Testedeisolamento de Motores
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7/24/2019 Testedeisolamento de Motores
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UNIVERSIDADE POSITIVO
NCLEO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLGICAS
ENGENHARIA ELTRICA
Carlos Henrique Palma Kotinda
Felipe Kotowski Wantuk
MEDIO DA RESISTNCIA DE ISOLAMENTO DE MOTORES DEINDUO TRIFSICOS DE AT 100 CV
Curitiba, 2008
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Carlos Henrique Palma Kotinda
Felipe Kotowski Wantuk
MEDIO DA RESISTNCIA DE ISOLAMENTO DE MOTORES DEINDUO TRIFSICOS DE AT 100 CV
Trabalho de Concluso de Cursoapresentado ao Curso de EngenhariaEltrica, da Universidade Positivo, paraobteno de avaliao da disciplina deTrabalho de Concluso de Curso (TCC),como requisito obteno do grau de
Engenheiro Eletricista, sob a orientao daProfa. Ana Cristina Fermino.
Curitiba, 2008
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Dedicamos este trabalho a nossas famlias e a todosnossos amigos que nos acompanharam nesta grande
jornada rumo ao sucesso.
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Agradecemos primeiro a Deus pela beno dasabedoria a ns dispensada, por nos dar fora e
pacincia para a superao dos obstculos.
Agradecemos nossas famlias e amigos por
permanecerem ao nosso lado em todos os momentos.
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No se pode ensinar alguma coisa a algum, pode-se apenas auxiliar a descobrir por si mesmo.
Galileu Galilei
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RESUMO
O presente trabalho teve como objetivo construir um equipamento para
medio da resistncia de isolamento de um motor de induo trifsico, que fornece um
relatrio com o diagnstico das condies deste, baseado no ndice de polarizao e
ndice de absoro. O equipamento ser muito til, principalmente, quando se necessita
de diagnsticos rpidos em motores instalados no cho de fbrica. Sero realizadas
tambm medies de tenso, corrente eltrica, potncia eltrica, temperatura e velocidadedo motor em rotaes por minuto (RPM). As medies e resultados respeitaro
completamente as normas regulamentadoras vigentes.
Palavras-chave: Resistncia de Isolamento, Diagnstico, Motor de Induo
Trifsico.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Variao da resistncia de isolamento com o tempo para enrolamentosclasse B ...........................................................................................................16
Figura 2 Diagrama em blocos.........................................................................................20Figura 3 Circuito medidor de temperatura .....................................................................24Figura 4 Circuito medidor de corrente eltrica...............................................................25Figura 5 Circuito medidor de tenso ..............................................................................26Figura 6 Circuito medidor de velocidade .......................................................................27Figura 7 Fonte de alimentao de 500 VCC ....................................................................28
Figura 8 Circuito medidor da resistncia de isolamento ................................................29Figura 9 Fluxograma de funcionamento.........................................................................32Figura 10 Tela 1, 2, 3 e tela de diagnstico do display ..................................................33Figura 11 Grfico da temperatura versustenso gerada.................................................36Figura 12 Grfico da corrente eltrica versustenso gerada 1 ganho........................38Figura 13 Grfico da corrente eltrica versustenso gerada 2 ganho........................40Figura 14 Grfico da tenso medida versustenso rebaixada........................................43Figura 15 Layout das trilhas da PCI responsvel pela manipulao de todas
variveis medidas.......................................................................................47Figura 16 Layout dos componentes eletrnicos da PCI responsvel pela
manipulao de todas variveis medidas.................................................48Figura 17 Circuito eletrnico da fonte de 500 Vcc ........................................................59Figura 18 Circuito eletrnico do microcontrolador PIC 18F452 ...................................60Figura 19 Circuito eletrnico do amplificador operacional, display e ganho de
corrente.........................................................................................................61Figura 20 Circuito eletrnico fonte de alimentao do equipamento.............................62Figura 21 Circuito eletrnico do tacmetro....................................................................62Figura 22 Circuito eletrnico do medidor de tenso e rel de aplicao de 500 Vcc ....63Figura 23 Circuito eletrnico dos rels das trs escalas de resistncia de isolamento ...64
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LISTA DE QUADROS
Quadro 1 ndice de Polarizao......................................................................................18Quadro 2 ndice de Absoro .........................................................................................18Quadro 3 Cronograma ....................................................................................................33Quadro 4 Relao entre temperatura e tenso gerada.....................................................35Quadro 5 Relao entre corrente eltrica e tenso gerada 1 ganho............................37Quadro 6 Relao entre corrente eltrica e tenso gerada 2 ganho............................39Quadro 7 Relao entre tenso medida e tenso rebaixada............................................42Quadro 8 Contador de rotao........................................................................................43Quadro 9 Relao da Fonte de 500 VCC .........................................................................44Quadro 10 Relao entre Resistncia de Isolamento Medida e Tenso Gerada no
Resistor Padro............................................................................................. 44Quadro 11 Despesa com componentes e materiais utilizados no projeto.......................50Quadro 12 Despesa com servios contratados para o projeto ........................................51Quadro 13 Resistncia de isolamento entre bobina e carcaa no motor 1. ....................54Quadro 14 Resistncia de isolamento entre bobinas no motor 1....................................55Quadro 15 Resistncia de isolamento entre bobina e carcaa no motor 2 .....................55Quadro 16 Resistncia de isolamento entre bobinas no motor 2....................................56
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LISTA DE SMBOLOS / ABREVIATURAS / SIGLAS
A - Ampre
ABNT - Associao Brasileira de Normas Tcnicas
AmpOp - Amplificador Operacional
AV - Ganho de tenso
C - Capacitncia
CA - Corrente Alternada
CC - Corrente ContnuaCI - Circuito Integrado
CV - Cavalo Vapor
C - grau Celsius
f - freqncia
F - Faraday
f.e.m - Fora eletro-motriz
G - GigaHz - Hertz
IP - ndice de Polarizao
k - quilo
LCD -Display Cristal Lquido (Liquid Crystal Display)
LED - Diodo Emissor de Luz (Light Emitting Diode)
min - minuto
mV - mili VoltNBR - Norma Brasileira Regulamentadora
R - Resistncia
Rm - Resistncia de isolamento do Motor
RPM - Rotaes por Minuto
V - Volt
VCA - Tenso de Corrente Alternada
VCC
- Tenso de Corrente Contnua
TC - Transformador de Corrente
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TTL - Transistor-Transistor Logic
- Ohm
- micro
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SUMRIO
1 INTRODUO ..............................................................................................................121.1 PROBLEMA ............................................................................................................121.2 JUSTIFICATIVA.....................................................................................................121.3 OBJETIVOSESPECFICOS ...................................................................................13
1.3.1 Ensaios com o Motor Desligado...........................................................................131.3.2 Ensaios com o Motor em Funcionamento ............................................................14
2 FUNDAMENTAO TERICA.................................................................................152.1 RESISTNCIADEISOLAMENTO........................................................................15
2.1.1 ndice de Polarizao e Absoro.........................................................................162.1.2 Classe de Isolamento e Temperatura ....................................................................18
3 ESPECIFICAES TCNICAS PRELIMINARES .................................................20
