relatório v4.2

UNIVERSIDADE DE AVEIRO

ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA E GESTO DE GUEDA

PROJETO TEMTICO TECNOLOGIA ELTRICA

TRANSFORMADOR

MONOFSICO E MOTOR DE

INDUO TRIFSICO

ORIENTADOR DE PROJETO:

Professor Antnio Barbosa

GRUPO 2:

Andr Maurcio N 72507

Joo Simes N 77044

Jos Branco N 64378

Vtor Carvalho N 40815

CURSO: SEMESTRE CURRICULAR:

Engenharia Eletrotcnica 1

ANO LETIVO 2014/2015

- ENGENHARIA ELETROTCNICA -

PROJETO TEMTICO TECNOLOGIA ELTRICA

ORIENTADOR DO PROJETO:

Professor Antnio Barbosa ..

GRUPO 2:

Andr Maurcio N 72507 .

Joo Simes N 77044 ..

Jos Branco N 64378 ..

Vtor Carvalho N 40815 ..

ANO LETIVO 2014/2015

Resumo

O relatrio aqui apresentado descreve o trabalho desenvolvido relacionado ao

Projeto Temtico em Tecnologia Eltrica, que surge no mbito do Mdulo Temtico de

Tecnologia Eltrica constitudo pelo projeto e pelas disciplinas associadas de Mquinas

Eltricas e Eletrotecnia Aplicada.

O projeto tem como objetivo o estudo de duas mquinas eltricas distintas, e

como tal o relatrio est dividido em duas partes. A primeira parte referente ao estudo

de um transformador monofsico e a segunda parte a um motor de induo trifsico.

O objetivo idntico para as duas mquinas eltricas, e passa por determinar

aspetos relevantes e calcular alguns parmetros das mquinas em estudo. Alguns desses

parmetros e aspetos passam por descrever as caractersticas nominais das mquinas

eltricas, determinar perdas e determinar circuitos equivalentes

Foram efetuados vrios ensaios, a fim de retirar vrios parmetros associados s

duas mquinas, sendo explicados os mtodos utilizados para os ensaios, o

desenvolvimento e os resultados obtidos.

O enunciado do projeto encontra-se em anexo (anexo I).

Relativamente gesto do projeto, foi realizado um diagrama de Gantt no incio

do projeto, e um no fim do mesmo (anexos III e IV). Atravs de uma anlise aos

diagramas possvel verificar que o projeto se desenrolou de acordo com as

expectativas iniciais, ocorrendo algumas dificuldades espordicas.

ndice

Introduo ......................................................................................................................... 1

1- Transformador Monofsico .......................................................................................... 3

1.1- Configurao ............................................................................................................. 3

1.2 - Polaridade ................................................................................................................. 5

1.3 - Resistncias dos Enrolamentos ................................................................................. 6

1.4 - Ensaio em Vazio ....................................................................................................... 7

1.5 - Ensaio em Curto Circuito .................................................................................... 11

1.6 Circuito Equivalente .............................................................................................. 14

1.7 Ensaio em Carga .................................................................................................... 14

1.8 Ensaio de temperatura ............................................................................................ 17

2- Motor de Induo Trifsico ........................................................................................ 19

2.1- Configurao ........................................................................................................... 20

2.2- Resistncia dos enrolamentos .................................................................................. 20

2.3- Ensaio com o rotor bloqueado ................................................................................. 20

2.5- Ensaio em vazio ....................................................................................................... 22

2.5- Circuito equivalente ................................................................................................. 25

2.5- Potncia de perdas mecnicas ................................................................................. 25

2.6- Ensaio em carga ....................................................................................................... 27

Concluso ........................................................................................................................ 29

Bibliografia ..................................................................................................................... 31

Anexos ............................................................................................................................ 33

ndice de figuras

Figura 1 - Transformador monofsico utilizado ............................................................... 3

Figura 2 - Terminais do transformador monofsico ......................................................... 4

Figura 3 - Configurao usada .......................................................................................... 4

Figura 4 - Esquema do circuito para determinar a polaridade .......................................... 5

Figura 5 - Desfasamento entre a tenso no primrio e secundrio ................................... 6

Figura 6 - Esquema de ligaes para a medio de resistncia dos enrolamentos ........... 7

Figura 7 - Esquema do circuito do ensaio em vazio ......................................................... 7

Figura 8 - Forma de onda da corrente em vazio ............................................................. 10

Figura 9 - Esquema da montagem do ensaio em curto-circuito ..................................... 11

Figura 10 - Circuito equivalente com o secundrio em curto-circuito ........................... 11

Figura 11 - Esquema do circuito equivalente reduzido ao primrio ............................... 14

Figura 12 - Esquema de montagem do circuito para ensaio em carga ........................... 15

