ESCOLA SUPERIOR NÁUTICA INFANTE D. HENRIQUE
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MARÍTIMA
M422 - SISTEMAS E INSTALAÇÕES ELÉCTRICAS DE
NAVIOS
TRABALHO LABORATORIAL Nº 3
ENSAIO DE UMA MÁQUINA ASSÍNCRONA
TRIFÁSICA
Por:
Prof. José Dores Costa
Prof. Luis Baptista
E.N.I.D.H. - 2010/2012
SISTEMAS E INSTALAÇÕES ELÉCTRICAS DE NAVIOS
TRABALHO PRÁTICO Nº 3
ÍNDICE
ENSAIO DE UMA MÁQUINA ASSÍNCRONA TRIFÁSICA .............................................. 2
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 2
2. ENSAIO DO MOTOR EM VAZIO ................................................................................ 3
2. ENSAIO DO MOTOR COM O ROTOR BLOQUEADO ............................................... 3
3. ESQUEMA EQUIVALENTE ........................................................................................ 4
4. ENSAIO DA MÁQUINA ASSÍNCRONA EM CARGA................................................... 5
5. RELATÓRIO FINAL..................................................................................................... 7
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SISTEMAS E INSTALAÇÕES ELÉCTRICAS DE NAVIOS
TRABALHO PRÁTICO Nº 3
TRABALHO LABORATORIAL Nº 3
ENSAIO DE UMA MÁQUINA ASSÍNCRONA TRIFÁSICA
1. INTRODUÇÃO
Com este trabalho pretende-se:
1. Determinar os parâmetros do circuito eléctrico equivalente de uma máquina de indução
trifásica com o rotor em gaiola através dos ensaios em vazio e com rotor bloqueado;
2. Ensaiar a máquina assíncrona em carga e comparar os resultados obtidos
experimentalmente com aqueles calculados a partir do circuito elétrico equivalente.
O circuito equivalente de uma das fases da máquina de indução (máquina assíncrona), em regime
estacionário (com velocidade constante) está representado na Fig. 1.
Fig. 1: Circuito equivalente/fase da máquina assíncrona.
Na Fig. 1, R1 representa a resistência efectiva (resistência em AC) de um enrolamento do estator;
X1d representa a reactância de dispersão desse enrolamento; Xm representa a reactância de
magnetização associada ao campo girante; RFe é a resistência equivalente das perdas no ferro;R2
representa a resistência efectiva de um enrolamento do rotor e X2d representa a reactância de
dispersão desse enrolamento.
A bancada dos ensaios está esquematizada na Fig. 2. Ligue os enrolamentos do estator motor de
indução em estrela.
Na entrada, utiliza-se um analisador multifunções (amperímetro, voltímetro, fasímetro e
wattímetro). Na unidade de controlo do servomotor são lidas a velocidade de rotação e o binário
mecânico. Estas duas grandezas são ajustáveis.
Antes dos ensaios, registe os valores nominais do motor de acordo com a placa sinalética e o
modo de ligação dos enrolamentos do estator do motor assíncrono. Com um ohmímetro, meça
também a resistência dos enrolamentos do estator do motor:
Re=__________ 
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Fig. 2: Ensaio do motor em vazio.
2. ENSAIO DO MOTOR EM VAZIO
Com este ensaio pretende-se determinar os valores de Xm e RFe para a tensão e frequência
nominais do motor. Para isso, o motor é colocado a rodar em vazio alimentado à tensão nominal,
após o que se registam os valores da Tabela 1:
Tabela 1: Resultados experimentais com o motor em vazio.
Corrente na
linha, I
[A]
Tensão
simples, Vs
[V]
Potência, P
[W]
FP
cos 
N
[rpm]
s
[%]
2. ENSAIO DO MOTOR COM O ROTOR BLOQUEADO
Com este ensaio, pretende-se determinar X1d, X2d e R2. O ensaio deve ser realizado com
rapidez para evitar o sobreaquecimento da máquina, porque com o rotor bloqueado (curtocircuito do circuito da Fig. 1) não existe ventilação forçada do motor.
O veio do motor é bloqueado (manualmente, por exemplo). O motor é alimentado através dum
auto-transformador trifásico, Fig. 3, cuja tensão deve ser aumentada progressivamente, a partir de
zero, até que a corrente nos enrolamentos do estator atinja o seu valor nominal I=IN. Nesta
situação, registe rapidamente os valores das grandezas da Tabela 2.
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Fig. 3: Ensaio com o rotor bloqueado.
Tabela 2: Resultados experimentais com o rotor bloqueado.
Corrente na
linha, I
[A]
Tensão
simples, Vs
[V]
Potência, P
[W]
FP
cos 
N
[rpm]
s
[%]
Após efetuar a leitura dos valores, solte o rotor e deixe o motor a rodar para ventilar um pouco.
Reduza em seguida a tensão de alimentação gradualmente até zero. O motor deve parar. Desligue
então a alimentação.
3. ESQUEMA EQUIVALENTE
Tendo em consideração os valores obtidos e os cálculos efetuados para obter os parâmetros do
circuito elétrico equivalente da máquina, responda às seguintes questões:
1. A potência absorvida pela máquina em vazio é praticamente igual às perdas no ferro
(porquê?).
2. A potência absorvida pela máquina com o rotor bloqueado é praticamente igual às perdas
no cobre do estator e do rotor (porquê?).
3. A partir dos valores experimentais das tabelas 1 e 2, determine:
a.
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 os valores de
X1d+X2d, Xm e RFe.
Com base nos resultados experimentais determine o esquema equivalente por fase da máquina
assíncrona (ver Fig. 1).
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4. ENSAIO DA MÁQUINA ASSÍNCRONA EM CARGA
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.
As máquinas assíncronas funcionam como geradores quando o escorregamento é negativo, isto é,
quando giram a uma velocidade superior à de sincronismo. O objectivo desta parte do trabalho é
evidenciar o funcionamento em carga duma máquina assíncrona com o rotor em gaiola, registar
valores para diferentes regimes de carga e compará-los com os calculados através do circuito
eléctrico equivalente.
O sistema a usar nos ensaios está representado na Fig. 2. 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.
O sistema contém uma unidade de controlo de uma máquina assíncrona trifásica com um sensor
de velocidade (resolver) integrado no equipamento (Fig.4).
Fig.4. Máquina assíncrona trifásica existente na bancada de ensaios (Lucas-Nulle).
O sistema fornecido pela Lucas-Nulle é gerido por um microprocessador de elevado
desempenho. A unidade opera para máquinas de potência compreendida entre 300 W e 1 kW, e
pode operar nos quatro quadrantes, isto é, pode arrastar (drive) ou travar (brake) um motor
assíncrono para todos os modos de funcionamento. A velocidade e o binário são calculados pela
unidade e apresentados através de mostradores analógicos. O sistema dispõe de um amplificador
de isolamento que permite gravar as variáveis de tensão e corrente da máquina sujeita a teste,
para posterior tratamento de dados. Para além das condições de arrastamento e travagem puras,
estão disponíveis seis modelos pré-programados de cargas industriais. Os parâmetros dos
modelos de cargas podem ser ajustados, relativamente a:
•
•
•
•
•
•
Elevador;
Calandra;
Ventilador/bomba;
“Winding machine drive”;
Inércia (Ex: volante de uma máquina rotativa);
Compressor de ar alternativo (de êmbolo).
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A Fig.4 ilustra a unidade de controlo da máquina assíncrona trifásica existente no laboratório.
Fig.4. Unidade digital de controlo de motores assíncronos.
TRABALHO A REALIZAR
Com base na placa sinalética do motor assíncrono, determine os seguintes valores nominais:





