Projeto Abnt Nbr 17094-3

ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017

Máquinas elétricas girantes Parte 3: Motores de indução trifásicos ― Métodos de ensaio

APRESENTAÇÃO 1) Este Projeto foi elaborado pela Comissão de Estudo de Máquinas de Indução (CE-003:002.001) do Comitê Brasileiro de Eletricidade (ABNT/CB-003), com número de Texto-Base 003:002.001-001/3, nas reuniões de:

20 . 08 . 201 5

15 . 09 . 201 5

0 6. 1 0. 20 15

19 . 01 . 201 6

02 . 03 . 201 6

1 0. 0 5. 20 16

05 . 07 . 201 6

30 . 08 . 201 6

0 4. 1 0. 20 16

29.11.2016

21.03.2017

a) é previsto para cancelar e substituir a ABNT NBR 5383-1:2002, quando aprovado, sendo que nesse ínterim a referida norma continua em vigor; b) não tem tem valor normativo. 2) Aqu Aquele eless que titiver verem em con conhec hecime iment ntoo de qua qualqu lquer er dir direit eitoo de pat patent entee dev devem em apr aprese esent ntar ar est estaa informação em seus comentários comentários,, com documentação comprobatória. 3) Tomaram parte na elaboração deste Projeto: Participante

Representante

ABB LTDA

Adrian Adr ianoo Carv C arvalh alhoo dos Re Reis is

ABB LTDA

Paulo Roberto Zacante

C E P EL

Wa gne r d e Al me ida D ub oc

H E R C U LES

Jo nas K lu g

H E R C U LES

Lea ndr o Be t or li no

IEE – USP

F ra nc is c o A nt ôni o S al ot t i

P R O C O BR E

C ar lo s Si mõe s de C amp os

© ABNT 2017

Todos os direitos reservados. reserv ados. Salvo disposição em contrário, contr ário, nenhuma parte desta publicação pode ser modicada modic ada ou utilizada de outra forma que altere seu conteúdo. Esta publicação não é um documento normativo e tem apenas a incumbência de permitir uma consulta prévia ao assunto tratado. Não é autorizado postar na internet ou intranet sem prévia permissão por escrito. A permissão pode ser solicitada aos meios de comunicação da ABNT. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 REGAL

Gustavo Hoehr Chagas

REGAL

José Valdir de Araújo

SEW

Al ex To mas de C am po s

SEW

D an iel M ar t in Pa gan in i

SIEMENS LTDA

Fernando Henrique Ferrari Reis

WEG WE G

Carlos Lourenço

WEG WE G

Fabio Luiz Mattos de Sousa

NÃO TEM VALOR NORMATIVO

ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 REGAL

Gustavo Hoehr Chagas

REGAL

José Valdir de Araújo

SEW

Al ex To mas de C am po s

SEW

D an iel M ar t in Pa gan in i

SIEMENS LTDA

Fernando Henrique Ferrari Reis

WEG WE G

Carlos Lourenço

WEG WE G

Fabio Luiz Mattos de Sousa



Máquinas elétricas girantes Parte 3: Motores de indução trifásicos ― Métodos de ensaio Rotating electrical machines Part 3: Three-phase induction motors ― Tests methods

Prefácio A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é o Foro Nacional de Normalização. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabi responsabilidade lidade dos Comitês Brasileiros (ABNT/CB), dos Organismos de Normalização Setorial (ABNT/ONS) e das Comissões de Estudo Especiais (ABNT/CEE), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas pelas partes interessadas no tema objeto da normalização. Os Documentos Técnicos ABNT são elaborados conforme as regras da ABNT Diretiva 2. A ABNT chama a atenção para que, apesar de ter sido solicitada manifestação sobre eventuais direitos de patentes durante a Consulta Nacional, estes podem ocorrer e devem ser comunicados à ABNT a qualquer momento (Lei nº 9.279, de 14 de maio de 1996). Ressalta-se que Normas Brasileiras podem ser objeto de citação em Regulamentos Técnicos. Nestes casos, os órgãos responsáveis pelos Regulamentos Técnicos podem determinar outras datas para exigência dos requisitos desta Norma. N orma. A ABNT NBR 17094-3 foi elaborada no Comitê Brasileiro de Eletricidade (ABNT/CB-003), pela Comissão de Estudo de Máquinas de Indução (CE-003:002.001). O Projeto circulou em Consulta Nacional conforme Edital nº XX, de XX.XX.XXXX a XX.XX.XXXX. Esta Norma cancela e substitui a ABNT NBR 5383-1:200 5383-1:2002. 2. A ABNT NBR 17094, sob o título geral “ Máquinas elétricas girantes ”, tem previsão de conter as seguintes partes: —

Parte 1: Motores de indução trifásicos – Requisitos;

—

Parte 2: Motores de indução monofásicos monofásicos – Requisitos; R equisitos;

—

Parte 3: Motores de indução trifásicos – Métodos de ensaio;

—

Parte 4: Motores de indução monofásicos monofásicos – Métodos de ensaio.

O Escopo em inglês desta Norma Brasileira é o seguinte: Scope This Part of ABNT NBR 17094 species the tests methods for the determination of the performance characteristics of three-phase induction motors and checking their compliance with ABNT NBR 17094-1. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 Additional tests not prescribed in this Part of ABNT NBR 17094 may be performed by agreement between the parties to meet specic application or research needs. This Part of the ABNT NBR 17094 does not apply to induction motors for traction vehicles.



Máquinas elétricas girantes Parte 3: Motores de indução trifásicos ― Métodos de ensaio

1 Escopo Esta Parte da ABNT NBR 17094 especica os métodos de ensaios aplicáveis para a determinação das características de desempenho de motores de indução trifásicos e vericação de sua confor midade com a ABNT NBR 17094-1.

Ensaios adicionais não prescritos nesta Parte da ABNT NBR 17094 podem ser realizados mediante acordo entre as partes para atender às necessidades especícas de aplicação ou pesquisa. Esta Parte da ABNT NBR 17094 não se aplica aos motores de indução para veículos de tração.

2 Referências normativas Os documentos relacionados a seguir são indispensáveis à aplicação deste documento. Para referências datadas, aplicam-se somente as edições citadas. Para referências não datadas, aplicam-se as edições mais recentes do referido documento (incluindo emendas). ABNT NBR 5117, Máquina elétrica girante – Máquina síncrona – Especicação ABNT NBR 17094-1:2017, Máquinas elétricas girantes – Parte 1: Motores de indução trifásicos Requisitos

ABNT NBR IEC 60034-9, Máquinas elétricas girantes – Parte 9: Limites de ruído ABNT NBR IEC 60034-14, Máquinas elétricas girantes – Parte 14: Medição, avaliação e limites da severidade de vibração mecânica de máquinas de altura de eixo igual ou superior a 56 mm

ABNT NBR ISO/IEC 17025, Requisitos gerais para a competência de laboratórios de ensaio e calibração

IEC 60034-29, Rotating electrical machines – Part 29: Equivalent loading and superposition techniques – Indirect testing to determine temperature rise

3 Termos e denições Para os efeitos deste documento, aplicam-se os termos e denições da ABNT NBR 17094-1 e os seguintes.

NOTA 1

Para os efeitos desta Parte da ABNT NBR 17094, o termo “acordo” signica acordo entre o fabri -

cante e o comprador.

NOTA 2 Para os efeitos desta Parte da ABNT NBR 17094, o termo “partida” signica qualquer período desde a energização até o funcionamento em carga.


1/121


3.1 dinamômetro elétrico dispositivo para aplicação de conjugado à parte girante do motor sob ensaio, equipado com dispo sitivos para indicar o conjugado e a velocidade 3.2 ensaio ao freio ensaio no qual a potência mecânica de saída de um motor de indução é determinada pela medição do conjugado no eixo, por meio de um freio ou dinamômetro, junto com a medição da velocidade de rotação

[IEC 60050-411, 411-53-14] 3.3 ensaio com máquina auxiliar calibrada ensaio no qual a potência mecânica de entrada ou de saída de um motor de indução é calculada pela potência elétrica de saída ou de entrada de uma máquina auxiliar calibrada, acoplada mecanicamente ao motor de indução sob ensaio

[IEC 60050-411, 411-53-17] 3.4 ensaio com rotor bloqueado ensaio realizado em um motor de indução energizado cujo rotor é mantido imobilizado, para deter minar o seu conjugado e corrente com rotor bloqueado

[IEC 60050-411, 411-53-32] 3.5 ensaio de conjugado máximo ensaio realizado para determinar as condições em que um motor de indução desenvolve o seu conjugado máximo, quando estiver funcionando sob tensão e frequência especicadas 3.6 ensaio de elevação de temperatura ensaio realizado para determinar a elevação de temperatura de uma ou mais partes de um motor de indução sob condições de funcionamento especicadas

[IEC 60050-411, 411-53-28] 3.7 ensaio de nível de ruído ensaio realizado para determinar o nível de ruído acústico produzido por um motor de indução sob condições especicadas de funcionamento

[IEC 60050-411, 411-53-42] 3.8 ensaio de partida ensaio realizado em um motor de indução enquanto está acelerando a partir do repouso até a velo cidade de regime, para determinar o comportamento do conjugado durante a partida

[IEC 60050-411, 411-53-33] 2/121



3.9 ensaio de sobrevelocidade ensaio realizado no rotor de um motor de indução, para demonstrar que ele satisfaz os requisitos de sobrevelocidade especicados

[IEC 60050-411, 411-53-39] 3.10 ensaio de tensão no eixo ensaio realizado em um motor de indução energizado, para detectar a tensão induzida suscetível de produzir correntes no eixo da máquina

[IEC 60050-411, 411-53-43] 3.11 ensaio de vibração ensaio realizado em um motor de indução para medir a vibração de qualquer uma de suas partes, sob condições especicadas

[IEC 60050-411, 411-53-41] 3.12 ensaio dielétrico ensaio realizado mediante a aplicação de uma tensão elevada a uma isolação, para vericar se a sua rigidez dielétrica é adequada

[IEC 60050-411, 411-53-49] 3.13 ensaio dinamométrico ensaio no freio em que é utilizado um dinamômetro elétrico

[IEC 60050-411, 411-53-15] 3.14 ensaio em oposição elétrica ensaio no qual duas máquinas idênticas são acopladas mecanicamente entre si e ligadas eletrica mente à mesma fonte de alimentação, considerando-se as perdas totais de ambas as máquinas como a potência de entrada solicitada da fonte de alimentação

[IEC 60050-411, 411-53-19] 3.15 ensaio em oposição mecânica ensaio no qual duas máquinas idênticas são acopladas mecanicamente entre si, sendo as perdas totais de ambas as máquinas calculadas a partir da diferença entre a potência elétrica de entrada de uma das máquinas e a potência elétrica de saída da outra máquina

[IEC 60050-411, 411-53-18] 3.16 ensaio em vazio ensaio no qual o motor de indução funciona sem fornecer potência mecânica útil na sua ponta de eixo

[IEC 60050-411, 411-53-21] NÃO TEM VALOR NORMATIVO

3/121


3.17 escorregamento diferença entre a velocidade síncrona e a velocidade real de um motor, expressa em porcentagem ou fração decimal da velocidade síncrona 3.18 fator de potência razão entre a potência ativa e a potência aparente, expressa em porcentagem ou fração decimal 3.19 medição da resistência de isolamento ensaio realizado para medir a resistência de isolamento, sob condições especicadas

[IEC 60050-411, 411-53-48] 3.20 medição da resistência do enrolamento ensaio realizado para medir a resistência de um enrolamento, utilizando corrente contínua

[IEC 60050-411, 411-53-37] 3.21 medição da tangente do ângulo de perdas medição das perdas dielétricas da isolação sob valores especicados de temperatura, frequência e tensão ou solicitação dielétrica, expressa pela tangente do complemento do ângulo tensão-corrente

[IEC 60050-411, 411-53-51] 3.22 medição da tensão rotórica (somente para motores de indução com rotor bobinado) medição das tensões entre todos os terminais do rotor, com o rotor bloqueado e seu enrolamento em circuito aberto, aplicando-se tensão nominal ao estator 3.23 perdas I 2R no estator perdas no enrolamento do estator, R variando com a temperatura 3.24 perdas I 2R no rotor perdas no enrolamento do rotor, R variando com a temperatura, incluindo as perdas por contato com as escovas para motores com rotor bobinado 3.25 perdas no núcleo soma das perdas por histerese e das perdas causadas por correntes parasitas no ferro 3.26 perdas por atrito e ventilação perdas mecânicas, devidas ao atrito dos mancais e à ventilação 3.27 perdas suplementares perdas adicionais no ferro e em outras partes metálicas (exceto os condutores), introduzidas pela carga e perdas nos condutores do enrolamento do estator e do rotor causadas por correntes parasitas dependentes da pulsação do uxo

4/121



3.28 perdas totais diferença em um dado instante entre a potência ativa total de entrada e a potência ativa total de saída

[IEC 60050-411, 411-53-09] 3.29 rendimento razão entre a potência de saída e a potência ativa de entrada, expressa em porcentagem ou fração decimal

[IEC 60050-411, 411-53-08] NOTA

Alternativamente, podem ser utilizadas as razões:

a)

potência ativa de entrada menos as perdas totais e a potência ativa de entrada;

b)

potência de saída e a potência de saída mais as perdas totais.

4 Generalidades 4.1 Os ensaios devem ser realizados em motores em perfeito estado de conservação, com todas as tampas montadas como para funcionamento normal. Todos os dispositivos para ajuste automático da tensão que não constituem parte integrante do motor devem ser colocados fora de operação, salvo acordo diferente. 4.2 Os motores de indução trifásicos são normalmente submetidos aos ensaios de rotina relacionados na ABNT NBR 17094-1:2017, Seção 22. Mediante acordo prévio, estes motores podem ser submetidos a ensaios adicionais, classicados como de tipo ou especiais, também indicados na ABNT NBR 17094-1. Formulários sugeridos para reportar estes ensaios são apresentados nos Anexos A e B. Para a realização de alguns destes ensaios, são descritos métodos alternativos conforme os diferentes tamanhos e tipos de motores e diferentes condições, sendo indicado o método preferencial. Caso o ensaio escolhido pelo comprador não seja realizado pelo método preferencial, isto deve constar na sua especicação. 4.3 Ensaios com carga são realizados para determinação do rendimento, fator de potência, velocidade, corrente e elevação de temperatura. Isto também pode ocorrer com alguns ensaios especiais. Para todos os ensaios com carga, o motor deve ser alinhado adequadamente e xado rmemente. Para leituras a serem utilizadas nas determinações de rendimento, a elevação de temperatura do motor deve estar entre 50 % e 100 % da elevação de temperatura nominal. O procedimento habitual do ensaio em carga é efetuar as leituras em ordem decrescente do valor de carga. 4.4 Ensaios com rotor bloqueado, com alimentação trifásica, envolvem esforços mecânicos e taxas de aquecimento elevadas. Por isto é necessário que:

a) o meio mecânico de bloqueio do rotor tenha rigidez adequada para evitar possível risco ao pessoal ou dano ao equipamento; b) o sentido de rotação seja estabelecido antes do ensaio; c) o motor esteja aproximadamente à temperatura ambiente antes do início do ensaio.


5/121


As leituras de conjugado e corrente devem ser feitas tão rapidamente quanto possível e, para obter valores representativos, a temperatura do motor não pode ultrapassar o limite de elevação de tempe ratura nominal, acrescido de 40 °C. As leituras para qualquer ponto devem ser feitas dentro de 5 s após a tensão ser aplicada. 4.5 Desde que o desempenho de um motor de indução dependa não somente dos valores de tensão e frequência, mas também da forma de onda e do equilíbrio em valor e em ângulo de fase das tensões, dados corretos podem ser obtidos somente por medição cuidadosa e utilização de uma fonte de alimentação adequada. NOTA Muitos dos ensaios citados nesta Norma sujeitam o motor a esforços térmicos e/ou mecânicos além dos limites em funcionamento normal. Para diminuir o risco de danos ao motor, recomenda-se que todos os ensaios sejam realizados sob a supervisão do fabricante ou de acordo com suas recomendações.

5 Medidas 5.1 Medidas elétricas 5.1.1 Todas as medidas de tensão e corrente são valores ecazes (RMS), salvo indicação diferente. 5.1.2 A fonte de alimentação deve suprir tensões de linha praticamente equilibradas, com forma de onda aproximadamente senoidal, e apresentar um fator de harmônicos de tensão (FHV) igual ou inferior a 0,02, exceto para motores da categoria N, que devem apresentar um FHV igual ou inferior a 0,03. Para mais informações sobre a fonte de alimentação do motor, ver ABNT NBR 17094-1:2017, Seção 7. 5.1.3 A frequência deve ser mantida dentro de ± 0,5 % do valor especicado para o ensaio, salvo indicação diferente. Qualquer desvio do valor especicado de frequência afeta diretamente a deter minação do rendimento obtida pelos Métodos 1 e 2 (ver 14.2). Quando estes métodos são utilizados, a frequência média deve permanecer entre ± 0,2 % da frequência especicada. 5.1.4 Variações rápidas na frequência não podem ser toleradas durante os ensaios, pois tais varia ções afetam, além do motor sob ensaio, os dispositivos para medição da potência de saída. Variações na frequência durante os ensaios não podem exceder 0,33 % da frequência média. 5.1.5 Instrumentação de medição de alta exatidão e equipamentos acessórios calibrados devem ser utilizados. 5.1.6 Já que a exatidão do instrumento é geralmente expressa como uma porcentagem do fundo de escala, a escala do instrumento deve ser tão baixa quanto possível. Os instrumentos indicadores devem ter sido calibrados conforme estabelecido na ABNT NBR ISO/IEC 17025, apresentando limites de erro não superiores a ± 0,5 % do fundo de escala (classe de exatidão 0,5 ou melhor). 5.1.7 Quando transformadores de corrente e/ou de potencial forem utilizados, devem ser feitas, se necessário, correções nas medidas de tensão e corrente, para erros de relação de transformação e, correções nas medidas de potência, para erros de relação de transformação e de ângulo de fase. Os erros dos transformadores utilizados não podem ser superiores a 0,5 % (classe de exatidão 0,5 ou melhor). 5.1.8 As tensões de linha devem ser medidas nos terminais do motor. Se as condições locais não permitirem tais conexões, o erro introduzido deve ser avaliado e as leituras devem ser corrigidas.

6/121



Os ensaios na tensão nominal devem ser realizados somente quando o desequilíbrio de tensão em relação à tensão nominal do motor não exceder 0,5 %. O desequilíbrio de tensão porcentual é igual a 100 vezes o desvio máximo da tensão em relação à tensão média, dividido pela tensão média. EXEMPLO Caso as tensões sejam 226 V, 215 V e 210 V, a tensão média é 217 V, o máximo desvio em relação à média é de 9 V e o desequilíbrio é igual a: 100 ×

9 217

= 4,15 %

5.1.9 As correntes de linha para cada fase do motor devem ser medidas e o valor da média aritmé tica deve ser utilizado no cálculo do desempenho do motor a partir de ensaios. 5.1.10 A potência de entrada para um motor trifásico pode ser medida por dois wattímetros mono fásicos conectados como no método dos dois wattímetros ou por um wattímetro polifásico, ou pelo método de três wattímetros monofásicos.

5.2 Medidas de resistência 5.2.1 Para obter medidas de resistência em c.c. do estator (e do rotor no caso de motores de rotor bobinado), os métodos mais utilizados constam em 7.1. Estas resistências devem ser corrigidas para uma temperatura ambiente de 25 °C. 5.2.2 Para corrigir a resistência de um enrolamento, R t, determinada por ensaio à temperatura do enrolamento, t t, para uma temperatura especicada t s, deve ser utilizada a equação a seguir: Rs

= R t ×

(t s + k ) (t t + k )

onde R s é a resistência do enrolamento, corrigida para uma temperatura especicada, t s, expressa em ohms (Ω); t s

é a temperatura especicada para correção da resistência, expressa em graus Celsius (°C);

R t é a resistência do enrolamento obtida no ensaio, à temperatura t t, expressa em ohms ( Ω); t t

é a temperatura do enrolamento por ocasião da medição da resistência, expressa em graus Celsius (°C);

k é igual 234,5 para cobre eletrolítico com 100 % de condutividade ou 225 para alumínio com condutividade em volume de 62 % IACS ( International Annealed Copper Standard ).

NOTA Recomenda-se que, para outros materiais de enrolamento, um valor de k (temperatura para resistência zero) mais apropriado seja utilizado.

5.3 Medidas mecânicas 5.3.1 Potência mecânica

As medidas de potência mecânica devem ser tomadas com o máximo de cuidado e exatidão. Se um freio mecânico precisar ser utilizado, a tara, se presente, deve ser cuidadosamente determinada e compensada. Se as leituras do dinamômetro forem utilizadas, as perdas por atrito dos rolamentos e dos mancais devem ser compensadas. Devem ser utilizados dinamômetros dimensionados corretamente, NÃO TEM VALOR NORMATIVO

7/121


de tal maneira que as perdas do acoplamento, as perdas por atrito e a ventilação do dinamômetro elétrico, medidas à velocidade nominal do motor sob ensaio, não sejam maiores do que 15 % da potência de saída nominal deste motor; os dinamômetros devem ser sensíveis a variações de 0,25 % do conjugado nominal. Quando for utilizado o Método 2 de determinação do rendimento (ver 14.2), para manter a exatidão e repetibilidade dos resultados do ensaio, os erros da instrumentação usada para a medição do conjugado não podem ser maiores que ± 0,2 % do fundo de escala. Quando um dinamômetro for utilizado, a potência no eixo do dinamômetro, em watts, é obtida pela equação a seguir: P

= ω × C =

C×n k

onde

P

é a potência no eixo do dinamômetro, expressa em watts (W);

C

é o conjugado, expresso em newtons-metro (N.m);

n

é a velocidade, expressa em rotações por minuto (rpm);

ω

é a velocidade angular, expressa em radianos por segundos (rad/s);

k é igual a 9,549.

5.3.2 Estabilização da perda no mancal

Alguns motores podem apresentar uma variação na perda por atrito até que os mancais atinjam uma condição de operação estabilizada. No caso de mancais de rolamento lubricados a graxa, a esta bilização não ocorre enquanto houver excesso de graxa presente no caminho das partes móveis. Isto pode necessitar um número de horas de funcionamento para estabilizar completamente a potência absorvida em vazio. A estabilização pode ser considerada alcançada quando a potência absorvida em vazio (ou acoplada a um dinamômetro desenergizado) não variar mais do que 3 % entre duas leituras sucessivas à mesma tensão, em intervalos de 30 min. As perdas em vazio são consideradas estabilizadas se o ensaio em vazio for realizado após o ensaio de elevação de temperatura.

6 Medição da resistência de isolamento 6.1 Generalidades 6.1.1 Esta Seção estabelece o procedimento recomendado para a medição da resistência de isolamento dos enrolamentos de motores de indução de 0,75 kW ou acima, não sendo aplicável aos motores fracionários. Também descreve as características da resistência de isolamento e a maneira pela qual estas características podem servir para indicar o estado do enrolamento, bem como indica os valores mínimos recomendados para a resistência de isolamento e para o índice de polarização. 6.1.2 O valor da resistência de isolamento é útil para indicar se o motor está apto a ser submetido a ensaios dielétricos ou para ser colocado em funcionamento ou para ns de manutenção.

8/121



6.1.3 Todos os acessórios, como capacitores e para-raios contra surtos, transformadores de corrente etc., que possuem conexão aos terminais do motor, devem ser desconectados durante a medição da resistência de isolamento, sendo tais cabos conectados juntos à carcaça ou ao núcleo. Ver 6.5.3.

6.2 Resistência de isolamento: teoria geral, utilização e limitações 6.2.1 Resistência de isolamento é o termo geralmente utilizado para denir o quociente da tensão contínua aplicada pela corrente em função do tempo medido a partir da aplicação da tensão; assim é encontrada referência à resistência de isolamento para 1 min ou 10 min. 6.2.1.1 A corrente que resulta da tensão contínua aplicada consiste em duas partes: uma sobre a superfície da isolação e outra no interior da isolação. Esta última pode ser subdividida como a seguir:

a) corrente de carga capacitiva, de valor relativamente elevado e curta duração, que geralmente desaparece durante o tempo em que os primeiros dados são tomados e que não afeta as medições; b) corrente de absorção que diminui em uma taxa decrescente desde o valor inicial relativamente elevado a quase zero. A relação resistência versus tempo é uma função exponencial que pode ser colocada em um gráco log-log como uma linha reta. Geralmente a resistência medida nos primeiros minutos do ensaio é determinada principalmente pela corrente de absorção; c) corrente de condução acrescida da corrente de fuga na superfície é praticamente constante. Estas correntes predominam após a corrente de absorção tornar-se insignicante. 6.2.1.2 Após a remoção da tensão contínua aplicada e a utilização de um circuito de descarga adequado, deve haver, evidentemente, uma descarga composta de duas partes:

a) corrente de descarga capacitiva que diminui quase instantaneamente, dependendo da resistência de descarga; b) corrente de descarga da absorção que diminui de um valor inicial elevado para quase zero, como acontece com a corrente de absorção em 6.2.1.1-b. 6.2.2 A resistência de isolamento de um enrolamento de motor de indução é função do tipo e da montagem do material isolante. Em geral, ela varia diretamente com a espessura da isolação e inversamente com a área da superfície condutora. Para obter medições signicativas da resistência de isolamento em motores resfriados a água, esta deve ser removida e o circuito interno secado completamente. 6.2.3 As medições da resistência de isolamento são afetadas por vários fatores, indicados a seguir e detalhados em 6.3:

a) estado da superfície; b) umidade; c) temperatura; d) magnitude da tensão contínua de ensaio; e) duração da aplicação da tensão contínua de ensaio; f)

carga residual no enrolamento. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

9/121


6.2.4 As leituras da resistência de isolamento são geralmente feitas após a aplicação da tensão con tínua por 1 min e, se as instalações permitirem, após 10 min, a m de fornecer dados para obtenção do índice de polarização. 6.2.5 O índice de polarização (razão entre a resistência de isolamento de 10 min e a de 1 min) é descrito em 6.3.5.3. 6.2.6 A interpretação das medições da resistência de isolamento dos enrolamentos de um motor e do índice de polarização calculado consta em 6.7.

6.3 Fatores que afetam a resistência de isolamento 6.3.1 Estado da superfície 6.3.1.1 Materiais estranhos, como pó de carvão depositado na superfície da isolação, podem reduzir a resistência de isolamento. 6.3.1.2 Pó na superfície da isolação, que geralmente não é condutor quando seco, pode, quando exposto à umidade, tornar-se parcialmente condutor e reduzir a resistência de isolamento. 6.3.1.3 Se a resistência de isolamento for reduzida devido à contaminação ou à umidade supercial excessiva, ela pode, geralmente, retornar ao valor adequado por meio de limpeza e secagem para remover a umidade.

6.3.2 Umidade 6.3.2.1 Independentemente da limpeza da superfície do enrolamento, se a temperatura do enrola mento estiver no ponto de orvalho do ar ambiente ou abaixo, uma película úmida se forma na super fície da isolação e pode reduzir a resistência de isolamento. Este efeito é mais pronunciado se a superfície estiver contaminada. É importante efetuar as medições da resistência de isolamento quando a temperatura do enrolamento estiver acima do ponto de orvalho. 6.3.2.2 Muitos tipos de isolação do enrolamento são higroscópicos e a umidade pode ser sugada do ar ambiente para o corpo da isolação. A umidade absorvida tem grande efeito sobre a resistência de isolamento. Motores em serviço estão geralmente a uma temperatura elevada, o suciente para manter a isolação seca. Motores fora de serviço podem ser aquecidos para manter a temperatura do enrolamento acima do ponto de orvalho. 6.3.2.3 Quando ensaios estão para ser feitos em um motor que tenha estado em serviço, eles devem ser realizados antes da temperatura do enrolamento do motor diminuir até a temperatura do ambiente. A oportunidade pode ser aproveitada para realizar ensaios a várias temperaturas, a m de estabelecer o coeciente de temperatura aplicável (ver 6.3.3.4). 6.3.3 Temperatura 6.3.3.1 A resistência de isolamento da maioria dos materiais varia inversamente com a temperatura. 6.3.3.2 Para minimizar o efeito da temperatura ao comparar medidas de resistência de isolamento ou quando considerar o valor mínimo recomendado da resistência de isolamento, conforme 6.8.2, é importante que a medida seja corrigida para a temperatura de 40 °C. A correção pode ser feita utilizando-se a equação a seguir: R 40 °C = K t 40 °C × R t onde R 40 °C

10/121

é a resistência de isolamento corrigida a 40 °C, expressa em megaohms (M Ω); NÃO TEM VALOR NORMATIVO

ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 R t

é a resistência de isolamento medida à temperatura t , expressa em megaohms (M Ω);

K t 40 °C é o fator de correção da resistência de isolamento na temperatura t a 40 °C (ver Figura 1).

6.3.3.3 A resistência de isolamento corrigida a 40 °C pode ser feita efetuando medições a várias temperaturas, todas acima do ponto de orvalho, e colocando-as em um gráco. Quando uma escala logarítmica for utilizada para a resistência de isolamento e uma escala linear para a temperatura, os valores obtidos no ensaio devem car aproximadamente em uma linha reta que indica o valor a 40 °C. Para qualquer temperatura, K t 40 °C pode ser determinado a partir deste gráco. 6.3.3.4 Um valor aproximado para o fator de correção K t 40 °C pode ser obtido, utilizando-se a Figura 1, que é baseada em dobrar a resistência de isolamento para cada 10 °C de redução na temperatura (acima do ponto de orvalho), a qual tem sido considerada típica para alguns enrolamentos novos. 6.3.3.5 Quando o índice de polarização for utilizado para determinar o estado da isolação, não é necessário fazer a correção da temperatura para 40 °C. 6.3.3.6 O efeito da temperatura sobre o índice de polarização é geralmente pequeno, se a temperatura do motor não mudar apreciavelmente entre as leituras de 1 min e 10 min; mas, quando a temperatura é elevada, as características de temperatura do sistema de isolação podem indicar um índice de polarização reduzido e, neste caso, recomenda-se a medição abaixo de 40 °C para vericar o estado real da isolação. )

100

C ° 0 4 t

K ( o t n e m a l o s i e d a i c n ê t s i s e r a d o ã ç e r r o c e d r o t a F

10

1

0,1

0,01 -10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

°C

Temperatura do enrolamento (t)

Figura 1 – Variação aproximada da resistência de isolamento com a temperatura para máquinas elétricas girantes 6.3.4 Magnitude da tensão contínua de ensaio 6.3.4.1 A medição da resistência de isolamento constitui um ensaio de tensão suportável e deve car restrita a um valor apropriado da tensão nominal do enrolamento e à condição básica da isolação. Isto é particularmente importante no caso de motores pequenos de baixa tensão, ou motores com excesso de umidade. Se a tensão de ensaio for demasiadamente elevada, ela pode deteriorar ou danicar a isolação. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

11/121


6.3.4.2 As medições de resistência do isolamento são geralmente feitas com tensões contínuas, conforme a Tabela 1. Tabela 1 – Valor da tensão de ensaio para medição da resistência de isolamento Tensão nominal do motor

Tensão contínua para realização do ensaio

V

V

< 1 000

500

1 000 – 2 500

500 – 1 000

2 501 – 5 000

1 000 – 2 500

5 001 – 12 000

2 500 – 5 000

> 12 000

5 000 – 10 000

O valor da resistência de isolamento pode diminuir com um aumento na tensão aplicada; entretanto, para a isolação em bom estado e totalmente seca, de modo geral a mesma resistência de isolamento é obtida para qualquer tensão de ensaio até o valor de pico da tensão suportável nominal. 6.3.4.3 Se a resistência de isolamento diminuir signicativamente com um aumento na tensão aplicada, isto pode ser uma indicação de imperfeições ou rachaduras na isolação, agravadas pela presença de sujeira ou umidade, ou pode ser devido somente aos efeitos de sujeira e umidade, ou pode resultar de outro fenômeno de deterioração. A mudança na resistência é mais acentuada em tensões consideravelmente acima da tensão de funcionamento. 6.3.5 Duração da aplicação da tensão contínua de ensaio: índice de polarização 6.3.5.1 A resistência de isolamento de um enrolamento medida aumenta normalmente com a duração de aplicação da tensão contínua de ensaio (ver Figura 2). O aumento geralmente é rápido no início da aplicação da tensão e as leituras gradualmente se aproximam de um valor praticamente constante na medida em que o tempo decorre. A resistência de isolamento medida de um enrolamento seco em bom estado pode continuar aumentando durante horas com a mesma tensão de ensaio, continuamente aplicada; entretanto, um valor praticamente constante é geralmente alcançado em 10 min a 15 min. Se o enrolamento estiver úmido ou sujo, este valor é geralmente alcançado em 1 min ou 2 min após a tensão de ensaio ser aplicada. A inclinação da curva é uma indicação do estado da isolação. 6.3.5.2 A mudança na resistência de isolamento com a duração da aplicação da tensão de ensaio pode ser útil na interpretação da limpeza e secagem de um enrolamento. Se as instalações permitirem, a tensão de ensaio pode ser aplicada durante 10 min ou mais para desenvolver a característica de absorção dielétrica. Esta característica pode ser utilizada para detectar umidade ou sujeira nos enrolamentos. 6.3.5.3 O índice de polarização é a razão entre o valor da resistência de isolamento para 10 min e o valor da resistência para 1 min. Este índice é indicativo da inclinação da curva característica (ver 6.3.5.2 e Figuras 2 e 3). O índice de polarização pode ser útil na avaliação do enrolamento para a secagem e para os ensaios dielétricos (ver 6.7 e 6.8). As medições para determinação do índice de polarização devem ser feitas imediatamente antes do ensaio dielétrico. 6.3.5.4 A resistência de isolamento para 1 min é útil para avaliar o estado da isolação, quando comparações são feitas com dados anteriores e posteriores, obtidos de modo semelhante.

