EEE462 LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS. GUIA DO ALUNO (Edição 2 Setembro 2013)

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1 EEE462 LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS GUIA DO ALUNO (Edição 2 Setembro 2013) Revisado por: Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 1

2 1. OBJETIVOS EEE462 LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS AULA PRÁTICA 1: GERADOR DE CORRENTE CONTÍNUA 1.1. Levantar a curva de magnetização do Gerador CC com excitação independente Levantar a característica terminal do Gerador CC para vários tipos de excitação Analisar a eficiência e a regulação de tensão do Gerador CC com carga variável para vários tipos de excitação. 2. TRABALHO PRÉPARATÓRIO Responda as seguintes questões: 2.1. Em que se baseia a auto-excitação? 2.2. Que causas podem impedir o processo de auto-excitação? 2.3. O que significa escorvamento? 2.4. Quais são as condições necessárias para a geração de tensão no gerador CC shunt a vazio? 2.5. Por que o gerador CC shunt é protegido contra curto-circuito? 2.6. O que evita o aumento indefinido da tensão terminal do gerador CC série com carga? 2.7. Por que o gerador CC série não se auto-excita sem carga? 2.8. O que significa regulação de tensão positiva, negativa e nula? 3. EXECUÇÃO DO ENSAIO 3.1. CONEXÃO DO GERADOR CC: Identificar os terminais dos enrolamentos da máquina CC: Armadura Interpólo(s) Campo Série Realizar a conexão da Máquina CC conforme a figura 1. Motor Síncrono VCC - Circuito de Campo MS VCC - Circuito de Campo GCC Figura 1 Gerador CC com excitação Independente Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 2

3 3.2. PARTIDA DO GRUPO MOTOR SINCRONO GERADOR CC Energize o circuito de campo conforme instruções do professor Ajuste o reostato de campo para obter uma corrente de 8 A aproximadamente. Com o reostato ajustado nesse valor abra o circuito de campo Feche o circuito da armadura para partir o motor e após alguns segundos feche o circuito de campo para que a máquina alcance a velocidade síncrona CARACTERÍSTICA A VAZIO DO GERADOR CC Realizar a conexão da Máquina CC conforme a figura 1, mas sem carga Partir o grupo Motor Síncrono Gerador CC (MS-GCC) conforme Registrar a tensão existente nos terminais da armadura do GCC (tensão residual) Ligar o circuito de campo do GCC, previamente ajustado com máxima resistência de campo (mínima corrente de excitação) Registrar na Tabela 1, vários valores de corrente de excitação aumentando o seu valor através da variação do reostato de campo, para o levantamento da curva ascendente de magnetização Registrar vários valores de corrente de excitação para o levantamento da curva descendente de magnetização diminuindo a corrente de excitação através do reostato de campo Parar o grupo MS-GCC. I f (A) V L (V) I f (A) V L (V) Tabela 1 Curva de Magnetização do Gerador CC Curva de magnetização ascendente Curva de magnetização descendente 3.4. CARACTERÍSTICA COM CARGA DO GERADOR CC Gerador CC com excitação Independente: Realizar a conexão da Máquina CC conforme a figura 1. Partir o grupo MS-GCC conforme 3.2. Conectar o circuito de excitação com o mínimo valor de corrente de campo e aumentar a corrente de campo até obter tensão e corrente nominal. Com o reostato de campo fixo neste ponto aumentar o reostato de carga até abrir o circuito de carga. A partir deste ponto, variar a corrente de carga de zero até a corrente nominal. Anotar os valores de tensão e corrente na tabela 2. Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 3