3.1 VISOGERALDOPROJETO ...............................................................................203.2 DESCRIOFUNCIONALDOSBLOCOS ..........................................................213.2.1 Bloco 1 Motor....................................................................................................213.2.2 Bloco 2 Grandezas Medidas ..............................................................................223.2.3 Bloco 3 Processamento e Controle ....................................................................23
3.3 DIMENSIONAMENTOEMEMORIALDECLCULO.......................................233.3.1 Circuito de Medio de Temperatura ...................................................................243.3.2 Circuito de Medio de Corrente Eltrica ............................................................253.3.3 Circuito de Medio de Tenso ............................................................................263.3.4 Circuito de Medio de Velocidade .....................................................................273.3.5 Fonte de Alimentao de 500 VCC........................................................................28
3.3.6 Circuito de Medio da Resistncia de Isolamento..............................................293.4 PROGRAMAO...................................................................................................313.4.1 Descrio Geral ....................................................................................................313.4.2 Planejamento ........................................................................................................33
4 IMPLEMENTAO .....................................................................................................344.1 DESCRIODAMONTAGEM.............................................................................344.2 TESTES,MEDIESECONFIGURAES........................................................34
4.2.1 Circuitos de Medio (Hardware)........................................................................354.3 CDIGOFONTE.....................................................................................................454.4 PLACASDECIRCUITOIMPRESSO.....................................................................474.5 CUSTOSDOPROJETO ..........................................................................................49
4.5.1 Componentes e Materiais .....................................................................................494.5.2 Servios Contratados ............................................................................................51
5 RESULTADOS...............................................................................................................525.1 MEDIO DE TEMPERATURA .....................................................................................525.2 MEDIO DE CORRENTE ELTRICA ............................................................................525.3 MEDIO DE TENSO ................................................................................................535.4 MEDIO DE VELOCIDADE ........................................................................................535.5 MEDIO DA RESISTNCIA DE ISOLAMENTO ..............................................................53
5.5.1 Ensaio no Motor Trifsico 1.................................................................................545.5.2 Ensaio no Motor Trifsico 2.................................................................................55
6 CONSIDERAES FINAIS.........................................................................................57REFERNCIAS .....................................................................................................................58ANEXOS .................................................................................................................................59
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1 INTRODUO
A razo de se construir um equipamento que mede a resistncia de isolamento, os
problemas existentes globalmente e como possvel a construo deste equipamento so itens
que so detalhados nos tpicos a seguir.
1.1 PROBLEMA
Motores trifsicos de induo so muito utilizados em indstrias, residncias e
edifcios, sendo de grande importncia que estes se mantenham em boas condies de
funcionamento.
Todo motor sofre desgastes devido ao tempo de uso, umidade do ar, sujeira no
ambiente, atritos, erros de fabricao, entre outros problemas. Diagnosticar um defeito ou a
real condio de um motor no um problema de soluo fcil. Identificar preventivamente
possveis falhas de funcionamento poder, entre outros benefcios, aumentar a vida til destes
equipamentos. O diagnstico deve ser possvel tanto para motores em funcionamento como,
tambm, para motores na bancada de testes.
1.2 JUSTIFICATIVA
Simplificar o processo de ensaio e diagnstico de um motor trifsico de induo
importante. Em geral, o mesmo est localizado em ambientes de acesso difcil, sendo um item
de preo elevado e que exige mo de obra especializada em sua manuteno. J o diagnstico
exige equipamentos com custo elevado de aquisio e, alm disto, em geral muito
dependente do operador. Este trabalho tem como objetivo a construo de um aparelho que
possibilite a realizao de testes em motores de induotrifsicos de at 100 CV e que seja,
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ao mesmo tempo, de fcil operao e de baixo custo. Requisitos de portabilidade e autonomia
tambm devero ser observados neste tipo de equipamento. Assim, sendo o equipamento
porttil e autnomo, espera-se com o mesmo tornar os procedimentos de manuteno e
diagnstico mais precisos e com menor custo operacional.
1.3 OBJETIVOS ESPECFICOS
O objetivo deste projeto desenvolver um equipamento de medio e diagnstico
da resistncia de isolamento de motores de induo trifsicos de at 100 CV. As medies
realizadas por este equipamento respeitaro as normas da Associao Brasileira de Normas
Tcnicas (ABNT) relativas a ensaios. Como ser porttil, o equipamento permitir a
visualizao dos valores coletados em um display.
Pretende-se que oequipamento seja capaz de efetuar grupos de ensaios, descritos
a seguir, nos motores sob anlise com os mesmos desligados e em funcionamento.
1.3.1 Ensaios com o Motor Desligado
Neste grupo de ensaios de resistncia de isolamento, o equipamento medir as
seguintes grandezas:
resistncia de isolamento;
curto-circuito entre bobinas; temperatura da carcaa;
curto-circuito entre a bobina e a massa;
continuidade de cada bobina.
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Ao final do processo de medio, o equipamento emitir um relatrio indicando o
diagnstico do motor, inclusive o ndice de polarizao e ndice de absoro que indicam se o
motor est seco, mido, sujo ou limpo.
1.3.2 Ensaios com o Motor em Funcionamento
Neste grupo de ensaios, o equipamento medir as seguintes grandezas:
corrente consumida; tenso de linha;
potncia consumida;
temperatura da carcaa;
velocidade de rotao.
Os valores medidos sero atualizados em tempo real e no haver emisso de
relatrio.
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2 FUNDAMENTAO TERICA
Diversos so os fatores que diagnosticam a real condio de um motor trifsico.
Resistncia de isolamento um fator importante. No basta obter somente o valor desta
resistncia, necessrio o clculo de ndices que indicam se esta resistncia ideal ou no
est em conformidade com o especificado em norma. Temperatura, classe de isolao,
material utilizado tambm influenciam na resistncia de isolamento e estes itens so
abordados a seguir.
2.1 RESISTNCIA DE ISOLAMENTO
til para a constatao de que o motor est em condies seguras de
funcionamento, em relao isolao dos fios das bobinas, sendo confivel, pois torna
possvel a deteco de qualquer falha na isolao entre bobinas e entre bobinas e massa.
O ensaio para a medio da resistncia de isolamento de um motor de induo
realizado sob condies especficas. o parmetro, geralmente, utilizado para definir oquociente da tenso contnua, aplicada pela corrente, em funo do tempo medido a partir da
aplicao de tenso. Neste ensaio, um valor de referncia resistncia de isolamento deve ser
encontrado para um intervalo de tempo de um minuto a 10 minutos. Um equipamento para
uso nacional deve seguir as normas da ABNT correspondentes. A razo de se medir esta
resistncia que ela serve para indicar o estado do enrolamento, atravs da indicao de
valores mnimos recomendados, e para a obteno do ndice de polarizao e absoro.
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2.1.1 ndice de Polarizao e Absoro
ndice de polarizao a razo entre o valor da resistncia de isolamento para 10
min. e o valor da resistncia para um min. Este ndice auxilia na verificao da situao do
motor ensaiado, ou seja, se o mesmo est limpo ou sujo. ndice de absoro a razo entre o
valor da resistncia de isolamento para um min. e o valor da resistncia para 30 segundos.
Este indica se o motor est seco ou mido. Cada motor possui uma curva da variao da
resistncia em funo do tempo quando aplicada uma tenso, curva que padronizada e deve
ser respeitada. O ndice de polarizao e absoro indicativo da inclinao desta curva.
