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MÁQUINAS ELÉCTRICAS E ACCIONAMENTOS
Trabalho nº 1
Transformador Monofásico
O presente trabalho prático laboratorial é composto por um conjunto de ensaios que visam obter
o circuito eléctrico equivalente dum transformador.
Material necessário
1 Transformador para ensaio (T)
1 Auto-transformador para alimentação (AT)
1 Amperímetro
1 Voltímetro
1 Wattímetro
1. Traçado da Característica de Magnetização
Pretende-se obter a característica de magnetização do material ferromagnético do transformador
em ensaio. Atendendo à “proporcionalidade” existente entre as funções U20=f(I0) e B=f(H) ou
Ψ=f(I0), pretende-se obter a característica de magnetização do transformador em estudo através
da medição dos valores eficazes da corrente no primário em vazio, I0, e da tensão no secundário
em vazio, U20 (figura 1).
Figura 1: Circuito do ensaio
Modo de proceder e cuidados a observar
Efectue as ligações indicadas na Figura 1.
1. Certifique-se de que o auto-transformador está no mínimo da tensão.
2. Ligue os interruptores de alimentação.
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3. Aumente gradualmente a tensão de alimentação actuando sobre o auto-transformador até
atingir 1,1 a 1,2 vezes a tensão nominal, registando não menos de 10 valores lidos nos aparelhos
de medida.
Trace a curva U20=f(I0) e Ψ=g(I0).
Responda às seguintes questões:
1. Explique a razão porque a característica de magnetização do transformador se pode obter
de forma aproximada pela relação U20=f(i10)
2. Porque é que a obtenção da característica de magnetização se deve fazer com o
secundário em circuito aberto.
2. Esquema equivalente de um transformador
Recorrendo aos ensaios económicos (ensaio em vazio e em curto-circuito) vai-se determinar o
esquema equivalente simplificado de um transformador.
2.1 Ensaio em Vazio
Modo de proceder e cuidados a observar
1. Efectue as ligações indicadas no esquema da figura 2 e alimente o transformador com a
tensão nominal do primário.
2. Ligue os interruptores de alimentação.
3. Registe os valores lidos nos aparelhos de medida da figura 2.
4. Desligue a alimentação
Figura 2: Esquema do ensaio em vazio
Com base nos resultados experimentais:
5. Determine a reactância e a resistência de magnetização.
6. Determine a impedância transversal.
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2.2 Ensaio em curto-circuito
Modo de proceder e cuidados a observar
1.
2.
3.
4.
Efectue as ligações indicadas no esquema da figura 3.
Certifique-se de que o auto-transformador está no mínimo da tensão.
Ligue os interruptores de alimentação.
Aumente gradualmente a tensão de alimentação actuando sobre o auto-transformador até
que a intensidade de corrente no secundário seja igual ao valor nominal. Nessa altura,
registe rapidamente os valores nos diferentes aparelhos de medida da figura 3.
5. Reduza a tensão do auto-transformador até ao seu valor mínimo e desligue alimentação.
Figura 3: Esquema do ensaio em curto-circuito
Com base nos resultados experimentais:
6. Determine a tensão de curto-circuito em percentagem.
7. Determine a resistência dos enrolamentos vista do secundário e a reactância de fugas do
transformador vista do secundário.
8. Determine a impedância longitudinal.
9. Com as respostas às questões do primeiro ensaio e com os resultados anteriores desenhe o
esquema equivalente do transformador.
3. Característica de carga de um transformador
Pretende-se determinar a queda de tensão aos terminais de um transformador com uma carga
resistiva. O transformador é alimentado com a tensão nominal do primário.
Modo de proceder e cuidados a observar
1. Efectue as ligações indicadas no esquema da figura 4.
2. Certifique-se de que a resistência de carga está ligada com o seu valor máximo.
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3. Ligue os interruptores de alimentação.
4. Ligue a carga e aumente gradualmente a corrente no primário actuando sobre reóstato
até atingir 1,1 a 1,2 vezes a corrente nominal no secundário, registando não menos de 10
valores lidos nos aparelhos de medida.
5. Volte a colocar o reóstato no valor de resistência máximo e desligue a alimentação.
Figura 4: Esquema de ligação para o ensaio de carga
Com base no esquema equivalente do transformador:
6.
7.
8.
9.
Desenhe a curva de carga do transformador, U2=f(I1).