12/121


ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 1 000 800 700 600 500 s m h o a g e M – o t n e m a l o s i o a a i c n ê t s i s e R

400

,0 ) a m p o = 3 i l ã o ç ã l a ç l a r i z a o s I p o d e i c e d n ( í 0 ) = 2, o ã iz a ç o l a r p e c e d í n d i (

300 200

100 80 70 50

,5 ) ã o = 1 ç a z i r a l d e p o í n d i c e (

40 30 20

10 0,1

Isolação úmida e su ja (índice de polarização = 1,0) 0,2

0,3 0,4 0,5 0,7 1,0

2

3

4 5 6 7

10

Tempo – Minutos

Figura 2 – Variação típica da resistência de isolamento com o tempo, para enrolamentos classe B 6.3.6 Carga residual no enrolamento 6.3.6.1 As medições da resistência de isolamento estão erradas quando existem cargas residuais na isolação. Por isto, antes de medir a resistência de isolamento ou o índice de polarização, os enrolamentos devem ser completamente descarregados para a carcaça da máquina aterrada. Para garantir a ecácia da descarga, a corrente de descarga deve ser medida. Quando a descarga não é feita corretamente, ocorre uma deexão reversa no aparelho de medição da resistência de isolamento após as conexões serem feitas, mas antes da tensão ser aplicada. 6.3.6.2 Após a aplicação de uma tensão contínua elevada, é importante efetuar o aterramento de enrolamentos para segurança, bem como para precisão de ensaios subsequentes. Para garantir a ecácia do aterramento, a corrente de descarga deve ser medida.

6.4 Condições para medição da resistência de isolamento 6.4.1 A superfície da isolação deve estar limpa e seca para a avaliação correta do estado da isolação do enrolamento, sem as interferências das impurezas na superfície. A limpeza da superfície é de grande importância quando os ensaios são feitos com tempo úmido. 6.4.2 A temperatura do enrolamento deve estar acima da temperatura do ponto de orvalho, para evitar a condensação de umidade sobre a isolação do enrolamento. É também importante que, para a comparação de resistências de isolamento de enrolamentos de motores seja utilizada a base de 40 °C (para converter valores de resistência de isolamento para esta temperatura, ver 6.3.3 e Figura 1). 6.4.3 Não é necessário que o motor esteja parado quando são feitas as medições de resistência de isolamento. 6.4.3.1 Frequentemente, é desejável fazer medições da resistência de isolamento quando o enrola mento girante está sujeito a forças centrífugas semelhantes àquelas que ocorrem em funcionamento. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

13/121


6.4.3.2 Em certos casos é prático fazer medições periódicas da resistência de isolamento, enquanto os motores estão girando no processo de secagem dos enrolamentos em curto-circuito. 6.4.3.3 Quando os motores não estiverem parados durante a medição da resistência de isolamento, devem ser tomadas precauções para evitar danos ao equipamento ou ao pessoal. 6.4.3.4 Os registros de ensaio de um dado motor devem indicar quaisquer condições especiais de ensaio.

6.5 Conexões do enrolamento para medições de resistência de isolamento 6.5.1 Quando possível, recomenda-se que cada fase seja isolada e ensaiada em separado. Ao desfazer as conexões de ligação das fases do enrolamento, ensaiando cada fase individualmente, permite-se uma comparação entre as fases, o que é útil na avaliação do estado atual e futuro do enrolamento. A isolação fase para fase é ensaiada quando uma fase é ensaiada por vez com as outras fases aterradas. 6.5.2 Os ensaios podem ser feitos no enrolamento completo de uma só vez, sob certas condições, como quando o tempo é limitado; entretanto, este procedimento não é o preferido. Uma objeção em ensaiar simultaneamente todas as fases é que somente a isolação para a terra é ensaiada e nenhum ensaio é feito na isolação fase para fase. 6.5.3 Os terminais de conexão, os porta-escovas (motores de rotor bobinado), os cabos, as chaves, os capacitores, os para-raios e outros equipamentos externos podem inuenciar de modo marcante as leituras no ensaio de resistência de isolamento do enrolamento de um motor. Por isso, é desejável medir a resistência de isolamento de um enrolamento, desconectando os equipamentos externos do motor.

6.6 Métodos de medição da resistência de isolamento e precauções 6.6.1 A medição direta da resistência de isolamento pode ser feita com os seguintes instrumentos:

a) ohmímetro de indicação direta, com gerador incluso acionado manualmente ou motorizado; b) ohmímetro de indicação direta com bateria inclusa; c) ohmímetro de indicação direta com reticador incorporado, utilizando uma fonte externa de corrente alternada; d) ponte de resistências com galvanômetro e baterias inclusos. 6.6.2 A resistência de isolamento pode ser calculada a partir das leituras de um voltímetro e de um microamperímetro, utilizando uma fonte externa de corrente contínua. 6.6.2.1 O método voltímetro-amperímetro é um método simples para a determinação da resistência de isolamento por meio da medição da tensão contínua aplicada pela isolação e pela corrente por ela circulando. Uma fonte de tensão contínua é requerida e o voltímetro deve ser escolhido para comportar as tensões máxima e mínima que podem ser utilizadas. O amperímetro é geralmente um microamperímetro de escala múltipla, escolhido para medir a faixa total das correntes de fuga que podem ser encontradas com as tensões utilizadas. 6.6.2.2 O microamperímetro deve estar na maior escala ou curto-circuitado durante os poucos segundos iniciais de carga, de modo que ele não seja danicado pela corrente de carga capacitiva e pela corrente de absorção inicial.

14/121



6.6.2.3 Se o microamperímetro estiver na tensão de ensaio, precauções devem ser tomadas para garantir a segurança do operador e evitar erros nas medições. 6.6.2.4 Para tensões de ensaio acima de 5 000 V, os cabos entre o equipamento de ensaio e o enrolamento devem ser bem isolados, blindados, de grande diâmetro e espaçados da terra; caso contrário, correntes de fuga e perda por corona podem introduzir erros nos dados de ensaio. 6.6.2.5 Todas as extremidades do enrolamento devem ser conectadas juntas para minimizar surtos se a isolação falhar durante o ensaio. 6.6.2.6 A resistência é calculada pela equação a seguir: R =

E I

onde R

é a resistência de isolamento, expressa em megaohms (M Ω);

E

é a leitura do voltímetro, expressa em volts (V);

I

é a leitura do amperímetro, expressa em microampères (mA), em um tempo estabelecido após a aplicação da tensão de ensaio.

6.6.3 Em geral um tempo é requerido para trazer a tensão aplicada à isolação ao valor desejado para o ensaio. A plena tensão deve ser aplicada tão rapidamente quanto possível. 6.6.4 Os instrumentos nos quais a tensão de ensaio é fornecida por geradores motorizados, baterias ou reticadores são geralmente utilizados para fazer ensaios de duração acima de 1 min, isto é, para ensaios de absorção dielétrica ou índice de polarização (ver 6.7 e 6.8). 6.6.5 É essencial que a tensão de qualquer fonte para ensaio seja constante para evitar utuação na corrente de carga. Estabilização da tensão fornecida pode ser requerida. 6.6.6 Quando resistores de proteção são utilizados em instrumentos de ensaio, seu efeito sobre a magnitude da tensão aplicada à isolação sob ensaio deve ser levado em conta. A queda de tensão nos resistores pode representar uma porcentagem signicativa da tensão do instrumento e deve ser compensada, quando medindo uma resistência de isolamento baixa. 6.6.7 Para comparar com ensaios anteriores e futuros, a mesma tensão deve ser aplicada pelo mesmo método, para permitir uma comparação de resultados.

6.7 Interpretação dos resultados das medições da resistência de isolamento 6.7.1 O histórico da resistência de isolamento de um determinado motor, elaborado e mantido sob condições uniformes quanto às variáveis controláveis durante os ensaios, é reconhecido como um meio útil de monitorar o estado da isolação. A previsão da adequabilidade de um motor, para aplicação de ensaios dielétricos apropriados ou para a entrada em operação, pode ser baseada na compa ração de valores atuais e passados da resistência de isolamento, corrigidos para 40 °C (ver 6.3.3.4), ou do índice de polarização. 6.7.2 Quando o histórico da resistência de isolamento não é disponível, os valores mínimos reco mendados da resistência de isolamento para 1 min ou do índice de polarização podem ser utilizados para prever a adequabilidade do enrolamento para aplicação de um ensaio dielétrico ou para a entrada em operação. A resistência de isolamento para 1 min (corrigida para 40 °C) deve ser pelo menos igual à resistência de isolamento mínima recomendada, conforme 6.8.2. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

15/121


6.7.3 O valor da resistência de isolamento encontrado é útil na avaliação do estado do enrolamento do motor. Ele não pode ser considerado um critério exato, pois tem várias limitações:

a) a resistência de isolamento de um enrolamento não é diretamente, relacionada com a sua rigidez dielétrica. É impossível especicar o valor da resistência de isolamento no qual um enrolamento falhará eletricamente; b) enrolamentos que possuem uma área muito grande ou motores grandes ou de baixa velocidade podem ter valores de resistência de isolamento inferiores aos valores mínimos recomendados. 6.7.4 Uma única medição da resistência de isolamento a uma tensão especíca não indica se material estranho está concentrado ou distribuído pelo enrolamento. 6.7.5 Para índice de polarização, ver 6.3.5.3. 6.7.5.1 Características típicas de resistência de isolamento versus tempo estão mostradas nas Figuras 2 e 3, ilustrando o comportamento da isolação sob diferentes condições. As curvas ilustram o signicado do índice de polarização. 6.7.5.2 Dependendo do estado do enrolamento, da classe térmica e do tipo de motor, valores de 1 a 7 têm sido obtidos para o índice de polarização. A isolação classe B geralmente possui um índice de polarização superior ao da isolação classe A. Umidade ou pó condutor sobre um enrolamento reduz o índice de polarização. Quando motores de indução de alta-tensão possuem as cabeças de bobina tratadas com material semicondutor para eliminação do efeito corona (ver 6.8.1.2), o índice de polarização pode ser algo inferior àquele de motor similar não tratado. 6.7.5.3 Se o índice de polarização for reduzido devido à sujeira ou umidade excessiva, ele pode ser aumentado até o valor adequado, por meio de limpeza e secagem, para remover a umidade. Quando for feita a secagem da isolação, o índice de polarização pode ser utilizado para indicar quando o processo de secagem pode ser terminado (ver Figura 3). 6.7.5.4 Quando a experiência demonstrar uma redução no índice de polarização a uma temperatura. 6.7.5.5 elevada, uma nova medição abaixo de 40 °C é recomendada para vericar o real estado da isolação (ver 6.3.3.6).

16/121


ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 100 s m h o a g e M – o t n e m a l o s i e d a i c n ê t s i s e R

80

60 Índice de plarização 2,0 ou maior

10 min 40

1 min

20

0

0

20

40

60

80

100

Tempo em horas

Figura 3 – Mudança na resistência de isolamento para 1 min e 10 min durante o processo de secagem de um enrolamento classe B – Temperatura inicial do enrolamento a 25 °C e temperatura nal do enrolamento a 75 °C

6.8 Valores mínimos recomendados da resistência de isolamento e do índice de polarização 6.8.1 O valor mínimo recomendado da resistência de isolamento R m a 40 °C ou o índice de polari zação mínimo recomendado de um enrolamento de motor de indução é o menor valor recomendado que um enrolamento deve apresentar imediatamente antes da aplicação de um ensaio dielétrico ou da sua entrada em operação (ver 6.8.4 e 6.8.5). 6.8.1.1 É fato reconhecido que pode ser possível operar motores com valores inferiores ao valor mínimo recomendado; entretanto, isto não é considerado normalmente boa prática. 6.8.1.2 Em alguns casos, material de isolação ou projetos especiais não prejudiciais à rigidez dielétrica fornecem valores inferiores.

Quando a cabeça de bobina de um motor é tratada com um material semicondutor para eliminação do efeito corona, a resistência de isolamento encontrada pode ser algo inferior àquela de um motor semelhante não tratado. 6.8.2 A resistência de isolamento mínima recomendada para enrolamentos de motores de indução pode ser determinada pela Tabela 2.


17/121


Tabela 2 – Resistência de isolamento mínima recomendada Resistência de isolamento mínima recomendada

Tipo de enrolamento

MΩ R m = kV + 1

Motores bobinados até 1970, bobinas de campo e outras não descritas a seguir

R m = 100

Enrolamento de armadura em motores c.c. e enrolamentos c.a. fabricados após 1970 (bobina pré-formada)

R m = 5

Enrolamentos randômicos e bobinas pré-formadas com tensão inferior a 1 kV

Legenda R m é a resistência mínima recomendada, expressa em megaohms (M Ω), com o enrolamento do motor a

40 °C;

kV é a tensão de linha nominal do motor, em quilovolts (kV) (ecaz).

6.8.2.1 A real resistência de isolamento do enrolamento a ser comparada com o valor mínimo reco mendado R m é a resistência de isolamento encontrada pela aplicação de tensão c.c. ao enrolamento completo durante 1 min, corrigida para 40 °C. 6.8.2.2 As correções de temperatura devem sempre ser feitas se o enrolamento não estiver à temperatura de 40 °C (ver 6.3.3.3, 6.3.3.4 e Figura 1). 6.8.2.3 A resistência de isolamento de uma fase de um enrolamento trifásico com as outras duas fases aterradas é aproximadamente duas vezes a do enrolamento completo. Por isso, quando as três fases são ensaiadas separadamente, a resistência encontrada para cada fase deve ser dividida por dois para obter um valor que, após a correção da temperatura, pode ser comparado com o valor mínimo recomendado da resistência de isolamento. 6.8.2.4 Se cada fase for ensaiada separadamente e os circuitos de guarda forem utilizados para as outras duas fases não sob ensaio, a resistência encontrada de cada fase deve ser dividida por três para obter um valor que, após a correção da temperatura, pode ser comparado com o valor mínimo recomendado da resistência de isolamento. 6.8.2.5 Para a isolação em bom estado, não são incomuns leituras de resistência de isolamento de 10 a 100 vezes o valor mínimo recomendado da resistência de isolamento R m, obtido conforme 6.8.2. 6.8.2.6 Em aplicações onde o motor é vital, tem sido considerado boa prática iniciar o recondicio namento, se a resistência de isolamento, após ter sido bem acima do valor mínimo, dado em 6.8.2, cair para próximo deste valor. 6.8.3 O índice de polarização mínimo recomendado para motores de indução é: —

para classe A:

1,5;

—

para classe B, F e H:

2,0.

NOTA Se a resistência de isolamento em 1 min for superior a 5 000 M Ω, o cálculo do índice de polarização pode não ser signicativo. Nestes casos, recomenda-se que o resultado não seja considerado na avaliação da condição do enrolamento.

18/121



6.8.4 Motores de 10 000 kW e menores, para serem considerados em estado adequado para operação ou para ensaios dielétricos, devem ter o valor da resistência de isolamento a 40 °C ou o índice de polarização pelo menos igual aos valores mínimos recomendados. 6.8.5 Motores acima de 10 000 kW devem ter tanto o valor da resistência de isolamento quanto o índice de polarização acima dos valores mínimos recomendados. NOTA

A IEEE 043 contém as seguintes informações:

a)

prevenção da absorção de umidade pela isolação dos enrolamentos de máquinas fora de serviço;

b)

remoção de umidade da isolação dos enrolamentos;

c)

método de aquecimento dos enrolamentos de máquinas.

7 Medição da resistência do enrolamento 7.1 Métodos de medição da resistência ôhmica dos enrolamentos 7.1.1 Ohmímetro de precisão

Neste método utiliza-se um instrumento de leitura direta da resistência do enrolamento, desde que ele tenha sensibilidade para indicar variações centesimais da resistência e sejam apropriados para eliminar os efeitos de indução do enrolamento. 7.1.2 Método da tensão e corrente (queda de tensão)

Processo pelo qual uma resistência é medida fazendo circular uma corrente contínua ( I cc) no enrolamento e medindo-se a queda de tensão ( V cc) provocada por esta corrente. A corrente que circula não pode ser superior a 15 % do valor nominal do enrolamento considerado. Calcular a resistência por meio da lei de Ohm. 7.1.3 Método da ponte

Na maioria das circunstâncias, um circuito de ponte é o método mais exato para medir a resistência. Os circuitos de ponte mais comumente utilizados para medição direta da resistência são a ponte de Wheatstone e a de Kelvin. NOTA

Em todos os métodos de medição são registradas as temperaturas do ambiente.

7.2 Correção da resistência em função da temperatura Os valores da resistência ôhmica encontrados devem ser corrigidos para a temperatura de referência pela equação de 5.2.2.

7.3 Obtenção dos valores da resistência ôhmica dos enrolamentos Esta obtenção depende de como estão ligados os enrolamentos: a) se todos os terminais dos enrolamentos forem acessíveis, a medição é realizada diretamente entre estes terminais (caso de motores com seis e doze pontas ou três pontas com o neutro acessível – ligação estrela); NÃO TEM VALOR NORMATIVO

19/121


b) se os terminais dos enrolamentos não forem acessíveis, a medição é realizada entre dois a dois terminais sucessivamente, utilizando a resistência equivalente, dependente da ligação dos enro lamentos, cuja determinação não consta nesta Parte da ABNT NBR 17094 (caso de motores com ligação estrela sem neutro acessível ou ligação triângulo).

7.4 Resultado das medições 7.4.1 Os resultados das medições efetuadas devem ser comparados com os resultados obtidos em ensaios anteriores (do fabricante, se possível), tendo-se o cuidado de utilizar as correções de tempe ratura ambiente a uma mesma base, normalmente para 25 °C. 7.4.2 Em caso de discordâncias maiores que 2 % deve ser pesquisada a existência de anormali dade, como: espiras em curto-circuito, número incorreto de espiras, dimensões incorretas dos condu tores, conexões e contatos em más condições.

8 Determinação do escorregamento 8.1 Para a determinação do escorregamento, tacômetros ou contadores de rotações analógicos não são sucientemente precisos. Por isso, estroboscópios ou tacômetros digitais são recomendados. Quando um estroboscópio é utilizado, a fonte de alimentação deste instrumento deve ter a mesma frequência que a fonte de alimentação do motor. O escorregamento é a diferença entre a velocidade síncrona e a velocidade do motor, medida em rotações por minuto (rpm), sendo o escorregamento geralmente expresso em: S=

Velocidade síncrona (rpm) − Velocidade medida (rpm) × 100 Velocidade síncrona (rpm)

ou fração decimal (p.u) da velocidade síncrona S=

Velocidade síncrona (rpm) − Velocidade medida (rpm) Velocidade síncrona (rpm)

NOTA

× 100

A velocidade síncrona é determinada em função da frequência de alimentação durante o ensaio.

8.2 O escorregamento deve ser corrigido para a temperatura especicada do estator pela equação a seguir: Ss

= St ×

(ts + k ) (t t + k )

onde Ss é o escorregamento corrigido para a temperatura especicada do estator, t s; St é o escorregamento determinado à temperatura do enrolamento do estator, t t; t s

é a temperatura especicada para correção da resistência, expressa em graus Celsius (°C);

t t

é a temperatura do enrolamento do estator, medida durante o ensaio com carga, expressa em graus Celsius (°C);

k

é baseado no material condutor do rotor, igual a 234,5 para cobre eletrolítico com 100 % de condutividade ou 225 para alumínio com condutividade em volume de 62 % IACS (International Annealed Copper Standard ).

NOTA

20/121

Materiais diferentes do enrolamento do rotor requerem valor de k especícos. NÃO TEM VALOR NORMATIVO


9 Ensaios com rotor bloqueado 9.1 Generalidades Estes ensaios são realizados para a determinação da corrente, do conjugado e, quando necessário, da potência de entrada, com o rotor bloqueado e o estator energizado. Antes de sua realização, ver 4.4.

9.2 Determinação da corrente com rotor bloqueado Este ensaio pode ser realizado para vericação da qualidade de fabricação e para determinação do desempenho do motor. Sempre que possível, devem ser feitas leituras da corrente em cada linha com tensão e frequência nominais, na medida em que a corrente não é diretamente proporcional à tensão, devido a mudanças na reatância causadas pela saturação dos circuitos magnéticos de dispersão. Quando o ensaio é realizado para vericação da qualidade dos motores de gaiola, é possível omitir o bloqueio mecânico do rotor. Em vez disto aplica-se alimentação monofásica de tensão e frequência nominais a quaisquer dois terminais de linha de um motor trifásico. Neste caso, a corrente de linha deve ser aproximadamente 86 % e a potência de entrada de aproximadamente 50 % dos valores correspondentes obtidos com alimentação trifásica. Os valores assim obtidos devem ser comparados com aqueles medidos em um protótipo que tenha sido submetido a um ensaio de tipo.

9.3 Determinação do conjugado com rotor bloqueado O conjugado com rotor bloqueado é o conjugado mínimo desenvolvido, em todas as posições angu lares do rotor, com o eixo bloqueado. O conjugado pode ser medido com uma corda e polia, ou com um freio ou com um dispositivo que funcione como freio. Motores de rotor bobinado estão sempre sujeitos a variações no conjugado com rotor bloqueado, conforme a posição angular do rotor em relação ao estator. Para motores de gaiola, é prática usual bloquear o rotor em qualquer posição conveniente. Se o conjugado com rotor bloqueado (C p) não for medido diretamente como indicado acima, ele pode ser calculado aproximadamente como a seguir:

C p

=

k (PSI

− PCU − PC ) a ns

onde P SI é a potência de entrada no estator, expressa em watts (W); P cu é a perda I 2R no estator, à corrente de ensaio, expressa em watts (W), à temperatura

do ensaio com o rotor bloqueado (ver 13.1);

P C é a perda no núcleo, à tensão de ensaio, expressa em watts (W) (ver 13.3.3.2); ns é a velocidade síncrona, expressa em rotações por minuto (rpm); a

é o fator de redução (variando entre 0,9 e 1,0), para levar em conta perdas não fundamentais;

k é igual a 9,549 para C p, expresso em newtons-metro (N.m).

NOTA Na impossibilidade de se realizar este ensaio na tensão nominal, os valores dos conjugados e das correntes obtidos com tensão reduzida e corrigidos para a tensão nominal (ver 11.3), sem levar em consideração o efeito de saturação, podem dar resultados sensivelmente inferiores aos valores reais. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

21/121


9.4 Determinação da potência de entrada com o rotor bloqueado A leitura da potência de entrada deve ser efetuada simultaneamente com a da corrente e a do conjugado.

10 Medição da tensão rotórica A medição da tensão rotórica é realizada somente em motores de indução com rotor bobinado. Este procedimento consiste na medição das tensões entre todos os terminais do rotor, com o rotor bloqueado e seus enrolamentos em circuito aberto, aplicando-se ao estator tensão e frequência nominais. Se qualquer desequilíbrio for detectado, a prática usual é efetuar leituras das tensões nas três fases, em várias posições do rotor, a m de determinar um valor médio. Excepcionalmente, pode ser aplicada uma tensão reduzida, porém a exatidão do resultado pode ser afetada. NOTA

11 Ensaio de partida 11.1 Generalidades 11.1.1 Este ensaio é realizado para o levantamento das características conjugado versus velocidade e corrente versus velocidade, bem como para obtenção de informações para correção de dados conseguidos em ensaios realizados com tensão reduzida. 11.1.2 A característica conjugado versus velocidade é a relação entre o conjugado e a velocidade de rotação, abrangendo a faixa desde zero até a velocidade síncrona de um motor. Esta relação, quando expressa por uma curva, inclui o conjugado com rotor bloqueado, e os conjugados máximo e mínimo de partida.

11.1.3 A característica corrente versus velocidade é a relação entre a corrente e a velocidade de rotação. Esta curva é geralmente traçada na mesma folha da curva conjugado versus velocidade, utilizando-se a mesma escala de velocidade para ambas as curvas. 11.1.4 Para motores com rotor bobinado, o conjugado e a corrente são medidos entre a veloci dade síncrona e a velocidade em que ocorre o conjugado máximo. Os anéis coletores são mantidos curto-circuitados durante este ensaio.

11.2 Métodos para levantamento da curva conjugado versus velocidade 11.2.1 Generalidades

A escolha do método depende das dimensões, da característica conjugado versus velocidade do motor a ser ensaiado e do laboratório de ensaio. Em todos os métodos, uma quantidade suciente de pontos deve ser obtida para assegurar que curvas conáveis, incluindo irregularidades, possam ser traçadas nas regiões de interesse, por meio dos dados de ensaio. É importante que a frequência da fonte de alimentação se mantenha constante durante o ensaio e igual à frequência nominal do motor sob ensaio. Os Métodos 1 e 4 requerem que se mantenha constante a velocidade durante cada leitura. Por isto

eles não podem ser utilizados em regiões onde o conjugado do motor aumenta com a velocidade mais rapidamente do que aquele do dispositivo de carga utilizado no ensaio. 22/121



Dos resultados dos ensaios descritos em 11.2.2 a 11.2.5, corrigidos para a tensão nominal conforme 11.3, devem ser traçadas as curvas de conjugado e de corrente versus velocidade. 11.2.2 Método 1 – Método da potência de saída

Um gerador de corrente contínua que tenha suas perdas previamente determinadas é acoplado mecanicamente (por luva ou correias) ao motor a ser ensaiado. O motor deve ser alimentado por uma fonte de corrente alternada de frequência nominal. A tensão aplicada aos terminais do motor deve ser a mais alta possível, sem que provoque aquecimento excessivo; se possível, esta tensão deve ser superior a 50 % da tensão nominal do motor. A velocidade do motor em cada ponto de medição é controlada pela variação da carga do gerador. Neste ensaio, as leituras são tomadas para velocidades entre aproximadamente 1/3 da velocidade síncrona e a máxima velocidade alcançada. Durante as leituras, a velocidade deve se manter estável, e de tal modo que os resultados não venham a ser afetados por acelerações ou frenagens. Para cada velocidade estabelecida, ler a tensão, a corrente e a velocidade para o motor de indução; ler também a tensão, a corrente de armadura e a corrente de campo do gerador de corrente contínua. Cuidados devem ser tomados para não provocar um sobreaquecimento no motor. A exatidão da medição da velocidade é especialmente importante para baixo escorregamento. O instrumento de medição da velocidade deve possuir um tempo de resposta adequado para garantir uma medição precisa. A potência total de saída do motor é a soma da potência de saída e das perdas do gerador de corrente contínua. O conjugado C , para cada velocidade, é calculado utilizando-se a seguinte equação: C =

k (Pg0

+ P g1)

n

onde P g0

é a potência de saída do gerador de corrente contínua, expressa em watts (W);

P g1

é a perda do gerador de corrente contínua, incluindo atrito e ventilação, expressa em watts (W);

n

é a velocidade de rotação do motor, expressa em rotações por minuto (rpm);

k

é igual a 9,549 para C , expresso em newtons-metro (N.m).

Na velocidade para cada ponto de ensaio, os valores de conjugado e corrente do motor são corrigidos para a tensão especicada (V), conforme descrito em 11.3. 11.2.3 Método 2 – Método da aceleração

Neste método o motor é ligado em vazio e o valor da aceleração é determinado para várias velocidades. O conjugado para cada velocidade é determinado pela aceleração da massa das partes girantes. Medidas precisas de velocidade e aceleração são requisitos essenciais deste método. O motor deve ser alimentado por uma fonte de corrente alternada à frequência nominal.


23/121


A aceleração a ser utilizada e, consequentemente, o tempo de duração do ensaio são determinados pelo tipo dos instrumentos empregados na medição. Em qualquer caso, o tempo de aceleração deve ser sucientemente longo para que os efeitos dos transitórios elétricos produzidos nos instrumentos e no motor não distorçam a curva conjugado versus velocidade. Quando for utilizado um sistema automático de aquisição de dados ou registradores de alta velocidade, este ensaio pode ser realizado com acelerações rápidas, desde que estejam dentro dos limites de resposta destes aparelhos. Quando registrar manualmente os dados em cada ponto, o tempo de aceleração pode ser aumentado, aplicando uma tensão menor ao motor, ou acoplando uma inércia adequada ao eixo do motor. Quando o motor acelera do repouso para próximo da velocidade síncrona, são feitas leituras simul tâneas da tensão de linha, corrente de linha, velocidade e tempo, em segundos. Ao menos cinco séries de leituras devem ser feitas durante o período de aceleração; entretanto, mais leituras devem ser obtidas, quando possível. Se o atrito na partida do motor for elevado ou se forem necessários dados mais precisos nas proxi midades da velocidade zero, deve-se girar o motor no sentido contrário ao sentido de rotação normal de ensaio, antes da aplicação da potência para aceleração na qual as medições devem ser feitas. Algumas vezes pode ser necessário repetir o ensaio em diferentes tensões para obter leituras satis fatórias por toda a curva, especialmente quando existem irregularidades acentuadas na característica conjugado versus velocidade. O conjugado, C , para cada velocidade é obtido a partir da aceleração, utilizando a seguinte equação: C =

J  d n 





k  d t 

onde C

é o conjugado, expresso em newtons-metro (N.m);

J

é o momento de inércia das partes girantes, expresso em quilograma-metro quadrado (kgm 2);

d n/d t é a aceleração para cada velocidade, expressa em rotações por minuto por segundo (rpm/s); k

é igual a 9,549 para C , expresso em newtons-metro (N.m).

Para cada velocidade no ponto de ensaio, o conjugado e a corrente do motor são corrigidos para a tensão especicada (V), conforme indicado em 11.3. 11.2.4 Método 3 – Método da potência de entrada

Neste método, o conjugado é determinado subtraindo-se as perdas do motor da potência de entrada. É um método válido para vericação de outros métodos, sendo particularmente útil quando o motor não puder ser acionado em vazio para determinar o conjugado pelo método da aceleração. Na prática, o método é aproximado, porque as perdas no estator não podem ser rapidamente deter minadas para as condições reais de operação e por isto devem ser aproximadas. Este método também está sujeito a erro no caso de motores especiais que tenham muitos conjugados harmônicos superiores ou inferiores que são difíceis de serem avaliados. 24/121



O motor é ligado como em 11.2.3, exceto que neste caso não pode estar em vazio. As leituras da potência de entrada denidas em 11.2.3 são colocadas em um gráco em função da velocidade. A tensão de linha, a corrente de linha, a potência e a velocidade devem ser registradas em função do tempo. Os valores médios das leituras para velocidade zero devem ser obtidos no ensaio de rotor bloqueado, como descrito em 9.3, e podem ser utilizados depois de corrigidos para a tensão em que outras leituras foram tomadas. O conjugado, C , para cada velocidade, é determinado a partir da potência de entrada, utilizando-se a equação a seguir: 0 ,5  n    × PSi − PCU − PC − LLS − LLr    − Cfw C=  nS   nS 

k

onde P Si

é a potência de entrada no estator, expressa em watts (W);

P CU

é a perda I 2 R no estator, à corrente de ensaio, expressa em watts (W) (ver 13.1);

P C

é a perda no núcleo, à tensão de ensaio, expressa em watts (W) (ver 13.3.3.2);

LLS

representa as perdas suplementares na frequência fundamental à corrente de ensaio, expressas em watts (W) (ver 13.4.3.1.1);

LLr

é a perda suplementar para maiores frequências à corrente de ensaio, expressa em watts (ver 13.4.3.1.2);

n

é a velocidade de ensaio, expressa em rotações por minuto (rpm);

nS

é a velocidade síncrona, expressa em rotações por minuto (rpm);

k

é igual a 9,549 para C , expresso em newtons-metro (N.m);

C fW

é o conjugado de atrito e ventilação do motor na velocidade de ensaio, expresso em newtonsmetros (N.m).