Figura 1 Variao da resistncia de isolamento com o tempo para enrolamentos classe B
A resistncia de isolamento de um enrolamento aumenta, normalmente, com a
durao de aplicao da tenso contnua de ensaio. O aumento geralmente rpido no incio
Fonte: NBR 5383-1, 2002
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da aplicao da tenso e as leituras gradualmente se aproximam de um valor praticamente
constante, na medida em que o tempo decorre.
O valor da resistncia para um minuto til para avaliar o estado da isolao
quando comparaes so feitas com dados anteriores e posteriores, obtidos de modo
semelhante. Em um motor com enrolamento seco e limpo um valor praticamente constante de
resistncia de isolamento alcanado num intervalo de tempo entre 10 e 15 minutos, e esta
a razo do ndice de polarizao utilizar a relao de 10 min. e um min. Caso o enrolamento
esteja mido ou sujo, este valor geralmente alcanado em um minuto ou dois minutos aps a
tenso de ensaio ser aplicada. A seguir, apresentada a equao para clculo do ndice de
polarizao e ndice de absoro, que a relao da resistncia medida em 10 minutos e a
resistncia medida em um minuto e a relao da resistncia medida em um minuto e aresistncia medida em 30 segundos, respectivamente:
Onde:
Ip o ndice de polarizao; Ia o ndice de absoro;
R10 min a resistncia de isolamento medida no instante 10 minutos;
R1 min a resistncia de isolamento medida no instante um minuto;
R30seg a resistncia de isolamento medida no instante 30 segundos.
A seguir apresentado o quadro com a caracterstica de um motor de induo
trifsico baseado em sue ndice de polarizao.
min1
min10
R
RIp=
segR
RIa
30
min1=
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NDICE DE POLARIZAOENTRE 0,0 1,0 PERIGOSO
ENTRE 1,0 1,5 POBREENTRE 1,5 2,0 QUESTIONVEL
ENTRE 2,0 3,0 CONFIVEL
ENTRE 3,0 4,0 BOM
MAIOR QUE 4,0 --- EXCELENTE
Quadro 1 ndice de Polarizao
A seguir, apresentado o quadro com a caracterstica de um motor de induo
trifsico baseado em sue ndice de absoro.
NDICE DE ABSOROENTRE 0,00 1,00 PERIGOSO
ENTRE 1,00 1,10 POBRE
ENTRE 1,10 1,25 QUESTIONVEL
ENTRE 1,25 1,40 CONFIVEL
ENTRE 1,40 1,60 BOM
MAIOR QUE 1,60 --- EXCELENTE
Quadro 2 ndice de Absoro
2.1.2 Classe de Isolamento e Temperatura
A resistncia de isolamento na maioria dos materiais varia inversamente com a
temperatura, sendo que o limite da mesma depende do tipo de material empregado. Para fins
de normalizao, os materiais isolantes e os sistemas de isolamento so agrupados em classe
de isolamento. As classes so: A (105 C), E (120 C), B (130 C), F (155 C) e H (180 C),
conforme a Norma Brasileira Regulamentadora (NBR) 7094, 2000.
Fonte: NBR 5383-1, 2002
Fonte:NBR 5383-1, 2002
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A temperatura ambiente para ensaio de no mximo 40 C conforme a norma e
acima disso, as condies so consideradas especiais. A melhor forma de se medir a
temperatura nos enrolamentos de um motor pelo mtodo da resistncia. Com sensores de
temperatura no se sabe se o ponto de medio o mais quente, pois a temperatura varia de
um ponto a outro. Se o valor de temperatura desejada no necessita ser totalmente preciso, o
uso de um sensor suficiente. Quando so realizados ensaios e h a necessidade de
comparao da resistncia de isolamento, preciso fazer a correo de temperatura para 40
C. A norma NBR 5383-1, 2002, contm a tabela de converso de temperatura.
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3 ESPECIFICAES TCNICAS PRELIMINARES
Os itens a seguir apresentam a viso geral, a descrio funcional de cada bloco, o
dimensionamento e o memorial de clculo, bem como a programao para o desenvolvimento
do projeto.
3.1 VISO GERAL DO PROJETO
Na figura 2 apresentado o diagrama em blocos do projeto proposto.
Figura 2 Diagrama em blocosFonte: prpria, 2008
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O sinal de temperatura coletado analgico. Este sinal de tenso amplificado
para valores de zero a cinco V e enviado para uma entrada analgica do microcontrolador. A
corrente consumida pelo motor medida em uma faixa de zero a 1000 A e a converte em
uma tenso de zero a um V, proporcionalmente. Esta tenso amplificada para valores de
zero a cinco V e enviada para outra entrada analgica do microcontrolador. A medio de
tenso feita com a utilizao de um transformador de potencial de entrada 500 VCAe sada
5 VCA. Esta tenso retificada e enviada a uma entrada analgica do microcontrolador. A
velocidade medida em RPM, captada e transmitida atravs de pulsos em nvel TTL para
uma entrada digital do microcontrolador. Para a obteno da resistncia de isolamento o
microcontrolador aciona uma fonte de 500 VCC que aplica esta tenso no motor. A resistncia
de isolamento calculada a partir dos valores de tenso medidos em resistncias padro,utilizadas em um circuito divisor de tenso. Todas as grandezas medidas so mostradas num
display de cristal lquido (LCD). Para o acesso do operador a algumas opes do
equipamento, so disponibilizados botes de pulso e tambm de reteno.
3.2 DESCRIO FUNCIONAL DOS BLOCOS
A funo de cada bloco apresentado na figura 2 descrita a seguir.
3.2.1 Bloco 1 Motor
o motor de induo trifsico que ser ensaiado.
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3.2.2 Bloco 2 Grandezas Medidas
As cinco grandezas medidas neste bloco so descritas a seguir.
Temperatura: o circuito amplifica o sinal de tenso gerado pelo LM35. Este C.I. gera uma
f.e.m. de 10 mV/C, medindo temperaturas de 55 C at 150 C . O comportamento do
LM35 linear em todas as faixas de temperatura, portanto o microcontrolador possui um
algoritmo para converso de mV para C. O circuito projetado para valores de
temperatura de zero a 150 C. A sada deste circuito fornece valores de tenso de zero a
cinco VCC, necessrios ao microcontrolador;
Corrente: um circuito que amplifica e retifica tenso. Recebe de uma garra de corrente
um sinal de tenso de zero a um V e amplifica-o para sinais de zero a cinco VCC. O
comportamento da garra de corrente linear, portanto, a sada de tenso do circuito
tambm linear. O sinal recebido e gerado pela garra analgico e alternado, sendo
necessrio retific-lo porque a entrada analgica do microcontrolador s recebe sinais
contnuos;
Tenso: o circuito responsvel por medir a tenso de uma linha e fase. possvel medir
qualquer rede em at 500 VCA, no somente a tenso do motor. Para que sejam feitas as
medies, este circuito utiliza um transformador de potencial que reduz o nvel de tenso
de 500 V para cinco V. A tenso de sada pode variar de zero a cinco V CC,
proporcionalmente entrada de zero a 500 V e compatveis com a entrada analgica do
microcontrolador;
Velocidade: para definir-se a velocidade de um motor, so contados os nmeros de pulsos
de tenso enviados por um fototransistor polarizado por um fotodiodo. O circuito deste
bloco recebe os pulsos emitidos pelo fototransistor e os transmite para uma entrada digital
do microcontrolador. Cada volta do eixo do motor corresponde a um pulso;
Resistncia de Isolamento: este bloco coleta a tenso no resistor divisor de tenso (ver
item 3.3.6), valores de zero a cinco VCC,enviando este sinal a uma entrada analgica do
microcontrolador. Este valor de tenso fundamental para o clculo da resistncia de
isolamento. Baseado neste valor de tenso e conhecendo esta resistncia padro, o
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microcontrolador calcular a resistncia de isolamento baseada tambm no valor de tenso
aplicada no motor ensaiado.
