Para um motor de corrente contínua, a corrente absorvida no arranque é dada por (desprezando fenómenos transitórios):

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1 Trabalho n.º 5 Análise da Corrente de Arranque de um Motor Shunt 1. Objectivos dos Ensaios Registo e análise da corrente absorvida pelo motor em diferentes métodos de arranque. 2. Introdução Para qualquer tipo de motor eléctrico, o arranque constituí uma fase crítica do seu funcionamento. Os elevados valores das correntes absorvidas (várias vezes o valor nominal, dependendo da potência do motor), poderão originar diversos problemas, tanto ao nível da máquina (elevações acentuadas da temperatura no seu interior, binários instantâneos elevados), como ao nível do sistema de alimentação (elevadas quedas de tensão, disparo intempestivo das protecções, aquecimento dos condutores). Para um motor de corrente contínua, a corrente absorvida no arranque é dada por (desprezando fenómenos transitórios): Iarr. = U R, sendo: R=RI resistência do induzido (motores shunt e exc_sep); R=Ri+RI resist. indutor + resist. induzido (motor série). Atendendo aos reduzidos valores do denominador da expressão anterior (normalmente, tanto mais baixos quanto maior a potência do motor), conclui-se facilmente que um arranque efectuado com tensão nominal aplicada directamente aos terminais da máquina conduz a valores de corrente absorvida muito elevados e, desse modo, o próprio motor é colocado em risco (problemas electomagnéticos sobretudo no sistema colector/escovas térmicos e mecânicos). A expressão anterior evidencia os dois modos possíveis de controlar o valor da corrente absorvida no arranque: - Através da regulação da tensão aplicada ao motor (U); IPP-ISEP-DEE-SEE 1 de 5 MAEL1_1011-T5 ARRMDCv01

2 - Variação de R, isto é, inserção de um reóstato em série com o induzido, variando aquele entre um valor máximo (rotor em repouso) e um mínimo (normalmente, valor nulo), quando se atinge o regime permanente. De notar que em ambos os métodos o objectivo é o mesmo: regular a tensão aplicada ao induzido e, desse modo, regular a corrente absorvida pelo motor. A limitação da corrente de arranque deverá estar assente no facto do binário desenvolvido ser função dessa mesma corrente. Assim, se é fundamental estabelecer um limite máximo para a corrente, também a definição de um valor mínimo é crucial, uma vez que o binário motor deverá apresentar valores adequados durante todo o arranque, isto é, valores que permitam o arranque do sistema, no menor tempo possível. Os reóstatos de arranque usualmente empregados são (eram...) constituídos por secções, em que a variação da resistência é feita de forma discreta (escalões). Deste modo, para um dado motor, impõe-se a determinação do número de escalões e do valor da resistência associada a cada escalão; o critério assenta nos valores máximo (Imáx) e mínimo (Imin) da corrente pretendida no arranque. A figura seguinte ilustra as evoluções da corrente absorvida e da velocidade de um motor shunt, durante o arranque. De notar as influências sobre aquelas grandezas da transição de escalões do reóstato de arranque. Actualmente, graças à disseminação dos sistemas estáticos de conversão de potência (com rectificação controlada ou não controlada), o arranque por variação de tensão assume preponderância. Com efeito, é de salientar que o método do IPP-ISEP-DEE-SEE 2 de 5 MAEL1_1011-T5 ARRMDCv01

3 reóstato de arranque (utilizado durante várias décadas do século passado), tem associadas elevadas perdas por efeito de Joule. Deste modo, quer na perspectiva de uma maior racionalização da utilização de energia, quer no que se refere à temperatura atingida no interior da máquina (nomeadamente, quando há necessidade de efectuar arranques sucessivos), o arranque por variação de tensão é claramente mais vantajoso. 3. Ensaios Experimentais Em cada grupo, todos os alunos deverão efectuar, pelo menos, um dos tipos de arranque. Nota: Acoplar ao motor o volante de inércia MV1010 (J=0,406 kgm 2 ). Esquema de montagem (reóstato de arraque): Procedimentos (reóstato de arranque): 1. Identificar o indutor e o induzido da máquina; 2. Efectuar as ligações de acordo com o esquema de montagem; 3. Colocar o reóstato de excitação no valor mínimo; 4. Colocar o reóstato de arranque na posição STOP ; 5. Ligar a fonte de alimentação (F1 e F2-F4); IPP-ISEP-DEE-SEE 3 de 5 MAEL1_1011-T5 ARRMDCv01

4 6. Regular o valor da tensão para 220V DC (F5-F7); 7. No analisador de energia fluke 43B, no MENU, em Corrente de arranque, seleccionar um valor de corrente e tempo adequados e pressionar INICIAR ; 8. Rodar cuidadosamente o reóstato de arranque até à posição de OPERATION ; 9. No analisador de energia, pressionar SAVE para guardar a evolução da corrente durante o período do arranque; 10. Desligar e passar para o esquema seguinte. Esquema de montagem (variação da tensão de alimentação): Procedimentos: A. Repetir os pontos 1 a 3 dos procedimentos anteriores; B. Ligar a fonte de alimentação (F1 e F2-F4); C. No analisador de energia fluke 43B, no MENU, em Corrente de arranque, seleccionar um valor de corrente e tempo adequados e pressionar INICIAR ; IPP-ISEP-DEE-SEE 4 de 5 MAEL1_1011-T5 ARRMDCv01

5 D. Regular gradualmente o valor da tensão até 220V DC (F5-F7); E. No analisador de energia, pressionar SAVE para guardar a evolução da corrente durante o período do arranque; F. Desligar e desmontar tudo. Tratamento de Resultados Todas as evoluções temporais da corrente de arranque serão registadas no analisador de energia e, posteriormente, descarregadas num PC do laboratório (já com o respectivo software instalado). 4. Para o relatório: Efectuar análise pormenorizada da evolução da corrente de arranque com base no registo correspondente ao arranque directo, à tensão nominal (disponibilizado no moodle), e em dois dos registos obtidos (reóstato de arranque e variação da tensão). Em particular, procurar identificar e caracterizar zonas distintas das características, indicar vantagens e desvantagens dos métodos analisados (em relação ao arranque directo e entre si). 1. Com base na análise do modelo equivalente para a situação de arranque, indique a influência de uma carga mecânica acoplada ao motor, sobre o valor da corrente de arranque directo (não considere os fenómenos transitórios). De que grandeza(s) depende o seu valor? 2. Considerando a máquina a funcionar em regime permanente, a inclusão do volante de inércia influencia o valor da corrente absorvida? Justifique. IPP-ISEP-DEE-SEE 5 de 5 MAEL1_1011-T5 ARRMDCv01