Determine o rendimento do transformador para os pontos de medição.
Para que intervalo de valores é atingido o rendimento máximo?
Compare os valores experimentais lidos com os resultados calculados através do
circuito eléctrico equivalente para as mesmas situações de carga.
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Trabalho nº 2
Motor de indução trifásico
Objectivo
Pretende-se estudar as ligações em estrela e em triângulo dum motor de indução com o rotor em
gaiola e os seus circuitos de comando.
1. Caracterização do motor
Observe a constituição interna dum motor deste tipo.
Registe os dados da placa sinalética do motor da bancada e interprete os seus dados.
Identifique as tensões a que os enrolamentos do estator podem ser ligados.
Responda justificadamente às seguintes questões:
1.1 Qual é a potência nominal do motor quando é ligado em estrela?
1.2 Qual é a potência nominal do motor quando é ligado em triângulo?
1.3 Quantos pólos tem?
1.4 Qual é o escorregamento à potência nominal?
1.5 Qual é a corrente nominal do motor quando é ligado em estrela?
1.6 Qual é a corrente nominal do motor quando é ligado em triângulo?
1.7 Qual é o factor de potência em ambos os casos?
Nota: As respostas baseiam-se na leitura da chapa sinalética do motor e devem ser confirmadas
através de cálculo.
2. Caracterização do sistema de alimentação
Com o disjuntor da bancada desligado, retire a tampa do circuito de alimentação, comando e
protecção do motor e observe a sua constituição interna.
Identifique os seus componentes e desenhe os diagramas de potência e de comando do circuito
de alimentação.
Qual é a necessidade do transformador trifásico incluído no sistema de alimentação?
Justifique porque o motor em estudo não pode ser indiferentemente ligado em estrela ou em
triângulo quando alimentado à tensão da rede de baixa tensão, Uc=380V a 50 Hz.
A caixa de ligações do motor tem os terminais da Fig. 1. As ligações em estrela e em triângulo
estão esquematizadas na Fig. 2.
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Fig. 1: Identificação dos bornes de ligação.
a) estrela
b) triângulo
Fig. 2: Esquemas de ligação.
Os terminais do sistema de alimentação – arrancador estrela-triângulo manual – são os da Fig. 3.
3. Ensaios do motor
Com o motor desligado, utilizando um ohmímetro determine a resistência dos enrolamentos do
estator:
RS =__________ Ω .
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Com o ohmímetro, certifique-se das ligações da Fig. 1.
Fig. 3: Terminais do sistema de alimentação.
Com o disjuntor da bancada desligado, estabeleça as ligações entre o motor e o circuito de
alimentação com os terminais da Fig. 3. Consulte também a Fig. 4.
Ligue o disjuntor da bancada.
Arranque com o motor em estrela e passe depois para triângulo. Observe o sentido de rotação do
veio do motor.
Pare o motor. Troque duas fases da alimentação (nos terminais UVW).
Arranque com o motor em estrela e passe depois para triângulo. Observe o sentido de rotação do
veio. Justifique a diferença.
Como se pode alterar o sentido de rotação dum motor assíncrono?
E o que faz um inversor automático do sentido de rotação?
3.1 Ligação em estrela
Aparelhos de medida: amperímetro e voltímetro, fasímetro e taquímetro.
Pretende-se medir a tensão e a corrente nos enrolamentos do estator ligados em estrela.
Com o disjuntor da bancada desligado, estabeleça as ligações da Fig. 4.
Ligue o disjuntor da bancada. Arranque com o motor em estrela. (Note que o motor se encontra
em vazio).
a) Efectue as medições e registe os valores da tabela seguinte.
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Fig. 4: Medição das tensões e da corrente com ligação em estrela.
Tabela 1: Resultados experimentais com o motor ligado em estrela funcionando em vazio.
Corrente na
linha, I
[A]
Tensão
simples, Vs
[V]
(c-b)
Tensão
composta, Vc
[V]
(c-a)
FP
cos φ
Velocidade
N
[rpm]
b) Com base nos resultados da tabela 1, calcule os seguintes valores:
Escorregamento, s:
Potência aparente, S:
Potencia activa, P:
Potencia reactiva, Q:
Impedância equivalente, Ze:
Corrente de magnetização, I m = I sen(φ) :
Perdas por efeito de Joule no estator:
Perdas no ferro e mecânicas:
c) Obtenha os valores aproximados de RFe e de Xm.
