1. Introdução No motor de indução trifásico com o rotor bobinado é possível utilizar, ou controlar, a energia disponível no circuito rotórico.

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1 ÁQUINS ELÉCRICS II / SEE FEUP LEEC LE-.3 otor de Indução rifásico energia de deslizamento 1. Introdução No motor de indução trifásico com o rotor bobinado é possível utilizar, ou controlar, a energia disponível no circuito rotórico. Quando o motor de indução trifásico funciona em regime permanente sinusoidal, o balanço energético é feito através da potência, reduzida ao estator e associada a cada uma das partes da máquina, permite representar a distribuição da potência activa pela figura, P t = 3 U1 I1 cos ϕ1 Eléctrica PFe P Js = 3 I1 R1 P tr = 3 I' (R/s) ecânica P Jr = 3 I' R ωr u = Pu Como qualquer outro sistema electromecânico de conversão de energia, o motor de indução trifásico, com o rotor bobinado, tem perdas de energia: perdas por efeito Joule no enrolamento do estator; perdas magnéticas no núcleo de material ferromagnético; perdas por efeito Joule no enrolamento do rotor, e perdas mecânicas devidas ao atrito e à ventilação. No estudo do motor de indução R1 R trifásico, efectuado por intermédio do esquema eléctrico equivalente por x1 x' fase, verifica-se que a potência total, P t = 3 U 1 I 1 cos ϕ 1, consumida pelo U1 (1 s). R motor, destina-se a alimentar as s perdas Joule no circuito estatórico, PJs = 3 R 1 I 1, e as perdas magnéticas no ferro, P Fe ; restando para ser transformada em energia mecânica, durante um mesmo intervalo de tempo, uma potência activa no entreferro, P tr = 3 E I cos ϕ = 3 (R /s) I. Parte desta potência é dissipada, em calor, no enrolamento rotórico, PJr = 3 R I, e a restante parte é convertida, integralmente, numa potência mecânica, P mec = 3 (R /s) I 3 R I = 3 ((1 s)/s) R. I = = ω r el. Parte desta potência mecânica alimenta as perdas de energia mecânicas da máquina, enquanto que a parte restante fica disponível no veio da máquina, como potência útil, P u = ω r Existe, assim, uma parte da energia activa no circuito rotórico, que pode ser alterada, mediante a variação da resistência rotórica, R = r + R ext : é a energia de deslizamento. O valor da energia de deslizamento pode ser controlado, o que permite alterar a velocidade de rotação da máquina controlo de velocidade, ou pode ser recuperado para a rede eléctrica de alimentação recuperação da energia de deslizamento. entreferro anuel Vaz Guedes, 1994,1998 pag. 1 / 4

2 otor de Indução rifásico energia de deslizamento 3.. Bibliografia. G. Say; lternating Current achines, Pitman, Kostenko L. Piotrosvky; áquinas Eléctricas, Vol. K. oll; Cascades de Convertisseurs Statiques Hyposynchrones VERIVER K, Revue Brown Boveri, 74, (8), pp , Estudo Qualitativo da Variação da Energia de Deslizamento 3.1 Objectivos do rabalho Verificação experimental da variação da velocidade do motor de indução trifásico de rotor bobinado com a resistência do circuito rotórico; introdução ao estudo da cascata de Kramer. 3. aterial Necessário otor de indução de rotor bobinado aquímetro ransformador de medida I mperímetro CC Voltímetro C mperímetros C Bateria Voltímetro CC mperímetro CC 3.3 ontagem a Realizar n V Ra R ext 3.4 odo de Proceder Realizar a montagem. Colocar o reóstato de arranque no ponto de resistência máxima. Chamar o docente para verificação Provocar o arranque do motor de indução trifásico. ctuar no reóstato de arranque Observar o valor da corrente eléctrica absorvida por fase do motor, o valor da tensão e da corrente eléctrica rotórica e o valor da velocidade do motor em vazio. omar nota dos valores lidos e das observações efectuadas SE demoras escusadas ( RPIDENE) Para duas posições do reóstato de arranque R a, que irá funcionar (!) como resistência externa R ext, (R a = (/3) R max, e R a = (1/) R max ) Elevar o valor da tensão até à tensão nominal da rede eléctrica. Ler os valores da corrente eléctrica absorvida por fase do motor, o valor da tensão e da corrente eléctrica rotórica e o valor da velocidade do motor omar nota dos valores lidos Desligar o motor eléctrico R Pelo método do voltímetro amperímetro determinar a resistência eléctrica do reóstato. 4. Interpretação dos Resultados presentar um quadro com os valor lidos para a resistência rotórica, perdas Joule na resistência externa, velocidade do motor. Justificar as situações de funcionamento do motor de indução trifásico observadas. 5. emas de Desenvolvimento

