UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPRITO SANTO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

MQUINAS ELTRICAS I

LABORATRIO DE MQUINAS ELTRICAS I RELATRIO EXPERINCIAS 4, 5 e 6

Bruno Sad bruno_sad@hotmail.com Janana Galavotti Falqueto janavni@hotmail.com Rafael Catabriga Bastida rafaelcatabriga@gmail.com Tiago Fernandes Juffo Fontes Thiagofernandesjf@hotmail.com

MAIO/2011

OBJETIVOAs experincias 4, 5 e 6 se referem a mquinas de induo funcionando como motores e geradores. Nelas devemos observar as caractersticas, as condies de operao e o comportamento das mquinas de induo de rotor de Gaiola de Esquilo (MIG) e de rotor bobinado (MIRB).

IntroduoAs mquinas de induo so robustas construtivamente, apresentam baixo custo inicial e elevado rendimento por isso so utilizadas nos mais diversos setores de atividade, particularmente na indstria. Podemos encontrar dois tipos de mquinas de induo: MIRB- mquina de induo de rotor bobinado, que possui bobinas trifsicas no rotor e anis coletores no eixo para um acesso externo. De modo geral mais caro que o rotor gaiola, mas fornece um torque de partida mais alto. MIG- mquina de induo de rotor gaiola de esquilo. O rotor ranhurado e nele so inseridos condutores na forma de barras, que so curto-circuitadas nas duas laterais, formando uma gaiola condutora sem terminais de acesso externo mquina. Os rotores so robustos devido a sua construo e suportam elevados esforos eltricos e mecnicos. So os mais comuns motores de induo trifsicos. Nessas mquinas, o fluxo alternado criado pelo estator, que est alimentado com tenso trifsica, induz uma tenso no rotor j que o campo girante na mquina varia o fluxo sobre suas bobinas. Se o rotor possui um caminho fechado, haver uma corrente induzida que criar um campo que atrado pelo campo do estator, gerando torque e fazendo -o girar. A freqncia do rotor sempre inferior freqncia do campo girante, pois a tenso do rotor depende da variao de fluxo sobre ele e a velocida de mecnica nunca pode se igualar a sncrona. Essa diferena entre a velocidade sncrona (n s) e a o rotor (n) referida como escorregamento:

Que a caracterstica mais importante das mquinas de induo, pois sem ele no h conjugado e o rotor no gira. A freqncia das tenses induzidas no rotor podem ser definidas por:

Podemos utilizar o seguinte modelo equivalente para analisar o comportamento das mquinas de induo. Toda anlise feita por fase.

As mquinas de induo podem operar como motores, geradores e em modo de frenagem. No motor: Fluxo de potencia ativa e reativa da rede para a mquina e o escorregamento est entre 0 e 1 No gerador: Fluxo de potncia ativa da mquina para a rede e de reativa da rede para o rotor e o escorregamento com valores menores que 0; Frenagem: Fluxo de potncia ativa e rea tiva da rede para ao mquina e o escorregamento maior que 1.

Dados de placa:As mquinas utilizadas possuem os seguintes dados de placa: MIRB: 3 , 1/4hp, 1500 RPM, 208 V, 1,3 A, 60 Hz MIG: 3 , 1/4 HP, 1670 RPM, 208 V, 1,2 A, 60 Hz MOTOR CC: 1/4 HP, 1800 RPM, 120 V, 2,8 A

Experincia 04Utilizou-se o motor MIRB para analisar a corrente de excitao e a velocidade de escorregamento do rotor e observar a influncia do campo girante , a velocidade e o sentido de giro do rotor sobre a tenso rotrica induzida. O MIRB possui um acesso ao rotor por meio de anis coletores. O MIRB analisado possui 3 anis coletores utilizados e 1 de reserv a. Esses anis coletores, podem ser usados para fazer controle de velocidade por insero de resistores externos ou injeo de corrente.Alm disso possui 2 escovas fixas.

Dados obtidos e Anlises1. Ensaio a vazio: A corrente que circula no motor est rel acionada somente excitao do campo, as perdas no ncleo e do cobre do estator. Essa corrente uma estimativa da corrente de excitao pois a vazio o escorregamento pequeno , dessa forma, R 2/s muito grande e consequentemente, I 2 ser muito pequena. Como Ivazio= I + I2 tem-se Ivazio I . 2. Valores medidos: N= 1773rpm I1= 0,76A Ns/Nr = 217/105 Como a velocidade sncrona para este motor 1800 RPM, temos: s=0,015 Os valores obtidos so:

n(RPM) 0 900 1800 900 1800

S 1 1.5 2 0.5 0

fr (Hz) 60 90 120 30 0

Vr(V) 106 160 216 50 0

Observa-se que as freqncias induzidas so diretamente proporcionais ao escorregamento. O mesmo vlido para a tenso induzida. De s=1 a s = 2 a mquina est em uma situao similar a frenagem e h um aumento na freqncia do rotor,pois a velocidade relativa entre os campos do rotor e do estator aumenta. De s=0,5 a s=0 a mquina funciona como motor. Portanto o motor de induo pode funcionar como um conversor de freqncia, j que a freqncia aplicada ao estat or permaneceu constante e a freqncia do rotor variou com a variao da velocidade.

Experincia 05Nessa experincia analisamos e determinamos o circuito equivalente dos motores MIG e MIRB atravs de ensaios a vazio e de rotor bloqueado.