Em cada velocidade de ponto do ensaio, o conjugado e a corrente do motor são corrigidos para a tensão especicada (V), conforme descrito em 11.3. NOTA Se a componente LLs da perda suplementar não estiver disponível, pode-se admitir que a perda suplementar é igual a LLr . Se as perdas suplementares ( LLs + LLr ) tiverem sido determinadas em um único ensaio, o valor total das perdas suplementares pode ser utilizado como o valor de LLr ; ou o valor de LLs pode ser determinado pelo método descrito em 13.4.3.1.1, e LLr pode ser determinado como o valor das perdas suplementares menos o valor de LLs.

11.2.5 Método 4 – Método da medição direta

O conjugado e a corrente são medidos quando o motor é submetido à carga para várias velocidades com um dinamômetro. Para cada velocidade, leituras simultâneas de tensão, corrente, velocidade e conjugado são obtidas. O ensaio deve ser realizado tão próximo quanto possível da tensão nominal, mas se a tensão reduzida for utilizada, o conjugado e a corrente do motor devem ser corrigidos para a tensão especicada, como descrito em 11.3. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

25/121


11.3 Correção de dados, obtidos para as curvas de conjugado versus v elocidade e de corrente versus velocidade, e do ensaio com rotor bloqueado, quando realizados com tensão reduzida Quando for necessário estabelecer valores de conjugado e de corrente para tensão nominal, baseados em ensaios realizados com tensão reduzida, deve-se levar em conta que, por causa da saturação dos uxos de dispersão, a corrente pode aumentar proporcionalmente, mais que a razão linear das tensões, e o conjugado, por uma razão maior que a razão dos quadrados das tensões. Estas razões variam com o projeto; entretanto, como primeira aproximação, a corrente é corrigida como se variasse diretamente com a tensão, e o conjugado com o quadrado da tensão. Um método de ensaio mais exato requer a determinação da taxa de variação da corrente e do conjugado com a tensão através do traçado das curvas conjugado versus velocidade e corrente versus velocidade para pelo menos dois ou preferivelmente três ou mais valores de tensão. Os valores dos pontos de ensaio à tensão reduzida devem ser colocados em escala e corrigidos para a tensão nominal, ajustando-se a curva pelo método dos mínimos quadrados para a máxima exatidão. Nas curvas conjugado versus velocidade e corrente versus velocidade, uma quantidade suciente de pontos a várias velocidades deve ser corrigida para fornecer uma representação real da curva na faixa total de velocidade.

12 Ensaios térmicos 12.1 Generalidades 12.1.1 Os ensaios térmicos são realizados para determinar a elevação de temperatura de certas partes do motor acima da temperatura ambiente, quando funcionando sob uma condição de carga especicada. 12.1.2 O motor deve ser protegido contra correntes de ar provenientes de polias, correias e outras máquinas. Uma corrente de ar muito pequena pode causar grandes discrepâncias nos resultados do ensaio térmico. Condições que resultem em rápida mudança da temperatura do ar ambiente devem ser consideradas insatisfatórias para ensaios térmicos. Espaço suciente entre motores é necessário para permitir livre circulação de ar. 12.1.3 Métodos de carga para realizar o ensaio térmico:

a) método de carga efetiva no qual o motor funciona na sua característica nominal ou em uma característica determinada; b) método de carga equivalente por bifrequência. Um exemplo típico é mostrado na Figura 4. O motor a ser ensaiado é operado em vazio por uma fonte de alimentação principal, à qual é superposta uma fonte de alimentação auxiliar de baixa tensão e de frequência diferente. Geralmente, a frequência da fonte auxiliar é 10 Hz abaixo da frequência nominal e com a tensão ajustada de modo que a corrente primária seja igual ao valor nominal NOTA O método de carga equivalente por bifrequência só é utilizado para a determinação da temperatura e não para outros parâmetros do motor.

26/121


ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 a V 2

Fonte de alimentação de frequência nominal

V 1 I 1 W

f 1

M

Disjuntor T

Disjuntor

f 2 G

Legenda M Motor a ser ensaiado

f 2 Frequência auxiliar

T

Transformador série

I 1

G

Gerador auxiliar

W Potência de entrada

a

Ponto de conexão do voltímetro, amperímetro e wattímetro V 1 Tensão nos terminais (tensão nominal)

f 1

Frequência (frequência nominal);

NOTA 1

Corrente primária do motor de indução

V 2 Tensão auxiliar

A rotação de fases do gerador auxiliar tem o mesmo sentido da fonte principal.

V 2 geralmente é menor que V 1 (10 % a 20 % de V 1). V 2 é a tensão necessária para causar a circulação da corrente nominal I 1. NOTA 2

Figura 4 – Conexão típica para o método de carga equivalente por bifrequência

12.2 Métodos de determinação da elevação de temperatura dos enrolamentos e de outras partes do motor 12.2.1 Métodos de determinação da temperatura ou da elevação de temperatura

Para a determinação das temperaturas dos enrolamentos e de outras partes dos motores, são aceitos três métodos: a) método da variação da resistência: consiste na determinação da temperatura pela comparação da resistência do enrolamento à temperatura a ser determinada com a resistência a uma tempe ratura conhecida; NOTA Caso não seja possível a medição da resistência com o motor parado, é possível a utilização do procedimento da superposição da medição da resistência do enrolamento. Para a aplicação deste procedimento, ver IEC 60034-29.

b) método dos detectores de temperatura embutidos (DTE): a temperatura é determinada por meio de detectores de temperatura (por exemplo, termômetros de resistência, termopares ou termistores de coeciente de temperatura negativo) embutidos no motor durante a fabricação, em pontos geralmente inacessíveis depois do motor montado; NÃO TEM VALOR NORMATIVO

27/121


c) método termométrico: a temperatura é determinada por meio de termômetros aplicados às superfícies acessíveis do motor montado. O termo “termômetro” também inclui termômetros de resistência e termopares não embutidos ao motor, desde que sejam aplicados em pontos acessíveis aos termômetros de bulbo usuais. Quando os termômetros de bulbo são utilizados em pontos onde existe um campo magnético intenso, variável ou móvel, devem ser utilizados preferencialmente termômetros a álcool, em vez de termômetros de mercúrio. Estes métodos não podem ser utilizados para uma vericação recíproca. 12.2.2 Escolha do método de determinação da temperatura dos enrolamentos 12.2.2.1 Em geral, para determinação da temperatura dos enrolamentos de um motor, deve ser utilizado o método da variação da resistência, conforme 12.2.1-a. 12.2.2.2 Para os enrolamentos do estator de motores de potência nominal igual ou superior a 5 000 kW, deve ser utilizado o método dos detectores de temperatura embutidos (DTE). 12.2.2.3 Para motores de potência nominal inferior a 5 000 kW e superior a 200 kW, o fabricante deve utilizar o método da variação da resistência ou o método dos detectores de temperatura embutidos (DTE), salvo acordo em contrário. 12.2.2.4 Para motores de potência nominal igual ou inferior a 200 kW, o fabricante deve utilizar o método da variação da resistência, salvo acordo em contrário. 12.2.2.5 Para motores de potência nominal igual ou inferior a 600 W, quando os enrolamentos não são uniformes ou quando a execução das conexões necessárias implica severas complicações, a temperatura pode ser determinada por meio de termômetros (ou termopares não embutidos). Os limites de elevação de temperatura para o método da variação da resistência mostrados na ABNT NBR 17094-1:2017, Tabela 12, devem ser aplicados. 12.2.2.6 Para os enrolamentos do estator com somente um lado de bobina por ranhura, o método dos detectores de temperatura embutidos deve ser evitado (ver 12.2.4.2), devendo ser utilizado o método da variação da resistência. NOTA Para vericar a temperatura de tais enrolamentos em serviço, um detector embutido no fundo da ranhura é de pouco valor, visto que ele indica principalmente a temperatura do núcleo. Um detector colocado entre a bobina e a cunha acompanha muito mais elmente a temperatura do enrolamento e é, por isto, mais indicado para ns de controle, embora ali a temperatura possa ser relativamente baixa. A relação entre a temperatura medida neste local e a temperatura medida pelo método da variação da resistência pode ser determinada por um ensaio de elevação de temperatura.

12.2.3 Determinação da elevação de temperatura dos enrolamentos pelo método da variação da resistência 12.2.3.1 A temperatura t 2 pode ser obtida a partir da razão das resistências, pela equação a seguir:

+ k R 2 = t1 + k R 1

t2 onde t 2

é a temperatura do enrolamento no m do ensaio, expressa em graus Celsius (°C);

t 1

é a temperatura do enrolamento (motor frio com temperatura estabilizada) no momento da medição da resistência R 1, expressa em graus Celsius (°C);

28/121


ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 R 2 é a resistência do enrolamento no m do ensaio, expressa em ohms ( Ω); R 1 é a resistência do enrolamento na temperatura t 1, expressa em ohms ( Ω); k é igual a 234,5 para cobre eletrolítico com 100 % de condutividade ou 225 para alumínio com condutividade condutivida de em volume de 62 % IACS ( International Annealed Copper Standard ). ).

12.2.3.2 Quando for utilizada a equação de 12.2.3.1 para o cálculo da temperatura, as resistências de referência e de ensaio devem ser medidas utilizando o mesmo equipamento de ensaio. 12.2.3.3 Em um motor de gaiola, a variação na resistência do rotor devida ao aquecimento resulta em uma variação do escorregamento. Para um dado valor de conjugado, a temperatura do rotor pode ser determinada indiretamente indiretamente da leitura do escorregamento a quente, Sq, e da leitura do escorregamento a frio, Sf , , substituindo R 2 por Sq e R 1 por Sf na equação acima. O escorregamento deve ser deter minado com precisão para as condições quente e frio. 12.2.3.4 A elevação elevação de temperatura temperatura t 2 – t a é calculada pela equação a seguir: t2

− ta =

R2 − R 1 R 1

× (k + t1) + t1 − ta

onde t a

é a temperatura temperatura do uido uido refrigerante refrigerante no m do ensaio, ensaio, expressa em em graus Celsius Celsius (°C).

Quando a temperatura de um enrolamento for determinada pela variação da resistência, a tempe ratura do enrolamento antes do ensaio deve ser praticamente a temperatura do uido refrigerante. 12.2.4 Determinação da elevação de temperatura pelo método dos detectores de temperatura embutidos (DTE)

Quando for utilizado o método dos detectores de temperatura embutidos, estes devem estar adequa damente distribuídos entre os enrolamentos do motor. O número de detectores instalados não pode ser inferior a seis. Os detectores devem ser localizado localizadoss nos pontos presumivelmente presumivelmente mais quentes, de forma a carem ecazmente protegidos protegidos de um contato com o uido refrigerante primário. A leitura mais elevada dos detectores de temperatura temperatu ra embutidos deve ser utilizada para p ara a determi det ermi nação da temperatura do enrolamento. Dispositivos projetados especialmente especialmente devem ser utilizados com termômetros de resistência para evitar a introdução de erros ou danos signicativos devido ao aquecimento do termômetro de resistência durante a medição. Muitos dispositivos comuns de medição de resistência podem não ser adequados devido à corrente relativamente elevada que pode circular pela resistência enquanto a medição é efetuada. NOTA Os detectore detectoress de temperatur temperaturaa embutidos ou suas conexões podem falhar e originar leituras incorretas; por isto, se uma ou mais destas leituras se revelarem irregulares após uma investigação, elas podem ser eliminadas.

Se houver dois ou mais lados de bobina por ranhura, os detectores devem ser instalados conforme 12.2.4.1. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

29/121


Se houver somente um lado de bobina por ranhura ou se for desejado medir a temperatura da cabeça de bobina, os métodos de instalação recomendados são os que constam em 12.2.4.2 e 12.2.4.3, mas, nestes casos, o método dos detectores de temperatura embutidos não é recomendado para a determinação da elevação de temperatura ou da temperatura total. 12.2.4.1 Dois ou mais lados de bobina por ranhura

Os detectores de temperatura devem ser localizados entre os lados de bobina isolados no interior da ranhura, nas posições presumivelmente mais quentes. 12.2.4.2 Um lado de bobina por ranhura

Os detectores embutidos nas ranhuras devem ser localizados entre a parte externa da isolação do enrolamento e a cunha ou, quando aplicável, entre a parte externa da isolação do enrolamento e o enrolamento, nas posições presumivelmente mais quentes. 12.2.4.3 Cabeças de bobina

Os detectores de temperatura devem ser localizados entre dois lados de bobinas adjacentes, no interior da camada externa das cabeças de bobina, nas posições presumivelmente mais quentes. A parte sensível sensível à temperatura temperatura do do detector detector de temperatura deve car car em estreito contato com a super fície de um lado de bobina e ser adequadamente protegida contra a inuência do uido refrigerante. 12.2.5 Determinação da elevação de temperatura pelo método termométrico 12.2.5.1 O método termométrico é aceito nos casos em que não são aplicáveis o método dos detec tores de temperatura embutidos e o método da variação da resistência. Como é o caso da determinação da temperatura de rotores e de outras partes de motores totalmente fechados, para as quais as tempe raturas devem ser obtidas após a parada do motor, pela aplicação do termômetro nas partes mais quentes, que possam ser acessíveis, imediatamente após a remoção das tampas. 12.2.5.2 O método termométrico é também aceito nos seguintes casos:

a) quando for for impraticável impraticável a determinação determinação da elevação elevação de temperatura temperatura pelo pelo método da variação variação da resistência, como, por exemplo, no caso de enrolamentos de baixa resistência, especialmente quando a resistência de juntas e conexões constitui uma parte consideráve considerávell da resistência total; b) enrolamen enrolamentos tos de camada única, girantes ou xos; c) para a determinação da elevação de temperatura durante ensaios de rotina em motores fabri cados em grandes quantidades. quantidades.

12.2.5.3 Se o comprador desejar uma leitura por termômetro, adicionalmente adiciona lmente aos valores determinados pelo método da variação da resistência ou pelo método dos detectores de temperatura embutidos, a elevação de temperatura determinada pelo termômetro, quando colocado no ponto mais quente acessível, deve ser objeto de acordo entre fabricante e comprador, mas não pode exceder os valores informados na ABNT NBR 17094-1:2017, Tabela 11. 12.2.6 Método de medição da temperatura dos mancais 12.2.6.1 Para a medição da temperatura dos mancais são aceitos o método termométrico e o método dos detectores de temperatura embutidos (ver 12.2.1-b).

30/121



12.2.6.2 O ponto de medição para determinar a temperatura dos mancais deve car tão próximo quanto possível de um dos dois locais especicados na Tabela 3. Tabela 3 – Localização dos pontos de medição da temperatura dos mancais Tipo de mancal

Ponto de medição

Localização do ponto de medição

A

Na caixa de mancal e a uma distância a não superior a 10 mm do anel externo do rolamento

B

Na superfície externa da caixa de mancal, tão próximo quanto possível do anel externo do rolamento

A

Na zona de pressão do elemento estacionário do mancal b e a uma distância a não superior a 10 mm da película de óleo

B

Em qualquer outro ponto do elemento estacionário do mancal

Rolamento de esferas ou rolos

Deslizamento

A distância distância medida medida até o ponto ponto mais próximo próximo do detector detector de temperatura temperatura embutido ou do termômetro. termômetro. b O elemento estacionário do mancal é a parte que suporta a superfície de deslizamento do mancal, e que é xa na caixa do mancal por pressão ou de qualquer outra forma. A zona de pressão é a área da superfície de deslizamento que suporta o peso do rotor e outras cargas. a

12.2.6.3 Para a medição da temperatura dos mancais, deve ser assegurada boa transferência de calor entre o detector de temperatura e a parte onde for medida a temperatura; por exemplo, qualquer interstício de ar deve ser preenchido com um produto condutor de calor. NOTA Entre os pontos de medição A e B, bem como entre estes pontos e o ponto mais quente do mancal, existem diferenças de temperatura que dependem, entre outras coisas, do tamanho do mancal. Para mancais de deslizamento com elementos estacionários introduzidos sob pressão e para mancais com rolamento de esferas ou de rolos de diâmetro interno igual ou inferior a 150 mm, as diferenças de temperatura que ocorrem entre os pontos de medição A e B podem ser admitidas como desprezíveis. No caso de mancais maiores, as temperaturas que ocorrem no ponto de medição A são aproximadamente 15 K superiores àquelas que ocorrem no ponto de medição B.

12.3 Procedimento para leitura das temperaturas temperaturas 12.3.1 Generalidades

Em 12.3.2 a 12.3.4 são descritos três métodos de medição de temperatura, utilizados para medir a temperatura dos enrolamentos, do núcleo do estator, do uido refrigerante de entrada (frio) e do uido refrigerante de saída (quente). Cada parte especíca do motor tem seu método de medição mais adequado. Então, em um dado ensaio, pode ser desejável utilizar todos os três métodos para medir a temperatura nas várias partes do motor.

12.3.2 Método da variação da resistência para enrolamentos

As temperaturas dos enrolamentos enrolamentos do estator estator (e do rotor de motores com rotor bobinado) bobinado) podem ser determinadas pelo método da variação de resistência (ver 12.2.3) após a parada. A resistência deve ser medida por quaisquer dois terminais de linha para os quais o valor de referência da resistência tenha sido medido a uma temperatura conhecida. A resistência deve ser medida diretamente nos terminais do motor.


31/121


12.3.2.1 A medição de temperaturas, após a parada do motor, pelo método da variação da resistência, requer que o motor pare rapidamente no m do ensaio de elevação de temperatura. Um procedimento cuidadosamente planejado e pessoal em número adequado é necessário, a m de se obterem leituras com rapidez suciente para proporcionar dados conáveis. Se a leitura inicial da resistência for obtida dentro do intervalo de tempo indicado na Tabela 4, esta leitura deve ser adotada como a medida de temperatura, sendo desnecessária a extrapolação das temperaturas determinadas para o instante de desligamento da energia. Tabela 4 – Intervalo de tempo dentro do qual a leitura inicial da resistência deve ser adotada como medida da temperatura Potência nominal P n

Intervalo de tempo após o desligamento da energia s

P n ≤ 37,5 kW

P n ≤ 50 cv

0 – 30

37,5 < P n ≤ 150 kW

50 < P n ≤ 200 cv

0 – 90

150 < P n ≤ 5 000 kW

200 < P n ≤ 6 800 cv

0 – 120

5 000 kW < P n

6 800 cv < P n

Mediante acordo

12.3.2.2 Se a leitura inicial da resistência não puder ser efetuada no intervalo de tempo prescrito na Tabela 4, ela deve ser feita tão rapidamente quanto possível, porém em um tempo não maior do que duas vezes o máximo valor especicado na Tabela 4, seguida de leituras adicionais da resistência a intervalos regulares, até que estas leituras mostrem uma diminuição sensível em relação aos seus valores máximos. 12.3.2.3 Uma curva destas leituras deve ser traçada em função do tempo e extrapolada para o intervalo de tempo dado na Tabela 4 para a potência nominal do motor. A curva obtida é considerada satisfatória se o fator de correlação da extrapolação gráca for superior a 0,9. O valor da resistência assim obtido deve ser considerado como a resistência no momento da parada do motor. Se medições sucessivas mostrarem resistências crescentes após a parada, deve ser considerado o valor mais elevado. 12.3.2.4 Se a leitura inicial da resistência não puder ser efetuada dentro de um intervalo de tempo duas vezes o especicado na Tabela 4, este método deve ser utilizado somente mediante acordo entre fabricante e comprador. 12.3.2.5 Para motores com um lado de bobina por ranhura, o método da variação da resistência pode ser utilizado, se o motor parar dentro do intervalo de tempo especicado na Tabela 4. Se o motor levar mais de 90 s para parar após o desligamento da energia, pode ser utilizado o procedimento da superposição (ver IEC 60034-29), se houver acordo prévio entre fabricante e comprador. 12.3.3 Método dos detectores de temperatura embutidos (DTE)

As medições de temperatura de todos os detectores embutidos devem ser registradas e o máximo destes valores deve ser considerado como a temperatura do enrolamento pelo detector embutido. Leituras após a parada não são normalmente requeridas. 12.3.4 Método termométrico

As temperaturas obtidas pelo método termométrico (ver 12.2.5) podem ser medidas nas seguintes partes durante os ensaios térmicos e, se especicado, após a parada do motor: a) bobinas de estator, no mínimo em dois locais; 32/121



b) núcleo de estator, no mínimo em dois locais; c)

ambiente;

d) ar de saída da carcaça, ou ar de saída dos dutos, ou uido refrigerante interno de saída para a entrada dos resfriadores do motor com sistema de resfriamento por recirculação; e) carcaça; f)

mancais (quando parte do motor).

Os sensores de temperatura devem estar localizados para obter as maiores temperaturas, exceto para a temperatura do ar ou outro uido refrigerante de entrada ou de saída, para os quais eles devem ser instalados a m de obter valores médios

12.4 Considerações sobre o uido refrigerante durante o ensaio 12.4.1 Temperatura do uido refrigerante

Um motor pode ser ensaiado a qualquer temperatura do uido refrigerante. Se a temperatura do uido refrigerante no m do ensaio de elevação de temperatura diferir em mais de 30 K da temperatura especicada (ou admitida, conforme a ABNT NBR 17094-1:2017, Tabela 14) para o funcionamento no local de instalação, as correções indicadas (em 12.4.3) devem ser realizadas. 12.4.2 Medição da temperatura do uido refrigerante

O valor a ser considerado para a temperatura do uido refrigerante durante o ensaio de elevação de temperatura deve ser a média das leituras dos detectores de temperatura, realizadas a intervalos de tempo iguais durante a última quarta parte da duração do ensaio. A m de reduzir erros devido ao retardo com que a temperatura de grandes motores segue as variações de temperatura do uido refrigerante, todas as precauções adequadas devem ser tomadas para minimizar estas variações. 12.4.2.1 Motores abertos ou motores fechados sem trocadores de calor (resfriados pelo ar ou gás ambiente)

A temperatura do ar ou gás ambiente deve ser medida por meio de um ou mais detectores de tempe ratura colocados em pontos diferentes em torno do motor, a meia altura da carcaça, a uma distância de 1 m a 2 m do motor e protegidos de toda radiação de calor e de correntes de ar. 12.4.2.2 Motores resfriados por ar ou gás proveniente de fonte remota, através de dutos de ventilação ou motores com trocadores de calor montados separadamente

A temperatura do uido refrigerante primário deve ser medida onde ele entra no motor. 12.4.2.3 Motores fechados com trocadores de calor montados ou incorporados ao motor

A temperatura do uido refrigerante primário deve ser medida onde ele entra no motor. Em motores com trocadores de calor resfriados a água ou a ar, a temperatura do uido refrigerante secundário deve ser medida onde ele entra no trocador de calor.


33/121


12.4.3 Correções dos limites de elevação de temperatura ou de temperatura total para levar em conta as condições de ensaio

Nesta subseção: ∆ θS

é o limite de elevação de temperatura aplicável ao local de funcionamento;

∆ θT

é o limite de elevação de temperatura aplicável ao local de ensaio;

θS

é o limite de temperatura total aplicável ao local de funcionamento;

θT

é o limite de temperatura total aplicável ao local de ensaio;

θcS

é a temperatura máxima do uido refrigerante (ver Notas 1 e 2) no local de funcionamento;

θcT

é a temperatura máxima do uido refrigerante (ver Notas 1 e 2) no m do ensaio de elevação de temperatura;

H S

é a altitude do local de funcionamento;

H T

é a altitude do local de ensaio;

A, B, D, E

são as correções de temperatura, expressas em Kelvins (K), que podem ser positivas ou negativas.

As temperaturas são especicadas em graus Celsius (°C); as elevações de temperatura e as corre ções de temperatura, em Kelvin (K); e as altitudes, em metros (m). NOTA 1 Para um motor resfriado a ar com um trocador de calor resfriado a água, o uido refrigerante é o uido refrigerante primário na entrada do motor. Para outros motores resfriados a ar, é o ar ambiente. NOTA 2 Se a elevação de temperatura for medida acima da temperatura da água na entrada do trocador, leva-se em conta o efeito da altitude sobre a diferença de temperatura entre o ar e a água. Entretanto, para a maioria dos projetos de trocador de calor, o efeito será pequeno, com a diferença aumentando com a altitude à taxa de aproximadamente 2 K por 1 000 m. Se uma correção for necessária, ela é objeto de acordo entre fabricante e comprador.

12.4.3.1 Para motores com enrolamentos resfriados indiretamente a ar

Os limites de elevação de temperatura aplicáveis no local de funcionamento (determinados na ABNT NBR 17094-1:2017, Tabela 12, e com as correções de 9.3.3) devem, quando necessário, ser corrigidos conforme 12.4.3.1.1 e 12.4.3.1.2, para determinar os limites aplicáveis nas condições de ensaio. 12.4.3.1.1 Correção para a diferença de altitude

Esta correção se aplica quando os locais de funcionamento e de ensaio estão em altitude não superior a 4 000 m; se pelo menos um dos locais estiver em uma altitude superior a 4 000 m, uma correção deve ser aplicada mediante acordo entre fabricante e comprador. Para cada parte do motor, uma correção “ A” deve ser calculada conforme a equação a seguir: A = 10 –4 × (H T – H S)∆θS

Os valores de H T ou H S inferiores a 1 000 m devem ser considerados iguais a 1 000 m, isto é, nenhuma correção é aplicável se ambos os locais estiverem em uma altitude inferior a 1 000 m. Se somente um local estiver em uma altitude superior a 1 000 m, a correção é proporcional ao excesso acima de 1 000 m e não à diferença entre as duas altitudes. 34/121



Então ∆θT = ∆θS + A NOTA

“ A” é negativo se o local de funcionamento for mais elevado que o local de ensaio.

12.4.3.1.2 Correção para a diferença de temperatura do uido refrigerante

Nenhuma correção deve ser aplicada se, ao m do ensaio de elevação de temperatura, o valor numérico de ( θcT – θcS) for inferior ou igual a 30 K. Se o valor numérico de ( θcT – θcS) for superior a 30 K, uma correção “ B” deve ser objeto de acordo entre fabricante e comprador. Então ∆θT = ∆θS + B 12.4.3.2 Para motores com enrolamentos resfriados diretamente a ar 12.4.3.2.1 Correção para a diferença de altitude

Esta correção se aplica quando os locais de funcionamento e de ensaio estiverem em altitude não superior a 4 000 m; se pelo menos um dos locais estiver em uma altitude superior a 4 000 m, uma correção deve ser aplicada mediante acordo entre fabricante e comprador. Uma correção “ D” deve ser calculada conforme a equação a seguir: D = 10 –4 × (H T – H S) × (θS – θcS)

Ao calcular D, os valores de H T ou H S inferiores a 1 000 m devem ser considerados iguais a 1 000 m (ver 12.4.3.1.1). Então, θT = θS + θcT – θcS + D

12.4.3.2.2 Correção para a diferença de temperatura do uido refrigerante

Nenhuma correção deve ser aplicada se, ao m do ensaio de elevação de temperatura, o valor numérico de ( θcT – θcS) for inferior ou igual a 30 K. Se o valor numérico de ( θcT – θcS) for superior a 30 K, uma correção “ E ” deve ser objeto de acordo entre fabricante e comprador. Então, θT = θS + E

12.5 Procedimentos gerais para o ensaio térmico 12.5.1 O motor pode ser colocado em carga por um dos métodos descritos em 12.1.3. A carga pode ser determinada pela medição direta da potência de saída ou de entrada. 12.5.2 O motor que possui características nominais múltiplas (por exemplo, motor de várias velocidades) deve ser ensaiado na característica nominal que produz a maior elevação de temperatura. Se isto não puder ser predeterminado, o motor deve ser ensaiado separadamente para cada característica nominal. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

35/121


12.5.3 Um motor para duas frequências pode ser ensaiado em qualquer frequência disponível, desde que a carga seja ajustada para ser equivalente à da frequência que resulte na maior elevação de temperatura.

12.5.4 Um motor com um fator de serviço superior a 1,0 deve ser ensaiado à carga com este fator de serviço para vericar se ele atende aos limites de elevação de temperatura da classe térmica, exceto quando a elevação de temperatura a uma carga especicada é parte da característica nominal do motor. Entretanto, a elevação de temperatura com fator de serviço 1,0 deve ser utilizada para calcular o rendimento do motor, conforme 14.1. 12.5.5 Quando a temperatura de funcionamento é a da carga com fator de serviço ao invés da carga nominal (FS = 1,0), a elevação de temperatura pela variação da resistência do motor à carga nominal pode ser obtida corrigindo a temperatura com o quadrado da razão das correntes, conforme a equação a seguir:

 Corrente nominal  2   Corrente de ensaio

Elevação da temperatura à carga nominal = Elevação da temperatura no ensaio × 

12.5.6 A duração do ensaio de elevação de temperatura para motores com características nominais do tipo contínuo máximo (regime tipo S1) deve ser conduzida até ser atingido o equilíbrio térmico (ver ABNT NBR 17094-1:2017, Seção 3). NOTA Para motores de regime contínuo, quando é necessário um longo tempo para atingir o equilíbrio térmico, é permitido aplicar sobrecargas de (25 % a 50 %) durante o período de aquecimento preliminar, a m de reduzir a duração do ensaio.

12.5.7 As características nominais diferentes daquelas do tipo contínuo máximo para os ensaios de elevação de temperatura de motores devem ser:

a) Para as características nominais do tipo de tempo limitado (regime tipo S2): — a duração do ensaio é a indicada nas características nominais; — no início do ensaio, a temperatura do motor não pode diferir em mais de 5 K da temperatura

do uido refrigerante; — no m do ensaio, não podem ser excedidos os limites de elevação de temperatura especi cados na ABNT NBR 17094-1.

b) Para as características nominais para regimes tipo periódicos (regimes tipo S3 a S8): Para as cargas intermitentes, o ciclo de carga especicado deve ser aplicado até a obtenção de ciclos de temperatura praticamente idênticos. O critério para isto é que uma reta ligando pontos correspondentes de dois ciclos de regime tenha um gradiente inferior a 1 K/30 min. Para motores de regime não contínuo, as leituras devem ser feitas em intervalos condizentes com o tempo do regime do motor.

Eventualmente, o ensaio de elevação de temperatura pode ser realizado com as caracte rísticas nominais para carga equivalente atribuídas pelo fabricante conforme especicado na ABNT NBR 17094-1.

36/121



c) Para as características nominais para regime tipo não periódico (regime tipo S9) e as caracterís ticas nominais com cargas constantes distintas (regime tipo S10): O ensaio de elevação de temperatura deve ser realizado conforme 12.5.6, com as características nominais do tipo contínuo equivalente atribuídas pelo fabricante, levando em conta as variações nominais de carga e rotação e as sobrecargas possíveis, com base no regime especicado pelo comprador conforme os regimes tipo S9 e S10, denidos na ABNT NBR 17094-1. d) Para a determinação da constante de tempo térmica equivalente de motores para regime tipo S9: A constante de tempo térmica equivalente, com a ventilação do motor como em condições nor mais de funcionamento, adequada para a determinação aproximada da evolução da temperatura, pode ser obtida a partir da curva de resfriamento traçada conforme 12.3.2.2. O seu valor é 1,44 vez (isto é, 2 1 1/Ivez) o tempo entre o desligamento do motor e a obtenção de uma tempe ratura que represente um ponto na curva de resfriamento correspondente à metade da elevação de temperatura do motor.

12.6 Elevação da temperatura Quando o motor é autoventilado, a elevação de temperatura é a temperatura do motor obtida menos a temperatura ambiente. Quando o motor possui ventilação independente ou trocador de calor, a ele vação de temperatura é a temperatura do motor obtida menos a temperatura do ar que entra no motor. Os motores podem ser ensaiados em qualquer altitude não excedendo 1 000 m e com temperatura do ar refrigerante entre 10 °C a 40 °C, sem correção da elevação de temperatura. NOTA Para maiores altitudes, a elevação de temperatura é maior do que ao nível do mar. Enquanto uma conversão exata não é disponível, um método comumente utilizado permite compensar a inuência da altitude. Para cada 100 m acima de 1 000 m, a elevação de temperatura é reduzida em 1 % para obter a elevação esperada ao nível do mar.