Figura 13 - Grfico do ensaio de temperatura para 150VA ............................................ 17

Figura 14 - Grfico do ensaio de temperatura para 300VA ............................................ 18

Figura 15 - Motor de induo trifsico utilizado ............................................................ 19

Figura 16 - Circuito equivalente para o ensaio em vazio ............................................... 22

Figura 17 - Circuito equivalente do motor ...................................................................... 25

Figura 18 - Grfico para determinao potncia de perdas mecnicas ........................... 27

ndice de tabelas

Tabela 1 - Caractersticas do transformador monofsico ................................................. 5

Tabela 2 - Resistncias dos enrolamentos ........................................................................ 7

Tabela 3 - Valores calculados a partir do ensaio em vazio ............................................... 9

Tabela 4 - Valores calculados a partir do ensaio em vazio (continuao) ...................... 10

Tabela 5 - Valores obtidos no wattmetro no ensaio em vazio ....................................... 10

Tabela 6 - Valores calculados a partir do ensaio em curto-circuito ................................ 13

Tabela 7 - Valores calculados a partir do ensaio em curto-circuito (continuao) ......... 13

Tabela 8 - Valores obtidos com o wattmetro no ensaio em curto-circuito .................... 14

Tabela 9 - Valores das cargas para 4/4, 3/4, 2/4, e 1/4 da carga nominal ....................... 15

Tabela 10 - Dados obtidos do ensaio em carga .............................................................. 16

Tabela 11 - Valores da regulao do transformador ....................................................... 17

Tabela 12 - Valores da resistncia dos enrolamentos do estator .................................... 20

Tabela 13 - Dados obtidos com o wattmetro no ensaio com o rotor bloqueado ........... 21

Tabela 14 - Dados obtidos com o wattmetro no ensaio em vazio ................................. 22

Tabela 15 - Ensaio para determinar potncia de perdas mecnicas ................................ 26

ndice de anexos

Anexo I - Enunciado .......................................................................................................... i

Anexo II - Instrumentos de medida usados ..................................................................... iv

Anexo III - Diagrama de Gantt previsto .......................................................................... iv

Anexo IV - Diagrama de Gantt real .................................................................................. v

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Introduo

Este projeto consiste no estudo das caractersticas de duas mquinas eltricas: o

transformador monofsico e o motor de induo trifsico. Os objetivos propostos foram

definidos por um enunciado disponibilizado pelo orientador do grupo (anexo I),

elucidando assim os vrios parmetros a determinar.

Relativamente ao transformador, este no possua chapa de caractersticas e por

esse motivo foi atribuda (pelo grupo e orientador) uma potncia aparente de 150 VA.

Iniciou-se ento o estudo determinando a polaridade dos enrolamentos e medio das

resistncias dos mesmos.

Seguidamente realizou-se o ensaio em vazio e em curto-circuito, determinando

os parmetros do circuito equivalente aproximado do transformador.

Por ltimo foi feito o ensaio em plena carga, determinando-se a temperatura para a

qual o transformador estabilizava.

Quanto ao motor de induo trifsico, comeou-se por medir a resistncia dos

enrolamentos do estator. De seguida procederam-se aos ensaios do motor com o rotor

bloqueado e o ensaio em vazio.

O ensaio em carga do motor trifsico no foi efetuado devido a impossibilidades

relacionadas com a falta do material necessrio. No entanto o relatrio possui um

captulo relacionado ao ensaio em carga, de forma a explicar no que consiste.

Para a realizao do projeto, o grupo usou como bibliografia principal os

apontamentos das aulas de mquinas eltricas [3].

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1- Transformador Monofsico

O transformador atribudo (figura 1) no continha chapa de caractersticas.

Como tal no havia qualquer indicao da potncia aparente do mesmo. Com auxlio do

orientador, foi atribuda uma potncia de 150 VA.

Figura 1 - Transformador monofsico utilizado

1.1- Configurao

O transformador contm catorze terminais (figura 2). Com um multmetro fez-se

uma pequena anlise do valor da resistncia entre diferentes terminais, de forma a

determinar um primrio e o secundrio. Para tal, consideramos que os valores de

resistncia menores correspondiam ao primrio. Foi ento determinado que os terminais

numerados de 1 a 6 constituam o primrio, e os de A a H o secundrio.

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Figura 2 - Terminais do transformador monofsico

O transformador pode ser alimentado entre diferentes terminais, correspondentes

a diferentes tenses. Para os ensaios, o grupo alimentou a 220V entre o terminal 4 e 3.

A configurao usada a representada na figura 3.

Figura 3 - Configurao usada

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Para uma tenso de 220V no primrio corresponde uma tenso de 105,8V no

secundrio, o que nos d uma razo de transformao de 0,48 ( = 2

1=

105,8

220=

0,48).

