Post on 06-Apr-2023
1. INTRODUÇÃO
Desde os primórdios da humanidade, o homem sempre semostrou argumentativo sobre diversos assuntos, entre eles aeletricidade, que hoje é responsável por tantas facilidades nomundo moderno.
Este relatório descreve resumidamente as principais
características construtivas e tecnológicas das respectivas
máquinas e motores de corrente contínua, indução, alimentação
trifásica junto às suas teorias e aplicações. Também são
abordados os processos de geração de tensão nos terminais da
máquina em vazio. Devido a razões construtivas e ao seu custo
maior em relação às máquinas de indução, estas outras máquinas
são entretanto mais utilizadas como fontes geradoras.
Foi realizado experimento em laboratório denominado
Gerador de corrente continua à vazio e verificado os seguintes
dados: Quantidade de lâmpadas; Potência em watts, Frequência
em Hz; Força em Kg; Corrente de campo em mA; Tenção de campo
em volts; Corrente de armadura em mA e por fim Tenção de
armadura em volts, com os valores obtidos neste experimento
foi desenvolvido um gráfico que mostra a oscilação de corrente
em função da quantidade de lâmpadas.
Também foram realizadas pesquisas sobre os conceitos de
motores de corrente continua e suas relações, de indução e
suas relações, conceito sobre alimentação trifásica, ligação
triângulo e estrela em motores e relações de corrente e
tensão.
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2. MATERIAIS UTILIZADOS
Caixa de alimentação com proteção
Variador de tensão
Inversor de frequência
Retificador trifásico
Motor de indução trifásico (MIT)
Motor de corrente continua (MCC)
Armadura
Voltímetro
Medidores DC
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3. TEORIA SOBRE MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA
De uma forma mais prática encontramos esses motores em uma
infinidade de aplicações e é, basicamente, controlado pela
eletrônica. Ou seja, pequenos motores de corrente contínua
estão presentes em gravadores, brinquedos, câmeras de vídeo,
aparelhos de som, etc. Quando um aparelho eletrônico possui
recursos parcialmente automatizados se faz necessário o uso de
motores CC, que encontramos em diversos tamanhos, potência e
aspectos.
O que são: Os motores de corrente contínua (CC) ou Direct
Current (DC) são dispositivos desenvolvidos para operar
aproveitando as forças de atração geradas por eletroímãs imãs
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permanentes, pois quando uma corrente elétrica passa por duas
bobinas próximas, cria um campo magnético que pode fazer com
surjam forças de atração ou repulsão, conforme a imagem a
seguir:
É constituído por uma bobina entre os polos de um imã
permanente ou de uma bobina fixa que opera de mesmo modo. Os
polos da bobina móvel (rotor) ficam alinhados com o imã
permanente, ao serem percorridos por uma corrente, gerando uma
manifestação de uma fora de repulsão, na qual é responsável
por fazer o conjunto móvel mudar de posição. A tendência do
motor é dar meia volta para que seu polo norte se aproxime do
polo sul do imã (a famosa lei “os opostos se atraem”)
ocorrendo de mesmo modo com o polo norte da bobina.
No entanto, em todo esse sistema, existe um comutador
localizado no eixo do rotor, onde passa a corrente que circula
a bobina. Seu objetivo é inverter o sentido da circulação da
corrente que circula fazendo com que os polos mudem. Pois, com
a inversão de polaridade, os polos do rotor mudam. Todo
resultado se resumirá em uma transformação da forca de atração
em repulsão, isto fará com que o rotor continue no mesmo
movimento passando direto pela posição que, teoricamente,4
seria sua posição de equilíbrio. Daí o nome de CC – corrente
contínua.
4. TEORIA SOBRE MOTOR DE INDUÇÃO E SUAS RELAÇÕES
A ausência de escovas comutadoras e apenas uma bobina fixa
torna bastante simples entender o princípio de funcionamento.
Esses motores são comumente encontrados no acionamento de
toca-discos antigos, ventiladores, ventoinhas de chuveiro
pressurizadores, bombas d’água de aquários, impressoras entre
outros aparelhos que possuam sistema de ventilação ligado à
energia – isto porque os motores de indução operam com
corrente alternada.
Num motor de indução pode-se encontrar duas partes
principais: Estator – responsável por toda parte estática do
motor – e o Rotor – parte móvel. Entre eles encontra-se um
espaço chamado de entreferro. Ambos são constituídos de chapas
de ferrosilício laminado, com ranhuras uniformemente espaçadas
alojando os condutores de um enrolamento
polifásico/trifásico), semelhante ao de uma máquina síncrona.
Existem dois tipos de motores de indução:
4.1 Motor de indução gaiola de esquilo:
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Figura 1: Motor de indução gaiola de esquilo
Neste modelo o rotor é composto de barras de material
condutor que se localizam em volta do conjunto de chapas do
rotor, curto-circuitadas por anéis metálicos em suas
extremidades.