Nota: considere que a resistência equivalente das perdas do ferro, RFe, é muito maior que RS, e
que a reactância de dispersão do estator, Xds, é muito menor que a reactância de magnetização,
Xm.
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3.2 Ligação em triângulo
Pretende-se medir a tensão e a corrente nos enrolamentos do estator ligados em triângulo.
Com o disjuntor da bancada desligado, estabeleça as ligações da Fig. 5.
Ligue o disjuntor da bancada. Arranque com o motor em triângulo. Note que o motor se encontra
em vazio. Neste ensaio procede-se de modo semelhante ao de 3.1.
Fig. 5: Medição das tensões e da corrente com ligação em triângulo.
a) Efectue as medições e registe os valores da tabela 2.
Tabela 2: Resultados experimentais com o motor ligado em triângulo funcionando em vazio.
Corrente na
linha, I
[A]
Corrente na
fase, If
[A]
Tensão
composta, Vc
[V]
(c-a)
FP
cos φ
Velocidade
N
[rpm]
b) Com base nos resultados da tabela 2, calcule os seguintes valores:
Escorregamento, s:
Potência aparente, S:
Potencia activa, P:
Potencia reactiva, Q:
Impedância equivalente , Ze:
Corrente de magnetização, I m = I sen(φ) :
Perdas por efeito de Joule no estator:
Perdas no ferro e mecânicas:
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c) Obtenha os valores aproximados de RFe e de Xm.
Compare e comente estes resultados com os do ensaio em estrela.
4. Considere os diagramas de comando e de potência para o arranque em estrela-triângulo da Fig.
6. Explique o funcionamento.
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Arrancador estrela-triângulo
Fig. 6: Arrancador estrela-triangulo.
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Trabalho nº 3
Ensaio da máquina assíncrona
Objectivo
Pretende-se determinar os parâmetros do circuito eléctrico equivalente dum motor de indução
através dos ensaios em vazio e em curto-circuito.
Estes ensaios são semelhantes aos do transformador do trabalho nº 1.
Nota: o ensaio em curto-circuito deve ser realizado com rapidez para evitar o sobreaquecimento
da máquina porque com o rotor bloqueado não existe ventilação forçada do motor.
A máquina assíncrona será alimentada através dum auto-transformador trifásico. A tensão de
alimentação deve ser aumentada progressivamente a partir de zero.
Os aparelhos de medida utilizar são amperímetro, voltímetro e fasímetro. O circuito está
representado na Fig. 1, na qual um gerador de imanes permanentes é utilizado como carga do
motor.
Fig. 1: Esquema das ligações para os ensaios.
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a) Registe os valores nominais do motor da placa sinalética e o modo de ligação dos
enrolamentos do estator do motor.
b) Meça a resistência dos enrolamentos do estator do motor: RS =__________ Ω
1. Ensaio em vazio
O motor roda em vazio. A tensão do auto-transformador deve ser aumentada progressivamente
até atingir a tensão nominal. Ligue o circuito e aumente progressivamente a tensão de
alimentação até ao valor nominal do motor. Nesta situação registe os seguintes valores:
Tabela 1: Resultados experimentais com o motor em vazio.
Corrente na
linha, I
[A]
Tensão
composta, Vc
[V]
Potência, P
FP
cos φ
[W]
Após a leitura dos valores, reduza gradualmente a tensão de alimentação até zero. O motor deve
parar.
2. Ensaio em curto-circuito
O veio do motor é bloqueado. O motor é alimentado através do auto-transformador trifásico, cuja
tensão deve ser aumentada progressivamente, a partir de zero, até que a corrente nos
enrolamentos do estator atinja o valor nominal I=IN. Nesta situação, registe rapidamente os
valores das grandezas da tabela 2.
Nota: o ensaio em curto-circuito deve ser realizado com rapidez para evitar o sobreaquecimento
da máquina porque com o rotor bloqueado não existe ventilação forçada do motor.
Tabela 2: Resultados experimentais com o motor em curto-circuito.
Corrente
na linha, I
[A]
Tensão
composta, Vc
[V]
Potência, P
FP
cos φ
[W]
Após a leitura dos valores, reduza gradualmente a tensão de alimentação até zero. O motor deve
parar.