Calculou-se ainda a corrente nominal no primrio e no secundrio atravs da

expresso =

=

150

220= 0,68 .

As caractersticas nominais do transformador encontram-se na tabela 1.

Tabela 1 - Caractersticas do transformador monofsico

(VA) Frequncia

(Hz)

(V) (V) (A) (A) Razo

Transformao

150 50 220 105,8 0,68 1,42 0,48

1.2 - Polaridade

Para ensaio da polaridade, seguiu-se a norma [1], captulo 6. Foi aplicada uma

tenso 20V AC no primrio do transformador, e curto circuitou-se o primrio com o

secundrio como nos mostra a figura 4.

Figura 4 - Esquema do circuito para determinar a polaridade

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Com este mtodo possvel determinar a polaridade atravs do desfasamento

entre a tenso do primrio e a tenso do secundrio. Para esse efeito usa-se o

osciloscpio.

Se as tenses do primrio e secundrio se encontrarem em fase o transformador

subtrativo, j se estiveram desfasadas 180 ( rad) aditivo. No caso do transformador

em estudo as tenses esto em fase como nos mostra a figura 5, logo o transformador

subtrativo.

Figura 5 - Desfasamento entre a tenso no primrio e secundrio

1.3 - Resistncias dos Enrolamentos

Para determinar as resistncias dos enrolamentos, usou-se dois mtodos. No

primeiro mediu-se diretamente com o ohmmetro. Num segundo ensaio usou-se o

esquema de ligaes da figura 6, em que se alimentou com uma tenso DC o

enrolamento e mediu-se a corrente e a tenso no mesmo.

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Figura 6 - Esquema de ligaes para a medio de resistncia dos enrolamentos

Atravs dos valores calculou-se a resistncia usando a lei de Ohm. Os resultados

obtidos nos dois mtodos encontram-se na tabela 2.

Tabela 2 - Resistncias dos enrolamentos

Ohmmetro Voltmetro Ampermetro - Lei Ohm

Terminais R () Terminais U (V) I (A) R ()

3-4 8 3-4 5 0,58A 8,52252

A-H 6,09 A-H 5 0,704A 7,102273

1.4 - Ensaio em Vazio

Para determinar alguns parmetros relativos ao transformador em estudo

efetuou-se o ensaio em vazio, onde o secundrio do transformador estaria em circuito-

aberto. Para tal, usou-se um circuito semelhante ao da figura 7.

Figura 7 - Esquema do circuito do ensaio em vazio

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Aplicando uma tenso alternada (V1) correspondente tenso nominal, registou-

se atravs de um wattmetro os valores de corrente no primrio, potncia ativa, potncia

aparente e potncia reativa e o fator de potncia.

De seguida apresentam-se os clculos realizados para a determinao dos

parmetros do transformador a partir do ensaio em vazio:

- Corrente no primrio e potncia ativa

A corrente no primrio foi lida no wattmetro usado. O seu valor de 0,19A.

O mesmo aconteceu com a potncia ativa sendo o valor lido de 10,5W.

- Potncia aparente em vazio

Para determinar a potncia aparente em vazio multiplicou-se a corrente no

primrio com a tenso no primrio, dando um resultado de 41,8 VA ( =220 x 0,19=

41,8).

- Fator de potncia em vazio

calculado por cos()= 0

=

10,5

41,8= 0,2512. Este valor corresponde ao valor lido

no wattmetro. O ngulo pode ser calculado por arccos(0,2512) 75,45.

- Potncia reativa em vazio

A potncia reativa calculada tendo como base o tringulo de potncias. Assim,

= 2

2 = 41,82 10,52 = 40,46 Var.

- Perdas no ferro

As perdas no ferro correspondem potncia ativa em vazio ( = 10,5 W).

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- Resistncia do ferro

Pode ser calculada atravs da expresso = 1

2

0=

2202

10,5 4,61 .

- Reatncia de magnetizao

possvel determinar atravs da expresso: = 1

2

0=

2202

40,5 1,2 .

- Corrente de magnetizao

A corrente de magnetizao foi calculada com base na relao da tenso do

primrio e da reatncia de magnetizao: = 1

=

220

1,2 0,18 .

- Corrente no ferro

A corrente no ferro foi calculada tendo em conta a tenso no primrio e a

resistncia do ferro: = 1

=

220

4,61 0,048 .

- Corrente de excitao

Foi obtida atravs da soma da corrente de magnetizao e da corrente no ferro:

+ = 0,228 .

Os valores calculados podem ser consultados nas tabelas 3 e 4. Na tabela 5

encontram-se os valores retirados do wattmetro, que coincidem com os calculados.

