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Departamento de Engenharia Electrotécnica Curso de Engenharia Electrotécnica e Computadores Ramo Energias Renováveis e Sistemas de Potência Máquinas Eléctricas to view nut*ge Estudo de uma máqu como alternador e c funcionamento Curvas de Mordey ou Curvas em V Característica da Potência Útil/Corrente na Armadura Característica Interna Ef(lf) — Ensaio em Vazio Para obter a característica interna ou de magnetização da máquina, fez-se um simples ensaio, denominado de ensaio em vazio. O ensaio é feito a uma velocidade constante do rotor e com uma corrente de carga nula.

Neste ensaio de vazio deve obter-se a relação entre a tensão aos terminais da armadura e a corrente de excitação que se aumenta gradualmente de zero até ao seu valor nominal e depois se diminui até zero. Como la=O não há qualquer queda de tensão interna na armadura da máquina pelo que existe igualdade entre a f. e. m. E fe tensão em vazio IJO. A força electromotriz Ef é proporcional ao fluxo e portanto a característica em vazio traduz, numa outra escala, a característica magnética.

Devido à histerese do material que constitui o circuito magnético da máquna, não existe uma correspondêncla iunívoca entre If e Ef. Assim se se fizer variar a corrente de excitação entre zero e lm no sentido sempre crescente e depois de lm a zero no sentido sempre decrescente, sendo lm um valor elevado da excitação, obtém-se as curvas de magnetização representadas nas figuras 3 e 4 para as suas respectivas velocidades de rotação. No entanto, na realidade as curvas limite das características em vazio estão próximas uma da outra.

Assim usualmente, considera-se uma única curva para a característica em vaz10. Será naturalmen usualmente, considera-se uma unica curva para a característica em vazio. Será naturalmente a curva média, como podemos observar na figura 4. Figura 1 – Esquema de ligações para a obtenção da Característica Interna Valores obtidos experimentalmente: Actuou-se no reóstato de campo de modo a fazer variar a corrente de excitação até ao seu valor nominal (1 ,4 A) de modo a obter uma tabela de valores necessária para a obtenção de uma curva característica.

Característica Interna para 500 rpm Curva ascendente Curva descendente If(A) (A) Ef (V) 02,7 02,9 80,9 82 1470,4 151 201,1 0,6 203 2370,8 239,9 12641 268 2871,2 288,7 IA 303 239 Característica Interna para n-1200 rpm If(A) (A) (V) 02,3 02,3 0,2 59,6 62 1180,4 119 percurso que If faz quando aumenta é diferente de quando está a diminuir isto ocorre devido ao fenómeno de histerese a que o ferro da máquina está submetido este fenómeno está associado a perdas magnéticas, quanto maior for esse atraso maior serão as perdas magnéticas do ferro utilizado.

Ao atingir a corrente de excitação nominal a partir desse ponto a força electromotriz irá aumentar muito pouco o que significa que está a entrar na sua zona de saturação magnética, ou seja, está na zona em que o ferro está totalmente magnetizado. A área determinada elas duas curvas é proporcional às perdas por histerese por unidade de volume do ferro.

Como se pode analisar pelo gráfico o seu inicio não coincide com a orlgem do gráfico, ou seja, não começa em zero isto ocorre devido ao magnetismo remanescente, este magnetismo deve- se ao magnetismo que fica no núcleo de ferro mesmo depois de desligada a fonte que produz o campo magnético. Figura 4 – Média entre as curvas ascendentes e descendentes das duas características Na realidade, as curvas limite das características em vazio estão próximas uma da outra. Assim usualmente, considera-se uma ?nica curva para a característica em vazio.

Será naturalmente a curva média. Característica Externa A característica externa do motor é a relação entre a tensão aos terminais da máquina e a corrente que a máquina entrega a uma resistência de carga, para uma velocidade constante e uma corrente de excitação con corrente de excitação constante. IJ- f (la) No laboratório, foram tirados os valores experimentais das grandezas U e la, para a velocidade de sincronismo da máquina (n—1 500 rpm), e uma corrente de excitação de 0,7 A, e construímos as tabelas e o respectivo gráfico para os diferentes tipos de cargas.

Esquema de ligações: Figura 5 – Esquema de ligações para determinar característica externa Valores obtidos experimentalmente para as diferentes situações de carga: Carga Indutiva la (A)ua (V) 0220 0,54 195 0,94 174,5 1,26 156 1,5 141,5 1,72 128 1,89 117 2,02 107,5 2,15 99,5 2,25 92,3 2,32 86,8 2,4 81,2 Carea Resistiva fluxo secundário proveniente do fluxo resultado pelo desfasamento da carga. Ao fazer uma análise vectorial das grandezas, podería-se verificar que devido ao desfasamento da carga, existe um fluxo secundário que é concordante com o fluxo principal criando assim uma tensão na carga superior.

Para uma carga indutiva o raciocínio é o mesmo mas neste caso temos de ter em conta que o ângulo de desfasagem é de -900 provocando exactamente a reacção contraria à provocada por uma carga capacitiva. Temos então que neste caso a tensão aos terminais da carga será menor. Determinação do ponto de funcionamento: Depois de obtidos os gráficos, foi realizado um ensaio para obter o ponto de funcionamento da máquina para uma carga de R = 50ç). Para tal foi utilizado o gráfico da característica externa com carga resistiva.