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3. Esquema equivalente
A potência absorvida pela máquina com o rotor bloqueado é praticamente igual às perdas no
cobre do estator e do rotor (porquê?).
a) A partir dos valores experimentais das tabelas 1 e 2, determine a resistência equivalente total
do estator e rotor.
b) Tendo em conta a resistência dos enrolamentos do estator, estime o valor da resistência
rotórica.
c) Com base nos resultados experimentais dos ensaios, obtenha o esquema equivalente da
máquina assíncrona.
d) Reduza o esquema equivalente da máquina a valores pu.
e) Com base no esquema, calcule os valores nominais da máquina em regime permanente a plena
carga. Calcule também os seguintes valores para a carga nominal:
Escorregamento, s:
Potência aparente, S:
Potencia activa, P:
Potencia reactiva, Q:
O binário electromagnético, Tag:
A potência no entreferro, Pag:
Corrente de magnetização, I m = I sen(φ) :
Perdas por efeito de Joule no estator:
Perdas no ferro e mecânicas:
A corrente no estator, Is:
O rendimento do motor, η.
Compare os resultados obtidos com os da placa sinalética do motor.
4. Simulação
Como elemento valorativo do trabalho, pode simular o comportamento do motor testado
utilizando o PSIM, Matlab, Scilab, ou outro, e comparar com os resultados obtidos.
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Trabalho nº 4
Máquina assíncrona em carga
1. Objectivo
As máquinas assíncronas são normalmente utilizadas como motores mas podem também
funcionar como geradores. Por exemplo, são utilizadas em sistemas baseados em energias
renováveis (eólicos, mini-hídricos), no aproveitamento de biogás, hidrogénio e vapor.
Em geral, às máquinas assíncronas funcionam como geradores quando o escorregamento é
negativo, isto é, quando giram a uma velocidade superior à de sincronismo. O objectivo deste
trabalho é evidenciar o funcionamento em carga duma máquina assíncrona com o rotor em
gaiola, como motor e como gerador.
1. Ensaio como motor
O sistema a usar nos ensaios está representado na Fig. 1. Um servomotor com controlo de
velocidade e binário é utilizado como carga da máquina assíncrona. Para velocidades menores
que a de sincronismo, o servomotor comporta-se como uma carga no veio do motor assíncrono.
Se a velocidade for superior à de sincronismo, o servomotor arrasta a máquina assíncrona e esta
funciona como gerador.
Fig. 1: Esquema da bancada de ensaio.
Com base na placa sinalética do motor assíncrono, tome nota dos seguintes valores:
Velocidade de sincronismo: _____________ rpm.
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Número de pares de pólos: ____________
Ligue o motor para ser alimentado em estrela.
Nos ensaios seguintes utilizará um analisador de redes. Ligue as sondas de corrente e de tensão
respeitando a correcta sequência de fases.
Ligue a bancada e arranque com o motor em vazio. Gradualmente, aumente o binário de carga
do servomotor até atingir a velocidade nominal a plena carga e, para diferentes velocidades,
tome nota dos valores das grandezas da Tabela 1.
Tabela1: ensaio como motor em carga
T [Nm]
N [rpm]
P [W]
Ilinha [A]
cos φ
s [%]
η [%]
η - rendimento
Calcule o rendimento para cada valor de carga.
Organize os resultados experimentais apresente os gráficos correspondentes a T(s), P(s), I(s), e
cos φ(s). Comente e justifique os resultados.
2. Ensaio como gerador
Ligue o motor assíncrono em vazio. Com base no sistema da Fig. 1, arranque com o motor em
vazio e aumente gradualmente a velocidade do servomotor acima da velocidade de sincronismo.
Neste caso, a máquina assíncrona funcionará como gerador.
Para diferentes velocidades, tome nota dos valores das grandezas da Tabela 2.
Calcule o rendimento para cada valor de carga.
Organize os resultados experimentais apresente os gráficos correspondentes a T(s), P(s), I(s), e
cos φ(s). Comente e justifique os resultados.
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Tabela2: ensaio como gerador.
N [rpm]
T [Nm]
P [W]
Ilinha [A]
cos φ
s [%]
η [%]
3. Comentários
Compare os resultados experimentais do funcionamento como motor e como gerador.