Dados obtidos e Anlises

MIRB:1.Ligao CC: Vdc (V)= 13,2V Idc (V)= 1,3 Ensaio a vazio: V1= 208V I1= 0,76A P = 55W n= 1700rpm Ensaio de rotor bloqueado: V1= 77,1V I1= 1,3A P = 143W

Com esses dados podemos obter os valores do circuito equivalente:

2.Tabela de caractersticas MIRBfp= cos T(lbf-in) P(W) 0 4 7 10 12 55 180 251 332 390 V1(V) 208 208 208 208 208 I1(A) 0,76 0,87 0,99 1,15 1,29 n(rpm) 1700 1677 1586 1521 1460 Ptil(W) 0 84,84 132,5 209,12 0,2045 0,5743 0,704 0,841 0 47,3 52,79 54,68 53,62

(%)

181,546 0,804

MIG:1.Ligao CC: Vdc (V)= 17,6V Idc (V)= 1,21 Ensaio a vazio: V1= 208V I1= 0,59A P = 50W n= 1798rpm Ensaio de rotor bloqueado: V1= 62V I1= 1,2A P = 97W

Com esses dados podemos obter os valores do circuito equivalente:

2.Tabela de caractersticas MIRB.T (lbf-in) 0 4 7 10 12 P (W) 79 V1(V) (A)

I1 0,62 0,74 0,85 1,03 1,15

n (rpm) 1787 1753 1724 1691 1655 2

P util (W) 0 83,69523

fp = cos 0,353691139 0,626431415

rendimento( %) 0 50,11690539 62,62767304 67,27925333 66,2147933

208

167 208 230 208 300 208 358 208

144,043648 0,751099871 201,8377 0,808486565 6 237,0489 6 0,864119814

Grficos:

Os grficos plotados em vermelho so referentes ao MIRB e os plotados em azul so referentes ao MIG.

Como podemos visualizar o maquinas MIRB possui melhor regulagem de velocidade em relao a maquina MIG.

Como podemos visualizar a maquina MIRB possui maior potencia til entregue a carga para uma mesma tenso de alimentao(208V).

Como era esperado o rendimento de ambas as maquinas aumenta quando se aproxima da carga nominal. Podemos visualizar um melhor rendimento da maquinas MIRB em relao a maquina MIG.

Confirmando a teoria estudada o fator de potencia aumenta quando aproximamos a carga utilizada da carga nominal. Como nos grficos anteriores a maquina MIRB possui maior fa tor de potencia em relao a maquina MIG.

Experincia 06Anlise do comportamento da mquina de induo como gerador e observar as mudanas nos modos de operao gerador-motor das mquinas AC e CC.

Dados obtidos e Anlisespts operao P01 P02 P03 P04 de n(rpm) 1700 1800 1853 1903 P1(W) 112 54 0 -74 I1(A) 0.85 0.85 0.88 0.98

Pergunta 1.3 n execuo: Essa tenso se refere tenso gerada pela mquina CC, neste caso um gerador CC. Pois como a velocidade do rotor da MIRB menor que a velocidade sncrona,esta mquina funciona como motor.1. a) P01 : Componentes de perdas, de excitao e de carga. P02: Corrente de excitao mais corrente de perdas no estator e ncleo do MIRB. P03: Componente reativa de induo(magnetizao). P04: Componente ativa mais reativa (de carga).

b) P01: Potncia entregue a carga pela MIRB funcionando como motor P02:Como a MIRB est a vazio, esta potncia a de perdas no cobre do estator,no ncleo e as perdas rotacionais. P03: Potncia gerada pelo motor CC vai para as perdas. P04: Potncia entregue pela MIRB funcionando como gerador. c) P01 : MIRB funciona como motor,pois n r ns e P= 0. Maquina CC funciona como motor. P04: MIRB funciona como gerador , pois n r > ns e entrega potncia a mquina CC. Maquina CC funciona como motor.

2. Entre P01 e P02 pois em P02 a MIRB j funciona como motor (n r = ns).Entre esses pontos a tenso induzida na mquina CC menor que a tenso V1 aplicada . 3. s= - 0.0572

CONCLUSOPodemos observar a semelhana entre o funcionamento das mquinas de induo e o transformador devido excitao gerada. Confirmamos a teoria de que as mquinas de induo podem ser utilizadas como motores e geradores. Que na partida s=1 e n=0 e a freqnc ia do rotor igual a do estator, os campos(rotor e estator) giram na mesma velocidade gerando um conjugado que faz com que o rotor gire. As maquina MIG possuem construo mais robusta e que necessitam de pouca manuteno sendo recomendadas para utilizae s em ambientes hostis e de difcil acesso.A maquina possui caractersticas de operao satisfatrias ,porem quando queremos caractersticas operacionais mais elevadas e constantes ou( como regulao de velocidade e rendimento) ou controle de velocidade a maquina MIRB e a mais recomendada pois se saiu melhor nos testes. . Quando se acopla uma mquina CC de tenso a justvel a uma mquina de induo alimentada pela rede eltrica na partida a mquina CC funciona como gerador e a MIRB como motor. Aumentando a velocidade das mquinas essa caracterstica se inverte.

Bibliografia1. A. E. Fitzgerald; Charles Kingsley Jr; Stephen D. Mquinas eltricas. 6 Edio. Porto Alegre. Bookman, 2006. 2. Notas de aula