UNIVERSIDADE UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
EN2711 – MÁQUINAS ELÉTRICAS MÁQUINA SÍNCRONA TRIFÁSICA: ENSAIO EM VAZIO E EM CURTO
RELATÓRIO DO EXPERIMENTO 2 AGNES CRISTINA SOUZA REIS REIS – RA 11066213 ALEXANDRE DE PÁDUA PÁDUA FERREIRA – RA 11018710 ARIANE PAIXÃO DE LIMA - RA 11024310 11024310 CAIO LIMA CARDIM – RA 11005908 MARCEL MOTA CONTI – RA 11043511 MARCEL STEFANO ZOLA RAMIN – RA 11040014 RENATO COELHO PEREIRA – RA 11097511 Prof.. Dr. Alfeu J. Sguarezi Filho
SANTO ANDRÉ – SP 2017
INTRODUÇÃO As características fundamentais de uma máquina síncrona podem ser determinadas por 2 tipos de ensaios, sendo eles o ensaio em vazio ou o ensaio em curtocircuito. No caso do ensaio em vazio, quando o enrolamento de campo constitui-se na única fonte de FMM, a característica a vazio representa a relação entre a componente fundamental espacial do fluxo de entreferro e a FMM que atua sobre o circuito magnético. Com correntes de campo crescentes, a curva característica inclina-se para baixo à medida que a saturação do material magnético produz aumento de relutância nos caminhos de fluxo da máquina. No caso do ensaio em curto-circuito, a sua característica pode ser obtida aplicando-se um curto-circuito trifásico através de sensores adequados de corrente aos terminais de armadura de uma máquina síncrona. Com a máquina acionada na velocidade síncrona, a corrente de campo pode ser aumentada e um gráfico da corrente de armadura x corrente de campo pode ser obtido [1].
Figura 1 - Características a vazio e de curto-circuito de uma máquina síncrona
Na ausência de excitação, a potência mecânica necessária para acionar a máquina, na velocidade síncrona, corresponde às perdas por atrito. Quando o campo é excitado, a potência mecânica iguala-se, a vazio, à soma das perdas por atrito mais as do núcleo. Por isso, as perdas a vazio no núcleo podem ser obtidas a partir da diferença entre esses dois valores de potências mecânicas [1].
Figura 2 - Forma típica de uma curva de perdas no núcleo a vazio
OBJETIVO Neste experimento, a máquina síncrona será acionada para operar como gerador. Acoplado ao eixo da máquina síncrona utilizaremos uma máquina de corrente contínua, a qual será utilizada como motor.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1) Com os dados da placa da máquina síncrona, foi calculado sua corrente nominal. Também mediu-se a resistência entre as fases U e V da máquina síncrona. 2) Foram feitos alguns procedimentos para acionar a máquina síncrona e medir sua tensão de armadura: a) Realizou-se as conexões do motor de corrente contínua com alimentação independente. Para isso: Conectou-se a saída retificada do variador de tensão monofásico ao campo da MCC e foi medida a sua corrente. Conectou-se a saída retificada do variador de tensão trifásico à armadura da MCC e foi medido sua corrente e tensão. b) Realizou-se as conexões da máquina síncrona como gerador. Para isso: Conectou-se a fonte c.c. ao campo da máquina síncrona com a opção parelelo e track e mediu-se sua corrente. Conectou-se um voltímetro entre duas fases da armadura da máquina síncrona. c) Acionou-se o motor c.c. em 1800 rpm. Para isso: Aplicou-se uma corrente de campo de 300mA. Aplicou-se uma tensão na armadura de 180 V. Foi realizado o controle da velocidade através da corrente de campo. d) Mediu-se a tensão de armadura em função da variação da corrente de campo da máquina síncrona, sempre com a rotação em 1800 rpm. Para isso: Aumentou-se gradualmente a corrente de campo do gerador síncrono. Mediu-se a tensão da armadura (estator) do gerador síncrono. Foi mantida a velocidade em 1800 rpm.
3) Para o ensaio de curto-circuito da máquina síncrona, foram feitos os seguintes passos: A partir do experimento anterior, reduziu-se a corrente de campo da máquina síncrona a zero. Conectou-se um amperímetro aos terminais de armadura de uma das fases da máquina. Foi feito o curto-circuito dos terminais da armadura da máquina. Aumentou-se gradativa e suavemente a corrente de campo da máquina, anotando o valor da corrente de armadura. Aumentou-se a corrente de campo até a corrente de armadura atinjir o valor nominal. Manteve-se a velocidade do eixo em 1800 rpm.