3.2.3 Bloco 3 Processamento e Controle
Este bloco constitudo por quatro circuitos, descritos a seguir.
Microcontrolador: onde todos os sinais recebidos, dos blocos j citados, so processados.
Todo o controle do equipamento realizado neste circuito. O microcontrolador responsvel pelos clculos da resistncia de isolamento, da corrente eltrica, da potncia
consumida, da tenso medida, da velocidade do motor e da temperatura medida e tambm,
pelo diagnstico das condies do motor, ndice de polarizao e ndice de absoro.
Envia, ainda, todos estes valores calculados a um display para que possam ser
visualizados. Os sinais dos botes que transmitem os comandos do operador tambm so
recebidos por ele;
Fonte de 500 VCC: gera a tenso a ser aplicada ao motor de induo para que seja feito o
ensaio de resistncia de isolamento. A fonte somente aplica os 500 V CCquando solicitado
pelo microcontrolador;
Teclado: neste que o operador envia o comando para ligar o equipamento e iniciar os
testes. Envia sinais digitais de nvel TTL para o microcontrolador;
Display: permite a visualizao das variveis medidas e do diagnstico gerado. Ou seja,
a interface grfica com o operador e recebe sinais digitais do microcontrolador. O display
utilizado do tipo LCD que possui quatro linhas e 16 colunas.
3.3 DIMENSIONAMENTO E MEMORIAL DE CLCULO
A constituio dos circuitos que compem os blocos j apresentados detalhada a
seguir.
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3.3.1 Circuito de Medio de Temperatura
O circuito que realizar a medio de temperatura ambiente ou de qualquer
superfcie at 150 C mostrado na figura 3.
Figura 3 Circuito medidor de temperatura
O LM35 o responsvel pela transduo de temperatura em sinal de tenso. Foi
utilizado devido o sinal de sada j ser linearizado. O sinal amplificado pelo LM324 para
poder ser utilizado com maior preciso pelo microcontrolador PIC que far o processamento
do sinal. O LM324 utilizado, pois possui quatro Amplificadores Operacionais (AmpOp)
integrados que sero usados no projeto. A seguir, calcula-se o ganho destes AmpOp.
k
kAv
1
4,21+=
4,3=Av
Fonte: prpria, 2008
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O LM35 mede at 150 C gerando um valor de tenso de 1,5 V, respectivamente.
Amplificando este sinal em 3,4 vezes, resultar um valor de 5,1 V, que o valor mximo de
leitura do microcontrolador PIC. O diodo Zener serve como garantia de que a tenso na
entrada do PIC no ser superior a cinco VCC.
3.3.2 Circuito de Medio de Corrente Eltrica
Para a medio da corrente consumida por um motor de at 100 CV emfuncionamento, utilizado o circuito da figura 4.
Figura 4 Circuito medidor de corrente eltrica
A maior corrente consumida por um motor trifsico de 100 CV na energizao
em 220 V, com um consumo de 250 A. O responsvel pela transduo da corrente em valores
de tenso uma garra de corrente, muito acessvel comercialmente, que gera um mV/A. O
sinal amplificado para valores maiores que podem ser medidos com multmetros
convencionais. A amplificao feita para valores de at cinco VCCcom um diodo Zener na
Fonte: prpria, 2008
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sada, garantindo que no haver mais do que cinco VCC. O circuito possui uma chave
seletora, pois se for gerado um sinal de zero a cinco VCCproporcional a uma corrente de zero
a 250 A, a medio de valores de corrente menores do que 50 A seria feita com pouca
preciso. Esta seleo altera o ganho do amplificador, que calculo da seguinte maneira:
1) Com a chave em 20 k(para correntes de at 250 A):
k
kAv
1
201+=
21=Av
2) Com a chave em 500 k(para correntes de at 10 A):
k
kAv
1
5001+=
501=Av
3.3.3 Circuito de Medio de Tenso
Para se medir tenso entre dois pontos, o PIC recebe o sinal dos terminais B3 e B4
da figura 5 a seguir.
Figura 5 Circuito medidor de tenso
Fonte: prpria, 2008
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Este circuito capaz de medir tenses de at 500 VCA. As pontas de provas so
conectadas nos terminais B1 e B2 do transformador com relao 500:5. Qualquer valor de
tenso medido de at 500 VCA transformado em um valor de tenso de zero a cinco V, que retificada pela ponte de diodos, filtrada pelo capacitor e enviada para uma entrada analgica
do PIC. O diodo Zener garante a no ultrapassagem de cinco VCC.
3.3.4 Circuito de Medio de Velocidade
A velocidade do motor testado ser medida em RPM. Uma entrada digital do
microcontrolador PIC receber pulsos de cinco VCC como referncia de rotao. O circuito
que gera estes pulsos apresentado a seguir.
Figura 6 Circuito medidor de velocidade
O fototransistor L14G1 polarizado pela luz emitida por um LED. A cada voltadada pelo eixo do motor, o PIC recebe um pulso indicando esta volta. O clculo da velocidade
do motor feito pelo microcontrolador PIC.
Fonte: prpria, 2008
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28
3.3.5 Fonte de Alimentao de 500 VCC
O circuito que gera a tenso de 500 VCC a ser aplicada ao motor de induo
trifsico apresentado na figura 7.
Figura 7 Fonte de alimentao de 500 VCC
O transformador utilizado possui entrada 5 + 5 V e sada 500 V. O circuito
apresentado funciona como um oscilador de cinco VCCem uma freqncia de 66,5 Hz. Cada
transistor BD140 e 2N2907 chaveado nesta freqncia e aps serem polarizados, alimentamas bobinas de entrada do transformador alternadamente. A seguir, apresentado o clculo da
freqncia de chaveamento:
CRf
.
1=
63 10.10).3347010.1(
1
++=f Hzf 5,66=
Fonte: prpria, 2008
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A tenso de 500 V gerada retificada por uma ponte de diodos e filtrada pelo
capacitor de 10 F.
3.3.6 Circuito de Medio da Resistncia de Isolamento
Aplicando 500 VCCentre bobinas ou entre bobina e carcaa do motor, o circuito
apresentado a seguir mostra como feito o clculo da resistncia de isolamento (Rm).