4 Medir a Resistência da Armadura com a máquina ainda quente. Tabela 2 Característica terminal do Gerador CC com excitação independente I L (A) V L (V) (a) Conexão em Derivação (b) Conexão Composta Figura 2 Conexões do Gerador CC Gerador CC com excitação em Derivação (Shunt) Realizar a conexão da Máquina CC conforme a figura 2.a. Partir o grupo MS-GCC conforme 3.2. Conectar o circuito de excitação com o mínimo valor de corrente de campo. Aumentar a corrente de campo e observar a ocorrência do escorvamento. Conecte a carga e varie a corrente de campo até obter tensão e corrente nominais. Com o reostato de campo fixo neste ponto abrir o circuito de carga. A partir deste ponto, variar a corrente de carga de zero até a corrente nominal. Anotar os valores de tensão e corrente na tabela 3. I L (A) V L (V) Tabela 3 Característica terminal do Gerador CC em Derivação Gerador CC com excitação Composta Realizar a conexão da Máquina CC conforme a figura 2.b. Observe a polaridade da bobina série. Partir o grupo MS-GCC conforme 3.2. Conectar o circuito de excitação com o mínimo valor de corrente de campo. Aumentar a corrente de campo até obter tensão nominal. Conecte a carga e varie a corrente até obter corrente nominal. Anote os valores de tensão e corrente de carga na tabela 4. Caso não consiga obter a corrente nominal, varie o reóstato de campo até obter o valor nominal. Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 4

5 Com o reostato de campo fixo neste ponto abrir o circuito de carga e variar a corrente de carga de zero até a corrente nominal. Anotar os valores de tensão e corrente na tabela 5. Repita o procedimento descrito anteriormente, mas mudando a polaridade da bobina série. Preencha novamente os dados nas tabelas 6 e 7 Tabela 4 Característica terminal do Gerador CC composto (Polaridade 1). I L (A) V L (V) Tabela 5 Característica terminal do Gerador CC composto (Polaridade 1). I L (A) V L (V) Tabela 6 Característica terminal do Gerador CC composto (Polaridade 2). I L (A) V L (V) Tabela 7 Característica terminal do Gerador CC composto (Polaridade 2). I L (A) V L (V) 4. RELATÓRIO 4.1. Traçar as curvas de magnetização ascendente e descendente, observando o magnetismo residual Traçar as curvas características tensão vs corrente de carga, para as diferentes formas de excitação com os valores das tabelas 2 a Compare as curvas teóricas com as obtidas no Laboratório. Comente as diferenças 4.4. Com os valores das tabelas 2 a 7 calcular a regulação de tensão e traçar as curvas regulação de tensão vs carga para cada tipo de excitação Conclua qual tipo de excitação apresentou a melhor regulação de tensão. 5. BIBLIOGRAFIA 5.1. STEPHEN J. CHAPMAN. Máquinas Eléctricas. 1ra Ed. Mc Graw Hill, México FITZGERALD A. E., KINSLEY C., UMANS S. D. Máquinas Eléctricas 2da Ed. Em espanhol McGraw Hill, México M. MOURA SEVERINO, J. OLIVIERA DA SILVA. Guia do Aluno do Laboratório de Conversão de Energia. 2ª Ed Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica. Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 5

6 EEE462 - LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS AULA PRÁTICA 2: MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA 1. OBJETIVOS 1.1. Levantar a curva característica do Motor de Corrente Contínua em Excitação Independente Calcular a eficiência da conversão eletromecânica entre o Gerador de CC e o Motor de CC. 2. TRABALHO PREPARATÓRIO Responda as seguintes questões: 2.1. O que é a regulação de velocidade nos motores CC? 2.2. Qual é a melhor maneira de controlar a velocidade dos motores de CC? 2.3. Qual é a diferença entre um motor CC em excitação independente e um motor CC em derivação? 2.4. Quais são os cuidados necessários para se partir um motor de corrente contínua? 2.5. Esquematize as ligações necessárias para a partida de um motor de C.C em derivação. Descreva as etapas de partida O que acontece com a velocidade de um motor de C.C em derivação e a vazio quando se aumenta a corrente campo? 2.7. O que acontece quando um motor CC em derivação subitamente perde o circuito de campo quando está rodando? 2.8. O que é o efeito de reação da armadura? O que pode ser feito para contra restar este efeito? 2.9. Como pode ser invertido o sentido de rotação do motor CC? Quais fatores determinam o conjugado mecânico do motor CC? 3. EXECUÇÃO Esta experiência será conduzida com o grupo Motor CC - Gerador CC (MCC-GCC) do laboratório Observe e descreva o grupo motor-gerador na bancada. Registre o arranjo e anote valores de placa Faça a partida do motor mantendo o gerador sem campo Conecte o circuito de campo do gerador e ajuste a corrente de campo até obter a tensão nominal do gerador Iniciando com a tensão no valor nominal do gerador, aplique gradativamente cargas de lâmpada, até atingir corrente e tensão nominais; Se necessário, ajuste a velocidade do motor CC para atingir a tensão e corrente no gerador CC Com os parâmetros do motor de CC ajustados para o ponto nominal do gerador CC, abra a carga do gerador CC. Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 6

