SECÇÃO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS E ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA MÁQUINAS ELÉCTRICAS I Máquina Corrente Contínua 2005/2006
1. Máquina Corrente Contínua Objectivos do trabalho: Parte I: Ensaio dos motores de corrente contínua de excitação série e excitação derivação. Determinação experimental das principais características dos motores de corrente contínua de excitação série e excitação derivação. Parte II: Ensaio das máquinas de corrente contínua de excitação derivação em funcionamento gerador. Determinação experimental das principais características dos geradores de corrente contínua de excitação derivação. PARTE I 1.1. ENSAIO DO MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA DE EXCITAÇÃO SÉRIE Para este ensaio o esquema de ligações encontra-se representado na Fig. 1. Fig. 1 Esquema de ligações do motor de corrente contínua de excitação série M - Motor de corrente contínua SIEMENS (2GA3375-5B) G - Dínamo-freio SIEMENS AT - Auto-transformador trifásico PR - Ponte de rectificação trifásica a díodos V 1 - Voltímetro de bancada 0-30-150-300 V A 1 - Amperímetro de bancada 0-6-12 A UCL - Unidade de controlo da carga e de leitura da velocidade e do binário 2
CONDUÇÃO DO ENSAIO Como o motor embala em vazio e atinge velocidades elevadas para cargas pequenas, o que levaria à sua autodestruição por acção da força centrífuga, o seu arranque deve ser feito sempre em carga. Em caso de embalamento desligar imediatamente o disjuntor de corrente alternada. Ligar o disjuntor de corrente alternada e arrancar com o motor através do Autotransformador, até que a tensão aos terminais do motor atinja 220 V, valor que deve ser mantido constante ao longo do ensaio. Variar a carga mecânica do motor, actuando no regulador de carga. Leia e registe os valores de corrente (Ia), binário (T) e velocidade (N) na tabela seguinte, mantendo a tensão de alimentação constante. Ia (A) T (Nm) N (rpm) Parar o motor desligando o disjuntor. 3
1.2. ENSAIO DO MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA DE EXCITAÇÃO DERIVAÇÃO OU INDEPENDENTE. Para este ensaio o esquema de ligações encontra-se representado na Fig. 2. Fig. 2 Esquema de ligações do motor de corrente contínua de excitação derivação M CC - Motor de corrente contínua M.S. Máquina Síncrona Dínamo-freio SIEMENS AT - Auto-transformador trifásico P.R. - Ponte de rectificação monofásica a díodos R c - Resistências de cargas (bloco trifásico) CONDUÇÃO DO ENSAIO A primeira operação a executar é ligar o circuito do enrolamento de campo do circuito de excitação independente. Será também o último a ser desligado. 4
Diga e explique no relatório o porquê desta imposição. Ligar então o disjuntor de corrente alternada e arrancar com o motor através do Autotransformador de forma lenta até que a tensão aos terminais do motor atinja 180 V, valor que deve ser mantido constante ao longo do ensaio. Note que não foi introduzida uma resistência de arranque. Explique no seu relatório e também de forma matemática a necessidade da existência de uma resistência de arranque e porquê se arrancou de forma lenta com o auto-transformador. Ligue a máquina síncrona, que vai funcionar como gerador, actuando na alimentação de corrente contínua do rotor. Variar a carga mecânica do motor, actuando na variação da resistência de carga. Leia e registe os valores de corrente (Ia) e velocidade (N) na tabela seguinte, mantendo a tensão de alimentação constante. Leia a tensão composta e a corrente de linha que alimenta a resistência de carga. Calcule o valor do binário aos terminais da máquina contínua considerando que o rendimento da máquina síncrona é de 90%. Ia (A) T (Nm) N (rpm) Parar a máquina síncrona desligando o disjuntor. Retirar a tensão ao auto-transformador e desligar disjuntor respectivo. 5
CÁLCULOS, TRAÇADO DE CARACTERÍSTICAS 1. Traçado das características principais do funcionamento dos motores: Característica Electromecânica de Binário. Representa o andamento dos valores do binário mecânico útil no veio, T, em função da corrente de carga, Ia., T = f(ia), mantendo-se a tensão aos terminais do motor constante. Trace a característica T = f (Ia) para o MCC de excitação série Trace a característica T = f (Ia) para o MCC de excitação derivação Característica Electromecânica de Velocidade. Representa o andamento dos valores de velocidade, N, em função da corrente de carga, Ia, N = f (Ia), mantendo-se a tensão aos terminais do motor constante. Trace a característica N = f (Ia) para o MCC de excitação série Trace a característica N = f (Ia) para o MCC de excitação derivação Característica Mecânica. Representa o andamento dos valores do binário mecânico útil no veio, T, em função da corrente da velocidade, N, T = f (N), mantendo-se a tensão aos terminais do motor constante. Trace a característica T = f (N) para o MCC de excitação série Trace a característica T = f (N) para o MCC de excitação derivação 2. Compare as características experimentais com as previstas teoricamente. 3. Comente os processos de arranque utilizados para o motor série e para o motor derivação. 4. Compare a resposta das duas máquinas ensaiadas (série e derivação), face a uma mesma solicitação - aumento de carga, por exemplo. 6
PARTE II 2.1. ENSAIO DO GERADOR DE CORRENTE CONTÍNUA DE EXCITAÇÃO DERIVAÇÃO Para este ensaio o esquema de ligações encontra-se representado na Fig. 3. Fig. 3 Esquema de ligações do gerador de corrente contínua de excitação em derivação accionado por uma máquina assíncrona (indução). 7
CONDUÇÃO DO ENSAIO Ensaio 1 (auto-excitação): Desligue a resistência de carga recorrendo para isso à abertura do interruptor. Aplique ao motor de accionamento (máquina de indução) uma tensão de 180 V entre fases, 50 Hz. Observe no voltímetro a tensão aos terminais da máquina de corrente contínua. Que condições deve garantir para que o fenómeno de auto-excitação da máquina se verifique correctamente e explique a evolução do aparecimento da tensão contínua aos terminais da máquina. Ensaio 2-a (característica de magnetização): Garanta que o reóstato de excitação - R - está no máximo. Com R C no máximo (carga mínima), leia a tensão aos terminais da máquina de corrente contínua variando a corrente de excitação. Anote os valores de V e de I exc. Justifique. U (V) I exc (ma) Trace a característica de magnetização V = f(i exc ). Comente. Ensaio 2-b (característica exterior): Varie R C. O que observa. Justifique. Anote os valores de V e de I a. V (V) I a (A) Trace a característica exterior V = f(i a ). Comente. 8
Ensaio 2-c (característica de regulação): Ajuste I exc para o valor mínimo do observado anteriormente. Varie R C e ajuste I exc de forma a manter a tensão aos terminais da máquina constante. Justifique. Anote os valores de I a e de I exc. I a (A) I f (ma) Trace a característica exterior I a = f(i exc ). Comente. 9