Lista de materiais 01 conjunto de máquinas (c.c. + síncrona) 01 variador de tensão trifásico com saída retificada 01 variador de tensão monofásicos com saída retificada 01 fonte c.c. 08 multímetros 01 tacômetro
Montagem Experimental
V A V
MS
MCC
A
Fonte 3Φ
220V V
V A
Figura 3 - Circuito esquemático da ligação entre Máquinas CC e Síncrona
ANÁLISE DE RESULTADOS E CONCLUSÕES As curvas obtidas durante o experimento estão de acordo com o encontrado na literatura. A primeira curva obtida apresenta a tensão de armadura em função da corrente de campo aplicado no rotor da máquina com a velocidade a 1800 rpm obtido no ensaio em aberto, ou seja, é efetuado o ensaio com os enrolamentos do induzido em aberto e como I=0, E = V possibilitando a determinação de tal relação. A segunda curva foi obtida mantendo a velocidade em 1800 rpm e realizando um ensaio em curto circuito, onde a corrente de campo da máquina síncrona foi inicialmente levada a zero e curto circuitado os terminais da armadura da máquina. Com um amperímetro conectado aos terminais de armadura de uma das fases da máquina elevou-se gradualmente a corrente de campo da armadura, possibilitando a aquisição da relação entre a corrente de armadura em função da corrente de campo pois com os enrolamentos do induzido curto-circuitados temos V=0, obtendo assim a corrente do induzido (em c.c.) em função da corrente de excitação. Uma vez determinado as curvas características da máquina síncrona foi possível determinar a reatância síncrona através das características do entreferro e de curtocircuito obtidas nas curvas.
1) Tabela 1 - Dados da placa da máquina Vn
In
Pn
Rfase
320V
4,1A
1kW
6,3 ohms
2) Ao variar a corrente de campo pelo gerador de corrente contínua e manter a rotação em aproximadamente 1800 rpm, foram obtidos os seguintes dados de tensão terminal:
Tabela 2 - Ensaio em vazio Icampo (A)
0,334 0,605 0,902 1.198 1.505 1.805 2.102 2.403 2,705 3,003 3,302 3,597 4,004
Vterminal (V)
ω (rpm)
27,35 45,43 67,8 90,3 110,9 131,5 150,6 168,7 185,6 200,5 214,3 225,7 239,6
1821 1811 1806 1914 1801 1805 1802 1798 1795 1770 1785 1773 1760
3) Colocando todas as fases da máquina síncrona em curto, variou-se a corrente de campo, e foi observada a variação da corrente de armadura na máquina. Tabela 3 - Ensaio em curto
Máquina síncrona Icampo (A) Iarmadura (A) 0 0,017 0,506 0,08 1,007 0,144 1,502 0,209 1,999 0,271 2,503 0,333 3,004 0,387 3,500 0,431 4,002 0,477 4,343 0,522
Máquina de corrente contínua Iarmadura (A) Varmadura (V) 0,966 177 0,980 176,2 1,010 175,5 1,060 175,2 1,133 177,6 1,241 176,5 1,374 1774 1,516 177,7 1,709 179,1 1,851 180,6
QUESTÕES 1) Plotar a tensão da armadura em função da corrente de campo aplicada no rotor da máquina.
Tensão de Armadura em fução da corrente de campo 300
Vt= 18,011*If + 16,866 R² = 0,9909
) l 250 a n i m200 r e T e d150 o ã s n100 e T ( t V 50
0 0
2
4
6
8
10
12
14
If ( Corrente de Campo)
2) Plotar a corrente de armadura em função da corrente de campo.
Corrente de armadura em função da corrente de campo 0,6
) a r u0,5 d a m0,4 r a e d0,3 e t n e 0,2 r r o C0,1 ( a I
Ia = 0,1155*If + 0,0287 R² = 0,9963
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
If ( Corrente de Campo)
3,5
4
4,5
5
3) Calcular a reatância síncrona não saturada e saturada da máquina síncrona. Para o cálculo das reatância temos a seguintes relações: Reatância síncrona não saturada =
Reatância síncrona saturada = Onde: : (Reatância santurada) : Tensão norminal : Corrente de curto-circuito
Onde: X: Reatância não santurada : Tensão de entreferro : Corrente nominal
Contudo é necessário estimar a corrente de campo para ambos os casos utilizando as equações (I) e (II). Vt= 18,011*If + 16,866 (I) Ia = 0,1155*If + 0,0287 (II)
No primeiro caso, cálculo da Reatância síncrona não saturada, temos que In= 4,1A, para esse caso If=35,25 A, implicando em Vt= dessa forma: =
651,75 4,1
= 158,96Ω
Para o segundo caso, cálculo da reatância síncrona saturada, temos que Vn= 720V, para esse caso If=39,03, implicando em Ia = 4,53A dessa forma: =
720
= 158,94 Ω
4) Plotar as perdas de curto-circuito em função da corrente de armadura. O cálculo das perdas de curto-circuito pode ser dado pela seguinte relação: = 3 ∗ ∗
Onde: : Perdas de curto-circuito : Resistência de armadura : Corrente de armadura
Perdas de Curto Circuito 500
a r u 400 d a m300 r a e 200 d a i 100 c n 0 ê t s 0 i s -100 e R
Pcc = 18,9*Ia2 R² = 1
1
2
3
4
5
Corrente de Armadura
5) Calcular a resistência efetiva da armadura. Ra,ef = perdas de curto circuito / ( corrente de curto-circuito)^2 Pela equação do polinômio, temos Ra,ef = 18,9 Ω
BIBLIOGRAFIA [1] A.E. Fitzgerald, “Máquinas elétricas”, 6ª Ed., São Paulo: McGraw-Hill, 2006.