7 3.6. Varie a corrente de carga do gerador CC de zero até o seu valor nominal, mantendo constantes para o motor CC, a tensão de armadura e a corrente de campo Com as grandezas medidas preencher a tabela 1. Motor CC Gerador CC Tabela 1: Característica conjugado vs velocidade para o motor excitação independente V a = V V f = V I f = A I a (A) V L (V) I L (A) 0 Velocidade (rpm) 4. RELATÓRIO 4.1. Descreva de maneira organizada todos os procedimentos efetuados durante a execução da experiência; assinale todos os pontos que você considerou relevantes Para cada ponto da tabela 1 calcule o conjugado aplicado Traçar a curva conjugado vs velocidade, eficiência vs velocidade, eficiência vs corrente de carga. Assuma que o motor e o gerador possuem eficiência igual. 5. REFERÊNCIAS 5.1. S.J. CHAPMAN, Electric Machinery Fundamentals, Mc Graw-Hill, A.E. FITZGERALD, C.KINGSLEY, S. UMANS, Electric Machinery, Mc Graw-Hill, M. MOURA SEVERINO, J. OLIVIERA DA SILVA. Guia do Aluno do Laboratório de Conversão de Energia. 2ª Ed Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica. Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 7

8 EEE462 - LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS AULA PRÁTICA 3: MÁQUINAS SÍNCRONAS EM REGIME PERMANENTE (Determinação de Curvas Características e Parâmetros de um Gerador Síncrono) 1. OBJETIVOS 1.1. Determinar as características em vazio e em curto-circuito das máquinas síncronas Determinar as reatâncias síncronas não-saturada ( X snsat ) e saturada à tensão nominal (X s ) Calcular a Relação de Curto-Circuito (RCC). 2. TRABALHO PREPARATÓRIO Responda as seguintes questões: 2.1. Para que servem os ensaios de curto circuito e circuito aberto nos geradores síncronos? 2.2. Qual a finalidade dos enrolamentos amortecedores? 2.3. Sabendo-se que o gerador existente no laboratório tem os seguintes valores nominais: V nom = 240 V I nom = 12 A I f = 12 A 2.4. Pede-se quais instrumentos e escalas deverão ser utilizadas no ensaio em curto circuito e no ensaio em vazio Por que a frequência de um gerador síncrono depende da velocidade de rotação do eixo? 2.6. Explique brevemente como pode ser obtida a impedância síncrona e a resistência do induzido de um gerador síncrono Por que se deve reduzir a potência nominal de um gerador síncrono de 60 Hz quando operado a 50 Hz? Em quanto se deve reduzir a potência nominal? 2.8. Deveria se esperar que um gerador síncrono de 400 Hz for maior ou menor que um gerador de 60 Hz com a mesma potência e tensão nominal? Por que? 3. EXECUÇÃO 3.1. Esta experiência será conduzida com o grupo Motor Síncrono Gerador Síncrono (MS-GS) do laboratório. Inicialmente, deve-se partir o MS com o auxílio da sua gaiola de amortecimento Característica em Vazio: Mantenha aberto o circuito da armadura Varie a corrente de excitação desde zero até 10% acima do seu valor nominal Anote os pares de valores da corrente de excitação e tensão induzida na armadura Em particular, anote o valor de excitação que provoca tensão nominal em vazio Característica em Curto-Circuito: Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 8

