O MOTOR DE INDUÇÃO - 1

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1 PEA 2211 Introdução à Eletromecânica e à Automação 1 O MOTOR DE INDUÇÃO - 1 PARTE EXPERIMENTAL Conteúdo: 1. Introdução. 2. Observando a formação do campo magnético rotativo. 3. Verificação da tensão e freqüência induzidas no rotor da máquina assíncrona. 4. Manifestação do conjugado de partida. 1. Introdução Nesta experiência será utilizada uma máquina assíncrona trifásica, com o rotor bobinado ou de anéis. Embora essa variante não seja a mais comum, como já visto na parte teórica, ela é útil aqui na medida em que permite a medição de grandezas internas do rotor, bem como a alteração de seus parâmetros. IDENTIFIQUE INICIALMENTE A MÁQUINA DE SUA BANCADA. Os dois laboratórios (salas A1-33 e A1-37) possuem máquinas de características diferentes. Anote os dados nominais de placa da máquina assíncrona existente na sua bancada. Conexão do Tensão nominal nominal Potência nominal Rotação nominal Tensão nominal estator do estator V N do estator I N do motor P N N N do rotor nominal do rotor As 4 últimas colunas da tabela de dados nominais do motor independem do tipo de conexão do enrolamento do estator. Procure justificar o porquê. Quantos pólos tem esse motor?

2 2 2. Observando a formação do campo magnético rotativo. Nessa parte da experiência não serão utilizadas as máquinas da sua bancada. Está disponível em cada laboratório uma montagem comum a todos os grupos, os quais deverão se revezar para a sua utilização. Na mesma existe um estator aberto, mostrando em detalhes um enrolamento trifásico de dupla camada, com as bobinas de cada fase em cores distintas, semelhante à fig.1 abaixo. Figura 1 Diagrama esquemático de um enrolamento trifásico de 4 pólos Observe nesse estator os detalhes do enrolamento. Note a quantidade de conjuntos de bobinas da mesma fase (no caso, da mesma cor) ao longo da periferia do estator. Existem 4 conjuntos, ou grupos, de cada cor (fase) ao longo da circunferência, o que evidencia que tal enrolamento é de 4 pólos. Outra forma de se concluir o número de pólos, é pelo passo das bobinas, ou seja, o espaço ocupado por cada grupo. Observe que cada bobina está alojada utilizando aproximadamente ¼ da circunferência. Logo, quando devidamente conectadas e alimentadas, essa bobinas formarão uma distribuição de 4 pólos magnéticos ao longo da periferia do entreferro. Note ainda que, os grupos da mesma fase que formam cada pólo são compostos de 2 bobinas, cujo passo está reduzido de uma ranhura em relação aos 90º geométricos (180º elétricos). Diz-se assim que esse enrolamento está distribuído em 2 ranhuras por pólo e por fase, com passo encurtado. Essa execução do enrolamento tem por objetivo formar campos magnéticos no entreferro com distribuição espacial muito aproximadamente co-senoidais.

3 3 OBSERVANDO A EXISTÊNCIA DO CAMPO GIRANTE Para evidenciar a formação do campo rotativo será observado o seu efeito sobre um cilindro condutor. Para tanto, os enrolamentos do estator deverão ser alimentados por uma fonte de tensões trifásicas, no caso, a partir de um autotransformador variável ( variac ) trifásico. Figura 2 Verificação da existência do campo rotativo Ajuste a tensão de saída do variac até aproximadamente 1/3 da excursão total, e introduza o cilindro condutor dentro do estator, mantendo-o concêntrico com o mesmo, conforme ilustrado na fig.2. Esse cilindro é constituído de uma lâmina de material condutor formando uma casca cilíndrica, montada sobre um eixo. Anote na tabela a seguir as suas observações sobre o comportamento do sistema, para alimentação trifásica do estator, alimentação trifásica com seqüência de fases invertida (permute dois fios dentre os três da alimentação) e alimentação monofásica (desligue um dos fios da alimentação). Situação da alimentação do Rotor se movimenta Sentido de rotação estator: Sim Não Horário Anti-horário Trifásica seqüência: R-S-T Trifásica seqüência: R-T-S Monofásica R-S Justifique o que foi observado acima, no tocante à formação de um campo magnético rotativo, baseando-se no que foi estudado na parte teórica.

