdor, té que tensão os terminis d máquin tingiu 140 V, vlor que foi então mntido constnte o longo do ensio. Vriou-se então crg mecânic do motor, de modo que corrente vriásse entre 3. A e 4.6 A, ctundo no reguldor do dínmo-freio. Leu-se e 8

9 registrm-se os vlores d corrente ( I ), d velocidde ( N ), e do binário (T ), mntendo tensão constnte. Os resultdos observdos form: 1º Ensio - série I [A] T [Nm] N [rpm],05 0,3 3000,85 0, ,15 0, , ,7 1, ,85 1, , ,45 3, , 4, ,65 5, Crcterístic Electromecânic do Binário T [Nm] y = 0,031x, ,5,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 I [A] 9

10 Crcterístic Eléctric d Velocidde N [rpm] y = 5817,7x -0, ,5,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 I [A] Crcterístic Mecânic T [Nm] y = E+10x -3, N [rpm] Os resultdos experimentis presentrm vlores rzovelmente coerentes com os esperdos teoricmente: - O Binário segue um evolução proximdmente qudrátic com o umento d Intensidde de Corrente (k=0.031). - A Velocidde de Rotção diminui com Intensidde de Corrente de um form proximdmente liner (k=5817.7). - O Binário diminui com o umento d Velocidde de Rotção proximdmente de modo exponencil. 10

11 Prte II Motor de Excitção em Derivção Antes de ligr o disjuntor de corrente lternd, notrm-se s crcterístics nominis d máquin, pel mesm rzão já dit no primeiro ensio. Assegurouse que resistênci de rrnque estáv n posição 1 (strt) e verificou-se se protecção térmic do motor se encotráv ligd à UCL. Ligou-se então unidde de leitur d UCL, colocou-se o selector de escl dos binários n posição x1 e o d velocidde n posição

12 Ligou-se o disjuntor de corrente lternd e elevou-se tensão do utotrsformdor, té que tensão em V 1 tingiu 00V. Arrncou-se com o motor, vrindo resistênci de rrnque té à posição de funcionmento (posição 8) e justou-se o reóstto R de modo que velocidde do motor fosse de 1500 r.p.m. Vriou-se crg mecânci do motor, desde o vzio té que corrente tingisse o vlor de 4.5 A, ctundo no reguldor de crg do dínmo-freio. Lerm-se e registrm-se os vlores d corrente ( I ), d velocidde ( N ) e do binário (T ), mntendo tensão de limentção constnte. Os resultdos observdos form: º Ensio - derivção I [A] T [Nm] N [rpm] 0, ,7 0, ,15 0, ,7 1, ,88 1,1 1400,55 1,9 1370, , ,, ,9 3, , Crcterístic Electromecânic do Binário 4 3,5 3,5 T [Nm] 1,5 1 0,5 0-0,5 y = 0,7539x - 0, I [A] 1

13 Crcterístic Eléctric d Velocidde N [rpm] y = -43,90x , I [A] Crcterístic Mecânic T [Nm] 4 3,5 3,5 1,5 1 0,5 y = -0,0175x + 5, N [rpm] Os resultdos experimentis presentrm vlores rzovelmente coerentes com os esperdos teoricmente: - O Binário segue um evolução proximdmente liner com o umento d Intensidde de Corrente, sendo por isso fácil o seu controlo. - A Velocidde de Rotção diminui com Intensidde de Corrente de um form proximdmente liner, percebemo-nos d reltiv insensibilidde dest vrições d corrente 13

14 - O Binário diminui com o umento d Velocidde de Rotção proximdmente de um modo liner, sendo muito sensível à vrição dest. Como podemos verificr, s máquins com excitção em prlelo presentm um crcterístic importnte velocidde de rotção é práticmente constnte, sendo por isso muito conselháveis pr plicção em sistems que exigem elevção de crgs díspres, sem o problem do umento d velocidde pr s menores crgs ns grus, por exemplo. 14