1.5 Lab2 MotorSinc Abilio

Texto

(1)Pro. Abilio M. Variz (UFJF). Laboratório de Máquinas Elétricas 2 (1.5). Universidade Federal de Juiz de Fora Faculdade de Engenharia Departamento de Energia Elétrica. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr Laboratório de Maquinas Elétricas 2 (ENE049). ENSAIO 5:. MÉTODOS DE PARTIDA E LEVANTAMENTO DE CURVAS EM V DE MOTORES SÍNCRONOS. Prof. Abilio M. Variz. Página 1 de 7.

(2) Pro. Abilio M. Variz (UFJF). 1.. Laboratório de Máquinas Elétricas 2 (1.5). INTRODUÇÃO. Os motores síncronos (M.S.) são maquinas elétricas cuja velocidade do rotor depende diretamente do numero de polos e da frequência da tensão de alimentação. Os M.S. (Figura 1) possuem a vantagem de operarem na velocidade síncrona, entretanto apresentam dificuldades de partida.. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr Figura 1. Motor síncrono.. A Figura 2 apresenta o circuito equivalente de um motor síncrono. Note que o circuito é análogo ao do gerador síncrono, a diferença reside no sentido da corrente de armadura.. Figura 2. Circuito equivalente de um motor síncrono.. Ao contrário dos geradores síncronos, os motores síncronos consomem potência ativa da rede de alimentação. Porém, os M.S. podem tanto absorver quanto injetar potência reativa, ou seja, a potência reativa consumida em seus terminais pode ser positiva, negativa ou zero.. Página 2 de 7.

(3) Pro. Abilio M. Variz (UFJF). 2.. Laboratório de Máquinas Elétricas 2 (1.5). PROCESSO DE PARTIDA DOS MOTORES SÍNCRONOS. Os motores síncronos, monofásicos e trifásicos, não partem naturalmente quando seus enrolamentos de armadura (ou induzidos) são energizados. Na partida, devida elevada inércia do rotor, o conjugado ou torque alterna rapidamente sua magnitude e direção fazendo com que o torque resultante de partida seja nulo. Esta situação é mostrada na Figura 3.. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr Figura 3. Campos magnéticos e torque induzido durante a partida de um motor síncrono.. Para contornar esta deficiência, os seguintes métodos podem ser usados para auxiliar a partida de motores síncronos: a. Utilização de uma máquina motriz auxiliar: Inicialmente curto circuita-se os enrolamentos de campo do motor síncrono e utiliza-se um motor auxiliar para acelerar o rotor da máquina síncrona. Quando a velocidade do rotor atinge um valor próximo da nominal, energizam-se os enrolamentos da armadura e retira-se o curto do circuito de campo do motor síncrono. Após estes procedimentos, a máquina entrará em sincronismo com a rede. Neste esquema de partida o motor deve estar sem carga conectada em seu eixo. Os motores síncronos grandes que possuem excitatriz CC acoplada no próprio eixo podem ter estas excitatrizes funcionando como motores auxiliares de corrente contínua para acelerar o rotor da máquina síncrona.. Página 3 de 7.

(4) Pro. Abilio M. Variz (UFJF). Laboratório de Máquinas Elétricas 2 (1.5). b. Utilização de enrolamentos amortecedores: Os enrolamentos amortecedores são barras curto-circuitadas fixadas nos polos do rotor conforme mostrado na Figura 4. Durante a partida do motor, mantem-se o circuito de campo curto-circuitado e energizam-se os enrolamentos de armadura. Toda vez que o campo girante do estator cortar as barras curto-circuitadas dos enrolamentos amortecedores é produzido um conjugado útil que acelera o rotor até próximo da velocidade nominal, conforme ilustrado na Figura 5. Neste instante excita-se o circuito de campo da máquina permitindo que a mesma entre em sincronismo com a rede. Igual ao caso anterior o motor também não deve ter carga conectada em seu eixo neste esquema de partida.. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr Figura 4. Enrolamentos amortecedores.. Figura 5. Processo de partida do motor síncrono com enrolamentos amortecedores.. c. Utilização de inversores de frequência ou ciclo conversores: Neste esquema usa-se um conversor eletrônico (Figura 6) para reduzir a frequência das tensões e correntes de alimentação do motor síncrono, e assim reduzir a velocidade angular do campo girante criado no estator da máquina. Com uma velocidade angular baixa o torque induzido no rotor é suficiente para retirá-lo da inércia e coloca-lo em movimento. Depois da partida aumenta-se gradualmente a frequência de alimentação ate atingir o valor nominal (60 Hz) e colocar o motor em rotação nominal.. Página 4 de 7.