9 Feche o circuito da armadura em curto-circuito trifásico Varie a corrente de excitação desde zero até um valor que provoque uma corrente da armadura 10% acima do seu valor nominal Anote os pares de valores da corrente de excitação e da corrente de curtocircuito na armadura Em particular, anote o valor da corrente de excitação que provoca corrente nominal em curto-circuito. 4. RELATÓRIO 4.1. Apresente um esquema das ligações das máquinas e instrumentos utilizados; 4.2. Forneça os dados de placa da máquina ensaiada Apresente as curvas em vazio e em curto-circuito, indicando a linha do entreferro Calcule os valores de: Reatância síncrona não-saturada (X snsat ) Reatância síncrona saturada à tensão nominal (X s ) Relação de Curto-Circuito (RCC) 4.5. Deduza e comprove numericamente, a relação: RCC = 1./ X s (pu) 4.6. Mostre que o comportamento observado da característica de curto-circuito corresponde ao esperado da teoria. 5. REFERÊNCIAS: 5.1. S.J. Chapman, Electric Machinery Fundamentals, Mc Graw-Hill, A.E. Fitzgerald, C.Kingsley, S. Umans, Electric Machinery, Mc Graw-Hill, Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 9

10 EEE462 - LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS AULA PRÁTICA 4: MÁQUINAS SÍNCRONAS EM REGIME PERMANENTE (Validação do modelo clássico) 1. OBJETIVOS 1.1. Validar o modelo clássico das máquinas síncronas e determinar a regulação de tensão Verificar a influência do fator de potencia da carga. 2. TRABALHO PREPARATÓRIO 2.1. Por que a tensão de um gerador síncrono cai abruptamente quando é conectada uma carga com fator de potência atrasado? 2.2. Por que a tensão de um gerador síncrono se incrementa quando é conectada uma carga com fator de potência adiantado? 2.3. Desenhe os diagramas fasoriais para um gerador síncrono operando com (a) fator de potência unitário, (b) fator de potência em atraso, (c) fator de potência em adianto. 3. EXECUÇÃO Esta experiência será conduzida com o grupo MS-GS do laboratório Ajuste o gerador síncrono de modo a apresentar tensão terminal nominal com carga nominal. Observe que os dados de placa do grupo MS-GS especificam: Inom = 12 A e fator de potência nominal: cos φ = 0, A carga nominal poderá ser obtida, com a melhor aproximação possível, utilizando um banco de resistores ligado em paralelo com um banco de reatores. Verifique o fator de potência efetivo através do multímetro digital Carga e fator de potência nominais: Anote a tensão terminal, e os valores das correntes de armadura e de campo para as condições nominais. Retire a carga e anote a nova tensão terminal Carga resistiva pura: Desligue o banco de reatores e ajuste novamente a corrente de campo até obter corrente e tensão nominal de armadura. Anote a corrente de campo para esta condição de carga resistiva. Verifique o fator de potência efetivo através do multímetro digital. Retire a carga e anote a nova tensão terminal Carga indutiva pura: Desligue o banco de resistores e ligue apenas o banco de reatores. Ajuste novamente a corrente de campo até obter corrente e tensão nominal de armadura. Anote o valor da corrente de campo para esta condição de carga indutiva. Verifique o fator de potência efetivo através do multímetro digital. Retire a carga e anote a nova tensão terminal. Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 10

11 3.6. Carga capacitiva pura: Ligue agora apenas o banco de capacitores. Ajuste novamente a corrente de campo até obter corrente e tensão nominal de armadura. Anote o valor da corrente de campo para esta condição de carga capacitiva. Verifique o fator de potência efetivo através do multímetro digital. Retire a carga e anote a nova tensão terminal. 4. RELATÓRIO 4.1. Para cada caso abaixo, apresente um diagrama fasorial das tensões no terminal e interna da MS (Eaf) e corrente de armadura máquina, nas condições de carga (nominal, resistiva, reativa indutiva e reativa capacitiva) 4.2. Condições nominais: Calcule a regulação de tensão pelas medições do ensaio nas condições nominais de corrente e fator de potencia Utilize agora o modelo clássico considerando o valor da reatância síncrona saturada à tensão nominal obtido na Experiência Considerando os valores de tensão, corrente e fator de potência do ensaio, determine a regulação de tensão do gerador Compare o valor da regulação de tensão obtido no ensaio com o valor calculado por meio do modelo clássico Condições nominais de corrente, com fatores de potência unitário e puramente indutivo e puramente capacitivo: Calcule a regulação de tensão pelas medições do ensaio nas condições nominais de corrente e fatores de potencia unitário e nulo (indutivo e capacitivo) Considerando os valores de tensão, corrente e fator de potência do ensaio, determine a regulação de tensão do gerador nas três condições do item a Compare os valores da regulação de tensão obtidos anteriormente e explique as diferenças observadas Corrente de excitação Comente as diferenças nos valores da corrente de excitação nas 3 condições operacionais da máquina e explique as alterações observadas com base nos diagramas fasoriais. 5. REFERÊNCIAS: 5.1. S.J. CHAPMAN, ELECTRIC MACHINERY FUNDAMENTALS, MC GRAW-HILL, Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 11