Figura 8 Circuito medidor da resistncia de isolamento
A resistncia de isolamento calculada baseada na tenso nos resistores Re1, Re2
e Re3, de 10 k, 200 kou 5 Mrespectivamente, apresentados na figura 8. Estes resistores
esto em srie com a resistncia de isolamento do motor. As trs chaves existentes, RL1, RL2
e RL3 so a seleo da escala de resistncia a ser medida. Estas chaves so contatos de trsrels respectivamente. Comutando RL1 podero ser medidas resistncias de isolamento de um
M at 20 M e comutando RL2 medir-se-o resistncias de 20 M at 500 M.
Selecionando RL3 poder ser medido de 500 Mat 10 G. O diodo Zener usado como
proteo para que no se obtenha mais do que cinco VCCna sada.
A seguir, apresentam-se os clculos da resistncia de isolamento:
Fonte: prpria, 2008
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)(.Re
me
e
RR
RVV
+=
O valor da resistncia de isolamento (Rm) varia de acordo com o motor ensaiado
e por este motivo, tem-se trs escalas de medio.
A seguir, so apresentados exemplos de clculo do ganho de tenso no resistor Re.
1. Na seleo RL1 (medio de 1 Mat 20 M)
Se, = MRm 20 )2010(
10.500Re
Mk
kV
+= mVV 87,249Re =
Se, = MRm 1 )110(
10.500ReMk
kV
+= VV 95,4Re =
2. Na seleo RL2 (medio de 20 Mat 500 M):
Se, = MRm 500 )500200(
200.500Re
Mk
kV
+= mVV 200Re =
Se, = MRm 20
)20200(
200.500Re
Mk
kV
+
= VV 95,4Re =
3. Na seleo RL3 (medio de 500 Mat 10 G)
Se, = GRm 10 )105(
5.500Re
GM
MV
+= mVV 9,249Re =
Se, = MRm 500 )5005(
5.500Re
MM
MV
+= VV 95,4Re =
Este valor de 5 V na sada intencional, pois o valor mximo aceitvel pela
entrada analgica do PIC e tambm o valor mximo de cada escala.
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3.4 PROGRAMAO
Neste item sero apresentados os mtodos, as ferramentas e o cronograma deimplementao do projeto.
3.4.1 Descrio Geral
O programa realizado para controlar os hardwares, processar os dados recebidos e
fazer a interface grfica com o operador estar embarcado no microcontrolador PIC18F452.
Chamado defirmware, este implementado em linguagem de programao C. A ferramenta
de programao e compilao o software PCW Compiler V3.31 e como ferramenta de
auxlio, o softwareBorland C++ Builder V5.0.Para a gravao do PIC utilizado o Icprog
V1.05C e o WinPic800.
O objetivo do microcontrolador receber os dados provenientes dos circuitos
mencionados anteriormente, por suas portas digitais e analgicas e process-los. No
microcontrolador implementado um algoritmo que calcular os valores de temperatura,
tenso, corrente, resistncia de isolamento e todas as demais variveis controladas, pois este
microcontrolador recebe sinais digitais e analgicos de tenso e o importante para o operador
do equipamento saber o valor da grandeza medida. O microcontrolador responsvel
tambm por toda a interface dos circuitos existentes, ou seja, a comunicao entre os blocos.
O display grfico que faz a interface com o operador tambm manipulado pelo
microcontrolador.A figura a seguir apresenta o fluxograma de funcionamento do equipamento.
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Figura 9 Fluxograma de funcionamento
Fonte: prpria, 2008
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3.4.2 Planejamento
As atividades a serem desenvolvidas esto dispostas no cronograma apresentado
no quadro a seguir.
Quadro 3 Cronograma
O equipamento possui uma interface com o operador composta das quatro telas,
apresentadas a seguir (os valores indicados so meramente demonstrativos).
Figura 10 Tela 1, 2, 3 e tela de diagnstico do display
Fonte: prpria, 2008
Fonte: prpria, 2008
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4 IMPLEMENTAO
Os itens a seguir descrevem os procedimentos de montagem, testes e configurao
de software ehardware.
4.1 DESCRIO DA MONTAGEM
O procedimento de montagem dos circuitos eltricos se iniciou em umprotoboard
e, depois de obtido o funcionamento desejado, os mesmos foram montados em uma placauniversal. Cada circuito, j descrito anteriormente, foi montado separadamente um do outro.
O circuito responsvel pelo processamento e controle foi montado, inicialmente, j em uma
placa de circuito impresso e no em protoboard, devido sensibilidade e complexidade do
circuito, principalmente na conexo do LCD. Este, para ser testado, deve estar com todas as
conexes adequadas e um protoboard no oferece esta garantia. Durante os testes, a maior
dificuldade foi obter os sinais idnticos aos calculados e desejados, pois componentes
eletrnicos comerciais no possuem valores idnticos aos calculados. Outra dificuldade foi aescolha do AmpOp a ser utilizado. Vrios amplificadores operacionais foram testados, mas o
LM324 ofereceu o melhor desempenho.
4.2 TESTES, MEDIES E CONFIGURAES
Como j mencionado, cada circuito foi montado separadamente, facilitando ostestes e a localizao de problemas.
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4.2.1 Circuitos de Medio (Hardware)
As medies dos sinais resultantes de cada placa de circuito impresso montada
foram feitas com instrumentos calibrados e com certificao dos rgos nacionais
responsveis. O primeiro teste realizado foi a verificao dos valores de cada componente
utilizado. Todos os componentes foram medidos e, tambm, foram conferidas as descries
impressas em sua superfcie. A seqncia de testes e medies descrita a seguir.
Circuito de medio de temperatura
O quadro a seguir apresenta a relao entre a temperatura medida com um
instrumento de medio certificado e a tenso gerada pelo circuito amplificador. Esta tenso
a utilizada pelo microcontrolador para o clculo da temperatura a ser indicada no LCD.
Temperatura medida com
instrumento certificado [C]
Sinal de sada no
AmpOp [V]
22 0,7032 0,96
33 1,04
43 1,32
52 1,58
70 1,97130 3,17
Quadro 4 Relao entre temperatura e tenso gerada
A figura a seguir apresenta a curva desta relao e tambm a equao respectiva,
onde no eixo x tem-se o sinal de tenso gerado e no y, a temperatura calculada. Esta
equao est implementada no microcontrolador.
Fonte: prpria, 2008
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TEMPERATURA X TENSO
223233
70
130
5243
y = 5,5701x2+ 21,975x + 4,4142
0
20
40
60
80
100
120
140
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
TENSO (V)
TEMP.(C)
Figura 11 Grfico da temperatura versustenso gerada
Circuito de medio de corrente eltrica com resistor de ganho de 22 k
O quadro a seguir apresenta a relao entre a corrente eltrica medida com um
instrumento de medio certificado e a tenso gerada pelo circuito amplificador. Esta tenso
tambm utilizada pelo microcontrolador para o clculo da corrente eltrica a ser indicada no
display.
Fonte: prpria, 2008
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Corrente eltrica medida com
instrumento certificado [A]
Sinal de sada no
AmpOp [V]
13,0 0,233
13,8 0,254
22,5 0,476
27,3 0,591
35,0 0,705
41,4 0,776
55,4 0,928
68,1 1,06383,1 1,224
98,0 1,380
115,4 1,558
129,2 1,650
139,5 1,701
141,0 1,709
155,4 1,765
166,1 1,799
180,4 1,837193,0 1,864
202,0 1,875
Quadro 5 Relao entre corrente eltrica e tenso gerada 1 ganho
A figura a seguir apresenta a curva desta relao e tambm a equao respectiva,
onde no eixo x tem-se o sinal de tenso gerado e no y,a corrente eltrica calculada. Esta
equao est implementada no microcontrolador.