Comente as seguintes afirmações:
a) “a máquina assíncrona não é adequada para funcionar como gerador autónomo, isto é,
isolado da rede”.
b) “o gerador assíncrono pode funcionar autonomamente com uma bateria de condensadores
ligada em paralelo com o estator, mas é indispensável que exista um campo magnético
remanescente no ferro do rotor”
c) “a potência fornecida pelo gerador assíncrono é função da potência no veio”
Os geradores assíncronos são usados em aproveitamentos eólicos e mini-hídricos. Explique o
processo da sua ligação em paralelo com a rede.
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Trabalho nº 5
Máquina Síncrona
1. Objectivo
As máquinas síncronas com excitação variável são normalmente utilizadas como geradores
(vulgo alternadores) mas, como qualquer máquina eléctrica rotativa, são reversíveis, isto é,
podem também funcionar como motores. Como alternadores, são normalmente utilizadas em
sistemas centralizados de produção de energia eléctrica ligados a uma rede trifásica infinita
(sistemas termoeléctricos e hidroeléctricos), sendo também utilizados como geradores de
emergência ou para alimentação de redes isoladas. Também são largamente utilizadas em
aproveitamentos de energias renováveis, com funcionamento autónomo ou interligadas com a
rede.
O objectivo deste trabalho é proporcionar a experiência prática deste tipo de máquinas
funcionando como gerador (alternador) em sistemas trifásicos e obter o seu esquema equivalente
em regime estacionário.
O sistema a usar nos ensaios está representado na Fig. 1. Um motor assíncrono com rotor
bobinado (M) acciona um alternador síncrono trifásico (G). O controlo de velocidade, dentro de
certos limites, é realizado através das resistências rotóricas (Rr); a corrente de excitação do
alternador é regulada através dum reóstato de campo (Rc).
Fig. 1: Esquema do quadro do gerador síncrono.
Resistências, ou outras cargas, podem ser ligadas ao barramento do alternador.
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O arranque do grupo motor-gerador da Fig. 1 realiza-se da seguinte forma: com Rr no valor
máximo, arranca-se o motor M e, reduzindo progressivamente Rr, acelera-se o motor até à sua
velocidade máxima.
Responda às seguintes questões:
1. a) Porque se trata dum motor assíncrono, os 50 Hz nunca serão atingidos. Porquê?
1. b) Com o gerador em vazio, qual é o escorregamento de M quando as resistências rotóricas
são curto-circuitadas?
1. c) Qual é o número de pares de pólos do motor M?
1. d) Qual é o número de pares de pólos do alternador G?
Tome nota das características das placas sinaléticas do motor e do alternador.
2. Ensaio em vazio
As resistências Rr e Rc são colocadas no seu valor máximo.
Com o alternador em vazio, arranque o motor reduzindo progressivamente Rr até que este atinja
a sua velocidade máxima. Reduza então Rc progressivamente (aumenta a corrente de excitação)
até que a tensão composta do alternador, Uc, seja igual a 380V.
Observe a variação de Uc com a velocidade e com a corrente de excitação. Que conclui?
Arranque com o grupo até à sua velocidade máxima, e pelo processo descrito e ajuste
progressivamente Iex, até que que a tensão composta do alternador, Uc, seja igual a 380V e
registe os valores da tabela 1. Proceda igualmente para valores decrescentes de Iex,.
Registe os valores e represente graficamente Uc =f(Iex).
Tabela 1: característica de vazio.
Corrente de
campo, Iex
[A]
Tensão
composta, Uc
[V]
3. Ensaio em curto-circuito
A saída do alternador é curto-circuitada. Com Rc no valor máximo, arranca-se o grupo até à sua
velocidade máxima. A corrente de campo, Iex, deve ser aumentada lenta e progressivamente, a
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partir de zero, até que a corrente nos enrolamentos do estator atinja o valor nominal I=IN. Para
cada valor de Iex registe os valores das grandezas da tabela 2.
Represente graficamente Ia =f(Iex).
Tabela 2: característica de curto-circuito.
Corrente de
campo, Iex
[A]
Corrente no
estator, Ia
[A]
4. Esquema equivalente em regime estacionário
Com um ohmímetro, meça a resistência dos enrolamentos do estator (induzido).
A partir dos valores experimentais das tabelas 1 e 2, desprezando a resistência do estator,
determine a reactância síncrona, Xs, correspondente a cada valor de Iex.
Nota: poderá verificar que Xs não é constante; é usual adoptar para Xs o menor dos valores; o
circuito equivalente em regime estacionário duma fase do alternador será o da Fig. 2.