12.7 Métodos para determinação da elevação de temperatura por superposição de ensaios 12.7.1 Generalidades 12.7.1.1 São apresentados dois métodos para determinação da elevação de temperatura por superposição de ensaios:

a) método em carga com variação da tensão e da corrente; b) método com carga reduzida e tensão nominal. 12.7.1.2 Estes métodos de ensaio se aplicam aos motores que, por qualquer razão, não puderem ser colocados em carga em uma condição especíca (condição nominal ou outra). Estes métodos não são aplicados para motores com potência inferior ou igual a 0,75 kW. 12.7.1.3 O objetivo destes métodos é descrever um conjunto de ensaios em carga e em vazio, para determinar a elevação de temperatura de motores de indução. Os métodos de ensaios, em alguns casos, fornecem meios adicionais para medir ou estimar outros parâmetros, como perdas, mas os métodos não foram desenvolvidos especicamente para fornecer tais dados.

Os métodos de ensaios propostos são considerados equivalentes; a escolha deles se baseia unica mente na instalação do laboratório, equipamentos de ensaios, tipo de motor e precisão dos resultados de ensaios. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

37/121


Como estes métodos de ensaios reproduzem apenas de maneira aproximada as condições térmicas dos motores que ocorrem em condição nominal, eles só devem ser aplicados quando o método de carga efetiva com carga nominal não puder ser aplicado e devem ser em comum acordo entre fabricante e comprador. 12.7.1.4 Os métodos assumem que as condições de resfriamento sejam invariáveis entre os ensaios, o que requer que a velocidade seja a mesma para cada ensaio. Os métodos também assumem condições térmicas lineares, de modo que as elevações de temperatura de um caso possam ser somadas àquelas do outro caso. Isto requer que as perdas nos componentes pertinentes sejam sucientemente conhecidas para cada caso, quer seja por meio de cálculo ou de medição. Consequentemente, assume-se que os coecientes K obtidos posteriormente não mudam de ensaio para ensaio.

Os componentes 1, 2 e 3 são respectivamente o enrolamento do estator, núcleo do estator e enro lamento do rotor. Quando os ensaios estiverem terminados e as equações tiverem sido compiladas, os coecientes K podem ser derivados por aritmética simples. Estes são então usados em uma equação nal com as perdas para a condição de carga nominal para calcular a elevação de temperatura do componente 1. Por meios similares, as elevações de temperatura em carga nominal dos componentes 2 e 3 podem ser determinadas.

Se as perdas de um componente qualquer forem dependentes da temperatura (por exemplo, perda no cobre do estator), então o cálculo tem que ser repetido, usando os valores para as perdas corrigidas para a elevação de temperatura estimada. É provável que esta iteração tenha que ser feita apenas uma única vez. 12.7.1.5 O método pode ser usado para determinar a elevação de temperatura de qualquer componente em qualquer carga, se as perdas naquela carga forem conhecidas. Os coecientes de transferência de calor ( K 11 etc.) podem ser úteis em outros estudos de modelagem térmica, por exemplo, na análise da resposta ao desbalanceamento da alimentação, redução de tensão etc. 12.7.1.6 Caso o motor esteja equipado com um trocador de calor, a correção da elevação de temperatura em todos estes ensaios, tem que ser feita para a variação no trocador de calor, visto que o desempenho térmico do trocador de calor depende parcialmente da carga total em cada ensaio. 12.7.2 Princípio dos métodos de superposição

Os métodos abrangem uma série de ensaios em condições de operação diferentes do que na carga nominal, por exemplo: carga reduzida, em vazio, tensão reduzida. Os métodos permitem que a elevação de temperatura em plena carga de vários componentes do motor seja determinada. Para cada componente, a perda tem que ser conhecida em cada condição particular de ensaio e a plena carga. O ensaio deve ser aplicado com as mesmas condições de resfriamento, como na operação a plena carga. Assim, um ensaio de rotor bloqueado não é adequado, visto que a distribuição do uxo de ar e as grandezas não são corretas. 12.7.3 Método com variação de tensão e corrente 12.7.3.1 Procedimento

Este método consiste em três ensaios: tensão reduzida com corrente nominal em carga, tensão reduzida em vazio e tensão nominal em vazio.

38/121



O método requer uma fonte de tensão variável na frequência nominal e um equipamento de freio como gerador de carga, com uma condição nominal bem inferior às condições nominais do motor em ensaio. Para cada condição, devem ser medidas a tensão, a corrente, as perdas no enrolamento do estator e a elevação de temperatura. As condições de ensaios devem ser as seguintes: a) tensão reduzida, com o motor em carga à corrente nominal, medindo V m, I m, P 1m e ∆θ1m. Não pode ser utilizado um escorregamento superior a 2,5 vezes o escorregamento nominal; b) a mesma tensão reduzida, mas em vazio, medindo V n, I n, P 1n e ∆θ1n; c) com tensão nominal em vazio, medindo V 0, I 0, P 10 e ∆θ10. onde

∆θ1m é a elevação de temperatura no enrolamento do estator devido à corrente nominal do estator, corrente do rotor e perdas no núcleo com tensão reduzida; ∆θ1n é a elevação de temperatura no enrolamento do estator devido à corrente em vazio e às perdas no núcleo com tensão reduzida; ∆θ10 é a elevação de temperatura no enrolamento do estator devido à corrente em vazio e ás perdas no núcleo com tensão nominal; P 1m representa as perdas I 2 R para o ensaio da alínea a);

NOTA

P 1n

representa as perdas I 2 R no estator para o ensaio da alínea b);

P 10

representa as perdas I 2 R no estator para o ensaio da alínea c).

As perdas I 2 R do enrolamento do estator podem ser calculadas utilizando a equação:

P 1= 1, 5 × R1L

× I12

onde I 1

é a corrente do estator para um determinado ensaio;

R 1L é a resistência entre terminais do estator que pode ser medida imediatamente após cada ensaio ou pode

ter seu valor a frio corrigido pela elevação de temperatura medida para um determinado ensaio.

Para medir a elevação de temperatura pelo método da resistência, quando o motor está em vazio, deve ser empregado algum meio de parar rapidamente o motor quando este é desligado. O método assume que a refrigeração não muda para cada ensaio, o que implica que a velocidade teoricamente também não muda. O método é preferido para motores de indução com rotor de gaiola, onde a precisão pode ser estimada em uma faixa de ± 3 %. Os resultados podem ser analisados por meio de cálculo ou gráco, como descrito em 12.7.3.2 ou 12.7.3.3.


39/121


12.7.3.2 Determinação da elevação de temperatura por meio de cálculo

O procedimento de cálculo se fundamenta em que a elevação de temperatura do estator para qual quer carga é linearmente dependente das perdas no cobre do estator em carga, como a seguir: ∆θ1 = ∆θ1P + K 11P 11 onde

∆θ1P é a elevação da temperatura teórica do estator que ocorre com tensão nominal e corrente nula do estator (isto é, a elevação de temperatura devido às perdas no núcleo e perdas devido ao atrito e ventilação); P 1

representa as perdas no enrolamento do estator em um ponto de carga particular;

K 11

é o coeciente de transferência de calor devido às perdas no enrolamento do estator, perdas no enrolamento do rotor e perdas suplementares.

O coeciente K 11 pode ser encontrado a partir dos ensaios ‘com tensão reduzida, com o motor em carga à corrente nominal’ e ‘a mesma tensão reduzida, mas em vazio’, usando a equação a seguir: K 11 =

∆θ1m − ∆θ1n P 1m − P 1n

isto é, a relação entre o aumento da elevação de temperatura no estator devido à alteração na corrente do estator entre os ensaios de 12.7.3.1-a) e b) (com perdas constantes no núcleo), e o aumento nas perdas no estator nos dois ensaios.

A elevação de temperatura teórica no estator devido às perdas no núcleo, por atrito e ventilação, ∆ θ1P pode ser encontrada a partir da equação a seguir: ∆θ1P = ∆θ10 – K 11P 11 isto é, a elevação devido às perdas no enrolamento do estator e as perdas no núcleo menos a elevação de temperatura devido às perdas nos enrolamentos do estator no ensaio 12.7.3.1-c). A elevação da temperatura no enrolamento do estator na corrente nominal e na tensão nominal pode ser determinada como a seguir:

(234, 5 + θ AN ) (234, 5 + θ A ) K11P 10 (θ10 )

∆θ1P + K11P 1N (θA ) ∆θ1N = 1−

(234, 5 + θ A )

onde θ A

é a temperatura ambiente média para os três ensaios para a determinação de P 1N (θ A);

θ AN

é a temperatura ambiente padrão (25 °C);

234,5 para cobre eletrolítico com 100 % de condutividade ou 225 para alumínio com condutividade em volume de 62 % IACS ( International Annealed Copper Standard ). NOTA 1

40/121

O índice N se refere à condição nominal ou outra condição onde se queira determinar a elevação. NÃO TEM VALOR NORMATIVO


NOTA 2 A equação requer um processo iterativo. Inicialmente, calculam-se as perdas P 1N, considerando a corrente nominal de placa e a resistência a frio corrigida para a temperatura da classe de isolação menos 10 K. A seguir calcula-se ∆ θ1N. Corrige-se P 1N considerando a resistência corrigida para ∆ θ1N. Recalcula-se ∆θ1N para um novo valor de P 1N. A iteração termina quando a diferença entre os dois valores sucessivos de ∆θ1N for inferior a 2 K.

A elevação da temperatura no enrolamento do rotor ou no núcleo do estator pode ser encontrada de maneira semelhante, usando valores medidos de perdas e elevações de temperaturas destes componentes para cada ensaio.

12.7.3.3 Determinação da elevação de temperatura por meio do gráco

Esta determinação se baseia em três hipóteses: a) que as perdas em carga sejam dependentes somente da corrente e as perdas em vazio sejam dependentes somente da tensão; b) que a elevação de temperatura possa ser somada, isto é, que o efeito da radiação seja despre zado e que os coecientes da transferência de calor sejam independentes da temperatura; c) que as perdas suplementares em função da carga dependam apenas da corrente. Na prática, estas perdas também dependem parcialmente da tensão. Estas considerações são fundamentalmente as mesmas que as para determinação por meio de cálculo, como descrito em 12.7.3.2. Um gráco das elevações de temperatura deve ser traçado a partir dos três ensaios de 12.7.3.1, com o quadrado da relação entre a corrente e a corrente nominal do estator na abscissa e a elevação de temperatura na ordenada, como mostra a Figura 5. Uma linha deve ser traçada através dos dois pontos com tensão reduzida (∆ θ1m e ∆ θ1n) e uma linha paralela a esta deve ser traçada, passando por ∆ θ10. A elevação de temperatura na carga nominal ∆ θ1N é obtida na ordenada para valor correspondente a 100 % da abscissa (corrente nominal), como mostra a Figura 5. A abscissa deve ser expressa em porcentagem. Elevação de temperatura

∆θ1N

Tensão nominal

∆θ1m

∆θ1o

Tensão reduzida

∆θ1n 2

Corrente correspondente a Corrente correspondente a tensão nominal em vazio tensão reduzida em vazio

100%

(I /I N)

Figura 5 – Método gráco para elevação de temperatura NÃO TEM VALOR NORMATIVO

41/121


12.7.4 Método da tensão nominal e carga reduzida

Este método abrange dois ensaios: a) o motor é acionado com carga reduzida com tensão e frequência nominais, e a elevação de temperatura no enrolamento do estator ∆ θ1r e a corrente do estator I 1 são medidas. É preferível que I 1 não seja menor que 70 % da corrente nominal do estator. Este ensaio requer um gerador de carga ou um equipamento de frenagem com uma capacidade nominal menor que a capacidade nominal do motor sob ensaio. O motor pode ser colocado em carga pelo método de carga efetiva ou pelo método de carga equivalente. b) o motor é acionado em vazio com tensão e frequência nominais e a elevação de temperatura ∆ θ10 e a corrente I 0 são medidas. A elevação de temperatura a plena carga é calculada pela equação a seguir:

∆θ1N = ∆θ1r +

∆θ1r − ∆θ10 2 2 (IN − I 1 ) I12 − I 02

onde I N

é a corrente nominal da placa;

∆θ1r

é a elevação de temperatura no enrolamento do estator;

I 1

é a corrente no estator;

∆θ10 é a elevação de temperatura em vazio; I 0

é a corrente em vazio.

A precisão da determinação da elevação de temperatura esperada deste método é de – 5 % a +7 %. Este método é preferível para motores de indução de alta-tensão com rotores bobinados, onde a precisão pode ser estimada em ± 1 %.

13 Tipos de perdas 13.1 Perda I 2R no estator 13.1.1 Denição

Esta perda (expressa em watts) é igual a 1,5 × I 2 R para motores trifásicos, onde I

é a corrente ecaz medida ou calculada por terminal de linha a uma carga especicada;

R

é a resistência em c.c. entre quaisquer dois terminais de linha, corrigida para a temperatura especicada (ver 5.2.2).

42/121



13.1.2 Temperatura especicada

Esta temperatura, utilizada para fazer as correções da resistência, deve ser determinada por um dos seguintes métodos, listados em ordem de preferência: a) elevação da temperatura medida pela variação de resistência a partir de um ensaio térmico à carga nominal (ver 12.2.3.4), acrescida de 25 °C; b) elevação de temperatura medida com um motor idêntico, como indicado no método anterior; NOTA

Motores idênticos são motores de mesma construção e mesmo projeto elétrico.

c) quando a elevação de temperatura à carga nominal não tiver sido medida, a resistência dos enrolamentos deve ser corrigida para a temperatura mostrada na Tabela 5. Tabela 5 – Temperatura especicada Classicação térmica do isolamento

Temperatura de referência °C

A

75

B

95

F

115

H

130

Esta temperatura de referência deve ser utilizada para determinar as perdas I 2 R em todas as cargas. Se a elevação de temperatura nominal especicada for a de classe térmica inferior, a temperatura para correção da resistência deve ser a da classe inferior.

13.2 Perda I 2 R no rotor Esta perda, incluindo as perdas por contato da escova para motores com rotor bobinado, deve ser determinada pelo escorregamento em fração decimal, utilizando a equação a seguir: Perda I 2R no rotor = (Potência de entrada – Perda I 2R no estator – Perda no núcleo

× Escorregamento)

13.3 Perda no núcleo e perda por atrito e ventilação (ensaio em vazio) O ensaio é realizado girando o motor à tensão e frequência nominais sem carga acoplada. Para assegurar que o valor correto da perda por atrito é obtido, o motor deve ser operado até que a potência de entrada tenha estabilizado (ver 5.3.2). 13.3.1 Corrente em vazio

A corrente em cada linha é lida. A média das correntes de linha é a corrente em vazio. 13.3.2 Perdas em vazio

A leitura da potência de entrada é o total das perdas no motor em vazio. Subtraindo a perda I 2 R no estator (na temperatura deste ensaio) da potência de entrada, resulta a soma das perdas por atrito (incluindo perdas de atrito da escova para motores com rotor bobinado), por ventilação e no núcleo. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

43/121


13.3.3 Separação da perda no núcleo e da perda por atrito e ventilação

A separação da perda no núcleo, da perda por atrito e ventilação deve ser realizada pela leitura da tensão, corrente e potência de entrada à frequência nominal, quando a tensão é variada desde 110 % da tensão nominal até o ponto onde a continuação da redução da tensão acarrete o aumento da corrente.

13.3.3.1 Perda por atrito e ventilação

O valor da potência de entrada menos a perda I 2 R no estator versus a tensão é colocado em um gráco, e a curva obtida é estendida até a tensão zero. A interseção com o eixo das ordenadas para tensão zero é a perda por atrito e ventilação. A interseção pode ser determinada com mais precisão se os valores de potência de entrada menos a perda I 2 R no estator forem colocados em um gráco versus a tensão ao quadrado para valores na faixa de menor tensão. Um exemplo é a curva tracejada na Figura 6. 13.3.3.2 Perda no núcleo

A perda no núcleo em vazio à tensão nominal é obtida subtraindo a perda por atrito e ventilação (obtida em 13.3.3.1) da soma das perdas obtida em 13.3.2. 2

4,0

0

(Volts) 40 000

80 000

0,4

3,5 W =

3,0

Potência em vazio

0,3

2

Perdas I R no estator

s 2,5 e r p 2,0 m A 1,5

s t 0,2 t a W

Potência em vazio

Corrente em vazio

2

W × V

1,0

0,1

0,5 0

0 0

100

200

300

400

500

Volts

Figura 6 – Determinação da perda por atrito e ventilação

13.4 Perda suplementar 13.4.1 Denição

A perda suplementar é a parcela da perda total em um motor, não inclusa na soma da perda por atrito e ventilação, perda I 2R no estator, perda I 2R no rotor e perda no núcleo. A perda suplementar pode ser obtida por medição indireta, por medição direta ou ser atribuída. 13.4.2 Medição indireta

A perda suplementar é determinada a partir da medição da perda total, subtraindo-se da mesma, o somatório das perdas por atrito e ventilação, no núcleo, I 2R no estator e I 2R no rotor. Esta medição indireta da perda suplementar é utilizada nos Métodos 2, 3 e 8 de determinação do rendimento (ver 14.4, 14.5 e 14.10). 44/121



13.4.2.1 O procedimento para determinar a perda suplementar para o método 2 é descrito em 14.4.1.9. 13.4.2.2 O procedimento para determinar a perda suplementar para o método 3 é descrito em 14.5.2. 13.4.2.3 O procedimento para determinar a perda suplementar para o método 8 é descrito em 14.10.2. 13.4.3 Medição direta

É utilizada nos métodos de determinação do rendimento 4, 6 e 9 (ver 14.6, 14.8 e 14.11). 13.4.3.1 Método com ensaio de rotor removido e ensaio de rotação reversa 13.4.3.1.1 A perda suplementar ocorrendo à frequência fundamental é determinada aplicando tensão polifásica equilibrada nos terminais do enrolamento do estator com o rotor removido e com as tampas do motor e outras partes estruturais montadas, onde a corrente possa ser induzida. A potência elétrica de entrada menos a perda I 2R no estator à temperatura de ensaio é igual à perda suplementar na frequência fundamental. A corrente utilizada na realização deste ensaio deve abranger a faixa de carga como indicado pelo método de determinação do rendimento apropriado, devendo ser identicada como I t. It

=

I2

− I 02

onde I t

é o valor da corrente do enrolamento do estator durante o ensaio de perda suplementar;

I 0

é o valor da corrente em vazio (ver 14.3.1);

I

é o valor da corrente de linha do estator para o qual a perda suplementar deve ser determinada.

13.4.3.1.2 A perda suplementar ocorrendo a altas frequências é determinada por um ensaio de rotação reversa. O rotor é acionado por meio externo à velocidade síncrona, no sentido oposto à rotação do campo do estator (a velocidade correta pode ser determinada facilmente pelo método estroboscópico ou por um tacômetro digital). Com o motor completamente montado, uma tensão polifásica equilibrada na frequência nominal é aplicada aos terminais do enrolamento do estator até atingir o valor de I t. A potência elétrica de entrada é medida nos terminais do estator.

A potência mecânica necessária para acionar o rotor é medida com e sem corrente no enrolamento do estator. As magnitudes das correntes devem ter os mesmos valores de 13.4.3.1.1. Para motores de rotor bobinado, os terminais do rotor devem ser curto-circuitados. 13.4.3.1.3 A perda suplementar, W LL, é calculada como a seguir: W LL = LLs + LLr

Os valores de LLs e LLr são calculados para os mesmos valores de corrente de linha I t. onde LLs é a perda suplementar na frequência fundamental, determinada como W s menos a perda I 2R no enrolamento do estator. A perda I 2R no enrolamento do estator é o produto do número de fases, I t2 e r 1, tomados em cada ponto do ensaio;


45/121


a perda suplementar em altas frequências, determinada como LLr é 2 2 (P r – P f) – (W r − LLs – perda I R no enrolamento do estator). A perda I R no enrolamento do estator é o produto do número de fases, I t2 e r 1, tomados em cada ponto do ensaio; r 1 é a resistência do estator por fase. Para um motor trifásico, esta resistência é tomada como

sendo 0,5 vez a resistência entre terminais de linha;

P r é a potência mecânica necessária para acionar o rotor com tensão aplicada nos terminais

do enrolamento do estator;

P f é a potência mecânica necessária para acionar o rotor sem tensão aplicada nos terminais

do enrolamento do estator;

W s é a potência elétrica de entrada no enrolamento do estator durante o ensaio com o rotor

removido;

W r é a potência elétrica de entrada no enrolamento do estator durante o ensaio de rotação reversa.

13.4.3.1.4 Os valores de ensaio de ( P r – P f ), W s e W r devem ser renados utilizando o método de regressão linear do logaritmo da potência versus o logaritmo da corrente. Então, (P r – P f ) = A1 (I t)N1 W s = A2 (I t)N2 W r = A3 (I t)N3 onde A1, A2, A3 são os pontos onde a curva intercepta o eixo y em uma plotagem log-log (uma constante); N1, N2, N3 são os valores da inclinação da curva em uma plotagem log-log (aproximadamente 2);

é a corrente de linha obtida durante o ensaio de perda suplementar.

I t

Se os dados forem precisos, cada curva se comporta conforme a relação quadrática entre potência e corrente. Então, o fator de correlação da regressão e o expoente para cada curva servem como indicadores da precisão dos dados. NOTA Os baixos fatores de potência encontrados durante os ensaios especicados em 13.4.3.1.1 e 13.4.3.1.2 tornam imperativo que correções de erro de fase sejam aplicadas para todas as leituras dos wattímetros.

13.4.3.1.5 Para o cálculo da perda suplementar para um ponto especíco, deve-se:

a) determinar um valor aproximado da corrente do rotor I’ 2 correspondente ao valor da corrente nominal de linha do estator, como: I '2

= (I 2 − I02 )

onde

46/121

I

é o valor da corrente nominal de linha do estator;

I 0

é o valor da corrente em vazio do estator; NÃO TEM VALOR NORMATIVO


b) para o valor da corrente do rotor I ’2, calcular um valor de perda suplementar W’ LL para motores trifásicos, como a seguir: W’ LL = A1 × (I’ 2)N1 + 2A2 × (I’ 2)N2 – A3 × (I’ 2)N3 – 3·(I’ 2)2 × (2r 1s – r 1r ) onde W’ LL é o valor da perda suplementar para o valor aproximado da corrente do rotor corres-

pondente à carga nominal;

I’ 2

é o valor aproximado da corrente do rotor correspondente à carga nominal;

r 1s

é a resistência do estator por fase durante ensaio, com rotor removido à temperatura de ensaio;

r 1r

é a resistência do estator por fase durante ensaio de rotação reversa à temperatura de ensaio.

NOTA

A1, A2, A3, N 1, N 2 e N 3 são obtidos em 13.4.3.1.4.

O valor da perda suplementar, W’ LL, reportado nos formulários 4 e 5 (ver 23.4 e 23.5), corresponde a um valor de I’ 2, calculado usando a equação de 13.4.3.1.5a); c) calcular o valor da perda suplementar, W LL, para qualquer ponto de carga como: 2 I 2   = W ' LL ×    I ' 2 

WLL onde

I 2

é o valor da corrente do rotor apropriada para o ponto de carga para o qual a perda suplementar está sendo determinada;

d) calcular o valor da corrente do rotor como: I2

= (I 2 − I 02 )

onde I

é o valor da corrente de linha de operação do estator para o qual a perda suplementar está sendo determinada;

I 0

é o valor de corrente em vazio.

13.4.3.2 Método do Eh-Star 13.4.3.2.1 O procedimento para determinação direta da perda suplementar requer que o motor opere desacoplado e com uma fonte de tensão desequilibrada, conforme indicado na Figura 7.

Motores em ligação delta devem ser reconectados para ligação estrela para realização do ensaio. O ponto central da ligação estrela não pode ser conectado ao neutro na rede de alimentação ou ao terra, para evitar correntes de sequência zero.


47/121


A terceira fase do motor deve ser conectada à fonte de alimentação por um resistor R eh, cujo valor aproximado pode ser calculado como a seguir: a) para motores com ligação nominal em estrela: Reh

=

U N 3 × I N

× 0, 2

b) para motores com ligação nominal em delta: Reh

=

3 × U N

I N

× 0, 2

O resistor R eh utilizado no ensaio deve ser ajustado para que a corrente de sequência positiva I (1) seja menor que 30 % da corrente de sequência negativa I (2) e a velocidade seja próxima da velocidade

nominal do motor. L1L2 L3

U

I U U UV P UV

V

W

V U UW

A

V

I V

ASM U VW

V A 1

S

W

I W

2 R eh

P WV

W

A

Figura 7 – Circuito Eh-Star 13.4.3.2.2 Calcular a corrente de ensaio I t como a seguir:

a) para motores com ligação nominal em estrela: It

= (IN2 − I 02 )

b) para motores com ligação nominal em delta: I t

=

2 IN

− I 02 3

13.4.3.2.3 Calcular a tensão de ensaio U t como a seguir:

a) para motores com ligação nominal em estrela: U t = U N

48/121



b) para motores com ligação nominal em delta: Ut

= U N ×

3

13.4.3.2.4 Antes da realização do ensaio de Eh- Star , as perdas em vazio devem ser determinadas conforme 13.3.2. 13.4.3.2.5 O valor da resistência do enrolamento entre os terminais V e W ( R VW) deve ser registrado antes e após o término do ensaio. 13.4.3.2.6 Para evitar aquecimento excessivo e desigual nas três fases, é recomendado que o ensaio seja realizado com o motor frio e o mais rapidamente possível. 13.4.3.2.7 Alguns motores não conseguem partir com o resistor R eh conectado. Nestes casos, o motor deve partir utilizando uma rede trifásica equilibrada (chave S na posição 1, conforme a Figura 7) e uma tensão reduzida de 25 % a 40 % da tensão nominal. Após a partida do motor, o resistor R eh deve ser conectado à fase W (chave S na posição 2) para realização do ensaio. Se o motor conseguir partir com o resistor R eh conectado, a chave S não é necessária. 13.4.3.2.8 Para o cálculo da perda suplementar é necessária a aquisição de seis pontos de corrente igualmente espaçados entre 150 % e 75 % da corrente de fase nominal medida utilizando a fase V ( I V). O ensaio deve ser realizado da maior para a menor corrente. Em cada ponto do ensaio devem ser registrados: I U, I V, I W, U UV, U VW, U WU, P UV, P WV, n.

Nos pontos de 100 % da corrente e menores, a resistência R VW que deve ser utilizada para o cálculo é a resistência medida no nal do ensaio. Nos pontos acima de 100 % da corrente, a resistência deve ser extrapolada linearmente com a corrente, utilizando os valores de resistência medidos antes e após o ensaio.

NOTA A resistência também pode ser determinada medindo-se a temperatura da bobina em cada ponto de ensaio e convertendo o seu valor para resistência, considerando a resistência e a temperatura medida no início do ensaio.

13.4.3.2.9 Alguns wattímetros utilizam um ponto estrela virtual para medição de sistemas trifásicos equilibrados. Contudo, neste ensaio a fonte de alimentação do motor é intencionalmente não simétrica. Assim, é essencial garantir que o ponto estrela do wattímetro não esteja conectado. O sistema de medição deve ser montado conforme a Figura 7.

O cálculo para cada ponto de ensaio deve ser realizado conforme o Anexo D. O valor da perda suple mentar deve ser ajustado utilizando o método de regressão linear (ver Anexo C), considerando uma variação da perda suplementar de acordo com o quadrado da corrente de sequência negativa ( I I(2)) em relação à corrente de ensaio ( I t), conforme a equação a seguir: 2

 I I(2)  P Lr = A ×  +B  I t   O valor corrigido da perda suplementar calculado para a potência de saída nominal do motor é: P LL,N = A × T 2


49/121


O valor da perda suplementar corrigida para cada ponto de carga do motor pode ser calculado pela equação a seguir: 2

PLL

 I  = P LL,N ×  2i   I 2,N 

onde P LL

é a perda suplementar para um ponto especíco de carga;

P LL,N é a perda suplementar calculada para a potência de saída nominal; I 2, i

é a corrente do rotor para o ponto especíco de carga, calculada conforme a equação de 13.4.3.1.5-d);

I 2,N

é a corrente do rotor para a potência de saída nominal, calculada conforme equação de 13.4.3.1.5-a).

13.4.3.3 Método Eh-Star modicado

Um dos problemas para determinação direta da perda suplementar utilizando o método do Eh- Star tradicional é o uso do resistor R eh. Este resistor, além de ser capaz de suportar uma corrente 150 % superior à corrente nominal do motor em estrela, deve ser variável para permitir ajuste do valor da resistência. Isto pode ser um problema, principalmente para motores de grande potência. O critério de aceitação do ensaio, em que a corrente de sequência positiva deve ser até 30 % da corrente de sequência negativa, nem sempre é fácil de ser obtido e pode ser necessário repetir o ensaio algumas vezes para que seja encontrado o valor correto da resistência R eh. Como o objetivo do resistor R eh é alimentar o motor com uma fonte de tensão desbalanceada, pode-se obter o mesmo efeito substituindo o resistor pelo neutro da fonte de alimentação, conforme mostrado na Figura 8. N L1L2 L3 U

I U U UV P UV

V

W

V U UW

A

V

I V

ASM U VW V A

1

S

W

I W

2 P WV

W

A

Figura 8 – Circuito Eh-Star modicado

Neste ensaio, a chave S permanece no circuito apenas para a partida do motor em ensaio. Durante a partida, a chave S deve estar na posição 1. Após a partida do motor, a chave S é alterada para a posição 2. 50/121



O procedimento adotado para ensaio do Eh- Star modicado é o mesmo para o ensaio do Eh- Star tradicional, conforme 13.4.3.2. O cálculo de cada ponto de ensaio deve ser realizado conforme descrito no Anexo D. O valor da perda suplementar deve ser ajustado utilizando o método de regressão linear (ver Anexo C), considerando uma variação da perda suplementar de acordo com o quadrado da corrente ecaz em relação à corrente de ensaio (I ef,N), conforme equação a seguir: P Lr = A × (I ef,N)2 + B

O valor corrigido da perda suplementar calculado para a potência de saída nominal do motor é: P LL, N = A × T 2

O valor da perda suplementar corrigida para cada ponto de carga do motor pode ser calculado pela equação a seguir: 2

PLL

 I  = P LL,N ×  2,i   I 2,N 

onde P LL

é a perda suplementar para um ponto especíco de carga;

P LL, N é a perda suplementar calculada para a potência de saída nominal; I 2, i

é a corrente do rotor para o ponto especíco de carga, calculada conforme a equação de 13.4.3.1.5-d);

I 2, N

é a corrente do rotor para a potência de saída nominal, calculada conforme equação de 13.4.3.1.5-a).

13.4.4 Método direto alternativo para motores com rotor bobinado

Este método é utilizado em conjunto com os Métodos 4, 6 e 9 de determinação do rendimento (ver 14.6, 14.8 e 14.11). Neste método, o rotor é excitado com corrente contínua e os terminais do enrolamento do estator são curto-circuitados com amperímetros inclusos para leitura da corrente do estator. O rotor é acionado por meio externo na velocidade síncrona. A excitação do rotor é ajustada até que a corrente circulando no enrolamento do estator tenha o valor para o qual a determinação da perda suplementar é desejada. A potência mecânica necessária para acionar o rotor é medida com e sem excitação do rotor, respectivamente P r e P f. W LL = P r – P f – (Perda I 2R no enrolamento do estator à temperatura do ensaio)

Se seis pontos de carga forem utilizados, a precisão pode ser melhorada colocando em gráco a perda suplementar versus a corrente do enrolamento do estator ao quadrado e seguindo procedimento de renamento similar ao de 13.4.3.1.4. 13.4.5 Perda suplementar atribuída

Esta medição é utilizada com os Métodos 5, 7 e 10 (ver 14.7, 14.9 e 14.12). Se a perda suplementar não for medida e se for aceitável por normas aplicáveis ou por especicações de contrato, o valor da perda suplementar à carga nominal deve ser atribuído como sendo o valor mostrado na Tabela 6.


51/121


Tabela 6 – Valores atribuídos à perda suplementar Potência nominal do motor

Perda suplementar (% da potência de saída nominal)

(0,75 – 90) kW

1 – 125 cv

1,8

(91 – 375) kW

126 – 500 cv

1,5

(376 – 1 839) kW

501 – 2 499 cv

1,2

1 840 kW e acima

2 500 cv e acima

0,9

Para outro ponto que não seja o da carga nominal, deve ser atribuído que a perda suplementar, W LL, é proporcional à corrente do rotor ao quadrado, isto é, WLL

2 I 2   = W ' LL ×    I ' 2 

onde W’ LL

é o valor da perda suplementar correspondente ao valor da corrente do rotor I’ 2;

I 2

é o valor da corrente do rotor no ponto da carga para o qual a perda suplementar é para ser determinada;

I’ 2

é o valor da corrente do rotor correspondente à carga nominal.

