Universidade Federal do Rio Grande do Sul Disciplina: Conversão Eletromecânica de Energia II Aluno: Roger Halmenschlager da Silva Cartão UFRGS: 150562 Data: 02/05/2012 Pré-relatório Laboratório 08 – Curva V de Motores síncrono
Este desfasamento é medido pelo ângulo δ, ou
Objetivo
ângulo de conjugado, que é tanto maior, quanto
O objetivo desse laboratório é determinar as
maior
curva característica do fator de potência de um
constante enquanto o conjugado resistente for
motor síncrono sub-excitado e sobre-excitado.
constante.
for
o
conjugado
resistente,
mas
Fundamentos teóricos Motores síncronos são motores com velocidade de rotação fixa – velocidade de sincronismo.
Figura 2. Representação do ângulo de conjugado.
Circuito equivalente Figura 1. Funcionamento de um motor síncrono.
O
seu
princípio
de
funcionamento
está
esquematizado na figura 1. Uma corrente
O circuito eléctrico equivalente, para uma máquina síncrona, está representado na figura 3.
(contínua) de campo I exc produz um campo magnético BR no rotor. Um sistema trifásico de tensões
é
aplicado
aos
enrolamentos
estatóricos produzindo um campo magnético girante BS, com o campo B R tendendo a se alinhar com o campo BS. No entanto, estes dois campos magnéticos nunca ficam perfeitamente alinhados, pois, mesmo sem carga, o rotor possui uma determinada inércia e portanto,
Figura 3. Circuito equivalente de um motor síncrono.
haverá sempre um desfasamento entre os dois
Assim, para cada fase do estator, teremos a
campos, embora rodando à mesma velocidade.
equação correspondente:
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onde Xs é a reatância síncrona [ Ω], Ia a corrente de armadura [A] e Ra a resistência de armadura[Ω]. Vetorialmente, podemos ver essa equação como:
Figura 5. Curva de conjugado de um motor síncrono.
Excedendo-se o valor do conjugado máximo, o rotor já não consegue permanecer ligado ao campo girante, começa a ter escorregamento, com um conjugado oscilante e fazendo vibrar Figura 4. Representação fasorial de um motor síncrono.
perda de sincronismo.
Conjugado
Os
motores
severamente o motor síncrono, ocasionando a
síncronos
manobram
cargas
basicamente com velocidade constante. Estão normalmente ligados a sistemas de alimentação de potência muito superior à dos motores – barra infinita – o que significa que a tensão e a frequência serão constantes qualquer que seja a potência absorvida pelo motor. A curva de conjugado resultante está apresentada na figura 5, onde se pode observar que a velocidade, do motor, é constante desde a situação de vazio até à situação de carga máxima – Tmax. O conjugado é dado por:
Efeito da variação de carga
Existindo uma carga ligada ao eixo do motor, este desenvolverá o conjugado suficiente para manter a carga rodando à velocidade síncrona. A figura 6 mostra o que acontece quando a carga sobre o motor varia.
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Correção de fator de potência
Podemos observar na figura 7, em que se parte da situação em que o motor opera com um fator de potência capacitivo. Como a variação da corrente de campo I exc não afeta a velocidade de rotação e dado que não se alterou a carga, então a potência absorvida pelo motor permanece constante. Também a tensão de fase Vfase se mantém constante, dado que a tensão da rede não se alterou. Desta forma, as distâncias VA, sinδ e Iacosϕ, proporcionais à potência, terão que permanecer constantes. Como se aumentou Iexc aumentou-se Va, o que apenas pode acontecer se aquelas quantidades se movimentarem ao longo de uma linha de potência constante. De notar que, à m edida que o valor de V A aumenta, o valor da corrente I A começa por diminuir e depois aumenta. Para
Figura 7. Diagrama fasorial dos d iferentes regimes do motor síncrono.
baixos valores de V A, a corrente IA surge
Na figura 8 observamos o comportamento
atrasada e o motor comporta-se como uma
genérico do motor síncrono, em função das
carga indutiva, consumindo potência reativa Q.
correntes Iexc e Ia para os diferentes regimes
Aumentando Iexc, a corrente
Ia diminuirá,
apresentados na Figura 7. Cada uma das
tornando-se cada vez menos indutiva, passa por
possíveis curvas, corresponde a um valor
uma situação em que está em fase com Vfase – o
diferente de potência. Para cada curva, a
motor comporta-se como uma carga resistiva –
corrente Ia mínima ocorre para um fator de
e em seguida começa a aumentar, adiantando-
potência unitário. Para qualquer outro ponto da
se a Vfase, isto é, o motor passa a comportar-se
curva, existe alguma energia reativa fornecida
como
ou consumida.
uma
carga
capacitiva,
potência reativa à rede.
fornecendo
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4. Quando o motor atingir a velocidade
Procedimentos experimentais: O
objetivo
dos
experimentos
será
síncrona,
de
conecte
a
fonte
CC
ao
determinar as curvas V do motor síncrono e
enrolamento de campo e aumente a
demonstrar seu comportamento indutivo e
corrente de campo do motor síncrono
capacitivo.
até obter um valor próximo de Iexc nom/2. 5. Amente a corrente de campo da
Instrumentos necessários:
Máquina CC (potenciômetro na posição central).
1. Dois amperímetros.
6. Insira a carga resistiva na Máquina CC e
2. Dois voltímetros.
estabilize
3. Dois miliamperímetros.
a
velocidade
do
motor
síncrono.
4. Dois Wattímetros.
7. Para uma carga fixa, ou seja, uma
5. Chave simples.
potência constante na MCC, varie a
6. Chave três polos.
corrente de excitação Iexc do motor
7. Fonte CC.
síncrono
8. Painel de carga resistiva.
e
determine
o
valor
da
corrente de armadura Ia e o FP na tabela 1.
Procedimentos experimentais
1. Conecte os instrumentos necessários como
mostrado
no
circuito
deste
experimento (Figura 9). 9). 2. Faça um curto-circuito no enrolamento
Resultados Com os dados experimentais, apresentar as seguintes curvas:
de campo do MS, pois o arranque se dará pelo enrolamento amortecedor. 3. Alimente o motor trifásico ligando a chave de três polos trifásico até que este atinja a velocidade nominal (1800 rpm).
Curva “V”: I a x Iexc
Curva “V” invertido: cosϕ x Iexc
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Tabela 1. Dados experimentais item 7.
Iexc (mA)
Ia (A)
VL(V)
P1(W)
P2(W)
FP (ind/cap)
Figura 9. Esquema de montagem do circuito do laboratório.
