Aprofundamento em Máquinas Elétricas Rotativas CC e CA

Unidade de Ensino 1 Zz e Maquinas Competéncia da Unidade Conhecer e aprofundar os conceitos sobre maquinas elétricas rotativas CC e CA 7 e Elétricas il Resumo Nesta aula serdo apresentados um aprofundamento tedrico em maquinas CC e CA e as caracteristicas dos motores de corrente continua maquinas de indugao e maquinas sincronas Aula 01 Topicos especiais sobre Palavraschave Maquinas CC Maquinas de inducao maquinas elétricas rotativas Maquinas sincronas Titulo da Tele aula Tdpicos especiais sobre maquinas elétricas rotativas Prof Giancarlo Michelino Gaeta Lopes Tele aula n 1 Contextualizagao Contextualizagao Aplicacgao de maquinas elétricas rotativas eee ee les eee sities Peo ae s 7 te pees perrnatarins e 4 Va e 7 Beaaipananie ie j eae ERT c ey 24 ie att potn ye 4 i i Acesso em 29 ago 2019 2 Eh Bie x ernameR a J ier cry ace a a SS oe Fonte wi 2BZarh9 Fe ei 2120TKW i fomesiniatzane fomestanacar Fonte bit y2BXimaT Acess oem 28 fev2019 Aspectos do circuito elétrico O sinal positivo usado no caso de um motor e o sinal Curvas de magne tzaga negativo de um gerador Ra e Rs sao as resisténcias da Va E TR Zz oy de maquinas e corrente armadura e do campo em série respectivamente Vi By tACR RO as a J tater 4 imetoe continua e angulo de me lt hhh Zs J tgerudee 4 peradort carga de maquinas et Z i sincronas uh aw Loo i Armuctura vf ipcurme y T Campo Campo em devanion emsérie detivagio i 4 Fonte UMANS 2013 2 Exemplo Aspectos da reação de armadura Um gerador composto 100kW250V e 400A com ligação em derivação longa tem Ra0025Ω e Rs0005Ω O enrolamento de campo possui 1000 espiras por polo e o série possui 3 espiras por polo O gerador está fornecendo corrente nominal quando a corrente de campo é 47A em 1150rpm Calcule a tensão terminal desprezando a resistência de armadura Fonte UMANS 2013 Exemplo Resolução Curvas de magnetização Fonte UMANS 2013 Exemplo Resolução Em derivação longa a corrente de armadura é igual a corrente do enrolamento série Portanto Desprezada a reação da armadura a corrente de campo Desprezada a reação da armadura podemos utilizar a curva Ia 0 da curva de magnetização Nesse caso a tensão induzida será 274 V Exemplo Resolução Curvas de magnetização Fonte UMANS 2013 Exemplo Resolução Todas as tensões na curva de magnetização foram medidas para 1200 rpm Consequentemente devese corrigir a tensão induzida obtida anteriormente Logo Desse modo a tensão terminal será dada por Máquinas síncronas aspectos construtivos Polos salientes alta inércia e baixa velocidade Polos lisos baixa inércia e alta velocidade Fonte Elaborado pelo Autor 2019 3 Aspectos construtivos Fonte bitly2TD34qq Acesso em 16 mar 2019 Diagrama fasorial Máquina de polos salientes o eixo direto é localizado ao longo do eixo do polo e o eixo de quadratura localizado na zona interpolar Fonte Silva R S 2018 Diagrama fasorial Uma vez que o entreferro da máquina de polos salientes não é uniforme podese associar a cada um dos eixos uma reatância de magnetização e assim determinamse as reatâncias Xd e Xq Fonte Silva R S 2018 Característica do ângulo de carga polos salientes Considerando a equação para a potência ativa o efeito do ângulo de carga na máquina de polos salientes é mostrado na Figura Fonte Silva R S 2018 Normatização em pu A partir destes valores podese definir valores em pu para quaisquer parâmetros fazendo Exemplo se o gerador estiver fornecendo 30 MW de potência com uma tensão de 33 kV então os valores em pu serão Fonte Silva R S 2018 Máquinas de Indução determinação de parâmetros a partir de ensaios a vazio 4 Circuito equivalente do MIT Como determinar os valores destas impedâncias da máquina se eu não as possuir Fonte UMANS 2013 Ensaio a vazio O ensaio em vazio na máquina de indução e o teste de circuito aberto no transformador é utilizado de forma a obter informações sobre a corrente de excitação e as perdas rotacionais O rotor é mantido sem nenhuma carga mecânica acoplada ao eixo Neste caso haverá uma pequena perda de potência devido às perdas no núcleo ao atrito e as correntes nos enrolamentos Procedimentos