12 EEE462 - LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS AULA PRÁTICA 5: MÁQUINAS SÍNCRONAS EM REGIME PERMANENTE (Levantamento de curva V para um Motor Síncrono) 1. OBJETIVOS Verificar aspectos operacionais de motor síncrono sob várias condições de carga e fator de potência. 2. TRABALHO PREPARATÓRIO 2.1. Qual a utilidade das chamadas Curvas V das maquinas síncronas e qual a diferença destas curvas para operação como motor ou como gerador? 2.2. Qual é a diferença entre um motor síncrono e um gerador síncrono? 2.3. Qual é a regulação de velocidade de um motor síncrono? 2.4. Em que aplicação poderia utilizar-se um motor síncrono, mesmo que a sua característica de velocidade constante não seja necessária? 2.5. Por que um motor síncrono não pode arrancar sozinho? 2.6. Quais são as técnicas disponíveis para arrancar motores síncronos? 2.7. Que são os enrolamentos de amortecimento? Por que o conjugado produzido por eles é unidirecional no arranque, enquanto o conjugado produzido pelo enrolamento principal do campo alterna a sua direção? 2.8. O que é um capacitor síncrono? Para que se utiliza? 2.9. Explique usando diagramas fasoriais o que acontece no motor síncrono quando a sua corrente de campo varia. A partir do diagrama fasorial obtenha a curva V do motor síncrono Quando existe maior risco de sobre aquecimento no circuito de campo do motor síncrono, operando com fator de potência adiantado ou atrasado? Explique usando diagramas fasoriais Um motor síncrono opera com uma carga fixa e a sua corrente de campo é incrementada. Se a corrente de armadura cai em qual fator de potência estava operando inicialmente o motor? Por que a tensão aplicada a um motor síncrono deve ser diminuída quando operado a frequências menores que a nominal? 3. EXECUÇÃO Esta experiência será conduzida com o grupo MS-GS do laboratório. A simulação da carga do motor será feita através de uma carga resistiva aplicada ao gerador. Este procedimento faz com que o conjugado eletromagnético, decorrente da carga ligada ao gerador, seja transmitida pelo eixo ao motor na forma de conjugado mecânico resistente. A potência elétrica necessária será suprida pela rede que alimenta o motor Curva V para o motor com carga leve Ligue o motor e ajuste a corrente de campo (excitação) de modo que circule a mínima corrente no estator. Esta condição é a de fator de potência unitário para Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 12