4 4 3. Verificação da tensão e freqüência induzidas no rotor da máquina assíncrona. Neste item serão observadas a tensão e freqüência rotóricas bem como sua variação com o escorregamento. Para tanto, utilize a sua bancada, com a montagem ilustrada na fig.3. Figura 3 Montagem para verificação da tensão e freqüência rotóricas do motor de indução. Como o motor de anéis está com os terminais do rotor em aberto, ele não vai apresentar aqui nenhuma ação motriz, devendo então ser acionado pela máquina de corrente contínua. Observe que a chave CH está posicionada de modo a conectar os terminais de armadura do motor C.C. a uma fonte adequada. Nos terminais do rotor da máquina de anéis deverão ser conectados um voltímetro e um osciloscópio, permitindo medir tensão e freqüência do mesmo. PROCEDIMENTO DO ENSAIO. - Colocar a fonte de excitação do motor C.C.próxima ao valor máximo, e a fonte de armadura no mínimo. - Com o sistema ainda em repouso, alimentar o estator da máquina assíncrona com metade de sua tensão nominal. Observe a tensão induzida no rotor. - Inicie o movimento do rotor, incrementando a fonte de armadura da máquina C.C. Observe que a tensão induzida no rotor deverá diminuir com o aumento da velocidade. Caso isso não ocorra, pare o sistema e inverta a seqüência de fases da alimentação do estator do motor de anéis. Isso garante que o rotor gira no mesmo sentido do campo rotativo no entreferro. - Com a seqüência de fases correta na alimentação do estator do motor de anéis, inicie a coleta dos valores de rotação do eixo, tensão induzida e freqüência do rotor.

5 Preencha a tabela a seguir, calculando os valores das colunas 2, 5 e 6. 5 Rotação do eixo: N R [RPM] Escorregamento: s = (ω S - ω R ) / ω S [p.u.] Tensão induzida no rotor: V 2 [V] Freqüência induzida no V V rotor: f 2 [Hz] 2( N R = 0) 2 f 2( f 2 N R = 0) * * Nota: Para a rotação de 1800 RPM, os valores de tensão e freqüência não deverão ser passíveis de medição. Anote então a rotação mais próxima possível desse valor, onde ainda seja possível medir com certeza a tensão e a freqüência. Cuidado com os ruídos medidos pelo osciloscópio. Plote as curvas: V 2 x s e f 2 x s, no gráfico abaixo. Variação de grandezas rotóricas Tensão (V) Freqüência (Hz) 1,0 0,8 0,6 0,4 Escorregamento (p.u.) 0,2 0,0 Comente os resultados:

6 6 4. Manifestação do conjugado de partida. Neste item será observada a manifestação do conjugado no motor de indução na condição do rotor ainda em repouso. Utilize a montagem da fig. 4. Figura 4 - Montagem para medição do conjugado de partida do motor de indução. Nessa montagem, conecte os terminais de rotor do motor de anéis ao reostato de partida. A máquina C.C. permanece conectada à sua fonte de alimentação de armadura. Agora será também utilizada a balança para medição da força de reação da carcaça, F. O braço de alavanca, b, entre o ponto de apoio na balança e o centro do eixo deverá ser medido. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL. - Colocar a fonte de excitação do motor C.C. próximo ao valor máximo, e a fonte de armadura no mínimo. - Incrementar ligeiramente a fonte de armadura da máquina C.C. apenas para observar o sentido de rotação, que deverá ser contrário ao sentido de reação da carcaça sobre a balança. Caso não o seja, parar o sistema e inverter os terminais da armadura, A e H, da máquina C.C.. - Colocar o reostato de partida na posição de máxima resistência. - Alimentar o estator do motor de anéis com uma pequena tensão, incrementando o variac trifásico, apenas para observar o sentido de rotação. Este deverá ser contrário ao sentido de rotação da máquina C.C.. Se não for, parar o sistema e inverter a seqüência de fases de alimentação do estator. - Alimentar agora o estator do motor de indução, com uma tensão próxima de 1/3 do valor nominal, cuidando para que a corrente absorvida não ultrapasse o valor nominal de placa. Observe que o rotor começa a girar.

7 7 - Incrementar a fonte de armadura da máquina C.C., até o rotor estacionar novamente. Manter essa situação de equilíbrio do sistema, observando a corrente do estator do motor de anéis. Reajuste a tensão de alimentação do mesmo, caso a corrente ultrapasse o valor nominal. - Com o sistema equilibrado, anotar o valor da força mecânica na balança, bem como os valores de tensão e corrente do estator do motor assíncrono. NOTA: O equilíbrio não precisa ser exato se o rotor ainda se movimentar, com baixa rotação (algumas RPM), pode-se fazer a coleta de medidas sem problemas. - Repetir o procedimento, agora com o reostato de partida na posição de mínima resistência, ou seja em curto-circuito. Mais cuidado agora com a corrente absorvida. Repita as medições. Notas: Conjugado medido: C = F.b b = [m] Conjugado nominal: C N PN [ W ] [ N. m] = ω [ rd / s] N Complete a tabela a seguir, calculando os resultados para as colunas 5 a 9. Os valores corrigidos representam os valores medidos em tensão reduzida referidos à tensão nominal: Posição do Tensão Força Conjugado Conjugado Conjugado reostato de do do de de corrigido: relativo ao corrigida: relativa à partida estator: V 1 [V] estator: I 1 [A] reação: F [N] partida: C [N.m] VN C0. C V = 1 2 nominal: C 0 /C N V N I 0 =.I V 1 1 nominal I 0 /I N Máxima Resist. Curto Comente os resultados: