Aula 4 - Circuito Equivalente e Ensaios para Determinação dos Parâmetros

MÁQUINAS ELÉTRICAS II Nota O material a seguir é um slide de aula apresentado pelo prof William Caires Silva Amorim como material pedagógico do IFMG dentro de suas atividades curriculares ofertadas em ambiente virtual e presencial de aprendizagem Seu uso cópia e ou divulgação em parte ou no todo por quaisquer meios existentes ou que vierem a ser desenvolvidos somente poderá ser feito mediante autorização expressa deste docente e do IFMG Caso contrário estarão sujeitos às penalidades legais vigentes Aula 4 Circuito Equivalente e Ensaios para Determinação dos Parâmetros MIT Prof William Caires Silva Amorim ITBELET045 MÁQUINAS ELÉTRICAS II MÁQUINAS ELÉTRICAS II 3 Sumário Obtenção do circuito equivalente da máquina de indução Ensaios para determinação dos parâmetros do circuito equivalente MÁQUINAS ELÉTRICAS II Circuito Equivalente 4 MÁQUINAS ELÉTRICAS II 5 Por que usar o circuito equivalente Permite realizar cálculos relacionados com a máquina Eficiência Características de conjugado da máquina Variação do fator de potência com a carga Circuito por fase da máquina elétrica Parâmetros não são fornecidos pelos fabricantes MÁQUINAS ELÉTRICAS II 6 Obtenção do circuito equivalente MÁQUINAS ELÉTRICAS II 8 Obtenção do circuito equivalente Estator MÁQUINAS ELÉTRICAS II Estator Análogo ao primário do transformador 𝑅𝑐 representa as perdas magnéticas em todo o circuito magnético 𝑋𝑚 representa a corrente de magnetização de todo o circuito magnético Note que a frequência das correntes é a própria frequência de alimentação 9 Pontos Importantes MÁQUINAS ELÉTRICAS II Corrente de magnetização Transformadores Menor que 5 da corrente nominal Máquinas de indução Até 30 da corrente nominal Por quê Devido ao entreferro considerável 10 Operação com rotor travado MÁQUINAS ELÉTRICAS II Análogo ao transformador 𝑓𝑟 𝑓𝑠 Tensão induzida no rotor 𝑠 1 11 Obtenção do circuito equivalente Rotor em movimento MÁQUINAS ELÉTRICAS II No caso geral a tensão do rotor será Frequência das correntes no rotor Reatância do rotor 𝑋𝑟 12 Obtenção do circuito equivalente Rotor em movimento MÁQUINAS ELÉTRICAS II Esta equação sugere o circuito ao lado A principal diferença é que a frequência deste circuito é 60 Hz Ele representa o efeito equivalente do rotor 13 Circuito equivalente motor de indução MÁQUINAS ELÉTRICAS II Mesmo circuito 14 Circuito equivalente motor de indução MÁQUINAS ELÉTRICAS II Circuito aproximado Referido ao estator 15 Circuito equivalente motor de indução MÁQUINAS ELÉTRICAS II Este circuito modela as seguintes perdas Perdas no cobre do estator 𝑃𝑅𝑠 3 𝑅𝑠𝐼𝑠² Perdas no cobre do rotor 𝑃𝑅𝑟 3 𝑅𝑟𝐼𝑟² Qual o significado físico das perdas no resistor variável 16 Circuito equivalente motor de indução MÁQUINAS ELÉTRICAS II Quais perdas não estão modeladas 17 Perdas rotacionais MÁQUINAS ELÉTRICAS II Perda magnética histerese corrente de Foucault 𝑃ℎ𝑓 Perda por atrito e ventilação 𝑃𝑎𝑣 Não é trivial obter estas perdas separadamente Perdas rotacionais 𝑃𝑟𝑜𝑡 Não é modelada no circuito equivalente Subtraída no final 18 Perdas rotacionais MÁQUINAS ELÉTRICAS II Vamos notar que 𝑃𝑎𝑣 perda atrito e ventilação aumenta com a velocidade 𝑃ℎ𝑓 perda magnética cai com a velocidade Conclusão 𝑃𝑟𝑜𝑡 é essencialmente constante Será estimada para a condição da máquina a vazio Aproximação razoável 19 Análise de eficiência MÁQUINAS ELÉTRICAS II 20 Análise de eficiência MÁQUINAS ELÉTRICAS II Observação importante Consequência 𝜂 1 𝑠 eficiência da máquina é limitada pelo escorregamento Escorregamento deve ser baixo para alta eficiência Limitação da potência das máquinas de indução Ensaios para obtenção dos parâmetros 21 MÁQUINAS ELÉTRICAS II 22 Ensaios básicos a serem realizados MÁQUINAS ELÉTRICAS II 1 Ensaio com corrente contínua gaiola de esquilo e rotor bobinado 2 Ensaio a vazio com circuito de rotor aberto rotor bobinado 3 Ensaio a vazio gaiola de esquilo e rotor bobinado 4 Ensaio de rotor bloqueado gaiola de esquilo e rotor bobinado IEEE 112 IEEE Standard Test Procedure for Polyphase Induction Motors and Generators 23 1 Ensaio com corrente contínua MÁQUINAS ELÉTRICAS II Objetivo Estimativa da resistência de estator Desafios de utilização de multímetros resistência pequena Solução 1 Ponte dupla de Kelvin elimina resistência de contato Solução 2 Aplicação de corrente contínua no estator Pesquise mais sobre a solução 1 24 Ensaio com corrente contínua Solução 2 MÁQUINAS ELÉTRICAS II Em regime permanente a corrente será limitada pela resistência de estator Aplicase uma tensão contínua e medese a corrente Devese ter cuidado com a ligação Podese fazer a correção do valor medido para a temperatura de operação Rs Rs Rs Rs Rs 25 2 Ensaio a vazio com circuito de rotor aberto MÁQUINAS ELÉTRICAS II Máquina sem carga mecânica no eixo Aplicase tensão nominal ca Circuito de rotor é mantido aberto Realizase medições de tensão corrente e potência ativa Podese usar o método dos dois Wattímetros Permite estimar as perdas magnéticas da máquina 26 Revisão Método dos dois Wattímetros MÁQUINAS ELÉTRICAS II Em geral a potência ativa total entregue a uma carga com n fios pode ser obtida através da utilização de n 1 wattímetros 27 Ensaio a vazio com circuito de rotor aberto MÁQUINAS ELÉTRICAS II É importante ressaltar que este ensaio só pode ser realizado em motores de rotor bobinado É importante notar que 𝑃ℎ𝑓𝑟𝑎 𝑉𝑠2 usado para melhorar a estimativa do ensaio de RB 28 3 Ensaio a vazio MÁQUINAS ELÉTRICAS II Máquina sem carga mecânica no eixo Aplicase tensão nominal Realizase medições de tensão corrente e potência ativa Podese usar o método dos dois Wattímetros Permite estimar as perdas rotacionais da máquina 29 Ensaio a vazio MÁQUINAS ELÉTRICAS II Se for considerada uma máquina de rotor bobinado 30 Circuito equivalente Ensaio a vazio MÁQUINAS ELÉTRICAS II 31 Circuito equivalente Ensaio a vazio MÁQUINAS ELÉTRICAS II Triângulo de potência 32 4 Ensaio com o rotor bloqueado MÁQUINAS ELÉTRICAS II Bloqueiase o eixo do motor Aplicase uma tensão reduzida até que circule a corrente nominal no estator da máquina Realizase medições de tensão corrente e potência ativa Podese usar o método dos dois Wattímetros 33 Ensaio com o rotor bloqueado MÁQUINAS ELÉTRICAS II Recomendase a utilização de frequência reduzida IEEE 112 025 𝑓𝑛 60 Hz 15 Hz Motores de dupla gaiola motores de barras profundas ou motores acima de 20 HP Razão Resistência elétrica varia com a frequência Efeito pelicular Resistência aumenta 34 Ensaio com o rotor bloqueado MÁQUINAS ELÉTRICAS II Perda por ventilação nula Perda por histerese e corrente de Foucault 35 Circuito equivalente Ensaio de rotor bloqueado MÁQUINAS ELÉTRICAS II 36 Cálculo dos parâmetros do circuito equivalente MÁQUINAS ELÉTRICAS II 37 Cálculo dos parâmetros do circuito equivalente MÁQUINAS ELÉTRICAS II 38 Cálculo dos parâmetros do circuito equivalente MÁQUINAS ELÉTRICAS II 39 Divisão da reatância de rotor bloqueado MÁQUINAS ELÉTRICAS II X1 Xls e X2 Xlr 40 Características dos rotores diferentes classes MÁQUINAS ELÉTRICAS II Obrigado pela atenção Bons estudos Dúvidas Email williamamorimifmgedubr 41 MÁQUINAS ELÉTRICAS II Na ciência o crédito vai para o homem que convence o mundo não para o que primeiro teve a ideia Francis Darwin