Tabela 3 - Valores calculados a partir do ensaio em vazio

(V) (V) (A) (W) (var) (VA)

220 105,8 0,190 10,5 0,25 40,46 41,8

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Tabela 4 - Valores calculados a partir do ensaio em vazio (continuao)

() () (A) (A) (A)

4,61k 1,2k 0,18 0,048 0,228

Tabela 5 - Valores obtidos no wattmetro no ensaio em vazio

(V) (V) (A) (W) (var) (VA)

220 105,8 0,190 10,6 0,25 40,3 41,6

Durante o ensaio em vazio, tambm se estudou a forma de onda da corrente.

Como se verifica na figura 8, a corrente no sinusoidal. Este facto era esperado e est

relacionado com saturao do ferro do transformador.

Figura 8 - Forma de onda da corrente em vazio

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1.5 - Ensaio em Curto Circuito

Na continuao do estudo do transformador, e na sequncia da determinao de

alguns parmetros referentes ao mesmo, efetuou-se o ensaio em curto-circuito. Para tal,

usou-se um circuito semelhante ao da figura 9. Como a tenso de ensaio em curto-circuito

aplicada muito reduzida, o fluxo no ramo paralelo do circuito equivalente tambm muito

baixo, ou seja, a corrente que l passa ser desprezada. Como consequncia, o mesmo ramo

despreza-se tambm. O circuito final equivalente ficar como ilustrado na figura 10.

Figura 9 - Esquema da montagem do ensaio em curto-circuito

Figura 10 - Circuito equivalente com o secundrio em curto-circuito

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De seguida apresentam-se os clculos realizados para a determinao dos

parmetros do transformador a partir do ensaio em curto-circuito:

- Corrente nominal no primrio

A corrente nominal calculada tendo em considerao os valores nominais da

tenso e potncia aparente: 1 =

=

150

220= 0,682 .

- Tenso de curto-circuito e potncia ativa em curto-circuito

A tenso de curto-circuito foi obtida aumentado gradualmente a tenso no

primrio at atingir o valor de corrente correspondente corrente nominal. Assim,

= 25,3, o que corresponde a 11,5% da tenso nominal.

A potncia ativa foi lida no wattmetro, apresentando um valor de 17,2W.

- Potncia aparente em curto-circuito

A potncia aparente foi calculada atravs da expresso:

= 1 = 17,2546 .

- Fator de potncia em curto-circuito

calculado por cos()=

=

17,2

17,2546 0,997. O ngulo pode ser calculado por

arccos(0,997) 4,36.

- Potncia reativa em curto-circuito

A potncia reativa calculada tendo como base o tringulo de potncias. Assim,

= 2

2 = 17,25462 17,22 = 1,37 varr.

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- Perdas no cobre

As perdas no cobre equivalem potncia ativa em curto-circuito ( = 17,2 W).

- Resistncia de curto-circuito

Pode ser calculada atravs da expresso =

12 =

17,2

0,6822 36,98 .

- Reatncia de curto-circuito

possvel determinar atravs da expresso: =

12 =

1,37

0,6822 2,95 .

- Impedncia de curto-circuito

Calculada atravs da expresso: = + || = 2 +

2

|| = 36,932 + 2,952 = 37,05

Os valores obtidos podem ser consultados nas tabelas 6 e 7. Na tabela 8 encontram-se

os valores retirados do wattmetro, que coincidem com os calculados.

Tabela 6 - Valores calculados a partir do ensaio em curto-circuito

(V) (A) (W) (var) (VA)

25,3 0,682 17,2 0,997 1,37 17,2546

Tabela 7 - Valores calculados a partir do ensaio em curto-circuito (continuao)

() () || ()

36,98 2,95 37,05

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Tabela 8 - Valores obtidos com o wattmetro no ensaio em curto-circuito

(V) (A) (W) (var) (VA)

25,2 0,682 17,3 0,99 1,5 17,7

1.6 Circuito Equivalente

Depois de realizados os ensaios em curto-circuito e em vazio, representmos o

circuito equivalente do transformador reduzido ao primrio com os respetivos valores

dos paramentos associado ao circuito presentes na figura 11.

Figura 11 - Esquema do circuito equivalente reduzido ao primrio

1.7 Ensaio em Carga

O ensaio em carga no transformador tem com objetivo calcular o seu rendimento

atravs de diferentes cargas nominais que lhe so aplicadas, que neste caso so 4/4, 3/4,

2/4, e 1/4 desse valor. A carga nominal corresponde a um valor de corrente no

secundrio equivalente ao valor de corrente nominal (2 = 1,42). Assim o valor da

carga nominal de 74,5 ( = 2

2=

105,8

1,42= 74,5 ). O circuito usado o da figura

12.