13.5 Perda por contato da escova Esta medição é utilizada nos Métodos 6 e 7 de determinação do rendimento (ver 14.8 e 14.9). Para motores com rotor bobinado, a perda por contato da escova deve ser determinada pelo produto da corrente secundária calculada e a queda de tensão. A queda de tensão em todas as escovas de mesma fase (entre anéis de um motor de três anéis) pode ser assumida como de 1,0 V para escovas de carbono ou grate, e 0,3 V para escovas metálicas.

14 Determinação do rendimento 14.1 Generalidades O rendimento é a razão entre a potência de saída e a potência de entrada, sendo a potência de saída igual à potência de entrada menos as perdas. Por conseguinte, se duas das três variáveis (potência de saída, potência de entrada ou perdas) forem conhecidas, o rendimento pode ser determinado por uma das equações a seguir: Rendimento =

Potência de saída Potência de entrada

Rendimento =

Potência de saída − Perdas Potência de entrada

Rendimento =

Potência de saída Potência de saída − Perdas

52/121



O rendimento deve ser determinado para tensão e frequência nominais, salvo se especicado diferente. O rendimento pode ser determinado com mais precisão a partir de resultados de ensaio, se a tensão aplicada não desviar signicativamente da tensão nominal e o desequilíbrio de tensão não exceder os limites estabelecidos (ver 5.1). Quando um ponto de carga for estabelecido em tensão diferente da nominal, ele pode ser combinado com o circuito equivalente (Métodos 6 ou 7) para calcular o rendimento à tensão nominal (ver 14.10, 14.11 e 14.12).

14.2 Métodos de ensaio para determinação do rendimento 14.2.1 Para a determinação do rendimento de motores, vários métodos de ensaio podem ser utilizados, os quais são identicados como a seguir:

1) Método 1 – Medição direta da potência de entrada e de saída; 2) Método 2 – Ensaio dinamométrico com medição indireta das perdas suplementares e medição direta das perdas no estator (I 2R ), no rotor (I 2R ), no núcleo e por atrito e ventilação; 3) Método 3 – Motores idênticos com separação de perdas e medição indireta das perdas suplementares; 4) Método 4 – Medição da potência elétrica em carga com separação de perdas e medição direta das perdas suplementares; 5) Método 5 – Medição da potência elétrica sob carga com separação de perdas e valor atribuído às perdas suplementares; 6) Método 6 – Determinação do circuito equivalente com a medição direta das perdas suplementares; 7) Método 7 – Determinação do circuito equivalente com valor atribuído às perdas suplementares; 8) Método 8 – Determinação do circuito equivalente calibrado por um ponto de carga do Método 3; 9) Método 9 – Determinação do circuito equivalente calibrado por um ponto de carga do Método 4; 10) Método 10 – Determinação do circuito equivalente calibrado por um ponto de carga do Método 5. 14.2.2 O guia para escolha do método de ensaio para determinação do rendimento é em geral, o método com medição direta da potência de entrada e de saída (Método 1) e deve ser limitado a motores de potência fracionária.

Em geral, o método com medição direta da potência de entrada e de saída (Método 1) deve ser limitado a motores de potência fracionária. Salvo especicação diferente, motores de indução de gaiola, trifásicos, horizontais, com potência nominal entre 1 cv e 500 cv, devem ser preferencialmente ensaiados pelo Método 2. Motores verticais com potência nominal entre 1 cv e 500 cv também devem ser ensaiados pelo Método 2, se a construção dos mancais permitir. Se a construção dos mancais não permitir, os motores verticais nesta faixa de potência podem ser ensaiados pelos métodos 4, 5, 6 ou 7. Motores trifásicos acima de 500 cv podem ser ensaiados pelos Métodos 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, dependendo da disponibilidade da instalação requerida pelo ensaio. Quando possível realizar a calibração do circuito equivalente por meio de um ponto de carga, a utilização dos Métodos 8, 9 e 10 melhora o nível de conança do resultado, com a simplicidade da determinação do rendimento pela resolução do circuito equivalente.


53/121


14.3 Método 1 – Medição direta da potência de saída e da potência de entrada Para este método, o rendimento é calculado como a razão entre a potência de saída medida e a potência de entrada medida, depois das correções de temperatura (ver 13.1) e do dinamômetro, se aplicáveis. 14.3.1 Procedimento de ensaio

Realizar o ensaio térmico (ver 12.5.4). Colocar o motor em carga por meio de um freio mecânico ou um dinamômetro (ver 5.3.1). Leituras da potência elétrica, corrente, tensão, frequência, escorregamento, conjugado, temperatura ambiente e temperatura do enrolamento do estator ou a resistência deste enrolamento (ver 12.2.3) devem ser obtidas para quatro pontos de carga, aproximadamente em 25 %, 50 %, 75 % e 100 % da carga nominal, e dois pontos de carga adequadamente escolhidos acima de 100 %, mas não excedendo 150 % da carga nominal. A carga do motor deve ser colocada em ordem decrescente, ou seja, começando pelo maior ponto de carga e descendo ordenadamente até o menor ponto de carga.

14.3.2 Formulário de cálculo

O Formulário 1 (ver 23.1) mostra a metodologia de cálculo do rendimento. A correção do dinamô metro, se aplicável, deve ser realizada como descrito neste formulário. A perda I 2 R do estator deve ser corrigida para a temperatura especicada, como indicado neste formulário. A correção do dinamômetro deve ser realizada no mesmo sentido de rotação do ensaio em carga.

14.4 Método 2 – Ensaio dinamométrico com medição indireta das perdas suplementares e medição direta das perdas no estator (I 2R ), no rotor (I 2R ), no núcleo e por atrito e ventilação Este método consiste em várias etapas. A perda total aparente (potência de entrada menos potência de saída) é segregada em suas várias componentes com a perda suplementar denida como a diferença entre a perda total aparente e o somatório das perdas convencionais (perda I 2R do estator e rotor, perda no núcleo e perda por atrito e ventilação). O valor da perda suplementar assim determinado é colocado em um gráco, tendo como abscissa o quadrado do conjugado, e o método de regressão linear é utilizado para ajustar as medições. Os dados da perda suplementar renados após a regressão são utilizados para calcular o valor nal da perda total e do rendimento. 14.4.1 Procedimentos de ensaio 14.4.1.1 Com o motor frio e em equilíbrio térmico com o meio ambiente, medir a temperatura ambiente e a resistência média de linha. Alternativamente à utilização da temperatura ambiente, pode-se instalar termopares ou outros tipos de sensores para a medição de temperatura no motor, nas cabeças de bobinas ou nas ranhuras (fora do caminho de circulação do ar de resfriamento), de tal maneira a se ter uma boa temperatura média do enrolamento. 14.4.1.2 Fazer um ensaio de elevação de temperatura com carga nominal para estabelecer a tempe ratura para a qual as perdas do estator e rotor serão corrigidas. Quando o equilíbrio térmico for alcançado, desligar a fonte de alimentação e medir a resistência do enrolamento conforme 12.3.2.1. 14.4.1.3 Fazer um ensaio em carga, aplicando tensão e frequência nominais ao motor, e colocando carga em quatro pontos aproximadamente em 25 %, 50 %, 75 % e 100 % da carga nominal, e em dois pontos de carga superiores a 100 %, mas não excedendo 150 % da carga nominal. A carga deve ser colocada em ordem decrescente. Acrescentar ao ensaio em carga um ponto com o dinamômetro desligado para determinar a correção do dinamômetro. Para cada ponto de carga, medir: o conjugado de saída (N.m), a potência de entrada (kW), a corrente média de linha (A), a velocidade do motor (rpm), a temperatura do enrolamento (°C), a temperatura ambiente (°C) e a tensão de linha média

54/121



aplicada (V). Alternativamente, pode-se substituir a medição direta da temperatura do enrolamento pela medição da resistência. Neste caso, deve-se medir a resistência do enrolamento no início e no nal do ensaio em carga. O ensaio é válido se a relação percentual entre os dois valores não exceder, em relação ao maior valor, 3,5 % para motores até 20 cv e 3 % para motores acima de 20 cv. No cálculo das perdas I 2 R , deve-se adotar a média aritmética das resistências medidas. 14.4.1.4 Fazer um ensaio em vazio, conforme 13.3, e determinar as perdas por atrito e ventilação, conforme 13.3.3.1. 14.4.1.5 Alternativamente, pode-se substituir a medição direta da temperatura do enrolamento no ensaio em vazio pela medição da resistência. Neste caso, deve-se medir a resistência do enrolamento no início e no nal do ensaio em vazio. O ensaio é válido se a relação porcentual entre os dois valores não exceder, em relação ao maior valor, 3,5 % para motores até 20 cv e 3 % para motores acima de 20 cv. Adotar como resistência para o cálculo das perdas estatóricas a média aritmética das resistências medidas. 14.4.1.6 Determinar a perda no núcleo, conforme 13.3.3.2. 14.4.1.7 Calcular a perda ( I 2 R ) do estator, conforme 13.1, para cada ponto de carga, utilizando a corrente medida no ponto e corrigindo a resistência medida em 14.4.1.1 para a temperatura do enrola mento medida no mesmo ponto, conforme 5.2.2, ou adotando a resistência média conforme 14.4.1.3. 14.4.1.8 Calcular a perda ( I 2 R ) do rotor para cada ponto de carga, conforme 13.2, corrigindo o escor regamento para a temperatura medida no ponto, conforme 8.2. 14.4.1.9 Determinar a perda suplementar para cada ponto de carga, pela seguinte metodologia:

a) calcular a perda total aparente, como a potência de entrada menos a potência de saída (com o conjugado de saída corrigido); b) subtrair da perda total aparente o somatório das perdas convencionais corrigidas para a temperatura do ensaio em carga, obtendo as perdas suplementares; c) ajustar os dados de perdas suplementares, utilizando o método de regressão linear (ver Anexo C), considerando:

Perda suplementar = A × T 2 + B onde T

é o conjugado de saída corrigido;

A

é a inclinação da reta;

B

é a interseção com a linha de conjugado zero.

Se a inclinação for negativa ou se o fator de correlação γ, for menor que 0,95, suprimir o pior ponto e recalcular A e B. Se, após a supressão, γ aumentar para igual ou superior a 0,95 e a inclinação for positiva, usar este cálculo; caso contrário, o ensaio é insatisfatório. Erros na instrumentação e nas leituras devem estar presentes. A fonte de erros deve ser investigada e corrigida, e os ensaios devem ser repetidos.

Atrito nos mancais do dinamômetro ou erros de medição podem causar diferentes leituras de conjugado para o mesmo valor de potência elétrica, dependendo se a carga estiver crescendo ou decrescendo NÃO TEM VALOR NORMATIVO

55/121


antes da leitura. Quando o fator de correlação menor que 0,95 for obtido depois do segundo cálculo, a média de dois conjuntos de pontos deve ser tomada. O primeiro conjunto deve ser obtido enquanto a carga aumenta gradualmente e o segundo conjunto com a carga decrescendo. Curvas de conjugado versus potência elétrica devem ser geradas para cada conjunto de leituras, e o valor médio de A baseado nas duas curvas deve ser utilizado. d) O valor corrigido da perda suplementar a ser utilizado é obtido para cada ponto com o A estabelecido em 14.4.1.9-c), pela equação a seguir: Perda suplementar corrigida = A × T 2 onde A

é a inclinação obtida em 14.4.1.9-c;

T

é o conjugado.

14.4.1.10 Recalcular a perda I 2 R do estator para cada ponto de carga, corrigindo a resistência para a temperatura nal do ensaio de elevação de temperatura (14.4.1.2) e considerando a temperatura ambiente de 25 °C. 14.4.1.11 Recalcular as perdas I 2 R do rotor para cada ponto de carga, corrigindo o escorregamento para a temperatura nal do ensaio de elevação de temperatura (14.4.1.2) e considerando a temperatura ambiente de 25 °C. 14.4.1.12 Calcular a potência de saída corrigida para cada ponto de carga, pela equação descrita a seguir:

Potência de saída corrigida = Potência de entrada medida (14.4.1.3) − Perda no núcleo (14.4.1.6) − Perdas por atrito e ventilação (14.4.1.4) − Perda I 2 R do estator corrigida para a temperatura nal (14.4.1.10) − Perda I 2 R do rotor corrigida para temperatura nal (14.4.1.11) − Perda suplementar corrigida (14.4.1.9). 14.4.1.13 Determinar o rendimento para cada ponto de carga do ensaio (14.4.1.3), utilizando a seguinte equação: Rendimento =

Potência de saída corrigida (14. 4. 1. 12) Potência de entrada medida(14. 4. 1. 3)

14.4.1.14 Para determinar o rendimento em pontos precisos de carga, fazer uma curva de rendimento versus potência de saída corrigida e achar os valores desejados. 14.4.2 Formulário de cálculo

O Formulário 2 (ver 23.2) mostra a metodologia de cálculo do rendimento. A correção do dinamômetro, se aplicável, deve ser realizada como descrito neste formulário.

14.5 Método 3 – Motores idênticos com separação de perdas e medição indireta da perda suplementar Este método de determinação do rendimento pode ser utilizado quando motores idênticos estão disponíveis. As duas máquinas são acopladas entre si e conectadas eletricamente a duas fontes de alimentação, sendo a frequência de uma delas ajustável. 56/121



14.5.1 Procedimento de ensaio 14.5.1.1 Fazer o ensaio em vazio de ambos os motores e determinar as perdas por atrito e ventilação conforme 13.3. 14.5.1.2 Fazer o ensaio em carga com um dos motores acionado com tensão e frequência nominal, e o outro acionado como um gerador na razão nominal da tensão pela frequência, mas a uma frequência mais baixa para produzir a carga desejada. Leituras da potência elétrica, corrente, tensão e frequência de entrada, da potência elétrica, corrente, tensão e frequência de saída, da temperatura do enrolamento do estator ou da resistência do enrolamento do estator, e do escorregamento de cada máquina devem ser obtidas. Estes valores devem ser obtidos para quatro pontos aproximadamente em 25 %, 50 %, 75 % e 100 % da carga nominal, e em dois pontos de carga superiores a 100 %, mas não excedendo 150 % da carga nominal. Alternativamente, um único ponto de carga pode ser combinado com o Método 8 para determinar o rendimento para outros pontos de carga (ver 14.10).

O ensaio deve ser repetido com o uxo de potência no sentido inverso. A frequência da primeira máquina permanece inalterada enquanto a da segunda é elevada para produzir a carga desejada. A localização dos instrumentos e de seus transformadores não é trocada. Por esta inversão do uxo de potência, erros de calibração comuns a todos os instrumentos são minimizados. Erros de ângulo de fase dos transformadores são cumulativos para ensaios como motor e gerador. 14.5.2 Perda suplementar (método indireto) 14.5.2.1 Obtenção do valor da perda suplementar

A perda suplementar é obtida como a seguir: a) a perda I 2R do estator na temperatura do ensaio é calculada para cada máquina, utilizando as correntes medidas; b) a perda I 2R do rotor do motor é: Escorregamento do motor × (Potência de entrada do motor − Perda I 2R do estator − Perda no núcleo), utilizando o escorregamento do motor medido em fração decimal da velocidade síncrona; c) a perda I 2R do rotor do gerador é: Escorregamento do gerador × (Potência de saída do gerador + Perda I 2R do estator + Perda do núcleo), utilizando o escorregamento do gerador medido em fração decimal da velocidade síncrona e positiva; d) a perda suplementar combinada é determinada subtraindo da perda total medida (diferença entre a potência de entrada e a potência de saída) o somatório das perdas I 2R do estator, perdas I 2R do rotor, perdas do núcleo e perdas por atrito e ventilação das duas máquinas; e) as perdas suplementares são assumidas como sendo proporcionais ao quadrado da corrente do rotor e são dadas como: perda suplementar do motor =

Perda suplementar do gerador

Perda I 2R do rotor do motor × Perda suplementar combinada Perda I 2R do rotor do motor + Perda I 2R do r otor do gerador

= (Perda suplementar combinada) − (Perda suplementar do motor )

A média dos resultados obtidos com o uxo de potência nos dois sentidos (como motor e gerador) é tomada como o valor médio da perda suplementar. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

57/121


14.5.2.2 Ajuste de dados de perda suplementar

O ajuste de dados de perda suplementar deve ser feito utilizando-se a equação a seguir: W LL média = A × (I 2 média)2 + B onde W LL média é o valor médio da perda suplementar; A

é a inclinação;

B

é a interseção com a linha de corrente zero;

I 2 média

é o valor médio da corrente do rotor (operando como motor e como gerador).

O valor da corrente do rotor, I 2, para cada sentido do uxo de potência (como motor e gerador) é dado por: I2

= (I 2 − I 02 )

onde I

é o valor medido da corrente de linha do estator (como motor ou gerador) para a qual a perda suplementar deve ser determinada;

I 0

é o valor da corrente em vazio.

O valor corrigido da perda suplementar é: WLLc

= A × I 22

14.5.3 Rendimento do motor

Calcular o rendimento do motor utilizando o Formulário 3 (ver 23.3), o qual inclui a correção da temperatura. Determinar W LLc baseada na inclinação A e no valor de corrente do rotor I 2, apropriado para o ponto de carga para o qual a perda suplementar deve ser determinada. O valor da corrente do rotor para cada ponto de carga é calculado como: I2

= (I 2 − I 02 )

onde I

é o valor da corrente de linha do estator em carga para o qual a perda suplementar é determinada;

I 0


14.6 Método 4 – Medição da potência elétrica em carga com separação de perdas e medição direta da perda suplementar Este método consiste na medição da potência de entrada como descrito a seguir. A determinação da potência de saída é feita subtraindo a perda total da potência de entrada. A perda total é o somatório das perdas I 2R do estator e do rotor, corrigidas para a temperatura especicada, da perda no núcleo, da perda por atrito e ventilação e da perda suplementar. 58/121



14.6.1 Procedimento de ensaio

Caso a temperatura especicada para correção da resistência do enrolamento do estator seja a tempe ratura obtida do ensaio de elevação de temperatura, primeiro deve-se fazer o ensaio de elevação de temperatura, e o ensaio em vazio pode ser realizado após o ensaio em carga. 14.6.1.1 Fazer um ensaio em carga. Para obter os dados requeridos, é necessário acoplar ao motor uma máquina de carga variável. Para cada um dos seis pontos espaçados (quatro pontos aproximadamente em 25 %, 50 %, 75 % e 100 % da carga nominal, e em dois pontos de carga superiores a 100 %, mas não excedendo 150 % da carga nominal), medir a potência de entrada, a corrente de linha, a tensão aplicada, a velocidade, a temperatura ambiente e a resistência ou a temperatura do enrolamento do estator. A resistência do enrolamento do estator para cada ponto de carga pode ser estimada pela comparação da elevação de temperatura medida por um sensor de temperatura, instalado no motor, com as medidas de elevação de temperatura obtidas em regime permanente durante o ensaio de elevação de temperatura. 14.6.1.2 Fazer um ensaio em vazio e determinar as perdas por atrito e ventilação, conforme 13.3. 14.6.1.3 Fazer um ensaio de medição direta da perda suplementar, conforme 13.4.3 ou 13.4.4, e determinar a perda suplementar correspondente ao valor de corrente rotórica referente à corrente estatórica nominal. 14.6.1.4 Determinar a perda I 2R do estator, conforme 13.1. 14.6.1.5 Determinar a perda I 2R do rotor, conforme 13.2. 14.6.1.6 Determinar a perda no núcleo, conforme 13.3.3.2. 14.6.1.7 Determinar a perda por atrito e ventilação, conforme 13.3.3.1. 14.6.1.8 Calcular a corrente rotórica correspondente a cada ponto de carga pela equação a seguir: I2

= (I 2 − I 02 )

onde I

é o valor da corrente de linha do estator para a qual a perda suplementar é determinada;

I 0


14.6.1.9 Calcular a perda suplementar para cada ponto de carga da equação a seguir: Perda suplementar r

 I 2  = Perda suplementar r nominal ×   I 2 nominal  


Determinar o rendimento e o fator de potência, utilizando o Formulário 4 (ver 23.4).

14.7 Método 5 – Medição da potência elétrica em carga com separação de perdas e valor atribuído das perdas suplementares Proceder como em 14.6, omitindo o ensaio de determinação da perda suplementar e atribuindo o valor da perda suplementar conforme estabelecido na Tabela 6. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

59/121


14.8 Método 6 – Determinação do circuito equivalente com a medição direta das perdas suplementares Quando os ensaios em carga não são feitos, as características operacionais (rendimento, fator de potência, conjugado etc.) são calculadas baseadas no circuito equivalente mostrado na Figura 9. Os parâmetros do motor no circuito equivalente são obtidos de dados de um ensaio em vazio e um ensaio de impedância. A exatidão da precisão das características do motor na faixa de operação normal depende, primariamente, da proximidade de quanto R 2 representa a real resistência do rotor para correntes de baixa frequência e, secundariamente, da proximidade de quanto X 2 representa a real reatância do rotor para correntes de baixa frequência. Por isto, o mais rigoroso procedimento durante o ensaio para determinação das características do rotor a baixa frequência é essencial. R 1

X 2

X 1 I 0

I 1

V

Z

Z g

X M

R 2 S

I 2 R fe

Z 2

V 2

Figura 9 – Circuito equivalente 14.8.1 Procedimento de ensaio 14.8.1.1 Fazer um ensaio em vazio e determinar as perdas por atrito e ventilação, procedendo conforme 13.3. 14.8.1.2 Fazer um ensaio para determinação da impedância. Leituras de tensão, corrente, potência elétrica de entrada e resistência estatórica ou temperatura do enrolamento do estator devem ser registradas em uma ou mais frequências, tensões e/ou cargas. Estes dados são denominados como dados de impedância. Se o motor a ser ensaiado for de rotor bobinado, o seu rotor deve ser curtocircuitado durante o ensaio.

A reatância deve ser medida na corrente de carga nominal. É importante que o valor da reatância utilizado nos cálculos do circuito equivalente esteja no valor correto de saturação e do efeito de barra profunda (dupla gaiola); caso contrário, o valor calculado de fator de potência será maior que o valor verdadeiro.

Os dados de impedância devem ser determinados por um dos seguintes métodos (ver Nota 1): a) Método 1: ensaio de determinação da impedância com rotor bloqueado em uma frequência inferior ou igual a 25 % da frequência nominal e à corrente nominal (ver 14.8.1.2.1 e Nota 2); b) Método 2: ensaio de determinação da impedância com rotor bloqueado em pelo menos três frequências: à frequência nominal, a uma frequência próxima a 50 % da nominal e a uma frequência inferior ou igual a 25 % da nominal, todos à corrente nominal. Curvas devem ser obtidas destes três ensaios e utilizadas para determinar os valores da reatância total e da resistência rotórica na frequência reduzida requerida (ver 14.8.1.2.1 e Nota 3); c) Método 3: ensaio de determinação da impedância para um escorregamento que produza aproximadamente a frequência reduzida do rotor quando em carga nominal. Neste método, o motor funciona em vazio ou acoplado à carga reduzida, e a tensão é reduzida para obter aproximadamente o escorregamento nominal (ver 14.8.1.2.2); 60/121



d) Método 4: quando quando nenhum nenhum dos métodos métodos acima é prático, prático, o seguinte seguinte ensaio deve deve ser utilizado: utilizado: um ensaio de determinação da impedância com rotor bloqueado à frequência nominal, tensão reduzida resultando aproximadamente aproximadamente na corrente nominal e um ensaio em carga (ver 14.8.1.2.3). NOTA 1

A impedância assim determinada está à temperatur temperaturaa do motor durante o ensaio.

NOTA 2 A reatância total do motor para uso nos cálculos de rendimento no formulári formulárioo do circuito equivalente é computada da reatância determinada à frequência reduzida, multiplicando-a pela razão da frequência nominal pela frequência reduzida. Em geral, a reatância determinada deste modo é maior que a medida diretamente à frequência nominal, sendo a diferença pequena para rotores de gaiola simples e relativamente grande para rotores de dupla gaiola ou de barras profundas. NOTA 3

Um único ponto de carga pode ser combinado com o Método 8, descrit descritoo em 14.10, para determinar

o rendimento para outros pontos de carga.

14.8.1.2.1 Ensaio com rotor bloqueado

O rotor de um motor de gaiola é um enrolamento de barras simétrico; assim, a impedância do motor é praticamente a mesma para qualquer posição do rotor em relação ao estator. A impedância de um motor com rotor bobinado bobinado varia com a posição posição do rotor relativa relativa ao estator, estator, sendo assim necessário que se determine a posição do rotor que resulte em um valor médio da impedância. Antes de se registrarem as leituras leituras para motores de rotor rotor bobinado, o rotor deve ser ser curto-circuitado. A distância angular angular,, pela qual é necessário observar a variação de corrente, deve ser determinad determinadaa permitindo que o rotor se mova lentamente e observando a corrente estatórica, notando a distância que o rotor deve percorrer para que a corrente estatórica complete um ciclo. Para motores com um número inteiro de ranhuras por polo por fase, no rotor e no estator, esta distância é igual a dois terços de um passo polar para motores trifásicos. Para motores com um número fracionário de ranhuras, a distância angular deve ser próxima de um passo polar completo. O rotor deve ser bloqueado de tal maneira que não possa se mover, e a tensão imposta deve ser aumentada gradualmente até que a corrente de valor aproximadamente ao nominal seja obtida. Tensão e corrente em todas as fases devem ser lidas e registradas, e as tensões nas fases devem ser equilibradas. Mantendo a mesma tensão, o rotor deve ser girado lentamente e os valores mínimo e máximo de corrente, durante um ciclo, devem ser anotados. O rotor deve ser bloqueado para o ensaio de impedância na posição que resulta em uma corrente igual à média dos valores mínimo e máximo anteriormente anotados, ou seja: a) anotar simultaneamente simultaneamente leituras de tensão e corrente em todas fases e de potência potência de entrada em diversos níveis de tensão, a m de estabelecer o valor, com cuidado especial, na vizinhança da corrente nominal. A temperatur temperaturaa ou a resistência do enrolamento do estator devem ser também tam bém anotadas. Precauções devem ser tomadas para não sobreaquecer os enrolamentos. Medir o valor de corrente mais elevado primeiro e depois os sucessivamente menores ajudará a equalizar a temperatura; b) traçar curvas utilizando a tensão como abscissa, e como como ordenada ordenada a corrente e a potência. A curva corrente corrente versus tensão é usualmente uma linha reta, curvando-se ligeiramente para cima nos valores mais elevados. Em rotores com ranhuras fechadas, contudo, há também uma curva distinta em baixas tensões. Obter destas curvas os valores de tensão e potência de entrada nos níveis desejados de corrente para determinação da reatância total e da resistência rotórica; c) determinar a resistência rotórica, R 2, e a reatância de dispersão total, X 1 + X 2, a partir destes dados, utilizando as equações do Formulário 5 (ver 23.5). Quando utilizado o Método 2, curvas dos valores de resistência rotórica e reatância total versus frequência devem ser utilizadas para determinar o valor na frequência de operação desejada. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

61/121


14.8.1.2.2 Ensaio de escorregamento com tensão reduzida

A resistência rotórica, R 2, e a reatância de dispersão, X 2, à frequência reduzida podem ser obtidas das leituras (tensão, corrente, potência, escorregamento, escorregamento, temperatura ou resistência do enrolamento do estator), para um escorregamento que seja aproximadamente o necessário para obter a frequência reduzida do rotor em carga nominal. Neste método, o motor funciona desacoplado ou acoplado a uma carga reduzida e a uma tensão que resulte no escorregamento desejado. desejado. O escorregame escorregamento nto deve ser medido cuidadosamente. O procedimento a seguir é utilizado. Quando dados do ensaio de saturação em vazio estão disponíveis, calcular a reatância total por fase f ase para cada ponto de ensaio e traçar uma curva da reatância total por fase versus a tensão em vazio por fase (ver exemplo na Figura 10). Utilizar o ponto mais alto desta curva como a reatância total em vazio por fase, X 1 + X m, nos cálculos do ensaio de escorregame escorregamento nto com tensão reduzida. Quando um ensaio em vazio completo não tiver sido realizado, a reatância total por fase em vazio e em tensão nominal pode ser utilizada como a reatância total por fase em vazio, X 1 + X m, nos cálculos do ensaio de escorregamento com tensão reduzida. Dos dados do ensaio de escorregamento com tensão reduzida, calcular o fator de potência e a impedância total por fase ( Z). O cálculo do ângulo de fase da corrente de entrada θ1, da resistência aparente por fase ( R ) e da reatância aparente por fase ( X) são mostrados nas equações a seguir.

θ1 = arccos (FP) R = Z × cos θ1 X = Z × sen θ1 Se os detalhes de projeto forem disponíveis, utilizar a razão calculada X 1 X / X 2. De outro modo, utilizar as razões dadas no Formulário 5. X 1 X 1 = X ⋅

(1)

X 2 X 1+ 1 X 2

Utilizando o valor da reatância total em vazio, X 1 + X m, determinado anteriormente (ponto máximo da curva da Figura 10, ponto D), o valor da reatância de magnetização, X m, pode ser aproximado como: X m = ( X X 1 + X m) – X 1

62/121

(2)


ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 e s a f r o p ) x ( l a t o t

a i c n â t a e R

F

D C

G

E B

A

Volts (por fase)

Legenda •

Pontos de ensaio

A

Tensão nominal nominal (por fase), fase), expressa em volts volts (V)

B

Tensão por fase no ensaio de escorregament escorregamentoo com tensão reduzida, expressa em volts (V)

CDE

Curva da reatância total a partir do ensaio em vazio

F

Reatância correspondent correspondentee ao ponto máximo, D, da curva de ensaio CDE.

NOTA Este valor é utiliza utilizado do como reatância total, X 1 + X m, nos cálculos do ensaio de escorregamento com tensão reduzida. G

Reatância total, X 1 + X m, para ser utilizada na determinação de X m para uso nos cálculos do circuito equivalente depois de X 1, X 2 e R 2, a serem determinadas pelos cálculos do ensaio com escorregamento à tensão reduzida.

Figura 10 – Reatância total do ensaio em vazio

Dos dados obtidos no ensaio de escorregamento com tensão reduzida, calcular: V2

= [V1 − I1 × ( X1 × sen θ1 + R1 × cos θ1)]2 + [I1 × ( X1 × cos θ1 − R1 × sen θ1 )]2

(3)

A resistência R 1 deve ser corrigida para a temperatura do ensaio antes de usar na Equação 3 e seguintes.

NOTA 1

Nas equações, o cos θ1 é igual ao fator de potência durante o ensaio.

NOTA 2

Toda a formulação apresentada é exclusiva exclusivamente mente para a máquina operando como motor. motor.