4.2 Motor de Indução com rotor Bobinado:
Figura 2: Ilustração – motor de introdução com rotor bobinado
Neste caso o rotor é composto de enrolamentos distribuídos
em torno do conjunto de suas chapas.
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O estator é constituído de um enrolamento trifásico (três
fazes) distribuído uniformemente em torno do corpo da máquina,
para que o fluxo magnético resultante da aplicação de tensão
no enrolamento do estator produza uma forma de onda
espacialmente senoidal. A aplicação de tensão alternada nos
enrolamentos do estator irá produzir um campo
magnético variante no tempo que devido à distribuição uniforme
do enrolamento do estator irá gerar um campo
magnético resultante girante na velocidade proporcional à
frequência da rede trifásica. O fluxo magnético girante no
estator atravessará o entreferro e por ser variante no tempo
induzirá tensão alternada no enrolamento trifásico do rotor.
Como os enrolamentos do rotor estão em curto circuito essa
tensão induzida fará com que circule uma corrente pelo
enrolamento do rotor o que, por sua vez, irá produzir um fluxo
magnético no rotor procurando se alinhar com o campo magnético
girante do estator. Como o valor das tensões induzidas no
rotor (bobinado) dependem da relação de espiras entre o rotor
e o estator, o mesmo pode ser considerado como o primário de
um transformador e o rotor como seu secundário.
De motor à gerador: este tipo de motor quando é acionado
por uma turbina e operado com uma rotação acima da síncrona
pode gerar potência ativa e entregá-la ao sistema onde está
conectado, passando então a funcionar como gerador.
5. TEORIA SOBRE ALIMENTAÇÃO TRIFÁSICA7
No sistema de alimentação trifásica são utilizadas linhas
de três e quatros fios para alimentação das cargas a partir
dos geradores, sabemos que haverá um acoplamento magnético
entre os fios quando um ou mais forem percorridos por
corrente. Assim, a passagem de corrente senoidal em qualquer
um dos fios irá induzir tensões também senoidais nos demais.
Para a resolução de circuitos, em sistemas de potência,
este efeito é representado através de definição de indutâncias
mútuas entre os fios, no caso geral, a resolução de circuitos
trifásicos com indutâncias mútuas é relevantemente complexa,
pois, o sistema pode tornar-se desequilibrado.
6. LIGAÇÃO TRIÂNGULO E ESTRELA EM MOTORES E RELAÇÕES DE
CORRENTE E TENSÃO
A chave estrela-triângulo consiste na alimentação do motor
com redução de tensão nas bobinas durante a partida. É
aplicada em máquinas que partam em vazio (sem carga) ou com
conjugado resistente baixo, tais como máquinas ferramentas
clássicas para madeira, agrícolas, serra portátil, furadeiras,
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esmeris, ventiladores, bombas hidráulicas, etc. O
funcionamento dessa chave consiste, de início, em ligarmos o
estator do motor em estrela, e após um tempo de
aproximadamente 3 a 25 segundos (tempo suficiente para que o
motor atinja 90% da rotação nominal), mudamos a ligação para
triângulo através de um temporizador, automaticamente. A
corrente e o conjugado, em estrela, ficam reduzidos a 33% do
valor que teriam na partida direta em triângulo. Por isso,
devem-se utilizar motores com curva de conjugado elevado. O
conjugado resistente da carga não deve ultrapassar o conjugado
de partida do motor. A corrente, no instante de comutação, não
deve atingir valores muito elevados, sob pena de se tornarem
inaceitáveis. Uma comutação prematura (velocidade do motor
ainda baixa), ou uma pausa muita longa de comutação, causa uma
diminuição excessiva da velocidade e leva a um pico de
corrente elevado. Já uma pausa muito curta de comutação pode
fazer surgir uma corrente de curto-circuito sobre o arco
voltaico ainda não extinto na ligação estrela. Sendo assim,
não ofereceria nenhuma vantagem e seria prejudicial aos
contatos do contator e à rede elétrica.
7. ESQUEMÁTICO DA MONTAGEM
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8. EXPERIÊNCIA – GERADOR DE CORRENTE CONTÍNUO À VAZIO
Tabela 1: resultados do ensaio em laboratório.