(5) Pro. Abilio M. Variz (UFJF). Laboratório de Máquinas Elétricas 2 (1.5). Neste esquema de partida o motor pode ter carga nominal acoplada em seu eixo.. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr Figura 6. Esquema básico de um inversor de frequência.. 2.. CURVAS EM V DOS MOTORES SÍNCRONOS. As curvas em V de um motor síncrono relacionam as correntes de armadura (CA) com a corrente de excitação do campo (CC). A figura a seguir mostram três curvas em V de um M.S. para três cargas distintas conectadas em seu eixo.. Figura 7. Curvas em V de um motor síncrono.. Quando o valor da corrente CC de excitação é pequeno e a maquina se encontra subexcitada, o valor da amplitude da corrente de armadura é elevado e a mesma está atrasada em relação à tensão terminal, ou seja, o M.S. opera com fator de potência indutivo. Aumentando-se o valor da corrente de excitação, a amplitude e a fase da corrente de armadura diminuem até um valor mínimo cujo fator de potência fica unitário, isto é, corrente em fase com a tensão de alimentação. A partir deste ponto, Página 5 de 7.

(6) Pro. Abilio M. Variz (UFJF). Laboratório de Máquinas Elétricas 2 (1.5). continuando a aumentar o valor da corrente de excitação, a amplitude da corrente de armadura volta a crescer, porém agora a mesma fica adiantada em relação à tensão de alimentação, ou seja, o M.S. opera com fator de potência capacitivo.. 3.. CONDENSADOR SÍNCRONOS. O condensador síncrono é um M.S. projetado para operar a vazio, isto é, sem fornecer potência mecânica em seu eixo. Este equipamento é utilizado para a compensação de potência reativa no sistema (rede). E a potência ativa consumida em seus terminais é somente para suprir as perdas internas da máquina.. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr. Ajustando a corrente de campo dos motores síncronos pode-se controlar a corrente de armadura para que a mesma seja atrasada, em fase ou adiantada em relação à tensão terminal. Considerando a resistência da armadura muito pequena (Ra = 0) pode-se deduzir que a potência reativa nos terminais do motor é dada por: =3. (. −. ). (1). Note que os valores de Vt e Xs são constantes, e, portanto, a potência reativa, Q, do motor é dependente do valor de Ea. Consequentemente, Q é dependente da corrente de campo do motor. Portanto, variando o valor da corrente de excitação varia-se o valor da tensão interna do motor (Ea) e controla-se a quantidade de potência reativa que irá circular nos terminais CA do M.S.. Uma vantagem da utilização dos condensadores síncronos em relação aos bancos de capacitores fixos ou chaveados usados para corrigir fator de potência ou nível de tensão nos barramentos de um sistema elétrico, é que a potência reativa nos terminais do primeiro pode ser continuamente controlada através da corrente de excitação enquanto que no segundo ele ira depender do numero de bancos capacitivos conectados ou não em paralelo, ou seja, variação discreta.. 4.. OBJETIVOS Nos ensaios desta aula serão realizados os seguintes experimentos: . Partida de motores síncronos: realizar a partida de M.S. utilizando-se dos artifícios apresentados neste documento.. . Obtenção da curva em V de motores síncronos: neste experimento deverão ser realizadas as seguintes tarefas com o motor síncrono operando na velocidade nominal: (i) levantar a curva em V (Tabela 1) com no mínimo 15 medidas e (ii) obter as perdas do motor síncrono.. Página 6 de 7.

(7) Pro. Abilio M. Variz (UFJF). Laboratório de Máquinas Elétricas 2 (1.5). Tabela 1. Curva em V If (A). Ia (V). F.P.. Vt. 0. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr Nominal. 5.. INSTRUMENTOS UTILIZADOS. Os seguintes instrumentos serão utilizados nos ensaios:       . Motor síncrono; Voltímetro(s) para medição CA (ou multímetro); Amperímetro(s) para medição CA e CC (ou multímetro); Medidor de fator de potência; Fonte CC controlada; Motor de indução; Inversor de frequência.. Página 7 de 7.

(8)