Fig. 2: esquema equivalente por fase.
5. Ensaio em carga
Ligue as resistências de carga trifásicas ao barramento do alternador.
Com o alternador em vazio, arranque o motor M reduzindo progressivamente Rr até que este
atinja a sua velocidade máxima. Reduza então Rc progressivamente (aumenta a corrente de
excitação) até que a tensão composta do alternador em vazio, Uco, seja igual a 350V. Ajuste Rr
para manter f=49Hz.
Ligue progressivamente as cargas e para cada uma delas registe os valores da tabela 3.
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5. a) Com base no circuito da Fig. 2, trace os diagramas vectoriais com E, U e I.
5. b) Obtenha os correspondentes ângulos de potência.
5. c) Compare os resultados experimentais com os correspondentes valores teóricos.
5. d) Para cada caso, calcule a queda de tensão.
Tabela 3: resultados experimentais em carga.
Corrente de
campo, Iex
[A]
Corrente no
estator, Ia
[A]
Tensão
composta, Uc
[V]
Potência
activa, Pa
[W]
frequência
[Hz]
cos φ
6. Características externas
As características externas são as funções Uc =f(Ia), para Iex= const e f = const, traçadas para
diferentes valores de cos φ constante. Essas características estão representadas na Fig. 3.
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Fig. 3: características externas.
Ligue as resistências de carga trifásicas ao barramento do alternador (cos φ=1) e arranque o
grupo pelo processo descrito no ponto 5. Ajuste Iex para que a tensão em vazio seja igual a 360V;
ajuste Rr sempre que necessário para manter f=49Hz constante, sempre que a carga variar.
Ligue progressivamente as cargas e, para cada uma delas, registe os valores da tabela 4. Calcule
a queda de tensão para cada carga. Justifique os resultados. Represente graficamente Uc =f(Ia).
Tabela 4: característica de curto-circuito.
Tensão do
gerador, Uc
[V]
Corrente no
estator, Ia
[A]
Queda de
tensão, ∆U
[%]
7. Característica de regulação
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As características de regulação são as funções Iex =f(Ia), para Uc= const e f = const, traçadas para
diferentes valores de cos φ constante. Essas características estão representadas na Fig. 4. Para
manter Uc constante com cargas resistivas ou indutivas crescentes, será necessário aumentar Iex,
ao passo que com cargas capacitivas crescentes será necessário diminuir Iex.
Fig. 4: características de regulação.
Para obter as características de regulação com cos φ=1, ligue as resistências de carga trifásicas ao
barramento do alternador; arranque o grupo pelo processo descrito no ponto 5. Ajuste Iex para
que a tensão em vazio seja igual a 360V e mantenha esta tensão constante ao longo do ensaio.
Ajuste Rr sempre que necessário para manter f=49Hz constante ao longo do ensaio.
Ligue progressivamente as cargas e, para cada uma delas, registe os valores da tabela 5. Calcule
a queda de tensão para cada carga. Justifique os resultados. Represente graficamente Iex =f(Ia).
Tabela 5: característica de regulação.
Tensão do
gerador, Iex
[A]
Corrente no
estator, Ia
[A]
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8.Comentários
Compare os resultados experimentais do funcionamento da máquina síncrona em carga com os
que pode obter do esquema equivalente e das características externas e de regulação.
Calcule a razão de curto-circuito da máquina.
Calcule a reactância síncrona em valores pu.
Comente as seguintes afirmações:
a) “quanto maior for a razão de curto-circuito menor é a queda de tensão”.
b) “no arranque do gerador síncrono é indispensável que exista um campo magnético
remanescente no ferro do rotor”
c) “a potência activa fornecida pelo gerador síncrono é função da potência no veio”
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Trabalho nº 6
Máquinas síncronas funcionando em paralelo
1. Introdução
Para a produção de energia eléctrica são normalmente utilizados geradores síncronos em
paralelo. Isto acontece porque as cargas variam ao longo do dia diária ou até sazonalmente e a
utilização de um gerador único provocaria fuma grande variação de carga que iria desde quase
em vazio até situações de alguma sobrecarga. Para aumentar a eficiência e até a redundância da
produção usam-se vários geradores de menor potência que funcionam, quando necessário, em
paralelo, repartindo a carga entre eles.