Fonte: prpria, 2008
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CORRENTE X TENSO
1313,822,5 27,3
3541,4
55,468,1
83,198
115,4129,2139,5141
155,4166,1180,4193202
y = 159,62x5- 729,81x
4+ 1215,2x
3- 865,18x
2+ 307,84x - 25,373
0
50
100
150
200
250
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000
TENSO (V)
CORRENTE(A
Figura 12 Grfico da corrente eltrica versustenso gerada 1 ganho
Circuito de medio de corrente eltrica com resistor de ganho de 510 k
O quadro a seguir apresenta a relao entre a corrente eltrica medida com uminstrumento de medio certificado e a tenso gerada pelo circuito amplificador. Esta tenso
tambm utilizada pelo microcontrolador para o clculo da corrente eltrica a ser indicada no
display.
Fonte: prpria, 2008
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Corrente eltrica medida com
instrumento certificado [A]Sinal de sada [V]
1,0 0,117
1,4 0,320
2,5 0,755
3,7 1,027
4,3 1,167
6,2 1,565
6,9 1,639
7,7 1,7158,2 1,746
8,8 1,786
9,5 1,821
10,3 1,856
11,5 1,896
12,2 1,916
13,5 1,948
14,5 1,966
15,5 1,98516,7 2,000
17,4 2,012
18,5 2,025
19,5 2,036
20,2 2,042
Quadro 6 Relao entre corrente eltrica e tenso gerada 2 ganho
A figura a seguir apresenta a curva desta relao e tambm a equao respectiva,
onde no eixo x tem-se o sinal de tenso gerado e no eixo y, a corrente eltrica calculada.
Esta equao est implementada no microcontrolador.
Fonte: prpria, 2008
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CORRENTE X TENSO
1 1,42,5
3,7 4,3
6,26,9
7,78,28,89,510,311,5
13,514,515,516,717,418,519,520,2
12,2
y = 14,787x6- 82,94x5+ 178,8x4- 184,6x3+ 93,93x2- 18,748x + 2,1828
0
5
10
15
20
25
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500
TENSO (V)
CORRENTE(A
Figura 13 Grfico da corrente eltrica versustenso gerada 2 ganho
Circuito de medio de tenso
O quadro a seguir apresenta a relao entre a tenso de linha medida com um
instrumento de medio certificado e a tenso gerada pelo circuito rebaixador. Esta tenso
utilizada pelo microcontrolador para o clculo da corrente eltrica a ser indicada no display.
Fonte: prpria, 2008
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Tenso medida com instrumento
certificado [VCA
]
Sinal de sada no
transformador [V]
30,0 0,2596
35,3 0,2574
40,1 0,2570
45,0 0,2582
50,0 0,2623
55,1 0,2720
60,0 0,2860
65,0 0,309470,1 0,3420
75,0 0,3830
80,1 0,4330
85,0 0,4840
90,8 0,5500
95,5 0,6100
100,2 0,6700
105,1 0,7320
110,0 0,7990115,0 0,8630
120,0 0,9290
125,2 0,9980
130,0 1,0690
135,0 1,1350
140,0 1,2060
145,0 1,2800
150,1 1,3540
155,5 1,4300160,0 1,4900
165,2 1,5730
170,1 1,6430
175,3 1,7200
180,6 1,7970
185,4 1,8700
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Tenso medida com instrumento
certificado [VCA]
Sinal de sada no
transformador [V]
190,0 1,936195,2 2,000
201,0 2,085
205,0 2,158
210,0 2,228
215,0 2,300
220,0 2,383
225,0 2,500
230,0 2,506
235,0 2,606
240,0 2,670
245,0 2,744
250,0 2,811
255,0 2,890
260,0 2,968
265,0 3,040
270,0 3,115
275,0 3,190280,0 3,258
282,0 3,270
Quadro 7 Relao entre tenso medida e tenso rebaixada
A figura a seguir apresenta a curva desta relao e tambm a equao respectiva,
onde no eixo x tem-se o sinal de tenso rebaixado e no y, a tenso calculada. Estaequao est implementada no microcontrolador.
Fonte: prpria, 2008
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TENSO MEDIDA X TENSO
3035,340,145
5055,1606570,175
80,18590,895,5
100,2105,1110115
120125,2130135
140145150,1155,5
165,2170,1175,3180,6
185,4190195,2201
205210215220
225230235240
245250255260
265270275280282
160
y = -6,9695x
6
+ 79,337x
5
- 356,13x
4
+ 799,15x
3
- 935,87x
2
+ 606,5x - 61,579
0
50
100
150
200
250
300
0,0000 0,5000 1,0000 1,5000 2,0000 2,5000 3,0000 3,5000
TENSO (V)
TENSOM
EDIDA
(V)
Figura 14 Grfico da tenso medida versustenso rebaixada
Circuito de medio de velocidadeO quadro a seguir mostra os nveis de tenso gerados pelo gerador de pulso por
rotao do eixo do motor eltrico. A cada volta completa do eixo do motor um pulso
enviado para uma entrada digital do microcontrolador.
Emisso de luz Com obstculo Sinal de Sada [VCC]
Sim Sim 5
Sim No 0
Quadro 8 Contador de rotao
Fonte: prpria, 2008
Fonte: prpria, 2008
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Circuito da fonte de alimentao de 500 VCC
No quadro apresentado a seguir exibida a relao de transformao da tenso de
5 Vcc para 500 Vcc.
Tenso de
alimentao do
circuito [VCC]
Tenso de entrada
no transformador
[VCA]
Tenso de
sada no
transformador
[VCA]
Tenso de
sada da fonte
[VCC]
5 5 500 500
Quadro 9 Relao da Fonte de 500 VCC
Circuito de medio da resistncia de isolamento
O quadro apresentado a seguir contm a relao da resistncia de isolamento (Rm)
e a tenso gerada no resistor padro (Re). So mostrados somente os valores mximos e
mnimos nas trs escalas. Os valores intermedirios podem ser calculados pela equao
apresentada no item 3.3.6. Esta equao est implementada no microcontrolador.
Tenso aplicada
no motor [Vcc]
Resistncia de
isolamento medida
com instrumento
certificado [M]
Resistor
Padro Re
[k]
Tenso no
Resistor
Padro [Vcc]
500 1 10 4,9505
500 20 10 0,2499500 20 200 4,9505
500 500 200 0,2000
500 500 5000 4,9505
500 10000 5000 0,2499
Quadro 10 Relao entre Resistncia de Isolamento Medida e Tenso Gerada no Resistor Padro
Fonte: prpria, 2008
Fonte: prpria, 2008
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4.3 CDIGO FONTE
O cdigo fonte implementado neste projeto possui a estrutura apresentada aseguir.
INCLUSO DAS BIBLIOTECAS
Define todas as bibliotecas utilizadas no programa.
OPES DO LCD
Define os pinos de dados e controle do displayLCD de 4 linhas e 16 colunas.
DECLARAO DAS FUNES E DEFINIES
Foram declaradas as funes que so chamadas durante o ciclo do programa. tambm a
parte do programa onde feita a definio de algumas variveis.