dos ensaios a vazio Medese a resistência CC no enrolamento do estator Com tensão e frequência nominais mantémse o eixo sem carga e medese a corrente e a potência de entrada As perdas rotacionais podem ser obtidas subtraindo o valor das perdas na resistência do estator do valor da potência de entrada Os parâmetros de impedância em vazio Zvazio Rvazio jXvazio são obtidos dos valores medidos Exemplo Considere um motor trifásico de indução de 50 HP 2500 V seis polos e 60 Hz com rotor do tipo gaiola de esquilo Para o ensaio em vazio em frequência nominal e tensão de linha igual à tensão nominal foi obtida uma corrente de 5 A e uma potência de 1500 W A resistência CC medida no estator em uma das fases é de 3 Ohms Resolução do Exemplo Do teste a vazio Perdas rotacionais Fonte UMANS 2013 Resolução do Exemplo Tensão por fase no estator e impedância em vazio com a corrente obtidano ensaio em vazio a resistênciae a reatância em vazio podemser obtidas 5 Máquinas de Indução determinação de parâmetros a partir de ensaios de rotor bloqueado Circuito equivalente do MIT Como determinar os valores destas impedâncias da máquina se eu não as possuir Fonte UMANS 2013 Ensaio de rotor bloqueado O ensaio de rotor bloqueado na máquina de indução e o teste de curtocircuito no transformador é utilizado de forma a obter informações dos parâmetros de impedância de dispersão o rotor é bloqueado de forma a barrar qualquer tipo de rotação Então uma tensão balanceada trifásica é aplicada aos terminais do estator Procedimentos dos ensaios de rotor bloqueado Com tensão e frequência reduzidas mantémse o eixo bloqueado e medese a corrente e a potência de entrada O IEEE recomenda que o teste de rotor bloqueado seja feito com uma frequência de cerca de 25 da frequência nominal de operação Os parâmetros de impedância de rotor bloqueado Zrb Rrb jXrb são obtidos dos valores medidos Os parâmetros da máquina são obtidos Exemplo Considere um motor trifásico de indução de 50 HP 2500 V seis polos e 60 Hz com rotor do tipo gaiola de esquilo Para o ensaio de rotor bloqueado com frequência reduzida de 15 Hz e tensão de 300 V foi obtida uma corrente de 25 A e uma potência de entrada de 9000 W Resolução do Exemplo Para o ensaio de rotor bloqueado o escorregamento é igual à 1 No circuito equivalente Xm estará em paralelo com a impedância do rotor refletida do lado do estator Como Xm é muito maior a associação em paralelo é praticamente igual à impedância Fonte UMANS 2013 6 Resolução do Exemplo Cálculo das impedâncias Fonte UMANS 2013 Resolução do Exemplo A reatância de rotor bloqueado é calculada para 15 Hz Para obter a reatância em 60 Hz fazemos uma conversão Uma boa aproximaçãoé fazer Fonte UMANS 2013 Máquinas de Indução circuito equivalente de Thévenin Circuito equivalente de Thévenin O circuito equivalente obtido seja pelo ensaio em vazio ou de rotor bloqueado ou pelos dados do fabricante é um instrumento importante para a análise das características de desempenho da máquina Fonte UMANS 2013 Circuito equivalente de Thévenin Podese utilizar o circuito equivalente para equacionar o torque em função dos parâmetros da máquina utilizando o circuito equivalente de Thevenin visto pelos pontos A e B Circuito equivalente de Thévenin Podese descrever a corrente do rotor refletida no estator I2 em função dos elementos do circuito equivalente de Thévenin Uma expressão para o máximo torque 7 Exemplo Um motor de indução de rotor bobinado 460 V 25 HP 60 Hz quatro polos e ligado em Y tem as seguintes impedâncias em ohms por fase referidas ao circuitode estator Qual é o conjugado máximo desse motor Com que velocidade e escorregamentoisso ocorre Resolução do Exemplo A tensão de Thévenin desse motor é A resistência de Thévenin Resolução do Exemplo A reatância de Thévenin é O escorregamentopara o conjugadomáximoé dado Isso correspondea uma velocidade mecânicade Resolução do Exemplo O conjugado nessa velocidade é Recapitulando Recapitulando Máquinas de corrente contínua à curvas de magnetização Máquinas síncronas à ângulo de carga Máquinas de indução à ensaio em curto a vazio e equivalente de Thevenin