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Figura 12 - Esquema de montagem do circuito para ensaio em carga

Os valores correspondentes s cargas usadas encontram-se na tabela 9. Os dados

retirados dos ensaios para as diferentes cargas podem ser consultados na tabela 10.

Tabela 9 - Valores das cargas para 4/4, 3/4, 2/4, e 1/4 da carga nominal

Valor Terico () Valor Prtico ()

74,5 74,44

99,34 100,3

149 150,24

298 293

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Tabela 10 - Dados obtidos do ensaio em carga

Carga

R () 74,44 100,3 150,24 293

() 220 220 221,3 221,5

() 0,68 0,54 0,41 0,28

() 143,2 111,9 80,5 47,8

(VA) 150 118,4 90 62,6

(var) 44,65 38,69 40,25 40,42

0,95 0,945 0,89 0,76

() 93,6 96,2 99,5 102,4

() 1,27 0,97 0,66 0,35

() 118,3 93,1 66 35,9

) 118,4 93,1 65,9 35,8

() 0 0 0 0

1 1 1 1

(%) 82,61 83,19 81,99 75,1

Os valores dos rendimentos na tabela 10, foram calculados pela relao entre as

potncias no primrio e no secundrio ( (%) = 2

1 100), sendo este o mtodo direto.

Tendo em conta a frmula =

=

10,5

17,2 0,78, conclui-se que o

transformador tem o seu rendimento mximo a cerca de 78% da sua carga nominal.

Podemos tambm calcular a regulao do transformador, que nos d a relao

entre a tenso em circuito aberto e a tenso em carga no secundrio, atravs da

expresso: (%) =20 2

20 100. Os valores da regulao para as diferentes cargas

encontram-se na tabela 11.

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Tabela 11 - Valores da regulao do transformador

R () 74,44 100,3 150,24 293

Reg (%) 11,53 9,074 5,95 3,21

1.8 Ensaio de temperatura

Foi realizado o ensaio de temperatura do transformador com o valor de carga

nominal ( 2 = 1,42 e R = 74,5 ).

Como se verifica no grfico da figura 13, no foi possvel retirar valores

relevantes uma vez que a temperatura variou entre valores prximos.

Figura 13 - Grfico do ensaio de temperatura para 150VA

Concluiu-se que a potncia aparente estipulada ( = 150 VA) inferior

potncia aparente real do transformador em estudo. Por esse motivo, o ensaio de

temperatura foi repetido com um valor de carga nominal correspondente ao dobro da

potncia aparente estipulada no incio do estudo do transformador. Assim, foi usado o

valor de = 300 VA, o que corresponde ao dobro da corrente nominal no secundrio

(2 = 2,84 ) e a metade do valor da resistncia de carga ( R = 37,25 ).

No grfico da figura 14 encontram-se os resultados do ensaio de temperatura,

considerando = 300 VA.

18,15

18,2

18,25

18,3

18,35

18,4

18,45

18,5

18,55

0 5 10 15 20 25 30 35

Temperatura

(C)

Tempo (minutos)

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Figura 14 - Grfico do ensaio de temperatura para 300VA

y = -0,0707x2 + 4,1922x + 17,752

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30 40

Temperatura

(C)

Tempo (minutos)

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2- Motor de Induo Trifsico

O motor de induo trifsico utilizado (figura 15) da marca SEW e, pela

observao da chapa de caractersticas do motor, apresenta uma potncia nominal de

550W, velocidade de sincronismo de 1500 rpm, fator de potncia de 0,72, IP53, classe

de isolamento B, tipo de servio S1 e IMB5.

Figura 15 - Motor de induo trifsico utilizado

Alm das j mencionadas caractersticas, o motor apresenta uma tenso nominal de

380/415 V e corrente nominal de 1,75 A (ligao em estrela) e uma tenso nominal de

220/240 V e corrente nominal de 3,05 A (ligao em tringulo).

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2.1- Configurao

O motor de induo trifsico foi usado com a configurao em estrela o que

significa que a tenso nominal de 380/415 V e corrente nominal de 1,75 A.

2.2- Resistncia dos enrolamentos

De forma a obtermos o valor das resistncias de cada um dos trs enrolamentos

do estator, foram realizados dois tipos de medies: medio direta, usando um

ohmmetro, e medio indireta, aplicando o princpio da lei de Ohm tal como no estudo

do transformador, ou seja, aplicar uma tenso DC conhecida, medir a corrente e calcular

o valor da resistncia. Os valores obtidos encontram-se na tabela 12.