velocidade de sincronismo: _____________ rpm
Número de pares de pólos: ____________
potência nominal: ____________W
corrente nominal: ____________ A
binário mecânico no veio ____________ Nm
O sistema a usar nos ensaios é o da Fig. 2. Devem ser obtidos resultados para valores do
escorregamento, s, positivos e negativos. Ligue o motor para ser alimentado em estrela.
NOTA: se utilizar um wattímetro 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 3.
Tabela 3-A: Resultados do ensaio do motor em carga (s positivo)
T [Nm]
N [rpm]
P [W]
Ilinha [A]
cos 
s [%]
 [%]
 - rendimento
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Tabela 3-B: Resultados do ensaio do motor em carga (s negativo)
T [Nm]
N [rpm]
P [W]
Ilinha [A]
cos 
s [%]
η [%]
Para cada valor de carga, calcule a potência mecânica no veio e o rendimento. Sendo s o
escorregamento, organize os resultados experimentais apresente os gráficos correspondentes a
T(s), P(s), I(s), cos (s) e (s). Comente e justifique os resultados.
Com base no circuito eléctrico equivalente, calcule os valores nominais da máquina para os
regimes permanentes de carga da Tabela 3. Organize os resultados calculando os seguintes
valores para cada situação de carga:







escorregamento, s
potência aparente, S
potencia activa, P
potencia reactiva, Q
binário electromagnético, Tag
potência no entreferro, Pag
corrente de magnetização, I m  I sen()




perdas por efeito de Joule no estator
perdas no ferro e mecânicas
corrente no estator, Is
rendimento da máquina assíncrona, .
Compare os valores obtidos com os valores experimentais e comente os resultados.
5. RELATÓRIO FINAL
O relatório a apresentar deverá apresentar os cálculos teóricos de validação dos valores obtidos
experimentalmente para os ensaios anteriormente descritos. Para cada ensaio, deverão ser
justificadas as discrepâncias verificadas entre os valores teóricos e experimentais.
Recomenda-se a realização dos cálculos e gráficos no Matlab. O relatório dever conter em anexo
a listagem dos comandos em Matlab utilizados para efetuar os cálculos.
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