Laboratório de Conversão Eletromecânica de Energia B

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1 Laboratório de Conversão Eletromecânica de Energia B Prof a. Katia C. de Almeida 1 Obtenção Experimental dos Parâmetros do Circuito Equivalente do Motor de Indução Trifásico A verificação do desempenho, determinação do torque ou do rendimento da máquina e avaliação de suas características são alguns dos motivos que nos levam a fazer ensaios com os motores de indução. Normalmente os testes a vazio, com rotor travado, de separação de perdas e o teste de carga usando o método do circuito equivalente, permitem que o motor possa ser analisado com bastante precisão. Para se encontrar os parâmetros do circuito equivalente, os testes a vazio e a rotor travado, juntamente com o teste de separação de perdas, são suficientes. O circuito equivalente do motor de indução trifásico é mostrado com seus parâmetros na Figura abaixo. Figura 1: Circuito Equivalente - Motor de Indução Trifásico 1.1 Teste com Rotor Travado Neste ensaio, bloqueia-se o rotor, impedindo-o de girar. Curto-circuta-se os terminais do rotor (se for bobinado) e aplica-se uma tensão reduzida aos terminais do estator (geralmente entre 10% e 20% da tensão nominal) de modo a se ter no máximo a corrente nominal. Este baixo valor de tensão é justificado pois como o rotor está travado, a velocidade do fluxo vista do rotor é igual à velocidade deste fluxo vista do estator. Portanto, as forças eletromotrizes efetivas do rotor e do estator são iguais, ou seja, o escorregamento é igual a 1 (s = 1). Com esse escorregamento, a impedância de entrada do circuito equivalente é muito baixa. À tensão induzida, as perdas no ramo magnetizante tornam-se muito pequenas. Além disso, como o motor está parado, as perdas por atrito e ventilação são nulas. A potência de entrada estará suprindo então as perdas Joule nos enrolamentos do estator e do rotor. Desta forma, o cicuito equivalente pode ser aproximado para aquele mostrado na Figura 2. 1

2 Figura 2: Circuito Equivalente para Rotor Travado Tomam-se leituras de tensão e corrente, se possível das três fases, e de potência trifásica ou monofásica. Observe que os valores lidos devem ser transformados em valores por fase: V rt, I rt, P rt. Podemos então calcular R rt = Prt I 2 rt Z rt = Vrt I rt X rt = Z 2 rt R2 rt Para encontrar X 1 e X 2 procede-se da seguinte maneira. Sabemos que X 1 + X 2 = X rt e, de acordo com a tabela abaixo, podemos separá-los. MOTORES X 1 X rt X 2 X rt Classe A, torque de partida e correntes nominais Classe B, torque de partida nominal e baixa corrente de partida Classe C, alto torque de partida, baixa corrente de partida Classe D, alto torque de partida, alto escorregamento Motor de rotor bobinado O valor de R rt é a soma das resistências R 1 e R 2 a 60Hz. Neste ensaio os valores de R 1 e R 2 serão obtidos de forma aproximada, adotando o mesmo critério usado para se obter X 1 e X 2. Nota: Valores precisos de R 1 e R 2 são obtidos medindo-se estas resistências em corrente contínua e convertendo-as para os valores a 60Hz. No caso de motores de gaiola, não é possível a medição direta de R 2. Este valor é obtido de forma indireta através de um ensaio com rotor travado à diferentes freqüências. 1.2 Teste a Vazio O teste a vazio busca informações a respeito do ramo de magnetização. Deixando o rotor livre, dá-se partida ao motor com tensão reduzida. Quando o motor está em regime, aplica-se a tensão nominal no estator (ou até 125% da tensão nominal) de modo a obter um escorregamento muito pequeno (aproximadamente zero). Desta maneira, o circuito equivalente é simplificado (Figura 3). Nestas condições, a potência consumida pelo motor está suprindo as perdas Joule no estator, as perdas no ferro e as perdas rotacionais (atrito, ventilação e suplementares). Tomam-se leituras de tensão e corrente, se possível nas três fases, e de potência trifásica. Deve-se transformar os valores lidos em valores por fase: V 0, I 0, P 0. Com o mesmo esquema de ligação, pode-se aproveitar para tomar as medidas para o teste de separação de perdas. A partir da tensão nominal, toma-se valores de tensão e potência 2

3 Figura 3: Circuito Equivalente - Motor a Vazio de entrada para valores decrescentes de tensão, até o momento em que a corrente começa a aumentar. Plota-se a curva de potência de entrada total versus tensão e extrapola-se a curva até o eixo das ordenadas. A curva deve ser semelhante à mostrada abaixo. O ponto do eixo das ordenadas corresponde às perdas rotacionais, P rot. Figura 4: Perdas Rotacionais Desta maneira, as perdas no ferro são dadas por: P ferro = P 0 I 2 0R 1 P rot que são constantes caso a tensão de entrada não varie muito. A tensão complexa em cima do ramo magnetizante, Ė 0 pode ser calculada por Ė 0 = V 0 0 o (R 1 + jx 1 ).I 0 ϕ com ϕ = arccos P 0 V 0 I 0 Entretanto, a corrente que passa por R f, I f = I f α pode ser expressa e I f = P ferro Ė0 (1) α = arg E 0 (2) 3

4 Figura 5: Esquema de Ligações Deve-se observar que o ângulo de fase de I f, α, é o mesmo ângulo da tensão E 0 uma vez que a impedância por onde essa corrente passa é real. A partir de I f pode-se obter a corrente que passa por X m : Usando o valor acima podemos obter R f e X m da seguinte forma I m = I 0 I f (3) R f = Ė0 I f (4) X m = Ė0 I m Neste caso, o teste de separação de perdas, além de nos dar uma indicação das perdas por atrito, ventilação e suplementares em velocidades normais, nos ajuda a calcular os valores de impedância do ramo magnetizante. Quando não se deseja uma maior precisão, as perdas no ferro podem ser consideradas iguais às perdas rotacionais e então o teste de separação de perdas não é necessário para se determinar R f e X m. 1.3 Ensaio Reostato de Partida: Posição 0 = Resistência Máxima Posição 1 = Curto-Circuito Ensaio a Vazio 1. Aplicar tensão nominal (220V fase-neutro) com o varivolt estando o reostato de partida acoplado ao rotor. 2. Deixar acelerar o motor e curto-circuitar as escovas do reostato de partida. 3. Fazer as medidas de V 0, I 0, P 0 em valores por fase. 4. A partir de V 0, reduzir a tensão gradativamente para traçar a curva P 0 (V 0 ). Por extrapolação, obtenha P rot. (5) 4

5 1.3.2 Ensaio com o Rotor Travado 1. Com o reostato de partida na posição de curto-circuito, bloquear o rotor. 2. Aplicar tensão V rt necessária para circular corrente nominal (5.1A) no motor (I nom = I rt.) 3. Medir V rt, I rt, P rt Cálculos Com os valores obtidos nos ensaio, calcule R 1, R 2, R f e X m. 1.4 Bibliografia 1. Sadowski, N.; Notas de Aula - Laboratório de Conversão Eletromecânica de Energia B. 2. Del Toro, V.; Electromechanical Devices for Energy Conversion and Control Systems. New Jersey (USA), Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs,

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