Tabela 12 - Valores da resistncia dos enrolamentos do estator

Mtodo direto Mtodo indireto

Enrolamento 1 14,16 14,83



2.3- Ensaio com o rotor bloqueado

Para realizarmos o ensaio com o rotor bloqueado, este foi bloqueado usando o

freio que o motor possui. De seguida fomos subindo gradualmente a tenso de

alimentao, num curto intervalo de tempo, at que a corrente na linha seja a nominal,

neste caso In=1,75 A (In = Icc). Para podermos verificar os valores obtidos usamos dois

wattmetros ligados entre as fases do motor. Os valores obtidos encontram- se

registados na tabela 13.

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Tabela 13 - Dados obtidos com o wattmetro no ensaio com o rotor bloqueado

Atravs do ensaio com o rotor bloqueado so possveis calcular os seguintes

parmetros:

- Potncia com o rotor bloqueado

Prb=Pcc

Prb = Pw2 - Pw1 Prb = 223,8 29,6 = 194,2

- Resistncia equivalente com o rotor bloqueado

Rrb=Roe

Rrb =

3 2 Rrb=

194,2

3 1,7432= 37,14

- Reatncia equivalente com o rotor bloqueado

Xrb=Xoe

Xrb = Rrb tan((

(3 )))

Xrb = 37,14 tan((

(3 ))) = 71,04

W1 W2 Mdia Soma

(V) 140,5 140,1 140,3

(A) 1,751 1,735 1,743

(W) 29,6 223,8 126,7 253,4

(var) 242,3 93,6 167,95 335,9

(VA) 243,8 241,5 242,65

0,13 0,92 0,525

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- Impedncia equivalente com rotor bloqueado

Zrb= Rrb + jXrb

Zrb= 37,14 + 71,04j

2.5- Ensaio em vazio

Depois de efetuarmos o ensaio com o rotor bloqueado, realizamos o ensaio em

vazio. Este ensaio tem como objetivo o clculo dos restantes parmetros do circuito

equivalente.

Figura 16 - Circuito equivalente para o ensaio em vazio

Para obtermos os vrios valores entre cada fase do motor usamos trs

wattmetros. Com a ajuda de um tacmetro verificmos a velocidade de rotao do

motor.

Tabela 14 - Dados obtidos com o wattmetro no ensaio em vazio

U (V) I (A) P (W) Q (var) S (VA) Fp Velocidade (rpm)

Fase 1 383,7 0,952 242,5 270 363,5 0,67 1492

Fase 2 381,1 0,902 232 249,2 340,5 0,68 1492

Fase 3 380,7 0,913 221 262,8 341,4 0,64 1492

Atravs dos dados fornecidos pela tabela 14 foi possvel calcular os restantes

parmetros do circuito equivalente:

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- Corrente

Ivg = 1 + 2 + 3

3 =

0,952 + 0,902 + 0,913

3= 0,922 A

- Tenso simples

Vv = 1 + 2 + 3

3 =

383,7 + 381,1 + 380,7

3= 381,83 V

- Potncia em vazio

0 = 1 + 2 + 3 = 242,5 + 232 + 221 = 695,5

- Desfasamento entre corrente e tenso

vg = 1

(3 ) = 1

695,5

(3 381,8 0,922)= 48,8

- Fasor da corrente em vazio

Ivg = 0,922 -48,8o A

- Deslizamento no vazio

sv =

=

1500 1492

1500= 0,00533 = 0,53%

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- Resistncia equivalente da carga reduzida ao estator

Re = 14,16 + 14,40 + 14,50

3= 14,35

Rr = Rrb Re = 37,14 14,35 = 22,79

Rcv = Rr x 1

= 22,79 (

1 0,00533

0,00533) = 4277,21

- Fasor da corrente no rotor reduzida ao estator

Ir =

( +

) + =

381,8

(37,14 + 4277,21)+ 71,04=

= 0,088 0,0015j 0,088 0,94 A

- Corrente de perdas no ferro

Iv = Ivg Ir = Ih - jI

= 0,922-48,8o 0,088-0,940

= 0,922 x (cos (-48,8) + jsen (-48,8)) 0,088 x (cos (-0,94) + jsen (-0,94))

= 0,607 0,694j 0,088 0,001j

= 0,582 0,693j A

Ih = 0,582 A

I = 0,693j A

- Resistncia representativa das perdas no ferro

Rh =

=

381,8 3

0,582 = 1136,25

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- Reatncia de magnetizao

X =

=

381,8 3

0,693 = 954,25

2.5- Circuito equivalente

Uma vez calculados os parmetros, representado o circuito equivalente (figura

x) do motor utilizado para os ensaios descritos anteriormente.

Figura 17 - Circuito equivalente do motor

2.5- Potncia de perdas mecnicas

Para o clculo das perdas mecnicas foi realizado um ensaio, segundo a norma [2], que

consistia na medio de potncias absorvidas pelo motor em vazio. Foi utilizada a tenso

nominal e foi-se reduzindo gradualmente. A Tabela 15 apresenta os valores medidos.