QTDE. LÂMPADAS
POTÊNCIA(W)
FREQUÊNCIA
(Hz)
FORÇA(Kg)
CORRENTE DECAMPO(Mpa)
TENSÃO DECORPO(V)
CORRENTEDE
ARMADURA(Mpa)
TENSÃODE
ARMADURA(V)
3 120 30 0,33
6
500 280 80 77,2
6 240 30 0,30
5
490 272 100 76,3
9 360 30 0,29
3
450 275 200 75,3
- - - - - - - -3 120 60 0,31
1
450 280 90 152,7
6 240 60 0,31
0
450 280 150 151,9
9 360 60 0,33 450 280 220 151,3
10
2
Qtde. Lâmpadas
Potência (V)
Frequência (Hz)
Força (Kg)
C. de Campo (mA)
T. de Campo (V)
C. de Armadura (mA)
T. de Armadura (V)
0
3
6
9
3 120
30
0,339 500 280
80
77,2
9
6 240 30
0,305
490
272
100
76,30,293 450
275200
75,3
60
0,311
90
152,7
0,310 150
151,9360
0,332220
151,3
8.1 Gráfico do ensaio do gerador de corrente contínua
1 2 3 4 5 6
Na prática o experimento nos deu a percepção de conhecer e
perceber as diferentes fazes do motor. Começamos com 3, 6 e 9
lâmpadas, com frequência de 30Hz, aumentamos essa frequência
para 60Hz e tivemos resultados diferentes como mostra a tabela
1.
Com 3 lâmpadas com potência de 120W, frequência 30Hz,
gerou uma força de 0,336Kg, uma corrente de campo de 500Mpa,
tensão de corpo 280V, 80Mpa de corrente de armadura e por
final a tensão de armadura de 77,2V.
Se compararmos com a mesma quantidade de 3 lâmpadas a
mesma potência 120W, mas com a frequência de 60Hz, gerou uma
força menor de 0,311Kg, 450Mpa de corrente de campo, 280V de11
tensão de corpo, uma maior corrente de armadura de 90Mpa,
157,7V de tensão de armadura, e com este aumento na frequência
diminuiu alguns resultados mas aumentaram outros.
Com 6 lâmpadas potência 240V, 30Hz de frequência este
motor gerou uma força de 0,305Kg, 490Mpa de corrente de campo,
272V de tensão de corpo um aumento de 80Mpa para 100Mpa de
corrente de armadura, houve uma diminuição de tensão de
armadura de 77,2V para 76,3V. Esses resultados se diferem com
a mesma quantidades de 6 lâmpadas e mesma potência de 240V,
frequência sintonizada em 60Hz, gerou uma força menor de
0,310Kg, uma corrrente de campo igual de 450Mpa, igualmente a
tensão de corpo 280V, com um aumento de 90Mpa para 150Mpa, o
resultado final houve uma diminuição de 152,7V para 151,9V. Na
sequência fizemos o experimento com 9 lâmpadas, potência de
360W, 30Hz de frequência, foi gerado uma força nesta
frequência de 0,293Kg, quando aumentamos a frequência para
60Hz mesma potência de 360W, houve também uma maior força
passando para 0,332Kg, na corrente de campo uma igualdade de
450Mpa, tensão de corpo 275V mesma potência de 360W frequência
de 30Hz.
No aumento da frequência para 60Hz, também um aumento
nesta tensão de corpo para 280V, de igual modo as diferenças
se acentuaram na corrente de armadura com frequência 30Hz,
potência de 360W, obteve-se o resultado de 200Mpa, um aumento
considerado quando aumentamos a frequência para 60Hz a
potência de 360W, o resultado se difere para 220Mpa, de igual
modo percebemos na potência de 360W, frequência de 30Hz,
resultados expressivos na tensão de armadura de 75,3V, para
12
151,3V, quando aumentamos a frequência para 60Hz na mesma
potência de 360W. No aumento de números de lâmpadas potência e
também frequência percebemos resultados distintos em alguns
itens da tabela.
9. CONCLUSÃO
Através dos estudos realizados e do experimento em
laboratório onde colocamos em prática a teoria, obtivemos
conhecimentos relevantes dentro da Eletricidade Aplicada,
conhecimentos esses que inclui, conceito teórico sobre Motores
de Corrente Continua (MCC), Motores de Indução Trifásica
(MIT), bem como seu funcionamento e aplicações, também foi13
abordado o conceito de partida e alimentação de um motor
trifásico, com sistema estrela e triângulo.
10. BIBLIOGRAFIA
14
[1] Motor de Indução – teoria 15 (USP)
Acesso em 11/04/2015 às 18h07
http://disciplinas.stoa.usp.br/pluginfile.php/31672/
mod_resource/content/1/Teoria.pdf
[2] Introdução à Maquina Síncrona (conversão de energia)
Acesso em 11/04/2015 às 19h16
http://www.estt.ipt.pt/download/docente/256__Apostila_MS.pdf
[3] Trifásicos (por Gerson Luqueta) Pdf
Acesso em 11/04/2015 às 19h27
http://gerson.luqueta.com.br/index_arquivos/trifasico.pdf
[4] Eletricidade e Magnetismo (Coleção Físicas em Contextos
Vl. 3)
Maurício Pietrocola , Pogbim, Renata de Andrade e Raquel
Romero.
Editora FTD.
http://www.ppgel.net.br/rabelo/ensino/maquinasII/partida2.pdf
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