DECLARAO DAS FUNES PARA O LCD
a parte do programa em que so somente declaradas as funes para manipulao do LCD.
VARIVEIS GLOBAIS
Nesta parte so declaradas todas as variveis globais do programa (Ex.: int, char, float...)
ROTINAS DE INTERRUPO
Campo que possui a rotina de interrupo do programa. usada uma interrupo para a
leitura e clculo da velocidade do motor.
PROGRAMA BASE MAIN
Este campo onde est o programa base, onde so chamadas as demais funes, interrupes.
Esta parte trabalha em um ciclo ininterrupto, exceto quando h um comando, do operador,
para parar.
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FUNES
Tela Inicial
Esta funo chamada somente quando o equipamento ligado ou reiniciado. uma tela de
apresentao do projeto.
Tela 1
a funo que l, calcula e manipula todas as variveis que so apresentadas na tela 1.
Tela 2
a funo que l, calcula e manipula todas as variveis que so apresentadas na tela 2.
Tela 3
a funo que l, calcula e manipula todas as variveis que so apresentadas na tela 3.
Tela 4
a funo que l, calcula e manipula todas as variveis que so apresentadas na tela 4.
LCD
No item 4 deste tpico so declaradas as funes do LCD e nesta parte onde realmente so
executadas as funes deste display.
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4.4 PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO
Nas figuras a seguir so apresentados os layouts da Placa de Circuito Impresso
(PCI) responsvel pela manipulao das variveis velocidade, tenso, continuidade,
temperatura, corrente eltrica e resistncia de isolamento, ou seja, a placa de todo o circuito
eltrico montado.
Figura 15 Layoutdas trilhas da PCI responsvel pela manipulao de todas variveis medidas
Fonte: prpria, 2008
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Figura 16 Layoutdos componentes eletrnicos da PCI responsvel pela manipulao de todas variveis
medidas
Fonte: prpria, 2008
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4.5 CUSTOS DO PROJETO
As despesas com materiais, mo de obra e servios contratados, so apresentadas
nos quadros a seguir.
4.5.1 Componentes e Materiais
O quadro a seguir contm a quantidade de componentes e os materiais utilizados
em todo o projeto, inclusive em testes, e seus respectivos custos.
Componentes e MateriaisQuantidade
(peas)Preo Unitrio
[R$]Total [R$]
Resistor 33 1 0,01 0,01
Resistor 39 2 0,01 0,02Resistor 470 1 0,01 0,01Resistor 1 k 11 0,01 0,11Resistor 2,4 k 1 0,01 0,01Resistor 10 k 1 0,01 0,01Resistor 20 k 2 0,01 0,02Resistor 100 k 1 0,01 0,01Resistor 500 k 2 0,01 0,02Potencimetro 470 1 1,10 1,10Circuito Integrado LM35 1 0,52 0,52Circuito Integrado LM324 1 0,58 0,58Diodo Zener 5 V 4 0,50 2,00Garra de corrente 1 115,00 115,00Chave seletora de uma posio 4 2,50 10,00Chave seletora de duas posies 1 2,50 2,50Transformador 500/5 V - 10 W 1 5,00 5,00Transformador 5/500 V - 10 W 1 5,00 5,00Diodo retificador 1N4003 8 0,15 1,20Capacitor eletroltico 10 F/50 V 3 0,50 1,50
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Componentes e MateriaisQuantidade
(peas)Preo Unitrio
[R$]Total [R$]
Capacitor eletroltico 470 F/50 V 1 0,60 0,60Capacitor eletroltico 1 F/630 V 1 0,40 0,40
Bateria de 12 Vcc 1 30,00 30,00Conjunto fotodiodo - fototransistor 1 1,10 1,10Transistor BD140 2 1,00 2,00Transistor 2N2907 2 2,40 4,80LED vermelho 2 0,30 0,60
Buzzerde cinco V 1 1,20 1,20Placa universal 2 8,00 16,00
Displaygrfico LCD 128 x 64 1 40,00 40,00Microcontrolador PIC 18f452 1 22,00 22,00Cabo banana - banana 2 4,00 8,00Conector banana fmea 2 0,50 1,00Flat cable 1 1,50 1,50Base torneada 40 pinos 1 4,00 4,00Caixa de Acrlico 1 50,00 50,00
Total do Projeto (R$) 327,78
Quadro 11 Despesa com componentes e materiais utilizados no projeto
Fonte: prpria, 2008
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4.5.2 Servios Contratados
O custo com mo de obra terceirizada, contratada para a confeco dos
transformadores utilizados no projeto, consta no quadro a seguir.
Descrio QuantidadePreo Unitrio
[R$]Total [R$]
Mo de obra para confeco detransformadores
01 30,00 30,00
Quadro 12 Despesa com servios contratados para o projeto
Fonte: prpria, 2008
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5 RESULTADOS
Depois da implementao de cada circuito que compe o equipamento, foram
realizados os testes para a verificao do funcionamento do mesmo. Os resultados obtidos e a
anlise dos mesmos so apresentados a seguir.
5.1 MEDIO DE TEMPERATURA
O proposto no projeto era medir temperaturas de zero a 150 C. O circuito
implementado mede os valores esperados de temperatura.
5.2 MEDIO DE CORRENTE ELTRICA
O equipamento capaz de medir correntes eltricas de zero a 200 A, sendo estes
os valores esperados. Foi necessrio instalar uma chave seletora para duas faixas de medio
de corrente. Na primeira seleo possvel medir correntes de zero a 20 A, valor este acima
do esperado (10 A). Na segunda seleo da chave, possvel medir correntes de 20 at 200 A,
confirmando o funcionamento correto do equipamento.
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5.3 MEDIO DE TENSO
Esperava-se que o circuito realizasse de medies de tenso de zero at 500 V. O
objetivo foi alcanado, mas na faixa de zero at 30 V, porm, estas medies no se
apresentaram confiveis, quando comparadas com as medies realizadas com multmetros
certificados. Nesta faixa de valores de tenso, o equipamento apresentou instabilidade. Acima
de 30 V, todas as medies de tenso estavam corretas e confiveis para valores de tenso at
500 V.
5.4 MEDIO DE VELOCIDADE
Motores comerciais, normalmente, no apresentam velocidades acima de 3600
RPM, exceto em aplicaes especiais. Mesmo com estas condies, o equipamento montado
est apto a medir valores muito acima. O mximo valor medido foi de 20.000 RPM e nestacondio, foi empregado um gerador de funes para obter-se uma onda quadrada com nvel
TTL. O mximo valor medido com o tacmetro construdo foi 3600 RPM, pois no havia um
motor de velocidade maior.
5.5 MEDIO DA RESISTNCIA DE ISOLAMENTO
O equipamento desenvolvido foi projetado para medir resistncias de zero a at
10.000 M. Vrios testes foram realizados nas trs escalas implementadas: de zero a 20 M,
de 20 a 500 Me de 500 a 10.000 M. Em todas as escalas, foi aplicada a tenso de 500 VCC
em vrios motores trifsicos, sob condies diversas. A medio da resistncia de isolamento
foi feita entre as bobinas e entre a bobina e carcaa. Todos os valores medidos foram
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comparados com medies feitas por meghmetros certificados, nas mesmas condies dos
testes realizados, e apresentaram os valores esperados. Terminados os testes, o equipamento
indicou no displayLCD o diagnstico com o ndice de polarizao, o ndice de absoro e a
caracterstica do motor de acordo com os valores esperados (quadros 1 e 2). Nos itens a
seguir, so apresentados os valores obtidos, com o equipamento desenvolvido, para dois
motores em diferentes condies.