θ2 = arctan I e

=

I2 ( X1 cos θ1 − R 1 sen θ1 )

(4)

V1 − I1 ( X1 sen θ1 − R1 c os θ1 )

V 2

(5)

X m

R fe

=

Gfe

=

V 22

(6)

 W h   3   (7)

1 R fe


63/121


=

I fe

 W h   3  

(8)

V 2

Em seguida, deve-se calcular: I2

= (I1 cos θ1 + Ie sen θ2 − Ife cos θ2 )2 + (I1 sen θ1 − Ie cos θ2 − Ife

=

X 2

θ 2 )2 sen

V1 I2 sen θ1 − I12 X1 − Ie2 Xm

(9) (10)

I 22

X = X 1 + X 2

(11)

Repetir as Equações 1 a 11, utilizando a razão inicial de X 1/ X 2 da Equação 1 e o novo valor de X da Equação 11 até que valores estáveis de X 1 e X 2 sejam obtidos dentro de 0,1 %. Continuando

 X 1   X  2  X 1 = X ⋅  X 1  1 +    X 2  X 2 = X – X 1

(12)

(13)

V 2

Z 2

=

R2

=s×

(14)

I 2 Z 22

− X22

(15)

Assim, utilizando o valor da reatância total, (X 1 + Xm) obtido no ensaio em vazio (ponto C da Figura 10), calcular: X m = ( X 1 + X m) – X 1

−Bm = V2

(16)

1

(17)

X m

= [V1 − I1 ( X1 sen θ1 + R1 cos θ1 )]2 + [I1 ( X1 × cos θ1 − R1 sen θ1 )]2

Gfe

=

W h

(18) (19)

3 ⋅ V 22

Os valores obtidos nas Equações 12, 13, 17 e 19 são utilizados nos cálculos do circuito equivalente. A resistência do rotor, R 2, da Equação 15 e a resistência estatórica, R 1, devem ser corrigidas para a temperatura especicada. 14.8.1.2.3 Ensaios de rotor bloqueado e um ponto de carga

Os valores de X 1, X 2, X m e R fe podem ser obtidos a partir dos ensaios de rotor bloqueado e em vazio à frequência nominal, seguindo o procedimento descrito em 14.8.1.2.1. O valor de R 2 na frequência reduzida pode ser obtido das leituras (tensão, corrente, potência, escorregamento, temperatura ou resistência do enrolamento do estator) em um ponto de carga, utilizando tensão nominal ou menor. O escorregamento deve ser medido cuidadosamente. A resistência R 2 pode ser obtida pelo procedimento 64/121



descrito em a) a f), depois que outros parâmetros do motor tiverem sido determinados pelos ensaios em vazio e de rotor bloqueado. Por este método, o motor funciona desacoplado ou acoplado a uma carga reduzida, sendo a tensão reduzida para resultar aproximadamente no escorregamento nominal, sendo o escorregamento medido cuidadosamente. Depois de X 1 ter sido determinado do ensaio de impedância com rotor bloqueado (14.8.1.2.1), o valor de R 2 é obtido como a seguir:

a) calcular V 2 usando a Equação 3; b) calcular θ2 usando a Equação 4; c) calcular I fe e I e usando as Equações 5 e 8; d) calcular I 2 usando a Equação 9; e) calcular a impedância do rotor, Z 2 usando a Equação 14; f)

calcular: R 2 s

=

Z22

− X 22

Obter R 2 multiplicando R 2/s pelo valor medido do escorregamento em fração decimal da velocidade síncrona. Corrigir R 2 para a temperatura especicada. As perdas suplementares devem ser determinadas conforme 13.4.3 ou 13.4.4. 14.8.1.3 Determinação do conjugado máximo

O conjugado máximo de um motor é determinado a partir do Formulário 5, usando o escorregamento a seguir: s

=

R 2 R1 + ( X1 + X 2 )2


O Formulário 5 (ver 23.5) é utilizado para determinar o valor da reatância total e da resistência do rotor (exceto se o ensaio alternativo de 14.8.1.2.3 tiver sido realizado), baseando-se nos valores de tensão, corrente e potência de entrada obtidos dos ensaios em vazio e rotor bloqueado para determinação da impedância. É considerado que X 1 e X 2 se mantêm constantes ao longo da faixa de operação do motor. Se a curva de corrente de rotor bloqueado versus tensão se afastar de uma reta para a faixa de correntes considerada, cada coluna do Formulário 7 deve utilizar os valores de reatância obtidos nesta curva em função do valor da corrente I 1 calculada na coluna. Os resultados dos cálculos (Formulários 6 e 7, ver 23.6 e 23.7) podem ser apresentados em forma de curva, da qual o resumo das características no formulário pode ser determinado, ou cálculos repetitivos podem ser realizados para determinar o escorregamento correspondente ao ponto de carga desejado por este formulário.

14.9 Método 7 – Determinação do circuito equivalente com valor atribuído das perdas suplementares Proceder conforme 14.8, omitindo a medição das perdas suplementares e assumindo um valor para estas perdas, conforme estabelecido em 13.4.5. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

65/121


14.10 Método 8 – Determinação do circuito equivalente calibrado por um ponto de carga do Método 3 14.10.1 Procedimento de ensaio e cálculo

Quando o rendimento de um ponto de carga e a correspondente temperatura do enrolamento do estator (t t) são disponíveis, os Métodos 6 e 7 podem ser utilizados para determinar as características do motor em outros pontos de carga. Nestes casos, a resistência do rotor R 2 não é determinada pelo ensaio de impedância em baixa frequência. O seguinte procedimento deve ser utilizado: a) utilizar o Formulário 7 (ver 23.7), mas iniciar na linha 2 com um valor adotado para R 2/s no ponto de carga e considerando o valor de R 1 baseado na temperatura do enrolamento do estator ( t t); b) após chegar à linha 21, comparar os valores calculados da corrente e da potência de entrada com os valores medidos; c) ajustar R 2/s e X m, e repetir até que os valores calculados da corrente e da potência de entrada se aproximem dos valores medidos, dentro de uma exatidão de 1 %. Os outros parâmetros não podem ser ajustados (a potência de entrada é basicamente uma função de R 2/s); d) obter R 2 pela multiplicação do valor nal adotado para R 2/s pelo valor medido de escorregamento em fração decimal da velocidade síncrona. Este procedimento estabelece o valor de R 2 (sem correção de temperatura) para ser utilizado na determinação das características de rendimento sob carga; e) corrigir R 1 e R 2 para a temperatura especicada, t s, conforme 13.1.2, e determinar o rendimento nos pontos de carga desejados, seguindo o Formulário 7. 14.10.2 Perda suplementar (método indireto)

A perda suplementar deve ser determinada como a seguir: a) para os pontos de carga, determinar o valor médio da perda suplementar. W LL médio, seguindo os procedimentos 14.5.2-a) a e); b) para os pontos de carga, determinar o valor médio da corrente do rotor I 2 equação a seguir: I2

médio utilizando

a

= (I 2 − I 02 )

onde I

é o valor da corrente de linha do estator medida, para o qual a perda suplementar é para ser determinada;

I 0

é o valor da corrente em vazio;

c) O valor da perda suplementar, W LL, para qualquer ponto de carga é então calculado como: 2 I 2   = W ' LL ×    I ' 2 

WLL onde

W’ LL é o valor médio da perda suplementar, W LL médio, denido em 14.10.2-a);

66/121


ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 I 2

é a corrente do rotor, determinada pela solução do circuito equivalente para o ponto de carga apropriado;

I’ 2

é o valor médio da corrente do rotor, I 2 médio, denido em 14.10.2-b);

O valor da perda suplementar W’ LL, mencionado no Formulário 7, deve corresponder a um valor de I’ 2 igual ao valor médio da corrente do rotor como, determinado em 14.10.2-b).

14.11 Método 9 – Determinação do circuito equivalente calibrado por um ponto de carga do Método 4 Proceder como em 14.10, omitindo o método indireto de determinação das perdas suplementares e medindo diretamente estas perdas, conforme estabelecido no Método 4 (ver 14.6.1.3).

14.12 Método 10 – Determinação do circuito equivalente calibrado por um ponto de carga do Método 5 Proceder como em 14.10, omitindo o método indireto de determinação das perdas suplementares e assumindo valores para estas perdas, conforme estabelecido no Método 5 (ver 14.7).

15 Determinação do fator de potência 15.1 O fator de potência para motores trifásicos pode ser obtido indiretamente pela equação a seguir: cos

θ=

P ent 3 ×V

× I

onde

Cos θ é o fator de potência; P ent

é a potência ativa de entrada trifásica, expressa em watts (W);

V

é a tensão entre fases, expressa em volts (V);

I

é a corrente de linha, expressa em ampères (A).

15.2 O fator de potência também pode ser determinado pelo circuito equivalente pela divisão da resistência total pela impedância total. Esta determinação é mostrada no Formulário 7.

16 Ensaio dielétrico 16.1 Generalidades O ensaio dielétrico deve ser realizado nas instalações do fabricante. Se for solicitado um ensaio de elevação de temperatura e/ou de sobrevelocidade, o ensaio dielétrico deve ser realizado imediatamente após tais ensaios. A tensão de ensaio deve ser alternada, de frequência industrial, com forma de onda praticamente senoidal.


67/121


16.2 Ensaio dielétrico em motores novos 16.2.1 A tensão de ensaio, especicada na Tabela 7, deve ser aplicada entre os enrolamentos submetidos a ensaio e a carcaça do motor aterrada. O núcleo magnético e os enrolamentos não submetidos a ensaio também devem ser aterrados. Esta tensão deve ser aplicada somente a um motor novo e completo, com todas as suas partes no lugar, em condições equivalentes às condições normais de funcionamento. Todos os acessórios, como transformadores de corrente, para-raios contra surtos etc., com os lides ligados aos terminais do motor, devem ser desconectados durante o ensaio. 16.2.2 No caso de motores polifásicos de tensão nominal superior a 1 kV, cujas duas extremidades de cada fase sejam individualmente acessíveis, a tensão de ensaio deve ser aplicada entre cada fase e a carcaça, com o núcleo, as outras fases e os enrolamentos não submetidos a ensaio conectados à carcaça aterrada. 16.2.3 O ensaio dielétrico deve ser iniciado com uma tensão inferior à metade da tensão plena de ensaio. Em seguida, esta tensão deve ser aumentada até a tensão plena de ensaio, progressivamente ou em degraus não superiores a 5 % do valor pleno, sendo o tempo permitido para aumento da tensão, da metade até o valor pleno, não inferior a 10 s. A tensão plena de ensaio deve então ser mantida durante 1 min, conforme o valor especicado na Tabela 7. Ao nal de 1 min, a tensão deve ser reduzida para um valor próximo de 1/4 do valor pleno em um tempo não superior a 15 s, sendo então desligada a fonte. 16.2.4 No caso de ensaios de rotina de motores fabricados em série, para os quais a tensão de ensaio é 2 500 V ou menos, o ensaio de 1 min pode ser substituído por um ensaio de aproximadamente 1 s com 120 % da tensão de ensaio da Tabela 7, sendo a tensão aplicada por meio de pontas de prova. 16.2.5 O ensaio dielétrico com tensão plena, realizado por ocasião da aceitação do motor, não pode ser repetido. Se, entretanto, um segundo ensaio for realizado por solicitação do comprador, após outra secagem, se julgada necessária, a tensão de ensaio deve ser igual a 80 % do valor especicado na Tabela 7.

16.3 Ensaio dielétrico em motores reenrolados 16.3.1 Motores com os enrolamentos totalmente substituídos devem ser ensaiados com a tensão plena de ensaio prevista para motores novos. 16.3.2 No caso de motores com os enrolamentos parcialmente substituídos ou apenas revisados, se o usuário e o executor do reenrolamento concordarem em realizar o ensaio dielétrico, recomenda-se proceder como a seguir:

a) os enrolamentos parcialmente substituídos devem ser ensaiados com 75 % da tensão de ensaio prevista para um motor novo. Antes do ensaio, a parte do enrolamento não substituída deve ser cuidadosamente limpa e seca; b) os motores revisados, após limpeza e secagem, devem ser ensaiados com uma tensão igual a 1,5 vez a tensão nominal, com um mínimo de 1 000 V, se a tensão nominal for igual ou superior a 100 V, e um mínimo de 500 V, se a tensão nominal for inferior a 100 V.

68/121



Tabela 7 – Tensões para o ensaio dielétrico Item nº

Tensão de ensaio

Motor ou parte do motor

(valor ecaz)

Enrolamentos isolados de: a) motores de potência nominal inferior a 1 kW (1,4 cv) e de tensão nominal inferior

500 V + 2 vezes a tensão nominal

a 100 V

b) motores de potência nominal inferior a 1 000 V + 2 vezes a tensão nominal com 10 000 kW (ou 14 000 cv), exceto os de a) a um mínimo de 1 500 V b 1

c) motores de potência nominal igual ou superior a 10 000 kW (ou 14 000 cv) a Tensão nominal b I)

I) 1 000 V + 2 vezes a tensão nominal

até 24 000 V

II) acima de 24 000 V

II) Sujeita a acordo entre fabricante e comprador

Enrolamentos secundários (usualmente de rotores) de motores de indução, não curtocircuitados permanentemente (destinados à

partida com reostato): a) para motores não reversíveis ou para motores reversíveis partindo somente do repouso

2

b) para motores que podem ser invertidos ou frenados pela inversão da alimentação primária com o motor em funcionamento

1 000 V + 2 vezes a tensão em circuito aberto com o rotor parado, medida entre os anéis coletores ou entre os terminais secundários, com a tensão nominal aplicada aos enrolamentos primários 1 000 V + 4 vezes a tensão secundária em circuito aberto com o rotor parado, como denida em 2-a)

Grupo de máquinas e equipamentos novos A repetição do ensaio dielétrico nas

instalados e ligados em conjunto.

3

diversas máquinas deve ser evitada, se possível, mas se um ensaio for realizado sobre tal grupo de equipamentos, em que cada um deles tenha sido submetido previamente a um ensaio dielétrico, a tensão de ensaio a ser aplicada a tal grupo deve ser 80 % da tensão mais baixa aplicável a qualquer equipamento do grupo c

a

O ensaio dielétrico em motores com isolação gradual deve ser objeto de acordo entre fabricante e comprador.

b c

No caso de enrolamentos bifásicos com um terminal em comum, a tensão na equação deve ser a tensão ecaz mais elevada que ocorre entre dois terminais quaisquer durante o funcionamento. Para os enrolamentos de uma ou mais máquinas conectadas eletricamente, a tensão a considerar no cálculo da tensão de ensaio é a tensão máxima para a terra.


69/121


17 Determinação do conjugado máximo 17.1 Generalidades 17.1.1 A Seção 11 trata do ensaio de partida com o levantamento das curvas conjugado versus velocidade e corrente versus velocidade. A primeira curva mostra os conjugados com rotor bloqueado mínimo de partida e máximo. Entretanto, quando o objetivo for apenas determinação do conjugado máximo de um motor de indução, recomenda-se adotar o método de medição direta com a aplicação gradual do conjugado resistente, por meio de um dinamômetro (freio), quando o motor estiver girando próximo à sua velocidade síncrona. 17.1.2 Para se obter bons resultados, recomenda-se que a capacidade de carga nominal do dinamô metro não seja superior a três vezes a do motor a ser ensaiado. 17.1.3 O valor do conjugado máximo não depende diretamente da temperatura do motor, mas o escor regamento e, portanto, a velocidade em que ele ocorre dependem da temperatura. Recomenda-se não exceder a classicação térmica do motor durante o ensaio. 17.1.4 Na impossibilidade de se realizar este ensaio com a tensão nominal do motor, a corrente e o conjugado obtidos com tensão reduzida devem ser corrigidos para a tensão nominal. A corrente é corrigida proporcionalmente à razão das tensões e o conjugado proporcionalmente ao quadrado da razão das tensões. Essa correção não leva em consideração o efeito de saturação do circuito magnético do motor.

NOTA O conjugado e a corrente assim corrigidos geralmente apresentam valores inferiores aos verda deiros valores obtidos com tensão nominal.

17.1.5 Para motores de indução de rotor bobinado, o conjugado máximo não depende da resistência de partida inserida no rotor, e por isso a sua determinação é feita com as extremidades do enrola mento do rotor curto-circuitadas.

17.2 Procedimento de ensaio 17.2.1 Acoplar o motor a um dinamômetro. 17.2.2 Quando o conjunto motor-dinamômetro estiver girando próximo à velocidade síncrona do motor, iniciar a aplicação gradual do conjugado resistente por meio do dinamômetro. 17.2.3 Para cada velocidade estável, próxima da região onde ocorre o conjugado máximo, são regis trados simultaneamente a tensão de linha, a corrente de linha, a velocidade e o conjugado. Estes registros devem ser feitos tão rapidamente quanto possível, a m de não aquecer demasiadamente o motor. Recomenda-se a utilização de aparelhos registradores ou sistema de aquisição de dados. O maior valor do conjugado assim obtido é o conjugado máximo. Um pequeno aumento no conjugado resistente acima do conjugado máximo acarreta uma queda abrupta da velocidade de rotação, indicando ter sido ultrapassado o ponto de velocidade correspondente ao conjugado máximo do motor. 17.2.4 No ponto dos registros acima, desligar imediatamente o motor e, com o eixo parado em seguida, medir a resistência do enrolamento para avaliar a sua temperatura média.

18 Ensaio de sobrevelocidade 18.1 Os motores de indução devem ser projetados para, em uma emergência, suportar as rotações especicadas na Tabela 8.

70/121



18.2 O ensaio de sobrevelocidade não é normalmente considerado necessário, mas deve ser realizado quando especicado e se tiver sido objeto de acordo entre fabricante e comprador. A duração deste ensaio deve ser, em todos os casos, de 2 min. 18.3 Antes da realização do ensaio de sobrevelocidade, o motor deve ser cuidadosamente inspe cionado para assegurar que:

a) os parafusos e dispositivos de xação das partes girantes e estáticas estejam apertados e em boas condições; b) o rotor esteja devidamente balanceado; c) peças e ferramentas não tenham sido deixadas no equipamento, especialmente na parte girante. Todas as precauções devem ser tomadas, a m de proteger o pessoal e o equipamento de pos síveis danos.

18.4 Durante a realização do ensaio, também deve ser lida a velocidade de rotação com um tacômetro ou outro instrumento indicador de velocidade de rotação à distância. 18.5 Se o motor a ser ensaiado for acionado por meio de um motor auxiliar, ele deve estar desligado de qualquer fonte de energia elétrica. 18.6 Após a realização do ensaio, o motor deve ser cuidadosamente inspecionado. O ensaio de sobrevelocidade deve ser considerado satisfatório se, em seguida a ele, não for constatada qualquer deformação permanente anormal, nem outra alteração indicativa de que o motor não está apto a funcionar normalmente, desde que os enrolamentos do rotor satisfaçam o ensaio dielétrico especicado. Tabela 8 – Sobrevelocidade Item

Tipo de motor

Velocidade especicada para

ensaio de sobrevelocidade

1

Todos os motores de indução, exceto os especicados abaixo

1,2 vez a rotação nominal máxima

2

Motores que podem ser, sob certas circunstâncias, acionados pela carga

A rotação de disparo especicada para o grupo, mas no mínimo 1,2 vez a rotação nominal máxima

19 Ensaio de nível de ruído Caso este ensaio seja especicado, ver ABNT NBR IEC 60034-9.

20 Ensaio de tensão no eixo e medição da resistência de isolamento do mancal 20.1 Generalidades Correntes podem circular no eixo de motores de indução como consequência de tensões desenvol vidas eletromagneticamente no eixo ou na carcaça. Em motores de indução, qualquer desequilíbrio nos circuitos magnéticos ou nas correntes de fase que circundam um eixo pode produzir um uxo resultante do acoplamento indutivo com o sistema girante. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

71/121


Quando o eixo gira, este acoplamento indutivo pode produzir uma diferença de potencial entre as extremidades do eixo. Esta tensão é capaz de forçar a circulação de corrente em um circuito formado pelo eixo, pela carcaça e utilizando os dois mancais para completá-lo. Se o mancal do lado oposto ao acionamento (ou ambos os mancais) for (em) isolado(s) da carcaça, o caminho condutor é interrompido pelo isolamento e a circulação de corrente no eixo deste motor é evitada. Se, entretanto, somente o mancal do lado do acionamento for isolado, a corrente pode ser capaz de circular utilizando o mancal do lado oposto em associação com um mancal não isolado do equipamento interligado para completar o circuito.

20.2 Ensaio para medir a tensão no eixo que produz a circulação de correntes Um ensaio pode ser realizado para detectar a presença de tensão no eixo, enquanto o motor estiver operando sob velocidade e tensão nominais. Este ensaio também pode ser aplicado a motores que possuem propriedades isolantes em todas as películas de óleo dos mancais. Inicialmente, uma escova no eixo é utilizada para curto-circuitar o mancal não isolado (ou um mancal qualquer, se todos ou nenhum forem isolados). Esta escova é aplicada ao eixo próximo ao mancal e conectada à carcaça por meio de um condutor de baixa resistência. O ensaio é completado medindo-se a diferença de potencial entre o eixo e a carcaça em cada um dos outros mancais. Um osciloscópio de alta impedância deve ser utilizado e conectado com um cabo aterrado à carcaça, e o outro cabo ligado a uma escova do eixo. Esta escova é então aplicada a uma seção do eixo próxima a cada mancal, sendo medidas as tensões de pico. É preferível utilizar um condutor blindado de baixa impedância para os terminais do osciloscópio, a m de minimizar a interferência eletromagnética. A blindagem deve ser aterrada somente em uma extremidade. Se não for disponível um osciloscópio para o ensaio, pode ser utilizado um voltímetro de alta impedância. Ambas as tensões de c.a. e c.c. devem ser medidas em cada mancal. A tensão de pico pode ser grosseiramente aproximada, adicionando-se ao valor de c.c. 1,4 vez o valor ecaz de c.a. Entretanto, esta tensão de pico estimada pode car consideravelmente abaixo do valor real de pico. Um método alternativo implica a medição da tensão c.a. com escovas conectando extremidades opostas do eixo enquanto o motor está operando à tensão e velocidade nominais.

20.3 Ensaio para medir a corrente no eixo 20.3.1 Se existir a corrente no eixo, este ensaio pode ser realizado nos motores descritos em 20.2. O procedimento é idêntico ao de 20.2, exceto pela utilização de um amperímetro em substituição ao osciloscópio. 20.3.2 Este ensaio geralmente é feito em motores de potência nominal igual ou superior a 350 kW, uma vez que as correntes no eixo são normalmente desprezíveis em motores menores.

20.4 Ensaio para medir a resistência de isolamento do mancal 20.4.1 Método 1 20.4.1.1 A vericação mais conável do isolamento do mancal é realizada com o motor parado. Se apenas um mancal for isolado, uma camada de papel isolante deve ser aplicada sob o munhão do mancal não isolado para isolar o eixo do mancal. Acoplamentos a unidades adjacentes devem ser separados, caso não sejam isolados. Um ohmímetro de baixa tensão deve ser utilizado para fazer uma vericação preliminar em cada mancal isolado. Com um terminal do instrumento aplicado ao eixo e o outro à carcaça (pelo isolamento), a resistência de isolamento do mancal pode ser medida. 20.4.1.2 Em alguns motores os mancais possuem duas camadas de isolação com um separador metálico entre elas. Nestes motores, os ensaios descritos em 20.4.1.1 devem ser realizados entre

72/121



o separador metálico e a carcaça do motor. O ensaio pode ser realizado enquanto o motor estiver funcionando, mas é preferível realizá-lo com o motor parado. O ensaio deve ser suplementado com uma inspeção visual cuidadosa para assegurar que não existam caminhos paralelos que não estejam isolados. 20.4.2 Método 2

Uma camada de papel espesso é colocada em torno do eixo para isolar os munhões dos mancais não isolados. O acoplamento das unidades acionadora e acionada deve ser separado, se ele não for isolado. Então, de uma fonte de 110 V – 125 V, com uma lâmpada incandescente conforme a tensão do circuito ou com um voltímetro de aproximadamente 150 V de fundo de escala com uma resistência na faixa de 100 Ω/V a 300 Ω/V, colocada em série com a fonte de tensão, dois cabos devem ser levados, um para o mancal isolado e o outro para a carcaça (pela isolação). Se a lâmpada não brilhar ou se a leitura do voltímetro não exceder 60 V, o isolamento pode ser considerado satisfatório. Um megômetro de 500 V pode também ser utilizado. Este método é muito mais sensível do que o da lâmpada ou do voltímetro com resistência e pode tender a rejeitar o isolamento, que na realidade é adequado para evitar que pequena tensão no eixo cause corrente prejudicial. Ver 20.4.1.2.

21 Ensaio de vibração Caso este ensaio seja solicitado, vericar as indicações da ABNT NBR IEC 60034-14.

22 Medição da tangente do ângulo de perdas Esta medição, quando especicada para motores com tensão nominal entre 5 kV e 24 kV e com potência nominal igual ou superior a 5 MW, deve ser realizada conforme a ABNT NBR 5117.

23 Formulários para determinação do rendimento 23.1 Formulário 1 23.1.1 Método 1: Medição direta da potência de entrada e de saída Tipo ______ Categoria ______Carcaça _________ kW /c.v. _________ Nº fases ___________ Frequência (Hz) ______ Tensão (V) ______ Velocidade síncrona (rpm) _______ Nº série ____________ Elevação de temperatura (K) ____________ Regime _____________ Nº Modelo ________ Ponto de ensaio

1

2

3

4

5

6

Temperatura do enrolamento do estator (°C) ( t e) a Temperatura ambiente (°C) Frequência (Hz) b Velocidade (rpm) Escorregamento (rpm) Escorregamento corrigido (rpm), ver 8.2 Conjugado (N.m) NÃO TEM VALOR NORMATIVO

73/121


(1) Correção do dinamômetro (N.m) (2) Conjugado corrigido (N.m) (3) Potência de saída (W) Corrente de linha (A) Fator de potência (%) Potência de entrada do estator (W) (a) Perdas I 2 R do estator (W) em t s c (b) Perdas I 2 R do estator (W) em t e (4) Correção da potência de entrada do estator = (a) – (b) (5) Potência do estator corrigida (W) (6) Rendimento (%) a

t e é

a temperatura do enrolamento do estator, quando determinada no nal do ensaio de elevação de temperatura pelo método da resistência do estator, ou durante o ensaio, pelo detector de temperatura, em graus Celsius. b Devido às possíveis oscilações da rede de alimentação, é importante que a frequência seja medida. c t s é a temperatura especicada para a correção de resistência, em graus Celsius (ver 13.1.2). (1) Correção para o conjugado do dinamômetro devido às perdas de ventilação e dos mancais é igual a: ( A − B ) − C k× n

onde

é a potência, expressa em watts (W), necessária para acionar a máquina quando acoplada ao dinamômetro com o circuito da armadura do dinamômetro aberto. A = (potência de entrada - perdas I 2 R do estator) × (1 - escorregamento); B é a potência, expressa em watts (W), requerida para acionar a máquina quando sem carga e desacoplada; B = potência de entrada - perdas I 2 R do estator C é o conjugado de saída indicado pelo dinamômetro durante o ensaio “A”; k é igual a 9,549 para conjugado, expresso em newton-metros (N.m); n é a velocidade, expressa em rotações por minuto (rpm). (2) Conjugado corrigido é igual ao conjugado medido mais correção (1); (5) Este valor é igual à potência medida, em watts, mais correção (4); (6) Rendimento porcentual = [(3)/(5)] × 100 A

23.1.2 Resumo das características Carga (% da nominal)

25

50

75

Fator de potência (%) Rendimento (%) Velocidade (rpm) Corrente de linha (A)

74/121


100

125

150


23.2 Formulário 2 23.2.1 Método 2: Ensaio dinamométrico com medição indireta das perdas suplementares e medição direta das perdas no estator (I 2R ), no rotor (I 2R ), no núcleo e por atrito e ventilação Tipo ________ Categoria ______ Carcaça ________ kW /cv ________ Nº fases ___________ Frequência (Hz) ______ Tensão (V) _______ Velocidade síncrona (rpm) __________ Nº série ______ Elevação de temperatura (K) ____________ Regime _____________ Nº Modelo ________ Resistência média a frio do enrolamento do estator entre os terminais (1) ______ ohms em (2) ______ °C Resistência média do enrolamento do estator após o ensaio de elevação de temperatura à carga nominal (3)________ ohms em (4) ________ °C em (5) ________ °C de temperatura ambiente Item

Descrição

1

6

Temperatura ambiente (°C)

7

Temperatura do enrolamento do estator (°C) ( t e) a

8

Frequência (Hz) b

9

Velocidade síncrona (rpm)

10

Velocidade (rpm)

11

Escorregamento (rpm)

12

Tensão de linha (V)

13

Corrente de linha (A)

14

Potência de entrada (W)

15

Perdas no núcleo (W)

16

Perdas I 2R no estator (W), à t e

17

Potência pelo entreferro (W)

18

Perdas I 2R no rotor (W)

19

Perdas por atrito e ventilação (W)

20

Perdas convencionais totais (W)

21

Conjugado (N.m)

22

Correção do dinamômetro (N.m)

23

Conjugado corrigido (N.m)

24

Potência de saída (W)

25

Perdas totais aparentes (W)

26

Perdas suplementares (W)

2

3

4

5

6

Interseção ______ Inclinação _______ Fator de correção _______ Ponto excluído ______ 27

Perdas I 2R do estator (W) a t s c

28

Potência corrigida pelo entreferro (W)

29

Escorregamento corrigido (rpm); ver 8.2 NÃO TEM VALOR NORMATIVO

75/121

ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 30

Velocidade corrigida (rpm)

31

Perdas I 2R no rotor (W), em t s

32

Perdas suplementares corrigidas (W)

33

Perdas totais corrigidas (W)

34

Potência de saída corrigida (W)

35

Potência de saída (cv)

36

Rendimento (%)

37

Fator de potência (%)

a

t e é

a temperatura do enrolamento do estator, quando determinada no nal do ensaio de elevação de temperatura pelo método da resistência do estator, ou durante o ensaio, pelo detector de temperatura, em graus Celsius. Devido às possíveis oscilações da rede de alimentação, é importante que a frequência seja medida. t s é a temperatura especicada para correção da resistência, em graus Celsius (ver 13.1.2).

b c


25

50

75

100

125

150

Fator de potência (%) Rendimento (%) Velocidade (rpm) Corrente de linha (A) (9)

É igual a 120 × (8) / número de polos;

(11)

É igual a (9) – (10);

(16)

É igual a 1,5 × (13)2 × (1) × [k 1 + (7)] / [k 1 + (2)]

onde k 1 = 235 para 100 % de condutividade do cobre ou 225 para o alumínio baseado em 62 % de

condutividade; (17)

É igual a (14) – (15) – (16);

(18)

É igual a [(17) × (11)] / (9);

(20)

É igual a (15) + (16) + (18) + (19);

(22) Correção para conjugado do dinamômetro devido às perdas de ventilação e dos mancais, é igual a: k2

×

76/121

(WA − WB ) n

− C


ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 sendo WA = (P1 − W1 − Wh ) × (1 − s1) WB = (P0

− W0 − Wh )

onde P 1 é a potência de entrada requerida para acionar o motor quando acoplado ao dinamômetro

com o circuito da armadura do dinamômetro aberto (Ensaio “A”), expressa em watts (W);

W 1 é igual à perda I 2R no estator, durante o ensaio “A”, expressa em watts (W); s1 é o escorregamento, em pu, durante ensaio “A”; P 0 é a potência de entrada requerida para acionar o motor quando sem carga e desacoplado

(Ensaio “B”), expressa em watts (W);

k 2 é igual a 9,549 para conjugado, expresso em newton.metros (N.m); n

é a velocidade durante o ensaio “A”, expressa em rotações por minuto (rpm);

W 0 é igual à perda I 2R no estator, durante o ensaio “B”, expressa em watts (W); W h é a perda no núcleo, expressa em watts (W); C é o conjugado de saída medido pelo dinamômetro, durante o ensaio “A”.

(23)

É igual a (21) + (22);

(24)

É igual a [(23) × (10)] / k 2;

(25)

É igual a (14) – (24);

(26)

É igual a (25) – (20);

(27)

É igual a 1,5 × (13)2 × (3) × [k 1 + (4) – (5) + 25 °C)] / [k 1 + (4)];

(28)

É igual a (14) – (27) – (15);

(30)

É igual à velocidade síncrona – (29);

(31)

É igual a

(32)

É igual a AT 2;

(28) × ( 29) Velocidade síncrona (r/min)

;

onde A

é a inclinação da curva de (26) versus (23)2, usando uma análise por regressão linear (ver 14.4.1.9);

T

é o conjugado corrigido = (23).