13 a carga existente. (Neste caso, a carga do motor é oriunda das perdas por atrito e ventilação de seu rotor, bem como as do gerador a vazio) Decresça a corrente no campo do motor até que a corrente na armadura seja a nominal do motor A partir deste ponto, comece a aumentar a corrente de excitação anotando os valores de If e Ilinha conforme a Tabela 1. Este aumento deve ser feito até que a corrente nominal seja atingida novamente, porém com o motor agora em condição super-excitado Diminua novamente a corrente de excitação tornando mínima a corrente na armadura. Observe a corrente de armadura do gerador. Corrente de Campo Corrente de Linha Tabela 1. Medidas para Carga Leve 3.2. Curva V para o motor funcionando com carga média Com a corrente mínima de armadura no motor, ligue o campo do gerador e faça a conexão de cargas resistivas até que o valor da corrente de armadura do motor passe a ter o valor mínimo de cerca de 0,4 Inom. Observe a corrente de armadura do gerador Repita o procedimento adotado em 2.1 preenchendo a Tabela 2. Corrente de Campo Corrente de Linha Tabela 2. Medidas para Carga Média 3.3. Curva V para o motor funcionando com carga pesada Após diminuir a corrente de armadura até o valor 0,4 Inom aumenta-se a carga no gerador até que o valor da corrente de armadura do motor passe a ter o valor mínimo de cerca de 0,8 Inom. Observe a corrente de armadura do gerador Repita o procedimento adotado anteriormente para este nível de carga, preenchendo a Tabela 3. Corrente de Campo Corrente de Linha Tabela 3. Medidas para Carga Pesada Sugestão: A observação da tensão e da corrente do motor com um osciloscópio auxilia no entendimento da experiência. Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 13

14 4. RELATÓRIO 4.1. Faça as curvas V com base nos resultados anotados nas Tabelas 1, 2 e Nestes gráficos, trace as curvas de fator de potência 0,6 e 0,8 indutivo; 0,6 e 0,8 capacitivo e 1, Qual a corrente de excitação necessária para que o motor funcione com fp 0,9 indutivo e potência ativa 1,9kW? Estime pelo gráfico. 5. REFERÊNCIAS: 5.1. S.J. Chapman, Electric Machinery Fundamentals, Mc Graw-Hill, A.E. Fitzgerald, C.Kingsley, S. Umans, Electric Machinery, Mc Graw-Hill, Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 14

15 EEE462 - LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS AULA PRÁTICA 6: MÁQUINAS SÍNCRONAS EM REGIME PERMANENTE (Determinação das reatâncias de sequência negativa e zero) 1. OBJETIVOS Determinação das reatâncias X 2 e X 0 2. TRABALHO PREPARATÓRIO 2.1. Apresente um resumo conceitual sobre as reatâncias X 2 e X 0 das máquinas síncronas de pólos salientes. Para facilitar, sugere-se desenvolver suas explicações com base numa máquina de dois pólos. Sugere-se ainda basear suas explicações no campo girante das máquinas síncronas Quais as diferenças principais entre estas reatâncias X 2 e X 0 para máquinas síncronas e para transformadores trifásicos? 3. EXECUÇÃO Esta experiência será conduzida com o grupo MS-GS do laboratório Determinação da reatância X Para determinar a reatância de sequência negativa, precisamos alimentar o gerador do grupo MS-GS com tensões de sequência negativa, no caso, sequência inversa àquela produzida pela rede elétrica Inicialmente, parta o Motor Síncrono (MS) Decresça a corrente do campo do GS do grupo MS-GS, cujas reatâncias se quer determinar, até próximo de zero; desligue a alimentação do campo e coloque-o em curto-circuito Reduza, em seguida, a tensão da rede com auxílio de um transformador até ser da ordem de V Proceda ao fechamento da chave trifásica, após garantir que a seqüência de fase seja inversa em relação à seqüência do grupo MS-GS O gerador deste grupo está sendo alimentado com tensões de seqüência negativa geradas pela rede. Faça diversas medições, aumentando gradativamente a tensão de alimentação tomando o cuidado de não chegar a valores excessivos da corrente de linha (valor máximo até cerca de 15 A) preenchendo a Tabela 1. O valor de X2 pode ser obtido pela média dos valores medidos e/ou através de um gráfico Qual o efeito de abrir o circuito de campo do GS? 3.2. Determinação da reatância X Para determinar a reatância de seqüência zero, precisamos alimentar o gerador do grupo MC-GS com tensões de seqüência zero. Para tanto, basta ligar em série os enrolamentos de fase do grupo MC-GS. Tal procedimento pode ser feito com a máquina ligada, uma vez que somente teremos tensão Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 15