O ponto de funcionamento é obtido através da ntersecção gráfica entre a característica e a recta do ponto de funcionamento. Através dessa intersecção conseguimos obter a tensão e corrente para R = 500. A recta do ponto de funcionamento é determinada do seguinte modo: Experimentalmente os valores obtido foram IJ-173,5 V e Iaz 2,03 A, através destes valores podemos verificar facilmente que v’3)/I-son. Teoricamente os valores obtidos podem ser verlficados no gráfico e uma vez mais aplicando a lei de ohm verificamos que R=50Q.

Figura 7 – Característica externa e onto de funcionamento para uma resistência de 50 Q Característica externa e ponto de funcionamento para uma esistência de 50 Q Funcionamento como motor Os motores síncronos possuem como características essenciais a garantia da velocidade dada a frequência de alimentação e o controlo sob o factor de potência. A primeira torna-se importante em muitas situaçóes práticas tais como a alimentação de caldeiras de centrais termoeléctricas, ou mesmo em drives de computadores.

A segunda é explicada pela análise das suas curvas de Mordey ou V, e torna-se extremamente útil ao permitir usar este tlpo de motores até para compensar a energia reactiva consumida por outros motores numa mesma instalação. Aliás, as companhias eléctricas possuem algumas máquinas deste tipo “penduradas” em alguns nós da rede, normalmente a funcionar em vazio para que toda a sua potência aparente esteja dispon[vel para fornecer ou consumir energia reactiva indutiva.

Estas máquinas assumem a designação de compensadores síncronos. Os motores síncronos são habitualmente mais caros do que os de indução, principalmente na gama balxa, mas são principalmente competitivos quando se destinam a velocidades muito baixas (muitos pólos), elou para potência elevadas. Os de íman permanente são praticamente tao robustos como os de ndução, assim como os sem escovas.

Por fim, note-se que, como um motor síncrono não tem binário se não à velocidade de sincronismo, e deve ser arrancado por um processo auxiliar, como um motor de arranque que leve o conjunto motor+ arrancado por um processo auxiliar, como um motor de arranque que leve o conjunto motor+carga até à velocidade correcta e depois seja desligado. Uma alternativa consiste no arranque assíncrono, possível quando o motor possui um enrolamento amortecedor, e possa arrancar sem carga.

Desse modo, não alimentando o enrolamento de excitação, obtém-se um modo de funcionamento ssíncrono, que possibilita atingir uma velocidade muito próxima da de sincronismo quando em vazio, sendo então poss(vel que ao alimentar o enrolamento de excitação o binário oscilante leve o motor à velocidade de sincronismo. Característica de Curto-circuito A característica de Curto-circuito pode ser considerada um caso particular das características de regulação quando CJ=O.

Contudo, no seu traçado é realizado com inversão de eixos. Assim em vez de if= f(icc) faz-se icc= f(if). A corrente que percorre o enrolamento é praticamente indutiva pois pode desprezar-se a resistência do enrolamento rl em face a sua reactância Xs. Assim, do esquema equivalente pode tirar- Ef=XSlCC Em regime de curto-circuito correspondem campos magnéticos de fraca intensidade. A máquina funciona na sua zona linear e por consequência a reactância síncrona xs é constante.

Como xs é constante e Ef é proporcional à corrente de excitação If, tem-se que Icc e If são proporcionais e a caracteristica de curto-circuito é uma recta, como foi verificado no ensaio realizado no laboratório que apresentamos a seguir. PAGF como foi verificado no ensaio realizado no laboratório que apresentamos a seguir. Fez-se um curto-circuito nos bornes da máquina e mediu- e a corrente da armadura conforme se fez variar a corrente de excitação da máquina.

As medições efectuadas estão representadas na seguinte tabela: Ensaio em Curto-Circuito If (A) Icc (A) Ef (V)Xs (0) 002,7 Inf. 0,2 1,05 80,9 77,03203 2,05 14771,69056 3,08 201,7 65,27381 Tabela 3 – Valores obtidos no ensaio em curto-circuito e xs calculado através dos valores obtldos Figura 6 – Característica de Curto-Circuito. Realizando o ensaio em curto-circuito, obtém-se a relação entre a corrente da armadura e a corrente de excitação considerando a linearidade da relação entre a corrente da armadura e a corrente e excitação.

No ensaio em curto-circuito, o fluxo resultante é muito pequeno, porque a carga é indutiva pura, i. e. , a máquina não está saturada. A relação entre a corrente de curto-circuito e a corrente de excitação é justificada devido ao facto da máquina não saturar, dai a característica de curto-circuito ser linear. Como a corrente de excitação é Ef, e por sua vez, Ef é Cálculo de Xs: O valor de RS foi obtido através do modo voltímetro- amperimetro: Cálculo de RS 10,2 Como o método de voltímetro amperímetro foi utilizado entre duas fases o valor de RS será 2,9112-1 ,4Sn

Figura 7 – Curva de xs em função da corrente de excitação Curvas em V ou de Mordey Para realizar o ensaio para obter as curvas em V ou de Mordey do motor, o motor foi ensaiado em vazio e em carga com três valores distintos de binário. Quando um motor síncrono alimentado sob uma tensão constante funciona a potência constante, isto é, a binário de carga constante, é possível modificar a potência reactiva trocada com a rede actuando sobre a corrente de excitação If. Esquema de Ligações: Nota: como um motor síncrono não tem binário se não ? velocidade de sincronismo, e deve ser arrancado por um processo auxiliar.