(33)

É igual a (15) + (19) + (27) + (31) + (32); NÃO TEM VALOR NORMATIVO

77/121


(34)

É igual a (14) – (33);

(35)

É igual a (34) / 736;

(36)

É igual a 100 × (34) / (14)

(37)

É igual a

(14) × 100 3 × (13) × (12)

O resumo das características é obtido traçando-se o gráco corrente de linha (13), velocidade (30) e rendimento (36) versus potência de saída (35), em seguida, ajustar os dados por uma curva para obtenção das características nos pontos exatos de carga. O fator de potência é calculado para cada ponto exato de carga por sua corrente, tensão e potência de entrada, onde a potência de entrada é calculada como: Potência de entrada =

cv × 736 × 100

Rendimento (%)

23.3 Formulário 3 23.3.1 Método 3: Máquinas idênticas com separação de perdas e medição indireta das perdas suplementares Tipo ________ Categoria ________ Carcaça __________ kW /cv _________ Nº fases _______ Frequência (Hz) ______ Tensão (V) _______ Velocidade síncrona (rpm) __________ Nº série ________ Elevação de temperatura (K) ____________ Regime _____________Nº Modelo ________ Resistência média a frio do enrolamento do estator entre terminais ______ ohms em _______ °C Temperatura especicada para correção da resistência ( t s) = _______ °C (ver 13.1.2) Item

Descrição

1


2

Temperatura do enrolamento do estator ( t e) (°C)a

3

Frequência (Hz)b

4

Velocidade (rpm)

5

Escorregamento (rpm)

6


7


8


9


10

Perdas I 2 R no estator (W), à t e

11


12

Perdas I 2 R no rotor (W)

13


14

Perdas convencionais totais (W)

78/121

1


2

3

4

5

6


15

Corrente do rotor (A)

16

Corrente média do rotor (A)

17

Perdas suplementares média (W)

Interseção _______ Inclinação _______ Fator de correção _______ Ponto excluído ________ 18

Perdas I 2 R do estator(W), a t sc

19

Potência pelo entreferro corrigida (W)

20

Escorregamento corrigido (rpm); ver 8.2

21


22

Perdas I 2 R no rotor (W), a t s

23

Perdas suplementares corrigidas (W)

24

Perdas totais corrigidas (W)

25

Potência de saída corrigida (W)

26


27

Rendimento (%)

28


a

t e é

a temperatura do enrolamento do estator, quando determinada no nal do ensaio de elevação de temperatura pelo método da resistência do estator, ou durante o ensaio, pelo detector de temperatura, em graus Celsius. Devido às possíveis oscilações da rede de alimentação, é importante que a frequência seja medida. t s é a temperatura especicada para correção de resistência, em graus Celsius (ver 14.1.1).

b c


25

50

75

100

125

150


É igual à velocidade síncrona – (4), onde a velocidade síncrona =

(11)

É igual a (8) – (9) – (10);

(12)

É igual a

(14)

É igual a (9) + (10) + (12) + (13);

(15)

I2

(11) × (5) Velocidade síncrona (r/min)

120 × (3)

Número de polos

;

;

= (I 2 − I 02 )

onde I 2

é o valor da corrente de rotor para a qual as perdas suplementares devem ser determinadas; NÃO TEM VALOR NORMATIVO

79/121

ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 I 0


I

é o valor da corrente de linha do estator para a qual as perdas suplementares devem ser determinadas;

(16)

É igual ao valor médio de (15);

(17)

Ver 14.5.2;

(19)

É igual a (8) – (9) – (18);

(21)

É igual à velocidade síncrona – (20); (19) × (20)

(22)

É igual a Velocidade síncrona (r/min) ;

(23)

É igual a A × (I 2)2;

onde A

é a inclinação da curva de (17) versus (16)2, usando uma análise por regressão linear (ver 14.5.2.2);

I 2

é a corrente de rotor.

(24)

É igual a (9) + (13) + (18) + (22) + (23);

(25)

É igual (8) – (24).

(26)

É igual

(25)

(27)

736 É igual a (25) × 100 (8 )

(28)

É igual a

(8) × 100 3 × (6 ) × (7)

O resumo das características é obtido traçando-se o gráco corrente de linha (7), velocidade (21) e rendimento (27) versus potência de saída (26). Em seguida, ajustar os dados por uma curva para obtenção das características nos pontos exatos de carga. O fator de potência é calculado para cada ponto exato de carga por sua corrente, tensão e potência de entrada, onde a potência de entrada é calculada como: Potência de entrada =

80/121

cv × 736 × 100

Rendimento (%)



23.4 Formulário 4 23.4.1 Métodos 4 e 5: Medição da potência elétrica em carga com separação de perdas com medição direta ou valor atribuído das perdas suplementares Tipo ________ Categoria ________ Carcaça __________ kW /cv _________Nº fases ______ Frequência (Hz) ______ Tensão (V) _______ Velocidade síncrona(rpm) _________ Nº série _______ Elevação de temperatura (K) ____________ Regime _____________ Nº Modelo ________ Resistência a frio do enrolamento do estator entre terminais ______ ohms em _______ °C Temperatura especicada para correção da resistência ( t s)a = (ver 13.1.2) Perdas suplementares ( W’ LL)b = ________________ (W) em I’ 2 ________ (A) Item

Descrição

1


2

Temperatura do enrolamento do estator (°C) ( t e)c

3

Frequência (Hz)d

4

Velocidade (rpm)

5

Escorregamento corrigido (rpm)

6


7


8


9


10


11

Perdas I 2 R no estator (W), a t s

12


13

Perdas I 2 R no rotor (W)

14


15

Corrente de rotor (A)

16

Perdas suplementares (W)

17

Perdas totais (W)

18

Potência de saída (W)

19


20

Rendimento (%)

21


a

b c d

1

2

3

4

5

6

t s é a temperatura especicada para correção de resistência, em graus Celsius (ver 13.1.2).

Método 4 - ver 13.4.3, Método 5 - ver 13.4.5. t e é a temperatura do enrolamento do estator, quando determinada no nal do ensaio de elevação de temperatura pelo método da resistência do estator, ou durante o ensaio, pelo detector de temperatura, em graus Celsius. Devido às possíveis oscilações da rede de alimentação, é importante que a frequência seja medida. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

81/121



25

50

75

100

125

150


Ver 8.2;

(6)

É igual à velocidade síncrona – (5);

(12)

É igual a (9) – (10) – (11);

(13)

É igual a

(15)

I2

(12) × (5) Velocidade síncrona (r/min)

;

= (I 2 − I 02 ) ;

onde I 2

é o valor da corrente do rotor para a qual as perdas suplementares devem ser determinadas;

I 0


I

é o valor da corrente de linha do estator para a qual as perdas suplementares devem ser determinadas.

(16)

2 (15)  É igual a W ' LL ×  ;  I ' 2 

(17)

É igual a (10) + (11) + (13) + (14) + (16);

(18)

É igual a (9) – (17);

(19)

É igual a (18)

(20)

 18) É igual a (  × 100 ;

(21)

736

 (9 )  (9) × 100 É igual a ; 3 × 7 × (8 )

O resumo das características é obtido traçando-se o gráco da corrente de linha (8), velocidade (6) e rendimento (20) versus potência de saída (19). Em seguida, ajustar os dados através da curva para obtenção das características nos pontos exatos de carga. O fator de potência é calculado para cada ponto exato de carga por sua corrente, tensão e potência de entrada, onde a potência de entrada é calculada como: Potência de entrada =

82/121

cv × 736 × 100

Rendimento (%) NÃO TEM VALOR NORMATIVO


23.5 Formulário 5 23.5.1 Métodos 6 e 7: Nomenclatura e equações do método do circuito equivalente para determinação dos parâmetros do motor

Quando os valores das impedâncias são determinados seguindo os Métodos 1 ou 2 (ver 14.8.1.2), uma relação entre X 1 e X2 deve ser adotada. Quando detalhes do projeto são disponíveis, deve-se utilizar a razão calculada de X 1 /X 2. Caso contrário, utilizar, para ns didáticos:

 X 1  = 0, 78 para motores categoria D e motores de rotor enrolado;  X  2   X 1  = 0, 68 para motores categoria N;  X  2   X 1  = 0, 58 para motores categoria H;  X  2  = (mV1)2 − W 2

VAR

mV 02

X M

=

X 1L

=

X1 =

VAR0

F L

1

(20)

− m (I10 )2 × X1  X 1  2  1 + X  M 

VARL  X1 m (I 1L )2 ×  1 +  X 2

F

×

×  1 + 1   X 1   X 2 X M  +  X M  X

X

× X 1L

(21)

(22)

As Equações 20, 21 e 22 podem ser resolvidas como a seguir: (1)

Resolver a Equação 20 para X M, assumindo um valor de X 1/ X M e X 1;

(2)

Resolver a Equação 21 para X 1L, usando o valor de X 1/ X M de (1);

(3)

Resolver a Equação 22 para X 1;

(4)

Resolver a Equação 20 para X M, usando X 1 de (22) e a razão de X 1/ X M de (20) e (22);

(5)

Continuar a solução por iteração até estabelecer valores estáveis de X 1 e X M dentro de 0,1 %. BM

=

X 2

=

1

(23)

X M X 1  X 1 

(24)

 X  2  Wh

2 R' = W0 − Wf − mI10 1

(25) NÃO TEM VALOR NORMATIVO

83/121

ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 Determinar W f por 13.3.3.1 2 X 1   Gfe = ×  1 +  2  X M  mV 10

R fe

=

Wh

(26)

1

(27)

Gfe

 WL   X 2  2  X 2  2 2 R" 2 =  − R"1 ×  1 +  −   × ( X1LGfe ) 2  mI 1L   XM   X 1 

(28)

Para determinar os parâmetros do circuito usando o Método 3 (ver 14.8.1.2), utilizar o procedimento descrito em 14.8.1.2.2. Para determinar os parâmetros do circuito usando o Método 4 (ver 14.8.1.2), utilizar o procedimento descrito em 14.8.1.2.3. 23.5.2 Nomenclatura V

tensão de fase, expressa em volts (V);

F

frequência, expressa em hertz (Hz);

I 1

corrente de linha ou do estator, expressa em ampères (A);

I 2

corrente do rotor, expressa em ampères (A);

m

número de fases;

R 1

resistência do estator corrigida para a temperatura especicada t s, expressa em ohms ( Ω);

R’ 1

resistência do estator à temperatura durante o ensaio em vazio, expressa em ohms ( Ω);

R” 1

resistência do estator à temperatura durante o ensaio de impedância, expressa em ohms ( Ω);

R 2

resistência do rotor referido ao estator à temperatura especicada t s, expressa em ohms ( Ω);

R” 2

resistência do rotor referida ao estator à temperatura durante ensaio de impedância, expressa em ohms (Ω);

X 1

reatância de dispersão do estator, expressa em ohms ( Ω);

X 2

reatância de dispersão do rotor referida ao estator, expressa em ohms ( Ω);

X M

reatância de magnetização, expressa em ohms ( Ω);

BM

susceptância de magnetização, expressa em ohms elevado a menos um ( Ω)-1;

R fe

resistência do núcleo, expressa em ohms ( Ω);

Gfe

condutância do núcleo, expressa em ohms elevado a menos um ( Ω)-1;

VAR

potência reativa, expressa em volt-ampère reativo (VAr);

84/121


ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 W

potência, expressa watts (W);

W h

perdas no núcleo, expressas em watts (W);

W f

perdas por ventilação e atrito, expressas em watts (W);

W LL

perdas suplementares, expressas em watts (W);

W LL

LLs+LLr

23.5.3 Índices

L

para ensaio de impedância;

o

grandeza referente ao ensaio ou operação em vazio.

NOTA 1

Para motores trifásicos, a resistência monofásica do estator em Y é a metade da resistência entre

terminais.

NOTA 2

As categorias N, H e D são denidas na ABNT NBR 17094-1.

NOTA 3 A não ser se especicado em contrário, todas as impedâncias, admitâncias e tensões são por fase em estrela para motores trifásicos. Potências reativa, aparente e ativa são trifásicas.

23.6 Formulário 6 23.6.1 Método 6: Características de motores de indução obtidas pelo circuito equivalente Tipo ________ Categoria ________ Carcaça __________ kW /cv __________ Nº fases ________ Frequência (Hz) ______ Tensão (V) _______ Velocidade síncrona (rpm) __________ Nº série _________ Elevação de temperatura (K) ____________ Regime _____________ Nº Modelo ________

23.6.2 Resumo dos ensaios Impedância pelo método ______ de 14.8.1.2

Em vazio

Corrente de linha, I o

Potência de entrada, W o

Frequência

Tensão de linha, V L

Corrente de linha, I

Potência de entrada, P

A

W

Hz

V

A

W

23.6.3 Parâmetros V

= _____________ (V) por fase

R 1

= _____________ ( Ω)

R 2

= _____________ ( Ω)

R fe

= _____________ ( Ω) NÃO TEM VALOR NORMATIVO

85/121

ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 X 1

= _____________ ( Ω)

X 2

= _____________ ( Ω)

(X 1+ X 2) = _____________( Ω) BM

= _____________ (M Ω)

Gfe

= _____________ (M Ω)

W f

= _____________ (W)

W h

= _____________ (W)

W LL

= ____________ (W) em I t = _________ (A)

NOTA

Para a potência (W) em WLL ver 13.4.3, 13.4.4, ou 13.4.5.


25

50

75

100

125

150

Potência de saída (kW) Velocidade (rpm) Corrente de linha (A) Rendimento (%) Fator de potência (%)

23.7 Formulário 7 23.7.1 Métodos 6, 7, 8, 9 e 10: Solução do circuito equivalente Tipo ________ Categoria ________ Carcaça __________ kW /cv __________ Nº fases ________ Frequência (Hz) ______ Tensão (V) _______ Velocidade síncrona (rpm) __________ Nº série _________ Elevação de temperatura (K) ____________ Regime _____________ Nº Modelo ________

Antes de iniciar os cálculos, preencher os itens abaixo, obtidos dos ensaios anteriores. R 2 =__________ V = tensão de fase_________ I’ 2 ___________ e W’ LL ________do Formulário 6 e

também todos os itens abaixo que estão marcados com um asterisco.

Adotar um valor de s correspondente à velocidade esperada em plena carga e valores proporcionais para outras cargas. Números entre parênteses representam os números dos itens.

86/121


ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 Item

Descrição

1

s = escorregamento, por unidade

2

R 2 /s

*3

Z 22 = (2)2 + (3)2

5

G1 = (2) / (4)

G = (5) + (6)

8

– B2 = (3) / (4)

*9

– BM =

10

– B = (8) + (9)

11

Y 2 = (7)2 + (10)2

12

R g = (7) / (11)

R = (12) + (13)

15

X g = (10) / (11)

17

4

5

6

R 1 = resistência por fase

14

* 16

3

Gfe

7

* 13

2

X 2

4

*6

1

X 1 X = (15) + (16)

18

Z =

19

I 1 = V / (18)

20

I 2

21

Potência de entrada (W) = m × (19)2 × (14)

22

Potência do secundário = m × (20)2 × (2)

23

I 2R Estator = m x (19)2 × (13)

24

Perdas do núcleo = m × (19)2 × (6) / (11)

25

Perdas no secundário = (1) × (22)

26

Perdas por ventilação e atrito

27

W LL = W’ LL.[(20) / I t]2

28

Perdas = itens (23) ao (27) somados

29

Potência de saída (W) = (21) × (28)

30

Rendimento (%) = (29) × 100 / (21)

31

Fator de potência (%) = 100 × (14) / (18)

32

Potência de saída (cv) = (29) / 736

33

Velocidade = [1 – (1)] × velocidade síncrona

34

Conjugado = 9,549 × (29) / (33) (N.m)

(14)2 + (17)2

= (19) / (4) + (11)


87/121



25

50

75

Potência de saída (kW) Velocidade (rpm) Corrente de linha (A) Rendimento (%) Fator de potência (%)

88/121


100

125

150


Anexo A (informativo) Formulário sugerido para reportar ensaios de rotina Fabricante___________________________________ Endereço do fabricante ________________________ No do pedido do comprador__________________

Data do ensaio ________________________ Nº do pedido do fabricante _______________ Comprador ___________________________

Dados da placa de identicação

Potência nominal kW/cv

Tipo

Velocidade nominal

Fator de

serviço FS

Carcaça

rpm

Elevação da temperatura pelo método indicado

Número de fases

Frequência

Tensão

Corrente

Hz

V

A

Temperatura

ambiente e classe térmica

Ip/In

Regime tipo

Características dos ensaios Motor

Nº de série

Tensão no secundário em aberto no motor de rotor bobinado

Em vazio

Ligação_________ V

Hz

A

W


Ensaio

dielétrico kV

Resistência entre terminais do

enrolamento do estator Ω

ta (°C)

89/121


Anexo B (informativo) Formulário sugerido para reportar ensaios de tipo Fabricante___________________________________ Endereço do fabricante ________________________ Nº do pedido do comprador_____________________ Nº de série __________________________________

Data do ensaio ________________________ Nº do pedido do fabricante _______________ Comprador ___________________________ Nº do modelo _________________________

Dados da placa de identicação

Potência nominal kW/cv

Fator de

serviço FS

Velocidade nominal

Número de fases

rpm

Condições do ensaio

Frequência

Tensão

Corrente

Hz

V

A

funcionamento

Tensão de linha

Corrente de linha

Carcaça

Elevação de temperatura Elevação de temperatura _____ºC Temperatura

Horas de

Categoria

do uido refrigerante (°C)

Enrolamento do Estator ∆θ K

Enrolamento do Rotor ∆θ

Método *

Método *

K

Características Escorregamento

nominal %

Corrente de linha em vazio

secundário com

A

rotor bloqueado

Tensão no

Corrente no secundário por anel à carga nominal

Resistência a 25 °C (entre as linhas) Ω

Primário

Secundário Conjugado máximo em (N.m) com ____% da tensão nominal aplicada

Conjugado com o rotor bloqueado em (N.m) com _____% da tensão nominal aplicada

Corrente de partida (A) com _____% da tensão nominal aplicada

Dielétrico Tensão a.c. _____/ ____s Estator

Rendimento (%) Carga nominal

90/121

75 % da carga

Rotor

Rendimento e fator de potência Fator de potência (%)

50 % da carga

Carga nominal


75 % da carga

50 % da carga


Observações: Deste motor Dados de ensaio:

De motores idênticos

Data ____/_____/_____

Aprovado por ________________________

* indicar o método com:

T- termométrico

V- variação da resistência D- detectores de temperatura embutido


91/121


Anexo C (normativo) Análise de regressão linear

C.1

Método de regressão linear

O propósito da análise de regressão linear é achar uma relação matemática entre dois conjuntos de variáveis, portanto o valor de uma variável pode ser utilizado para prever o outro. A regressão linear assume que duas variáveis são linearmente relacionadas; isto é, se pares de valores de duas variáveis ( x i, y i) forem plotados, os pontos se distribuirão como que próximo a uma reta. O quanto estes pares de valores se aproximam bem a uma reta é indicado pelo coeciente de correlação ( γ). A relação linear dada por uma reta é expressa por: Y = AX + B onde Y é a variável dependente; X é a variável independente; A


B

é o ponto de interseção de Y com a reta.

A inclinação da reta ( A) e a interseção de Y com a reta (B) são calculadas pelas equações de regressão linear pelo método dos mínimos quadrados, como a seguir:

∑ XY − (∑ X )(∑ Y ) N ∑ X − (∑ X ) X A ( X ) (interseção Y) A = ∑ − ∑ (inclinação da reta) A =

N

N

2

2

N

(coeciente de correlação) γ =

∑ XY − (∑ X )(∑ Y ) (N ∑ X − (∑ X ) ) (N∑ Y − (∑ Y ) ) N

2

2

2

2

onde N é o número de pares de valores das duas variáveis ( x i, y i).

Os valores dos coecientes de correlação variam de – 1 a +1. Um valor negativo indica uma relação negativa (quando X cresce, Y decresce, ou vice-versa) e um valor positivo indica uma relação positiva (quando X cresce, Y cresce). Tão próximo o valor seja de – 1 ou +1 melhor, é a relação. Um coeciente de correlação próximo de zero indica que não existe relação. 92/121



C.2

Regressão linear da potência residual

A potência residual (kW) é relacionada ao conjugado de saída (C) (N.m) pela relação linear: Potência residual = AC 2 + B onde

Potência residual é a variável dependente ( Y ); C 2 é a variável independente ( X ); A


B

é o ponto de interseção de Y com a reta.

Para melhor entendimento, em seguida é aplicado o método para o seguinte exemplo. Dados os seguintes valores para C , C 2 (ou X ), e potência residual (ou Y ): Conjugado C

=

50,8

30,5

20,3

10,2

C 2 (ou X )

=

2 580 2 190 1 660 930

412

104

Potência residual ( Y)

=

0,281 0,257 0,225 0,161 0,114 0,052 6

46,8

40,7

A tarefa é calcular os valores para A, B e (γ) usando as fórmulas de regressão linear pelo método mínimo quadrado previamente descrito.

Para realizar isto, os valores que serão utilizados nas equações de regressão, primeiramente devem ser calculados e preparados para a sua utilização, conforme exemplo indicado na Tabela C.1. Tabela C.1 – Exemplo de preparação de dados para o cálculo C 2 (ou X )

Y

X 2

Y 2

XY

2 580

6 660 000 4 800 000 2 760 000 865 000

104

0,281 0,257 0,225 0,161 0,114 0,052

10 800

0,079 0 0,066 0 0,050 6 0,025 9 0,013 0 0,002 77

725,00 563,00 374,00 150,00 47,00 5,47

_______

_______

_______ ∑ X 2 = 15 265 800

_______ ∑Y 2 = 0,237 27

_______

2 190

1 660 930 412

∑ X = 7

876

∑Y = 1,090

170 000

6

∑ XY = 1

864,47

Substituindo estes somatórios na equação de regressão linear, obtém-se: (inclinação da reta) A =

N

∑ XY − (∑ X )(∑ Y ) = (6)(1864 47) − (7 876)(1, 090 6) (6)(15 265 800) − (7 876) N ∑ X − ( ∑ X ) 2

2

2

A = 0, 000 087 9


93/121


(interseção Y) B = B

∑ Y − A (∑ X ) = 1, 090 6 − (0, 000 087 9)( 7 876) N

N

= 0, 066 4

(coeciente de correlação) γ =

6

∑ XY − (∑ X )(∑ Y ) (N ∑ X − (∑ X ) ) (N∑ Y − (∑ Y ) ) N

2

γ=

6

2

2

2

(6)(1864 47 ) − (7 876 )(1,090 6)

((6)(15 265 800) − (7 876)2 ) ((6 )(0,237 27 ) − (1,090 60 )2 )

γ = 0, 987 Devido ao coeciente de correlação ( γ) ser próximo a +1, isto indica uma relação muito boa entre a potência de saída, em quilowatts, e o quadrado do conjugado de saída.

94/121



Anexo D (normativo) Cálculo da perda suplementar conforme método Eh-Star D.1

Determinar as tensões e corrente complexas a seguir, conforme resultado dos ensaios:

U UV = U UV U ' WU U ''

=

=

(D.1) 2 2 − U WU − U UV 2 × U UV

2 U VW

(D.2) (D.3)

2 − U ' WU

2 UWU

U’ VW = – U UV – U’ WU

(D.4)

U’’ VW = – U’’ W

(D.5)

I ' V

=−

(PUV + PWV ) + UWU × I W

(D.6)

U UV

Na Equação D.6, considera-se que a corrente I w está em fase com a tensão U WU. Se a impedância do resistor contiver componentes reativas, a Equação D.7 deve ser utilizada: I ' V

=−

2 (PUV + PWV ) + Reh × IW

(D.7)

U UV

onde o valor R eh é a medição da resistência do componente: I '' V

=

K 1 =

− IV ' 2

(D.8)

− IU2 − I V2 2 2 × I V

(D.9)

IV2

2 IW

 2 I U2  2 I 'U = K1 × I ' V +  K1 −  × (I 'V − IV ) 2 I V   I '' U

=

2 K1 × IV

− I 'U × I ' V

(D.10)

(D.11)

I '' V

I’ W = – I’ U – I’ V

(D.12)

I’’ = – I’’ U – I’’ V

(D.13)

Determinar as tensões internas da máquina pelas tensões e correntes complexas: UiUV

= UUV +

R VW

UiVW

= UUV +

R VW

2 2

× (IV − IU )

(D.14)

× (IW − IV )

(D.15)


95/121


UiWU

= UWU +

R VW 2

× (IU − IW )

(D.16)

onde R VW é a resistência determinada conforme 13.4.3.2.5.

Separar os componentes em sequência positiva e negativa conforme a seguir: j × 2 ×π

(D.17)

a=e

3

UiLL(1)

= × (UiUV + a × UiVW + a2 × UiWU )

(D.18)

UiLL(2)

= × (UiUV + a2 × UiVW + a × UiWU )

(D.19)

Ui(1)

Ui(2)

1

3

1

3

=

1

=

1

3

×e

3

π − j ×    

× U iLL (1)

π − j ×    

× U iLL(2)

×e

6

6

(D.20)

(D.21)

Determinar as tensões internas por fase: U iU = U i(1) + U i(2)

(D.22)

U iV = a2 × U i(1) + a × U i(2)

(D.23)

U iW = a × U i(1) + a2 × U i(2)

(D.24)

Determinar a resistência de perdas no ferro: R fe

=

U t2 P fe

(D.25)

onde U t é a tensão de ensaio, calculada de acordo com 13.4.3.2.3; P fe é a perda no ferro, calculada de acordo com 13.3.3.2.

I feU

=

U iU R fe

(D.26)

I feV

=

U iV

(D.27)

I feW

=

R fe

U iW R fe

(D.28)

Determinar as correntes internas por fase: I iU = I U – I feU

(D.29)

I iV = I V – I feV

(D.30)

I iW = I W – I feW

(D.31)

96/121



Determinar as correntes internas de sequência positiva e negativa: 1

Ii(1)

= × (IiU + a × IiV + a2 × IiW )

(D.32)

Ii(2)

= × (IiU + a2 × IiV + a × IiW )

(D.33)

3

1

3

O valor absoluto da corrente de sequência positiva I i(1) deve ser inferior a 30 % do valor absoluto da corrente de sequência negativa I i(2) para que o ensaio seja válido. Se este requisito não for cumprido, o ensaio deve ser repetido com um novo valor de R eh. Determinar a potência no entreferro: Pδ

= 3 × (U 'i(1) × I 'i(1)+ U ''i(1) × I ''i(1 ) )

(D.34)

Pδ

= 3 × (U 'i(2) × I 'i(2) + U ''i(2) × I ''i( 2) )

(D.35)

Determinar a perda suplementar: 1

k =

2

(D.36)

 I i(1)   I i(2)  

1+ 

PLr

= k × (1 − s ) × ( Pδ (1) − Pδ (2) ) − Pmec 

(D.37)

D.2 Para o cálculo da perda suplementar conforme método Eh- Star modicado determinar as tensões e correntes a seguir, conforme resultado do ensaio: Pai Pav

1 6

(D.38)

1 6

(D.39)

2 = × (IU2 + I V2 + IW ) 2 + U2 U2 = × (UUV VW + WU )

1

Pbi

= ×

Pbi

= ×

6

1

6

2 + I2 3 × (IU V 2 3 × (IUV

2 − 6 × I 4 + I 4 + I 4 + IW ) (U V W)

2 2 6 I4 I4 I4 + IVW + IW U ) − × ( UV + VW + W U )

(D.40) (D.41)

I2

= 2 × P ai

(D.42)

Iδ2

= − 2 × P bi

(D43)

V2

= 2 × P av

(D.44)

Vδ2

= 2 × P bv

(D.45)

Determinar as correntes de sequência positiva e negativa: I i(1)

=

(I 2 + I δ2 )

(D.46)

2 NÃO TEM VALOR NORMATIVO

97/121


=

I i(2) I pn

=

(I 2 + I δ2 ) I i(1)

(D.47)

2

(D.48)

I i(2)

A relação entre a corrente de sequência positiva e a corrente de sequência negativa I pn pn deve ser inferior a 30 % para que o ensaio seja considerado válido. Determinar a corrente ecaz: Ief = Ii2(1) In

=

In2

+ I i2(2)

(D.49)

− I o2

(D.50)

onde I n

é a corrente nominal do motor;

I o

é a corrente do motor operando em vazio e com tensão nominal;

I efn

=

I ef

(D.51)

I tn

Determinar as variáveis conforme a seguir: QD QR

2 × I 2 + U 2 × I2 = 4, 5 × V 2 × I 2 + 1, 5 × Vδ2 × Iδ2 − (U V2 W × IU2 + UW U V UV W)

=

1, 5 × (V 2

× Iδ2 + Vδ2 × I 2 )

(D.53)

QD

2 +U2 2 − I 2 + U2 × I 2 − I 2  U V2W × (IV2 − IW × (I W ) W U U) UV ( U V ) QX = 3 × QD

QE

=

(D.52)

QD

− (PUV − PW V )2

(D.54) (D.55)

Determinar a diferença entre as potências de sequência positiva e negativa:

∆Pe = QR × (PUV − PW V ) − QX × QE

(D.56)

∆P j = 1, 5 × RVW × Iδ2

(D.57)

R fe

=

U t2

(D.58)

P fe

onde

tensão de ensaio, calculada calculada de acordo acordo com 13.4.3.2.3; 13.4.3.2.3; U t é a tensão P fe fe é a perda no ferro, calculada de acordo com 13.3.3.2

98/121



∆P fe =

V δ2

(D.59)

R fe

∆Pf = ∆Pe − ∆Pj − ∆ Pfe

(D.60)

Determinar a perda suplementar: PLr

= ∆Pf (1 − s ) − Pme c

(D.61)


99/121


Anexo E (informativo) Metodologia para cálculo da incerteza de medição de rendimento em ensaio de motores elétricos quando utilizado o Método 2 (ver 14.4)

E.1 Modelagem matemática da incerteza de medição das grandezas obtidas pelo método direto E.1.1 TX

Medição de temperatura = T m + (σim + σrm + σem )

(E.1)

onde σim é

a incerteza do sistema de medição da temperatura;

σrm é a resolução do sistema de medição da σem deriva do

E.1.2 RX

temperatura;

sistema de medição.

Medição de resistência elétrica = R m + (σim + σrm + σem )

(E.2)

onde σim é

a incerteza do medidor de resistência;

σrm é a resolução do medidor de resistência; σem deriva do

medidor de resistência.

Para determinação da resistência é adotada a média aritmética de duas medidas de resistência antes e após o ensaio, em carga e a vazio. A incerteza de medição da média das medidas de resistência é dada por: IRES

= (Ia )2 + (I d )2

(E.3)

onde I RES

é a incerteza da média aritmética da medida de resistência;

I a

é a incerteza da medição da medida de resistência antes do ensaio (carga e vazio);

I d

é a incerteza da medição da medida de resistênci resistênciaa depois do ensaio (carga e vazio).

100/121



E.1.3 VX

Medição de tensão = V m + (σim + σrm + σem )

(E.4)

onde σim é

a incerteza do medidor de tensão;

σrm é

a resolução do medidor de tensão;

σem deriva

E.1.4 IX

do medidor de tensão.

Medição de corrente = I m + (σim + σrm + σem )

(E.5)

onde σim é

a incerteza do medidor de corrente;

σrm é a resolução do medidor de corrente; σem deriva do medidor de corrente.

E.1.5 PX

Medição de potência ativa = P m + (σim + σrm + σem )

(E.6)

onde σim é

a incerteza do medidor de potência;

σrm é

a resolução do medidor de potência;

σem deriva

E.1.6

do medidor de potência.

Medição de torque

τ X = τm + (σim + σrm + σem )

(E.7)

onde σim é

a incerteza do medidor de torque;

σrm é

a resolução do medidor de torque;

σem deriva

do medidor de torque;

σlm é a linearidade do medidor de torque.


101/121


E.1.7

Medição de velocidade = Sm + (σim + σrm + σem )

SX

(E.8)

onde σim é

a incerteza do medidor de velocidade;

σrm é

a resolução do medidor de velocidade;

σem deriva do medidor de velocidade; σlm é a linearidade

E.1.8 PX

do medidor de velocidade.

Medição de potência aparente = P m + (σimv + σrmv + σemv + σimi + σrmi + σemi ) × (CI)

(E.9)

onde σimv

é a incerteza do medidor de tensão;

σrmv é

a resolução do medidor de tensão;

σemv deriva

do medidor de tensão;

σimi

é a incerteza do medidor de corrente;

σrmi

é a resolução do medidor de corrente;

σemi

deriva do medidor de corrente;

CI

representa os coecientes de sensibilidade.

Para determinação da potência aparente, são levadas em consideração duas grandezas correlacio nadas, tensão e corrente. Para o cálculo da incerteza de medição é necessário determinar os coe cientes de sensibilidade (CI) a serem aplicados nas fontes sob forma de tensão e corrente. Para isto, deriva-se parcialmente a equação P = V × I × 3 .

∂P = I × ∂v ∂P = V × ∂i E.1.9 Pm

3 3

Coeciente a ser aplicado nas fontes sob forma de tensão. Coeciente a ser aplicado nas fontes sob forma de corrente.

Medição da potência mecânica = P X + (σimt + σrmt + σemt + σImi + σims + σrms + σems + σIms ) × (CI)

onde σimt

é a incerteza do medidor de torque;

σrmt

é a resolução do medidor de torque;

102/121


(E.10)

ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 σemt

é a estabilidade do medidor de torque;

σlmt

é a linearidade do medidor de torque;

σims

é a incerteza do medidor de velocidade;

σrms é

a resolução do medidor de velocidade;

σems é

a estabilidade do medidor de torque;

σlms

é a linearidade do medidor de velocidade;

CI

representa os coecientes de sensibilidade.

Para determinação da potência mecânica são levadas em consideração duas grandezas correlacionadas (torque e velocidade) e, ainda, a constante 9549. Para o cálculo da incerteza de medição, é necessário determinar os coecientes de sensibilidade (CI) a serem aplicados nas fontes sob forma de torque e velocidade. Para isto, deriva-se parcialmente a equação: P m

=

τ×s

(E.11)

9 549

∂P m s = ∂τ 9 549

Coeciente a ser aplicado nas fontes de incerteza sob forma de torque.