16 gerada por fluxo residual. Por precaução, convém medir esta tensão antes de proceder a alteração das ligações. Mantenha o campo do GS em curto-circuito, bem como sua velocidade em 1800 rpm O gerador deste grupo está sendo alimentado com tensões de seqüência zero geradas pela rede. Faça diversas medições, aumentando gradativamente a tensão de alimentação, tomando o cuidado de não chegar a valores excessivos da corrente de linha (valor máximo até cerca de 15 A) preenchendo a Tabela 2. O valor de Xo pode ser obtido pela média dos valores medidos e/ou através de um gráfico Qual o efeito de abrir o circuito de campo do GS? Qual a influência da velocidade do gerador nestas medidas? Corrente de Linha Tensão Fase- Neutro Tabela 1- Medidas para X 2 Corrente de Linha Tensão Fase- Neutro Tabela 2 - Medidas para X 0 4. RELATÓRIO 4.1. Apresente um diagrama mostrando as ligações e montagem desta experiência Apresente as Tabelas com os valores medidos e os cálculos de X 2 e X Discuta os resultados observados na aula prática. 5. REFERÊNCIAS: 5.1. J.J.Grainger, W.D.Stevenson, Power System Analisis, Mc Graw-Hill, W. Nuernberg, R.Hanitsch, Die Pruefung elektrischer Maschinen, Springer, IEEE Std , Procedures for Parameter Determination for Dynamix Analysis, pp Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 16

17 EEE462 - LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS AULA PRÁTICA 7: MÁQUINAS SÍNCRONAS EM REGIME PERMANENTE (Determinação das reatâncias de eixo direto e em quadratura de um Gerador Síncrono) 1. OBJETIVOS: Determinação das reatâncias X d e X q 2. TRABALHO PREPARATÓRIO 2.1. Descreva como fazer a operação de sincronização de fontes geradoras. Liste as condições que deverão ser observadas para possibilitar a ligação de uma fonte geradora a um sistema, de forma a minimizar os transitórios do chaveamento Apresente um resumo conceitual sobre as reatâncias X d e X q das maquinas síncronas de pólos salientes, de preferência com o auxilio de diagramas fasoriais Descreva os princípios básicos do método do escorregamento para determinação das reatâncias X d e X q Quais são as condições necessárias para colocar dois geradores síncronos em paralelo? 2.5. Por que um gerador a ser conectado em paralelo com um sistema de potência deve estar com uma frequência maior que a frequência do sistema? 2.6. O que é um barramento infinito? Quais são as restrições por ele impostas quando conectado um gerador em paralelo? 2.7. Como pode controlar-se a divisão de potência ativa entre dois geradores síncronos em paralelo sem afetar a frequência do sistema? 2.8. Como pode controlar-se a divisão de potência reativa entre os dois geradores sem afetar a tensão terminal do sistema? 3. EXECUÇÃO: Esta experiência será conduzida com o grupo Motor CC-Gerador Síncrono (MC-GS) do laboratório Operação de Sincronização ou Paralelismo: Esta operação é essencial nos sistemas elétricos reais, e tem que ser realizada sempre que uma fonte geradora saia de serviço para manutenção ou por outras causas. Também conhecida como paralelismo, esta operação consiste em conectar a fonte geradora a um sistema, de forma a causar o menor impacto possível na operação do mesmo. No caso desta Experiência, o grupo MC-GS desempenhará o papel de uma fonte geradora, a qual deverá ser sincronizada para conexão à rede elétrica. Esta operação será conduzida com a ajuda de um arranjo de lâmpadas e também com um osciloscópio de dois canais independentes Determinação das reatâncias X d e X q Como o gerador do grupo CC-GS é de pólos salientes, pode-se determinar as reatâncias X d e X q através do método do escorregamento. Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 17