5.5.1 Ensaio no Motor Trifsico 1
Nos quadros 13 e 14 a seguir, so apresentados valores de resistncia de
isolamento do primeiro motor ensaiado sob uma temperatura ambiente de 23 C e seus
respectivos ndices calculados aps 10 minutos de teste.
Instante de
tempo
Resistncia de
isolamento
medida [M]
ndice de
polarizao
ndice de
AbsoroDiagnstico
30 segundos 670
1 minuto 671
10 minutos 665
0,99 1,00Motor sujo e
mido
Quadro 13 Resistncia de isolamento entre bobina e carcaa no motor 1.
Fonte: prpria, 2008
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Instante de
tempo
Resistncia de
isolamento
medida [M]
ndice de
polarizao
ndice de
AbsoroDiagnstico
30 segundos 15
1 minuto 16
10 minutos 16
1,00 1,01Motor sujo e
mido
Quadro 14 Resistncia de isolamento entre bobinas no motor 1.
5.5.2 Ensaio no Motor Trifsico 2
Nos quadros 15 e 16 a seguir, so apresentados valores de resistncia de
isolamento do segundo motor ensaiado sob uma temperatura ambiente de 23 C e seusrespectivos ndices calculados aps 10 minutos de teste.
Instante de
tempo
Resistncia de
isolamento
medida [M]
ndice de
polarizao
ndice de
AbsoroDiagnstico
30 segundos 25351 minuto 2527
10 minutos 3965
1,56 0,99Motor sujo e
seco
Quadro 15 Resistncia de isolamento entre bobina e carcaa no motor 2
Fonte: prpria, 2008
Fonte: prpria, 2008
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Instante de
tempo
Resistncia de
isolamento
medida [M]
ndice de
polarizao
ndice de
AbsoroDiagnstico
30 segundos 1780
1 minuto 1690
10 minutos 2760
1,63 0,94Motor sujo e
seco
Quadro 16 Resistncia de isolamento entre bobinas no motor 2
Observa-se, portanto, a partir dos resultados apresentados nos quadros 13, 14, 15 e
16, que o equipamento desenvolvido apresenta os valores esperados para a resistncia de
isolamento, independentemente se a medio foi entre as bobinas ou entre a bobina e a
carcaa.
Fonte: prpria, 2008
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6 CONSIDERAES FINAIS
O trabalho realizado teve como objetivo principal diagnosticar as condies de
motores de induo trifsicos de at 100 CV, atravs da medio da resistncia de isolamento.
Por se tratar de um produto porttil para ser usado principalmente em cho de fbrica, o
equipamento capaz de medir outras grandezas tambm. So elas: tenso, corrente eltrica,
potncia consumida, temperatura e velocidade de rotao do motor. Diversas so as formas de
se diagnosticar as condies de um motor eltrico, mas o mtodo da resistncia de isolamento
foi escolhido por ser o mais utilizado em uma indstria. Os valores das grandezas podem ser
visualizados em tempo real em um display e a interface com o operador realizada com o
auxlio de botes instalados na carcaa do equipamento. Os clculos do ndice de absoro e
ndice de polarizao so realizados automaticamente, obtendo-se medies precisas. Os
circuitos eletrnicos foram montados com todas as peas comercializadas em territrio
nacional, no havendo a necessidade de importao. O layout do equipamento foi
desenvolvido seguindo os padres dos equipamentos similares existentes no mercado, para
que no haja rejeio na sua operao. Portanto, este equipamento possui o diferencial demedir vrias grandezas em um mesmo instrumento, porttil, de fcil manuseio e segue as
normas ABNT vigentes.
Um problema a ser melhorado futuramente o alto consumo de energia eltrica
do equipamento, pois necessrio utilizar uma bateria que fornea uma corrente eltrica
acima de 1,3 A. O uso de transformadores muito funcional, mas ocupa um grande espao no
equipamento, limitando a sua compactao. Apesar destas dificuldades, no houve
empecilhos que tornassem o equipamento invivel e impossibilitassem sua confeco. Avantagem dos circuitos montados que estes possuem componentes comerciais, a tecnologia
empregada no seu desenvolvimento a mesma de equipamentos j existentes e apresenta a
mesma eficincia destes, mas com um custo reduzido. um projeto que pode servir como
base para muitos outros, pois motores de induo trifsicos so usados h muitas dcadas e
certamente continuaro a serem usados, necessitando de manuteno e principalmente de
diagnsticos baseados na medio da resistncia de isolamento e seus respectivos ndices.
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REFERNCIAS
ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR5383-1: Mquinas eltricasgirantes. Parte 1: Motores de induo trifsicos Ensaios. Rio de Janeiro, 2002.
FITZGERALD, A. E; KINGSLEY JR., C; KUSKO, A. Mquinas Eltricas: So Paulo: McGrawHill do Brasil, 1975.
TREINAMENTO DE COMANDO E PROTEO DE MOTORES, mdulo 1, 2005, Jaragu do Sul.Treinamentos... Jaragu do Sul: Weg Indstrias S.A., 2005.
KOTINDA, C. H. P. Ensaios de mquinas eltricas. 4 f. Trabalho acadmico (Ensaios de MquinasEltricas) Departamento Acadmico de Eletrotcnica, Universidade Tecnolgica Federal do Paran,Curitiba, 2001.
MARQUES, J. L. B. EEL 7300 Eletrnica Aplicada (Verso 1): Florianpolis, SC,2002.
INVERSOR MULTIUSO. Disponvel em: < http://www.feiradeciencias.com.br/sala15/15_26.asp>.Acesso em 14/4/2008.
PIC 18F452. Disponvel em: < http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en010296>. Acesso em 20/3/2008.
ALL DATASHEET. Disponvel em: < http://www.alldatasheet.com/>. Acesso em 11/2/2008.
SEMAGE MANUTENO INDUSTRIAL. Resistncia de Isolamento. Curitiba, 2008. 3p.Relatrio Tcnico.
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ANEXOS
Nas figuras a seguir so apresentados os circuitos, desenhados no software Protel, que
compem o equipamento desenvolvido.
Figura 17 Circuito eletrnico da fonte de 500 Vcc
Fonte: prpria, 2008
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Figura 18 Circuito eletrnico do microcontrolador PIC 18F452
Fonte: prpria, 2008
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Figura 19 Circuito eletrnico do amplificador operacional, displaye ganho de corrente
Fonte: prpria, 2008
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Figura 20 Circuito eletrnico fonte de alimentao do equipamento
Figura 21 Circuito eletrnico do tacmetro
Fonte: prpria, 2008
Fonte: prpria, 2008
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Figura 22 Circuito eletrnico do medidor de tenso e rel de aplicao de 500 Vcc
Fonte: prpria, 2008
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Figura 23 Circuito eletrnico dos rels das trs escalas de resistncia de isolamento
Fonte: prpria, 2008