∂P m τ = ∂s 9 549

Coeciente a ser aplicado nas fontes de incerteza sob forma de velocidade.

E.1.10 Medição das perdas no enrolamento do estator

(I 2R )X = (I 2R )m + (σimi + σrmi + σemi + σimr + σrmr + σemr )( CI)

(E.12)

onde σimi

é a incerteza do medidor de corrente;

σrmi

é a resolução do medidor de corrente;

σemi

estabilidade do medidor de corrente;

σimr

é a incerteza do medidor de resistência;

σrmr

é a resolução do medidor de resistência;

σemr

é a estabilidade do medidor de resistência;

Para determinação das perdas no enrolamento do estator, leva-se em consideração duas grandezas correlacionadas, corrente e resistência e, ainda, a constante 0,0015. Para o cálculo da incerteza de medição é necessário determinar-se os coecientes de sensibilidade (CI) a serem aplicados nas fontes sob forma de corrente e resistência. Para isto, deriva-se parcialmente a equação a seguir:

(I 2R ) = 0, 0015 × I 2 × R ∂ (I 2R ) = 0, 003 × I × R ∂I

(E.13) Coeciente a ser aplicado nas fontes de incerteza sob forma de corrente. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

103/121


∂ (I 2R ) = 0, 0015 × I 2 ∂R

Coeciente a ser aplicado nas fontes de incerteza sob forma de resistência.

E.1.11 Medição do rendimento IR

= (IPW )2 + (IP mec )2 + (IEST )2

(E.14)

onde I P W

é a incerteza da potência ativa;

I P mec

é a incerteza da potência mecânica;

I EST

é a incerteza das perdas no enrolamento do estator.

E.2

Exemplo

O processo de cálculo de incerteza desenvolvido consiste em algumas etapas, ou seja, são calculadas as incertezas de nove grandezas pelo método tradicional e as incertezas de três parâmetros são calculadas pela combinação de incertezas previamente calculadas. Os dados utilizados na validação foram obtidos do ensaio de um motor elétrico conforme dados de placa demonstrados na Tabela E.1. Tabela E.1 – Dados do motor utilizado no exemplo

Potência (cv)

30

Velocidade (rpm):

3 550

Frequência (Hz):

60

Tensão (V):

380

Corrente (A):

40,8

Regime:

S1

Categoria:

N

Isolação:

B

Grau de proteção:

56

Fator de serviço:

1,15

Ip/In:

8,2

Nº de fases:

3

Rendimento declarado:

91,3

FP declarado:

0,90

Nº de polos:

2

Os principais dados a serem analisados em um relatório de ensaio de motores elétricos são o fator de potência e o rendimento, ambos a 100 % da tensão e potência nominais. A validação apresentada neste exemplo foi realizada utilizando-se os dados reais de medição apresentados na Tabela E.2, para este ponto, porém, a metodologia pode ser aplicada aos demais pontos de ensaio previstos nesta Norma. Tabela E.2 – Dados das medições analisados

Temperatura ambiente

30 °C

Valor da resistência antes do ensaio em carga

0,227 2 Ω

Valor da resistência após o ensaio em carga

0,234 9 Ω

Valor da resistência antes do ensaio em vazio

0,227 7 Ω

Valor da resistência após o ensaio em vazio

0,227 5 Ω

104/121



Tabela E.2 (continuação) Temperatura ambiente

30 °C

Valor médio da tensão de linha (em carga)

381,40 V

Valor médio da corrente de linha (em carga)

39,90 A

Valor da potência de entrada (em carga)

24,034 kW

Valor da velocidade (em carga)

3 552,0 rpm

Valor do conjugado (em carga)

60,00 Nm

Valor da potência de saída corrigida

22,017 kW

Os resultados dos cálculos das incertezas deste exemplo estão demonstrados nas tabelas E.3 a E.15, as quais utilizam a seguinte legenda: Xi

Valor da componente de incerteza

DP

Distribuição

Nor

Distribuição normal

Ret

Distribuição retangular

ʋ

Grau de liberdade

Fd

Fator de distribuição

Ci

Coeciente de sensibilidade

Ip

Incerteza

Ic

Incerteza combinada

I

Incerteza expandida

E.2.1

Etapa 1 – Determinação da temperatura Tabela E.3 – Medição da temperatura

Valor medido

25,2 °C

Fontes

xi °C

DP

ʋ

Fd

CI

Ip °C

Incerteza

0,3

Nor

∞

2,00

1

0,15

Resolução

0,1

Ret

∞

√12

1

0,029

Estabilidade

0,2

Ret

∞

√3

1

0,115

Ic °C

I °C

0,19

0,4

I(%) = 1,59

Resultado da medida de temperatura: 25,2 °C ± 1,59 %.


105/121


E.2.2

Etapa 2 – Determinação da resistência antes do ensaio em carga Tabela E.4 – Medição da resistência antes do ensaio em carga

Valor medido

0,227 20 Ω

Fontes

xi

Incerteza

Ip

Ic

I

Ω

Ω

Ω

2,32 × 10-4

4,64 × 10-4

DP

ʋ

Fd

CI

4,54 × 10-4

Nor

∞

2,00

1

2,27 x 10-4

Resolução

1 × 10-4

Ret

∞

√12

1

2,89 x 10-5

Estabilidade

6,82 × 10-5

Ret

∞

√3

1

3,94 x 10-5

Ω

I (%) = 0,2

Resultado da medida da resistência antes do ensaio em carga: 0,227 20 Ω ± 0,20 %.

E.2.3

Etapa 3 – Determinação da resistência medida após o ensaio em carga Tabela E.5 – Resistência medida após o ensaio em carga

Valor medido

0,234 90 Ω

Fontes

xi

Incerteza

Ip

Ic

I

Ω

Ω

Ω

2,39 × 10-4

4,79 × 10-4

DP

ʋ

Fd

CI

4,7 × 10-4

Nor

∞

2,00

1

2,35 × 10-4

Resolução

1 × 10-4

Ret

∞

√12

1

2,89 × 10-5

Estabilidade

7,05 × 10-5

Ret

∞

√3

1

3,53 × 10-5

Ω

I (%) = 0,2

Resultado da medida da resistência após o ensaio em carga: 0,234 90 Ω ± 0,20 %. Resistência média: R

=

0, 227 20Ω + 0, 234 90Ω 2

= 0, 23105Ω

E.2.4 Etapa 4 – Determinação da incerteza de medição da média da resistência do ensaio em carga IRES

= (Ia )2 + (I d )2

onde I RES é a incerteza da média aritmética da medida de resistência; I a

é a incerteza da medição da medida de resistência antes do ensaio em carga;

I d

é a incerteza da medição da medida de resistência depois do ensaio em carga.

IRES

= (0, 2)2 + (0, 2)2 = 0, 28%

Resultado da média da resistência: 0,231 05 Ω ± 0,28 % 106/121



E.2.5

Etapa 5 – Determinação da resistência medida antes do ensaio em vazio Tabela E.6 – Resistência medida antes do ensaio em vazio

Valor medido

0,227 70 Ω

Fontes

xi

Incerteza

Ip

Ic

I

Ω

Ω

Ω

2,33 × 10-4

4,66 × 10-4

DP

ʋ

Fd

CI

4,55 × 10-4

Nor

∞

2,00

1

2,28 × 10-4

Resolução

1 × 10-4

Ret

∞

√12

1

2,89 × 10-5

Estabilidade

6,83 × 10-5

Ret

∞

√3

1

3,94 × 10-5

Ω

I (%) = 0,2

Resultado da medida da resistência antes do ensaio a vazio: 0,227 70 Ω ± 0,2 %.

E.2.6

Etapa 6 – Determinação da resistência medida após o ensaio em vazio Tabela E.7 – Resistência medida após o ensaio em vazio

Valor medido

0,227 50 Ω

Fontes

xi

Incerteza

Ip

Ic

I

Ω

Ω

Ω

2,33 × 10-4

4,66 × 10-4

DP

ʋ

Fd

CI

4,55 × 10-4

Nor

∞

2,00

1

2,28 × 10-4

Resolução

1 × 10-4

Ret

∞

√12

1

2,89 × 10-5

Estabilidade

6,83 × 10-5

Ret

∞

√3

1

3,94 × 10-5

Ω

I (%) = 0,2

Resultado da medida da resistência após o ensaio a vazio: 0,227 50 Ω ± 0,2 %. Resistência média: R

=

0, 227 70Ω + 0, 227 50Ω 2

= 0, 227 60Ω

E.2.7 Etapa 7 – Determinação da incerteza de medição da média da resistência do ensaio em vazio IRES

= (Ia )2 + (I d )2

onde I RES é a incerteza da média aritmética da medida de resistência; I a

é a incerteza da medição da medida de resistência antes do ensaio em carga;

I d

é a incerteza da medição da medida de resistência depois do ensaio em carga.

IRES

= (0, 2)2 + (0, 2)2 = 0, 28%

Resultado da média da resistência: 0,227 6 Ω ± 0,28 %. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

107/121


E.2.8

Etapa 8 – Determinação da tensão Tabela E.8 – Medição da tensão

Valor medido

381,40 V

Fontes

xi

Incerteza

Ip

Ic

I

V

V

V

0,38

0,76

DP

ʋ

Fd

CI

0,38

Nor

∞

2,00

1

0,19

Resolução

0,01

Ret

∞

√12

1

0,002 9

Estabilidade

0,57

Ret

∞

√3

1

0,33

V

I (%) = 0,2

Resultado da medição de tensão: 381,4 V ± 0,2 %.

E.2.9

Etapa 9 – Determinação da corrente Tabela E.9 – Medição da corrente

Valor medido

39,90 A

Fontes

xi A

DP

ʋ

Fd

CI

Ip

Ic

I

A

A

A

Incerteza

0,12

Nor

∞

2,00

1

0,06

Resolução

0,01

Ret

∞

√12

1

0,002 9

0,07

0,14

Estabilidade

0,06

Ret

∞

√3

1

0,03 I (%) = 0,35

Resultado da medição de corrente: 39,9 A ± 0,35 %.

E.2.10 Etapa 10 – Determinação da potência ativa Tabela E.10 – Medição da potência ativa Valor medido

24033,92 W

Fontes

xi

Incerteza

Ip

Ic

I

w

w

w

50,03

100,06

DP

ʋ

Fd

CI

72,10

Nor

∞

2,00

1

36,05

Resolução

0,01

Ret

∞

√12

1

0,002 9

Estabilidade

60,08

Ret

∞

√3

1

34,69

w

I (%) = 0,42

Resultado da medição de potência ativa: 24,0 kW ± 0,42 %.

108/121



E.2.11 Etapa 11 – Determinação de torque Tabela E.11 – Medição de torque Valor medido

Fontes

60,00 Nm

xi Nm

DP

ʋ

Fd

CI

Ip

Ic

I

Nm

Nm

Nm

0,098

0,20

Incerteza

0,18

Nor

∞

2,00

1

0,09

Resolução

0,01

Ret

∞

√12

1

0,029

Estabilidade

0,06

Ret

∞

√3

1

0,035

Linearidade

0,03

Ret

∞

√3

1

0,017 I (%) = 0,33

Resultado da medição de torque: 60,0 Nm ± 0,33 %.

E.2.12 Etapa 12 – Determinação da velocidade Tabela E.12 – Medição da velocidade Valor medido

3 552 rpm

Fontes

xi rpm

DP

ʋ

Fd

CI

Ip

Ic

I

rpm

rpm

rpm

2,32

4,64

Incerteza

0,71

Nor

∞

2,00

1

0,36

Resolução

0,1

Ret

∞

√12

1

0,029

Estabilidade

3,55

Ret

∞

√3

1

2,05

Linearidade

1,78

Ret

∞

√3

1

1,02 I (%) = 0,13

Resultado da medição de velocidade: 3 552 rpm ± 0,13 %.

E.2.13 Etapa 13 – Determinação da potência aparente Tabela E.13 – Medição de tensão e corrente Valor medido

xi V –A

DP

ʋ

0,38

Nor

∞ 2,00

I√3

13,18

0,01

Ret

∞ √12

I√3

0,199 5

Estabilidade

0,572 1

Ret

∞

√3

I√3

22,827

Incerteza

0,119 7

Nor

∞ 2,00 V√3 39,537

0,01

Ret

∞ √12 V√3

Fontes

Grandeza

Incerteza Resolução 26 358,11 VA

Resolução Estabilidade

Tensão

Corrente

0,059 85 Ret ∞

Fd

√3

CI

V√3

Ip

Ic

I

VA

VA

VA

52,75

105,50

1,907 22,827 I (%) = 0,40

Resultado da medição de potência aparente: 26,4 kVA ± 0,40 %. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

109/121


E.2.14 Etapa 14 – Determinação da potência mecânica Tabela E.14 – Medição de torque e velocidade Valor medido

Fontes

xi DP Nm – rpm

Grandeza

ʋ

Fd

CI

Ip kW

Incerteza

0,18

Nor

∞

2,00

rpm/ 9 549

0,033

Resolução

0,1

Ret

∞

√12

rpm/ 9 549

0,011

Estabilidade

0,06

Ret

∞

√3

rpm/ 9 549

0,013

Linearidade

0,03

Ret

∞

√3

rpm/ 9 549

0,006 4

Incerteza

0,710 4

Nor

∞

2,00

τ/9549

0,002 2

Resolução

0,1

Ret

∞

√12

τ/9549 1,8 × 10-4

3,552

Ret

∞

√3

τ/9549

0,012 9

1,776

Ret

∞

√3

τ/9549

0,006 4

Torque

22,318 kW

Estabilidade

Velocidade

Linearidade

Ic kW

I kW

0,04

0,08

I (%) = 0,36

Resultado da medição de potência mecânica: 22,32 kW ± 0,36 %.

E.2.15 Etapa 15 – Determinação das perdas no enrolamento do estator Tabela E.15 – Medição de corrente e de resistência Valor medido

xi A – R

DP ʋ

0,119 7

Nor

∞ 2,00 0,003 AR 1,66×10-3

0,01

Ret

∞ √12 0,003 AR 7,98×10-5

Estabilidade

0,059 9

Ret

∞ √3

Incerteza

4,62×10-4

Nor

∞ 2,00 0,001

1×10-4

Ret

∞ √12 0,001 5 A2 6,89×10-5

Fontes

Grandeza

Incerteza Resolução 0,551 75 kW

Corrente

Resolução Resistência

6,93×10-6 Ret ∞

Estabilidade

Fd

CI

Ip kW

0,003 AR 9,56×10-4 5 A2

5,5×10-4

Ic kW

I kW

2×10-3

4×10-3

√3 0,001 5 A2 9,56×10-5 I (%) = 0,72

Resultado da medição de perdas no enrolamento do estator: 0,551 751 kW ± 0,72 %.

E.2.16 Etapa 16 – Determinação do rendimento IR

= (IPW )2 + (IP mec )2 + (IEST )2

onde I R é a incerteza do rendimento;

110/121


ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 I P W é a incerteza da potência ativa; I P mec

é a incerteza da potência mecânica;

I EST

é a incerteza das perdas no enrolamento do estator.

IR

= (0, 42)2 + (0, 36)2 + (0, 72)2 = 0 ,91%

Rendimento =

100 × Pcorr Pent

→ Rendimento =

100 × 22, 017 kW 24, 034 kW

= 91, 608

Resultado da determinação do rendimento: 91,6 ± 0,91 %.


111/121


Anexo F (informativo) Metodologia para o critério de aceitação do resultado da incerteza do rendimento em ensaio de motores elétricos A metodologia proposta neste Anexo tem apenas caráter informativo, e a sua utilização requer que haja alterações na metodologia do cálculo da tolerância do rendimento e por isso não convém que seja utilizado como critério de avaliação de resultado. Nos ensaios de motores elétricos de indução trifásicos, o limite de tolerância de conformidade do ensaio varia em função da faixa de rendimento do motor que é denido pelo índice de afastamento de resultado (IAR), o qual representa o quão o motor ensaiado se encontra afastado do valor declarado pelo fabricante, em outras palavras, afastado da tolerância de especicação do rendimento. Conceitualmente, a tolerância aplicada à avaliação do rendimento é representada como uma zona de valores aceitáveis. Seus limites extremos são denominados limites de tolerância: ●

limite inferior de tolerância (LIT);

●

limite superior de tolerância (LST).

Cada componente, cujas características estiverem dentro destes limites, deve ser considerado apro vado, por estar em conformidade com as especicações. Esta faixa que delimita os limites de especi cação é também chamada de zona de conformidade, conforme a Figura F.1. Zona de conformidade

LIT

Valor desejado

LST

Intervalo de Tolerância (IT)

Figura F.1 – Zona de conformidade

A região, na qual todo o resultado da medição do rendimento permanece integralmente dentro da faixa de conformidade, é denominada de zona de aceitação, conforme a Figura F.2. Seus limites são denominados limite inferior de aceitação (LIA) e limite superior de aceitação (LSA) e leva em consideração a incerteza do rendimento. Para os rendimentos encontrados dentro das zonas de dúvida (LIT ± IM e LST ± IM), o resultado de ensaio pode ou não obedecer à tolerância. Recomenda-se reensaiar a amostra, ou rever a incerteza para a melhor capacidade de medição, ou rever a tolerância aplicada à faixa medida. Os resultados dos rendimentos que estiverem dentro da zona de rejeição (LIR e LSR) são reprovados.

112/121


ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 Zona de rejeição

Zona de dúvida LIR

Zona de aceitação

LIA

Zona de dúvida LSA

Zona de rejeição

LSR

LIT

LST

IM IM

IM IM

Legenda

LIT

limite inferior de tolerância.

LST

limite superior de tolerância.

IM

incerteza de medição.

LIA = LIT+IM

limite inferior de aceitação.

LSA = LST-IM limite superior de aceitação. LIR = LIT-IM

limite inferior de rejeição.

LSR = LST+IM limite superior de rejeição.

Figura F.2 – Faixas de aceitação e de rejeição Tabela F.1 – Interpretação do resultado de ensaio Tipo de avaliação Faixa do gráco (Figura F.2) Faixas de classicação energética

Resultado

Área de zona de aceitação

O resultado do rendimento apresenta classicação correspondente à denida pelos limites de tolerância

A amostra está aprovada

Área de zona de dúvida inferior

O resultado do rendimento pode ou não obedecer à tolerância

Área de zona de dúvida superior

Área de zona de rejeição inferior Área de zona de rejeição superior

O resultado do rendimento pode ou não obedecer à tolerância

O resultado de ensaio pode ou não obedecer à tolerância. Recomenda-se reensaiar a

amostra, ou rever a incerteza para a melhor capacidade de medição ou rever a tolerância aplicada à faixa medida

O resultado do rendimento apresenta classicação inferior à denida pelos limites de tolerância O resultado do rendimento apresenta classicação superior à denida pelos limites de tolerância

A amostra está reprovada

EXEMPLO Tolerâncias aplicada aos motores elétricos de indução: Para rendimentos ( η) ≥ 0,851, tem-se: IAR =

(Vd − V m ) 0,2 × 1 − V d )

× 100 NÃO TEM VALOR NORMATIVO

113/121

ABNT/CB-003 PROJETO ABNT NBR 17094-3 NOV 2017 Para rendimentos ( η) < 0,851, tem-se: IAR =

(Vd − V m ) × 100 0,2 × (1 − V d )

onde

IAR

é o índice de afastamento de resultado;

V d

é o valor declarado pelo fabricante;

V m

é o valor medido.

Considerando o motor de indução trifásico utilizado como exemplo no Anexo E, com os seguintes resultados: Potência (cv):

30

Velocidade (rpm):

3 550

Frequência (Hz):

60

Tensão (V):

380

Corrente (A):

40,8

Regime:

S1

Categoria:

N

Isolação:

B

Grau de proteção:

56

Fator de serviço:

1,15

Ip/In:

8,2

Nº de fases:

3

Rendimento declarado:

91,3

FP declarado:

0,90

Nº de polos:

2

Dados complementares: V d = 0,913 V m = 0,916

IM = 0,008 335 6 Cálculo dos limites: LIT = V d – 0,2 × (1–V d) então LIT = 0,913 – 0,2 × (1 – 0,913) = 0,095 6 LST = V d + 0,2 × (1 – V d) então LIA = LIT + IM então LIA = 0,895 6 + 0,008 335 6 = 0,903 9 LSA = LST – IM então LIA = 0,930 4 – 0,008 335 6 = 0,922 0 114/121



LIR = LIT – IM então LIR = 0,895 8 – 0,008 335 6 = 0,887 3 LSR = LST + IM então LSR = 0,930 4 + 0,008 335 6 = 0,938 7 Conclusão: Pode-se observar na Figura F.3 que o valor obtido do rendimento medido se encontra dentro da zona de aceitação.

(a) Zona de rejeição

(b) Zona de dúvida

(d) Zona de dúvida

(e) Zona de rejeição

(c) Zona de aceitação

0,913 0 0,887 26

0,916 0

0,903 9

LIR

LIA

0,922 06

0,938 7

LSA

0,905

LSR 0,921

(IAR = 100%)

(IAR = – 100%)

Figura F.3 – Critério de aceitação


115/121


Anexo G (informativo) Interpolação por polinômio cúbico – Método spline

G.1

Introdução

A interpolação por polinômio de grau N – 1 através de N quaisquer pontos y 1 = f (x1), y2 = f (x2), ……, yN = f (xN) é dada explicitamente pela clássica equação de Lagrange: P (x) =

( x − x 2 ) ( x − x3 ) ... ( x − xN ) ( x − x1) ( x − x3 ) ... ( x − xN ) ( x − x1) ( x − x2 ) ... ( x − xN− 1) y1 + y 2 + ... yN ( x1 − x2 )( x1 − x3 ) ... ( x1 − xN ) ( x 2 − x1)( x1 − x3 ) ... ( x 2 − xN) ( xN − x1) ( xN − x2) ... ( xN − xN− 1)

(G.1)

Dada a tabela de uma função y i = y(x i), i = 1,....,N, focaliza-se a atenção em um intervalo particular, entre x j e x j+1. Y = Ay j + By j+1

(G.2)

onde A =

x j +1 − x x j +1 − x j

∴

B = 1− A =

x − xj x j+1 − x j

(G.3)

As Equações G.2 e G.3 são um caso especial da equação geral de interpolação de Lagrange G.1. Agora supondo-se que, em adição à tabela dos valores de y i, também se tenha uma tabela de valores da derivada segunda de y denotada y” , isto é, um conjunto de números y” i. Usando os valores y” j e y” j+1 como coecientes de uma função polinomial cúbica que coincida com os valores tabelados para a função y j e y j+1 nos pontos extremos x j e x j+1, para todas as escolhas de y” j e y” j+1, tem-se, substituindo G.2: Y = Ay j + By j+1 + Cy’’ j + Dy’’ j+1

(G.4)

onde A e B C

1

são dados em G.3, e

= ( A3 − A) ( x j+1 − x j )2 ∴ 6

D=

1

B 3 − B ) ( x j +1 − x j ) ( 6

2

(G.5)

Reparar que a dependência na variável independente x nas Equações G.4 e G.5 dá-se inteiramente devido à dependência linear em x de A e B, e (através de A e B) da dependência cúbica em x de C e D. As razões que fazem a Equação G.5 ser única (até a escolha de constantes aditivas na denição de D e C ) são: a) ela é um polinômio cúbico em x; b) ela contém quatro coecientes lineares ajustáveis, y j, y j+1, y” j, y” j+1;

116/121



c) quatro é o número correto de coecientes lineares necessários para denir um polinômio cúbico geral; d) quatro é também a soma dos números de restrições (2, os valores dos pontos extremos) mais parâmetros livres (2, os valores numéricos de y” j e y” j+1.

G.2

Metodologia para determinação dos coecientes

A partir das derivadas da Equação G.4 com respeito a x e usando as denições de A, B, C e D para calcular dA/dx , dB/dx , dC /dx e dD/dx , chega-se ao resultado: d y d x

=

y j+1 − y j x j +1 − x j

−

3 A2

−1

6

( x j +1 − x j ) y'' j +

3B 2 6

−1

( x j+1 − x j ) y'' j +1

(G.6)

Para a derivada primeira, e d 2 y dx 2

= Ay '' j + By '' j+1

(G.7)

para a derivada segunda. Visto que A = 1 em x j, A = 0 em x j+1, enquanto B é exatamente o contrário, a Equação G.7 mostra que y” é exatamente uma derivada segunda, e também que a derivada segunda é contínua através, por exemplo, da fronteira entre os dois intervalos (x j–1, x j) e (x j, x j+1).

Até agora foi possível inserir quaisquer números escolhidos para as y” i. Entretanto, para uma escolha randômica de números, os valores da derivada primeira, calculados a partir da Equação G.6, não são contínuos através da vizinhança entre os dois intervalos. A ideia-chave da interpolação cúbica pelo método spline é forçar esta continuidade e usá-la para os números y’’ i. As equações requeridas são obtidas tornando a Equação G.6 calculada para x = x j no intervalo (x j–1, x j) igual à mesma equação calculada para x = x j, porém no intervalo (x j, x j +1). Com alguns rearranjos algébricos, tem-se (para j = 2,......,N – 1) x j

− x j −1y'' j −1 6

x − x y '' x j +1 − x j y '' j −1 y j +1 − y j y j − y j −1 + j +1 j −1 j + = − 6 6 x j +1 − x x j − x j −1''

(G.8)

Estas são N – 2 equações lineares em N desconhecidas y ”i,......, N. Portanto, existe uma família de possíveis soluções em dois parâmetros. Para uma solução única, é preciso especicar duas condições adicionais, tipicamente escolhidas como condições de contorno em x 1 e xN. Os modos mais comuns de fazer isto podem ser: —

ajustar uma ou ambas y” 1 e y” N igual a zero, dando a então chamada solução cúbica spline natural, que tem derivada segunda zero em um ou ambos seus limites, ou

—

ajustar tanto y” 1 e y” N para valores calculados a partir da Equação G.6, de modo que a primeira

derivada da função de interpolação tenha um valor especíco em um ou ambos os seus limites.

Uma explicação para o método spline ser especialmente prático é que o conjunto das Equações G.8, juntamente às duas condições adicionais de contorno, é não somente linear, mas também tridiagonal. Cada y” j é associada somente à sua vizinha mais próxima em j ±1. NÃO TEM VALOR NORMATIVO

117/121


G.3 Interpolação pelo método cúbico “spline” para cálculo de rendimento de motor A Tabela G.1 traz os valores de ensaio da tensão (V) em volts, corrente ( I ) em ampères, potência absorvida ( P ab) em quilowatts (kW), potência de saída ( P u) em quilowatts (kW), potência nominal em cv e a tensão nominal (V n) em volts. Tabela G.1 – Valores de ensaio Potência absorvida (P ab) kW

Corrente (I )

Tensão (V)

A

V

Potência de saída (P u) kW

13,2

22,5

380

10,775 836

10,6

18,5

380

8,796 253

8,61

15,2

378

7,251 005

6,49

12,2

380

5,462 575

4,76

10,0

381

3,936 158

2,55

7,66

380

1,891 1382

Para a utilização do método cúbico spline , deve-se mudar a ordem dos dados para a crescente. Reorganizando a Tabela G.1, tem-se: x = P ui

i = 1

i = 2

i = 3

i = 4

i = 5

i = 6

1,891 382

3,936 158

5,462 575

7,251 005

8,796 253

10,775 836

2,55

4,76

6,49

8,61

10,6

13,2

y = P abi

Utilizando uma tabela auxiliar: x 2 – x 1

x 3 – x 1

x 3 – x 2

x 4 – x 2

x 4 – x 3

x 5 – x 3

x 5 – x 4

x 6 – x 4

x 6 – x 5

2,044 775 8 3,571 193 0 1,526 417 2 3,314 847 2 1,788 430 0 3,333 678 0 1,545 248 0 3,524 831 0 1,979 583 0 y 2 – y 1

y 3 – y 1

y 3 – y 2

y 4 – y 2

y 4 – y 3

y 5 – y 3

y 5 – y 4

y 6 – y 4

y 6 – y 5

2,21

3,94

1,73

3,85

2,12

4,11

1,99

4,59

2,60

A partir da Equação G.8, se N = 6, e 2 ≤ j ≤ N – 1, tem-se N – 2 equações lineares, tais que: x2 J= 2⇒

− x1y''1

x3 J=3⇒

− x2 y''2

x 4 J= 4⇒

− x5 y''3

x J=5⇒ 5

− x4 y''4

118/121

6

+

6 6 6

x3

− x1y''2 3

+

x4

+

x5

+

x6

+

− x2 y''3 3

− x3 y''4 3

− x4 y''5 3

x3

− x2y''3 6

+

x4

+

x5

+

x6

=

− x3 y''4 6

− x 4y''5 6

− x5 y''6 6

− y 2 y 2 − y 1 − x3 − x2 x2 − x 1 y −y y − y = 4 3− 3 2 x 4 − x3 x3 − x 2 y −y y − y = 5 4− 4 3 x5 − x 4 x4 − x 3 y −y y − y = 6 5− 5 4 x6 − x 5 x5 − x 4 y3


(G.9) (G.10) (G.11) (G.12)


Substituindo os valores, encontra-se o seguinte: J= 2⇒

2, 044 775 8 y ''1

J=3⇒

1,526 417 2 y ''2

J= 4⇒

1, 788 430 y ''3

J=5⇒

1, 545 248 y ''4

6

6

6

6

+

3, 571193 y ''2

+

3, 314 847 2 y ''3

3

+

1, 526 417 2 y ''3

3

+

3, 333 678 y ''4

+

3, 524 831 y ''5

3

3

6

+

1, 788 430 y ''4 6

+

1, 545 248 y ''5

+

1, 979 583 y ''6

6

6

= =

1, 73

=

1, 526 417 2

=

2, 12 1, 788 430 1, 99

1, 545 248 2, 60 1, 979 583

−

−

−

−

2, 21 2, 044 775 8 1, 73

1, 526 417 2 2, 12

1, 788 430 1, 99 1, 545 248

Resultando, em: J = 2 ⇒ 0,340 795 9 y” 1 + 1,190 397 7 y” 2 + 0,254 402 8 y” 3 = 0,052 569 8 J = 3 ⇒ 0,254 402 8 y” 2 + 1,104 949 1 y” 3 + 0,298 071 6 y ”4 = 0,052 024 2 J = 4 ⇒ 0,298 071 6 y” 3 + 1,111 226 0 y” 4 + 0,257 541 3 y” 5 = 0,102 421 9 J = 5 ⇒ 0,257 541 3 y” 4 + 1,174 943 7 y” 5 + 0,329 930 5 y” 6 = 0,025 588 7

Solucionando o sistema de equações, tem-se o seguinte: y” 1 = 0,041 72

y” 2 = 0,028 31

y” 3 = 0,018 3

y” 4 = 0,082 55

y” 5 = 0,020 35

y” 6 = – 0,059 34

Agrupando e rescrevendo os valores tabelados: i = 1

i = 2

i = 3

i = 4

i = 5

i = 6

1,891 382

3,936 158

5,462 575

7,251 005

8,796 253

10,775 836

y = P abi

2,55

4,76

6,49

8,61

10,6

13,2

y” = Vs

0,041 72

0,028 31

0,018 30

0,082 55

0,020 35

– 0,059 34

x = P ui

Utilizando a interpolação cúbica spline para encontrar o rendimento a 100 % ( P c = x = 7,36) Avaliando os valores tabelados, conclui-se que: j = i = 4

⇒ x j

= 7,251 005

j + 1 = i + 1 = 5

⇒ x j+1 = 8,796 253

Substituindo os valores nas Equações G.3 a G.5, tem-se o seguinte: A =

− x 8, 796 253 − 7, 36 = = 0, 929 464 3 x5 − x 4 1, 545 248 x5

B = 1 – A = 1 – 0,929 464 3 = 0,070 535 7 NÃO TEM VALOR NORMATIVO

119/121


C

1

= ( A3 − A) ( x j+1 + 1 − x j )2 = −0,050 3412

D=

6

1

2 B3 − B ) ( x j +1 − x j ) = −0, 027 9311 ( 6

então Y = Ay 4 + By 5 Cy’’ 4 + Dy’’ 5 Y = (0,929 464 3 × 8,61) + (0,070 535 57 × 10,6) + (– 0,050 341 2 × 0,082 55) + (– 0,027 931 1 × 0,020 35) Y = f (x) = 8,745 641 19

Cálculo do rendimento

η1 =

120/121

x f (x)

=

7, 36 8, 745 641 9

= 0, 84156


Projeto Abnt Nbr 17094-3

Recommend Documents