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Tabela 15 - Ensaio para determinar potncia de perdas mecnicas

V P I

82656,25 287,5 434 4,71

77006,25 277,5 365 4,02

71556,25 267,5 312,5 3,41

66306,25 257,5 260 2,88

61256,25 247,5 219 2,45

56406,25 237,5 178 2,08

51756,25 227,5 145 1,77

47306,25 217,5 122,1 1,538

43056,25 207,5 103,7 1,35

39006,25 197,5 85,7 1,19

35156,25 187,5 71,5 1,073

31506,25 177,5 60,8 0,981

28056,25 167,5 50 0,907

24806,25 157,5 42 0,845

21756,25 147,5 34,1 0,786

18906,25 137,5 26 0,71

16256,25 127,5 19,9 0,671

13806,25 117,5 15,2 0,618

11556,25 107,5 10,6 0,574

9506,25 97,5 6,8 0,53

7656,25 87,5 3,1 0,492

6006,25 77,5 0,4 0,471

Com estes valores foi construdo um grfico (figura 18), onde se determina que a

potncia de perdas mecnicas cerca de 13W.

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Figura 18 - Grfico para determinao potncia de perdas mecnicas

2.6- Ensaio em carga

Para calcular e analisar detalhadamente o rendimento o motor de induo

trifsico, o ensaio em carga apresenta-se como um teste importante.

Este ensaio consiste em alimentar o motor com a tenso nominal e com uma

juno (acoplamento) liga-se o motor a um gerador DC shunt. O gerador transforma a

energia mecnica do motor e transforma-a em energia eltrica. Ao gerador so ligadas

diferentes cargas.

No foi possvel realizar este procedimento uma vez que no era possvel efetuar

o acoplamento do motor ao gerador.

y = 7E-08x2 - 0,001x + 13,296

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 20000 40000 60000 80000 100000

P (W)

2 (V)

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Concluso

Aps o estudo das mquinas eltricas, conclumos que tanto o transformador

como o motor estavam em pleno estado de funcionamento, embora o transformador no

possusse chapa de caractersticas para podermos comparar valores. No caso do motor

trifsico, uma vez que possua chapa de caractersticas, os parmetros obtidos foram os

previstos.

No estudo do transformador (como este no possua a chapa de caractersticas) o

grupo atribuiu uma potncia aparente de 150 VA. Posteriormente foi verificado que este

valor no coincide com a realidade, pois no ensaio de temperatura e aplicando os

valores corretos de corrente e tenso, a temperatura no variava. Este ensaio foi

realizado novamente considerando a potncia aparente 300 VA e, concluiu-se que seria

este o valor correto.

No que diz respeito aos ensaios realizados no transformador monofsico, foram

calculados os parmetros necessrios para representar o circuito equivalente e todos os

outros com relevncia para o projeto.

J no motor, tanto o ensaio em vazio como o ensaio com o rotor bloqueado,

permitiram determinar os parmetros do circuito equivalente e determinar a potncia de

perdas mecnicas.

Relativamente ao ensaio em carga do motor no foi possvel realiz-lo, uma vez

que no existia material necessrio em laboratrio para o acoplamento. Posto isto,

alguns parmetros importantes e interessantes do motor de induo trifsico no foram

estudados.

Contudo, excluindo as contrariedades j mencionadas, os aspetos sugeridos para

anlise no enunciado do projeto foram estudados e trabalhados.

De uma forma geral, no estudo de ambas as mquinas eltricas, foram obtidos

resultados satisfatrios, tanto nos ensaios prticos como nos clculos efetuados. Alm disso, os

parmetros comparveis (calculados e prticos) coincidem.

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Bibliografia

[1] IEEE Std C57.12. 91 - 2011, IEEE Standard Test Code for Dry - Type

Distribution and Power Transformers.

[2] IEEE Std112 - 2004, IEEE Standard Test Procedure for Polyphase Indunction

Motors and Generators.

[3] S, Andr (Apontamentos de Mquinas Eltricas).

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Anexos

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Anexo I - Enunciado

Ttulo:

Ensaio de mquinas eltricas.

Teste e ensaios do transformador monofsico e do motor de induo trifsico.

Aspectos gerais

O trabalho envolve dois tipos de mquinas eltricas, o transformador monofsico e o

motor de induo trifsico.

Transformadores trifsicos podem ser analisados aps a generalidade dos objectivos dos

dois tipos de mquinas referidos serem atingidos.

No mbito do projecto sero realizados ensaios para determinar ou para confirmar

parmetros e caractersticas de um transformador monofsico e de um motor de induo

trifsico. Refere-se que so ensaios que podero ser classificados como de rotina, de

conformidade, de confirmao de caractersticas, ou outros.