18 Concluída a operação de sincronização, decresça a corrente do campo do GS do grupo MC-GS, cujas reatâncias se quer determinar, até próximo de zero; desligue o campo Nestas condições, este gerador síncrono passa a ser alimentado eletricamente pela rede elétrica, como um motor de relutância. O rotor do gerador do grupo MC-GS fica praticamente alinhado com o campo girante criado pelas correntes de armadura Em seguida, diminua gradativamente a tensão de alimentação com o auxílio de um transformador. Este procedimento tem como finalidade reduzir o torque de relutância, presente nas máquinas síncronas de pólos salientes Aumente (ou diminua) ligeiramente a velocidade do motor CC. O gerador deste grupo vai passar a apresentar um escorregamento do seu rotor em relação ao campo girante imposto pela rede elétrica. Observe as variações nos valores da tensão e da corrente de armadura. Procure anotar os valores máximos e mínimos para determinar X d e X q Monitore a tensão de campo com um voltímetro CC de zero central. Isto facilitará a identificação dos desvios da velocidade síncrona. Corrente de Linha (Imax) Tensão Fase- Neutro (Vmin) Corrente de Linha (Imin) Tensão Fase- Neutro (Vmax) Tabela 1- Medidas para Xq Tabela 2 - Medidas para Xd 4. RELATÓRIO 4.1. Apresente um diagrama mostrando as ligações e montagem desta experiência. Em particular, descreva em detalhes como as lâmpadas foram ligadas de forma a auxiliar no processo de sincronização Apresente as Tabelas com os valores medidos e os cálculos de X d e X q Compare com os valores obtidos na Experiência 2 e comente. 5. REFERÊNCIAS 5.1. S.J. Chapman, Electric Machinery Fundamentals, Mc Graw-Hill, A.E. Fitzgerald, C.Kingsley, S. Umans, Electric Machinery, Mc Graw-Hill, IEEE Std , Procedures for Parameter Determination for Dynamix Analysis, pp Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 18

19 EEE462 LABORATÓRIO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS AULA PRÁTICA 8: LEVANTAMENTO DE PARÂMETROS DE MÁQUINAS ASÍNCRONAS 1. OBJETIVOS 1.1. Determinar os parâmetros do circuito equivalente por fase de um Motor de Indução Trifásico (MIT) por meio dos ensaios a vazio e com rotor bloqueado Obter a característica conjugado vs velocidade do MIT Observar o funcionamento da máquina assíncrona como gerador. 2. TRABALHO PREPARATÓRIO 2.1. Por que a máquina de indução é chamada de assíncrona? 2.2. Por que é impossível que o MIT funcione a velocidade síncrona? 2.3. O que é escorregamento? 2.4. Como se desenvolve o conjugado no motor de indução? 2.5. Por que para escorregamento alto a eficiência do MIT é ruim? 2.6. Desenhe e explique a curva típica conjugado vs velocidade em um MIT Desenhe e explique o circuito equivalente do MIT Qual elemento do circuito equivalente do MIT possui o maior controle sobre a velocidade a qual acontece o máximo conjugado? 2.9. Enumere e descreva quatro métodos para controlar a velocidade do MIT Qual é o comportamento da corrente de arranque de MIT? Por que o valor da corrente de arranque é tão alto? Quais são os métodos para arrancar um MIT? O que é um soft-starter? 3. EXECUÇÃO 3.1. Ensaio a Vazio Fonte trifásica de tensão variável Vazio Figura 1 Montagem do Ensaio a vazio Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 19

20 Montar o circuito apresentado na figura Aumentar gradativamente a tensão da fonte até a tensão nominal do MIT Registrar a velocidade angular do motor, a corrente à vazio e a potência consumida pelo MIT Ensaio de rotor bloqueado Montar o circuito da figura 1 com o rotor bloqueado Incrementar gradualmente a tensão de alimentação do motor até que a média das 3 correntes seja igual à corrente nominal do MIT Registrar a tensão aplicada e potência consumida pelo MIT Obtenção da Curva Característica conjugado vs velocidade Figura 2 Montagem para obtenção da curva conjugado vs velocidade Montar o circuito da figura 2 com o gerador de CC em vazio Partir o MIT com 20% da tensão nominal. A velocidade do motor irá se incrementando lentamente até um valor abaixo da velocidade registrada no ensaio de vazio Registrar vários valores de velocidade do motor na tabela 1. Para cada valor de velocidade registrar o respectivo valor de conjugado mecânico. Tabela 1 velocidade vs conjugado sem carga (V ab = V) n [rpm] τ [lib/pé] P 3φ [kw] S [kva] Q [kvar] cos φ Imed [A] Prof. Juan Carlos Mateus Sánchez, DSc. 20