Quando se ligam geradores em paralelo, há regras têm que ser observadas para o gerador que vai
ser ligado em paralelo com um barramento já em carga:
1) o valor eficaz da tensão em vazio (fem) do gerador tem que ser igual à do barramento;
2) a frequência da tensão em vazio do gerador tem que ser igual à da tensão do barramento;
3) a sequência de fases do gerador e do barramento têm que ser iguais;
4) as tensões do gerador e do barramento têm que estar em fase.
Para se efectuar o paralelo, a operação mais usual, que pode ser feita manual ou
automaticamente, consiste em:
a) levar o grupo motor-gerador a uma velocidade próxima da de sincronismo;
b) ajustar a corrente de excitação para que o valor da tensão do alternador para seja muito
aproximadamente igual à tensão do barramento;
c) verificar se as tensões do alternador e da rede estão em fase.
Quando as condições (a), (b) são conseguidas e a sequência de fases seja a mesma, no instante
em que se verifique a condição (c), verificada através do sincronoscópio, fecha-se o disjuntor do
alternador a lançar que o liga ao barramento.
d) Depois de feito o paralelo, regula-se a potência activa fornecida à rede através do ajuste
da velocidade do motor do grupo e actua-se sobre a corrente de excitação para se ajustar a
potência reactiva fornecida pelo alternador.
O objectivo deste trabalho é verificar os procedimentos para a colocação em paralelo de dois
alternadores síncronos, e estudar o seu funcionamento nestas condições, com particular relevo
para a repartição e transferência de cargas entre eles, com a regulação individual das potências
activa e reactiva.
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2. Condução do trabalho
Os grupos motor-gerador a usar nos ensaios, que têm iguais características, estão representados
esquematicamente na Fig. 1. O barramento pode ser alimentado por qualquer dos geradores e os
dois podem funcionar em paralelo. As operações são todas realizadas manualmente.
Fig. 1: Sistema de alimentação com duas máquinas síncronas.
Qualquer dos geradores pode ser ligado ao barramento. Para isso, com o alternador em vazio,
arranque o motor M reduzindo progressivamente Rr até que este atinja a sua velocidade máxima.
Reduza então Rc progressivamente (aumenta-se a corrente de excitação) até que a tensão
composta do alternador, Uc, seja igual a 350V. A velocidade deve ser ajustada para que f=49 Hz.
Liga-se então o gerador ao barramento.
As cargas podem ser então ligadas e observa-se a variação da corrente e da potência activa do
gerador. Com o primeiro gerador em carga, pretende-se agora ligar o segundo gerador em
paralelo e repartir as cargas pelos dois geradores.
Arranque com o segundo grupo do mesmo modo que o primeiro sem o ligar ao barramento.
Dado que a sequência de fases está já garantida pela instalação, deve-se manobrar para que:
1) a valor eficaz da tensão em vazio (fem) do gerador tem que ser igual à do barramento;
2) a frequência da tensão em vazio do gerador tem que ser igual à da tensão do
barramento;
Observando o ponteiro do sincronoscópio, no instante em que as tensões do gerador e do
barramento estão em fase, liga-se o gerador ao barramento. Observa-se que os geradores ficam
sincronizados e em paralelo.
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Seguidamente, ajustam-se as correntes de excitação ou a velocidade dos grupos para se obter a
correcta repartição de cargas.
3. Repartição de cargas
3.1 Que acontece quando se varia a velocidade de um dos grupos? Refira-se às variações das
seguintes grandezas:
a) potência activa;
b) potência reactiva;
c) frequência;
d) tensão no barramento.
3.2 Como se procede para transferir a carga para um dos geradores?
3.3 Como se procede para desligar um dos geradores do barramento?
3.4 Que acontece quando se varia a corrente de excitação de um dos geradores? Refira-se às
variações das seguintes grandezas:
a) potência activa;
b) potência reactiva;
c) frequência;
d) tensão no barramento.
3.5 Como se procede para ajustar a potência reactiva de qualquer dos geradores?
3.6 Coloca-se um dos geradores em vazio, reduzindo a sua velocidade e observando a
transferência de cargas para o outro gerador. Que acontece quando se varia a sua corrente de
excitação do gerador em vazio? Refira-se às variações das seguintes grandezas:
a) potência activa;
b) potência reactiva;
c) frequência;
d) tensão no barramento.
3.7 Como funciona um condensador síncrono? Refira uma utilização deste modo de
funcionamento.
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