Sero seguidas as notas gerais para a realizao dos trabalhos do projecto temtico em

tecnologia elctrica.

Refere-se, ainda, como procedimento, a determinao de qualquer parmetro ou

caracterstica com recurso a ensaios, dever ser realizada aps se estabelecer por escrito:

Qual ou quais os mtodos a utilizar e porqu.

Quais os equipamentos e aparelhos de medida necessrios.

Quais as vantagens e inconvenientes de cada mtodo.

(Um texto com a redao dos procedimentos de grande interesse, valorizado e

dever ser includo no relatrio

final em anexo.)

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Transformador monofsico

Determinar ou identificar, com ensaios:

A polaridade dos enrolamentos primrio e secundrio.

As resistncias dos enrolamentos do primrio e secundrio.

A potncia de perdas em vazio. A corrente de excitao.

A potncia de perdas com a carga.

A potncia de perdas total

As temperaturas de servio plena carga.

Calcular e identificar:

Os terminais dos enrolamentos.

A regulao do transformador.

O rendimento com diversas cargas (pelo menos com 4/4, , 2/4, de carga).

A impedncia de curto circuito.

Os parmetros do (ou dos) circuito equivalente.

Determinar e, ou, confirmar a potncia nominal da mquina, a corrente absorvida e o

fator de potncia.

As diversas perdas discriminadas com diversas cargas.

A temperatura e constante de tempo trmica.

Caracterizar a forma de onda da corrente em vazio e plena carga.

Motor de induo trifsico

Determinar ou identificar, com ensaios:

As resistncias dos enrolamentos do estator.

A potncia de perdas mecnica.

A potncia absorvida em vazio (P, Q e S).

As temperaturas de servio plena carga.

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Calcular e identificar, (a partir de ensaios em vazio e com o rotor bloqueado):

O deslizamento em vazio (a partir de dados das medies) e estimar o deslizamento

com diversas cargas.

Os parmetros do (ou dos) circuito equivalente.

Determinar e, ou, confirmar a potncia nominal da mquina, a corrente absorvida e o

fator de potncia.

O rendimento com diversas cargas (pelo menos com 4/4, , 2/4, de carga).

As diversas perdas discriminadas com diversas cargas.

A temperatura e constante de tempo trmica do estator.

O trabalho dever, sempre, incluir:

1- Desenho esquemtico dos circuitos realizados.

2- Identificao dos aparelhos de medida e de sus caractersticas.

3- Clculos necessrios para obter os parmetros e que serviram de apoio a escolhas de

procedimentos e montagens. Podero ser realizados programas em excel ou de outra

forma que optarem e considerarem de interesse.

4- Realizao de montagens, medies (com caracterizao dos erros de medio) e

testes. A identificao da forma de onda e concluses de todo o interesse.

5- Realizao de notas tcnicas para consulta posterior por outros, adequadas ao

trabalho realizado.

6- Relatrio final do trabalho.

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Anexo II - Instrumentos de medida usados

[1] Multmetro Wavetek 85XT True RMS (n 990706724)

[2] Trs Wattmetros Metrix Px110

Anexo III - Diagrama de Gantt previsto

Diagrama De Gantt Previsto

Tarefa Outubro Novembro Dezembro Janeiro

Semanas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1 Gesto Projeto

2 Transformador Monofsico

2.1 Caracterizao do transformador

2.2 A polaridade dos enrolamentos

2.3 As resistncias dos enrolamentos

2.4 Ensaio em vazio

2.5 Ensaio em curto-circuito

2.6 Ensaio em carga


3 Pr Relatrio

4 Motor de Induo Trifsico

4.1 Resistncia dos Enrolamentos

4.2 Ensaio com rotor bloqueado

4.3 Ensaio em vazio

4.4 Potncia de perdas mecnicas

5 Relatrio Final

6 Apresentao

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Anexo IV - Diagrama de Gantt real

Diagrama De Gantt Real

Tarefa Outubro Novembro Dezembro Janeiro

Semanas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1 Gesto Projeto

2 Transformador Monofsico

2.1 Caracterizao do transformador

2.2 A polaridade dos enrolamentos

2.3 As resistncias dos enrolamentos

2.4 Ensaio em vazio

2.5 Ensaio em curto-circuito

2.6 Ensaio em carga


3 Pr Relatrio

4 Motor de Induo Trifsico

4.1 Resistncia dos Enrolamentos

4.2 Ensaio com rotor bloqueado

4.3 Ensaio em vazio

4.4 Potncia de perdas mecnicas

5 Relatrio Final

6 Apresentao

relatório v4.2

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