3 otor de Indução rifásico energia de deslizamento 3.3 controlo de velocidade equação do binário electromagnético e um motor de indução trifásico é el = I (R /s). Quando se desprezam as perdas mecânicas da máquina, e o binário resistente, imposto pela carga mecânica, é constante r = K, resulta que a velocidade de rotação do motor varia na razão inversa da respectiva resistência rotórica: s = (1/K) I R ( o deslizamento, s = (n s n r )/n s, é proporcional à resistência do circuito rotórico), R, s n r R ext s 4 R ext1 = 0 Ω R ext = 1,5 Ω R ext3 = 3 Ω n s 0 n s o que se pode traduzir, para diferentes valores do binário electromagnético, nas curvas características representadas no gráfico. O método de controlo de velocidade do motor de indução trifásico com rotor bobinado por variação da resistência do circuito rotórico com um reóstato (líquido), que já teve o seu tempo (1930 a 1950) e que hoje está obsoleto, apresenta as seguintes desvantagens: aumentam as perdas por efeito Joule no circuito rotórico, o que faz diminuir o rendimento; o calor produzido no reóstato externo é considerável, o que obriga a uma construção cuidada e a métodos de arrefecimento especiais; a velocidade de rotação do motor só pode variar para valores inferiores à velocidade de sincronismo; hiposincronismo, e a curva característica mecânica (n) global do motor de indução trifásico deixa de ser análoga à de um motor de corrente contínua com excitação derivação, e aproxima-se do tipo de característica de um motor série: a velocidade diminui com o aumento do binário. presentar uma análise crítica do controlo de velocidade do motor de indução trifásico com o rotor bobinado por alteração do número de pares de polos e por variação da resistência do circuito rotórico. presentar o anteprojecto de um circuito electrónico de potência, capaz de provocar a variação da resistência do circuito rotórico; R R ext = α R. B recuperação de energia de deslizamento Num passado já distante (1950 a 1960) teve alguma utilização a cascata de Kramer de máquinas rotativas.

4 otor de Indução rifásico energia de deslizamento 3.4 R S otor de Indução R S P t Pd Conversor Rotativo Corrente Contínua Indução Com este conjunto de máquinas eléctricas (4), era possível efectuar o controlo da velocidade do motor de indução trifásico com o rotor bobinado, ou fazer a recuperação da energia de deslizamento. Para isso, as diversas máquinas tinham diferentes tipos de funcionamento, aproveitando-se sempre do carácter reversível do seu funcionamento. Neste sistema de máquina eléctricas rotativas, o conversor rotativo, normalmente uma comutatriz, devido ao seu carácter de máquina síncrona podia compensar o factor de potência da instalação. Velocidade Regime Potência de deslizamento Conversor Rotativo n r < n s hiposincronismo P d > 0 Corrente Contínua k k Corrente lternada n r > n s hipersincronismo P d < 0 Corrente lternada k k Corrente Contínua Corrente Contínua otor Gerador Indução Gerador otor Num sistema em que é possível recuperar a energia de deslizamento, presente no circuito rotórico, existem várias possibilidades de funcionamento: a) accionamento hiposíncrono a potencial total P t, a potência mecânica, P mec = (1-s) P trf, e a potência de deslizamento P d são positivas, (0 < s < 1); b) accionamento hipersíncrono enquanto que a potencial total P t, a potência mecânica, P mec = (1-s) P trf, são positivas, a potência de deslizamento P d é negativa (é fornecida à máquina), (s < 0); c) frenagem regenerativa a potencial total P t, a potência mecânica, P mec = (1-s) P trf, e a potência de deslizamento P d são negativas, (0 < s < 1); a máquina funciona abaixo da velocidade síncrona; d) gerador de indução enquanto que a potencia total P t, a potência mecânica, P mec = (1-s) P trf, são negativas, a potência de deslizamento P d é positiva (é retirada da máquina), (s < 0); a máquina é accionada (por uma máquina primária) a uma velocidade superior à velocidade de sincronismo, e a energia de deslizamento é devolvida à rede eléctrica através de um conversor (electrónico) {recuperação de energia}.

5 otor de Indução rifásico energia de deslizamento 3.5 R S R S otor de Indução R f L f P t Pd Rectificador Ondulador ransformador Fazer uma análise crítica dos problemas causados pelas formas de onda não sinusoidais introduzidas pelo funcionamento do conversor electrónico no circuito rotórico do motor de indução trifásico de rotor bobinado. presentar um ante-projecto de uma instalação de aproveitamento de energia alternativa das ondas, baseada na utilização, como conversor de energia, de uma cascata hipersíncrona estática. LE.-.3