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Neste segundo trabalho prático, efetuado nas aulas de laboratório da disciplinade Accionamentos Electromecânicos, temos como objectivos, a observação e registro eanalise, das formas de onda da corrente e velocidade de vários tipos de arranque domotor assíncrono trifásico, tais como:Arranque directo;Arranque estrela/triângulo;Arranque por Autotransformador;Arranque por Arrancador Suave.
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Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Ramo de Energias Renováveis e Sistemas de Potência
Accionamentos Electromecânicos
Ano Lectivo 2011/2012
Arranques do Motor Assíncrono Trifásico
Docente:
Prof. José Henrique Querido Maia
Prof. Daniel José Medronho Foito
Trabalho elaborado por:
Diogo Anselmo nº052166182
João Duarte nº060250004
Pedro Inês nº080250115
Tiago Martins nº 080250042
IPS - EST de Setúbal, 10 de Abril de 2012
IPS – EST Setúbal – Engenharia Electrotécnica e de Computadores
_____________________________________________________________________________________ Accionamentos Electromecânicos 1
Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Ramo de Energias Renováveis e Sistemas de Potência
Accionamentos Electromecânicos
Ano Letivo 2011/2012
Arranques do Motor Assíncrono Trifásico
IPS – EST Setúbal – Engenharia Electrotécnica e de Computadores
_____________________________________________________________________________________ Accionamentos Electromecânicos 2
Índice
Índice .................................................................................................................................................... 2
Índice Imagens ...................................................................................................................................... 3
Objetivos ............................................................................................................................................... 4
Introdução ............................................................................................................................................ 5
Material Utilizado ................................................................................................................................. 6
Arranque Directo ................................................................................................................................. 7
Situação de Vazio ............................................................................................................................... 7
Situação de Carga ............................................................................................................................... 8
Arranque Estrela - Triângulo ............................................................................................................ 10
Situação de Vazio ............................................................................................................................. 11
Situação de Carga ............................................................................................................................. 11
Arranque por Autotransformador. .................................................................................................... 12
Situação de Vazio ............................................................................................................................. 12
Situação de Carga ............................................................................................................................. 13
Arranque por Arrancador Suave. ...................................................................................................... 14
Situação de Vazio ............................................................................................................................. 14
Situação de Carga ............................................................................................................................. 16
Conclusão ........................................................................................................................................... 18
IPS – EST Setúbal – Engenharia Electrotécnica e de Computadores
_____________________________________________________________________________________ Accionamentos Electromecânicos 3
Índice Imagens
Fig. 1 – Vista Ligações no motor. ................................................................................................................ 5
Fig. 2 – Chapa de Características do motor. ............................................................................................... 6
Fig. 3 – Esquema de Ligação Arranque Directo. ......................................................................................... 7
Fig. 4 – Arranque directo triângulo em Vazio. ............................................................................................ 7
Fig. 5 – Tabela Valores Arranque directo triângulo em Vazio. ................................................................... 8
Fig. 6 – Arranque directo triângulo com carga de Tr = 3Nm. ..................................................................... 8
Fig. 7 – Tabela Valores Arranque directo triângulo com carga de Tr = 3Nm. ........................................... 8
Fig. 8 – Esquema de Ligação Arranque Estrela - Triângulo. .................................................................... 10
Fig. 9 – Arranque Estrela - Triângulo em Vazio. ....................................................................................... 11
Fig. 10 – Arranque Estrela - Triângulo com carga de Tr = 3Nm. ............................................................. 11
Fig. 11 – Arranque por Autotransformador em Vazio - Estrela................................................................. 12
Fig. 12 – Arranque por Autotransformador com carga de Tr = 3Nm - Triangulo. ................................... 13
Fig. 13 – Arranque por Autotransformador com carga de Tr = 3Nm - Estrela. ........................................ 13
Fig. 14 – Arranque por Arrancador Suave - Vazio. ................................................................................... 14
Fig. 15 – Paragem por Arrancador Suave - Vazio. ................................................................................... 14
Fig. 16 – Arranque por Arrancador Suave – Rampa de Subida valor máximo.......................................... 15
Fig. 17 – Paragem por Arrancador Suave – Rampa de Subida valor máximo. ......................................... 15
Fig. 18 – Arranque por Arrancador Suave – Rampa de Descida valor máximo........................................ 15
Fig. 19 – Arranque por Arrancador Suave – Rampa de Descida valor máximo........................................ 15
Fig. 20 – Arranque por Arrancador Suave com carga de Tr = 3Nm. ........................................................ 16
Fig. 21 – Arranque por Arrancador Suave em carga de e binário inicial máximo. ................................... 17
Fig. 22 – Paragem por Arrancador Suave em carga de e binário inicial máximo fase1. .......................... 17
Fig. 23 – Arranque por Arrancador Suave em carga de e binário inicial máximo fase2. ......................... 17
IPS – EST Setúbal – Engenharia Electrotécnica e de Computadores
_____________________________________________________________________________________ Accionamentos Electromecânicos 4
Objetivos
Neste segundo trabalho prático, efetuado nas aulas de laboratório da disciplina
de Accionamentos Electromecânicos, temos como objectivos, a observação e registro e
analise, das formas de onda da corrente e velocidade de vários tipos de arranque do
motor assíncrono trifásico, tais como:
Arranque directo;
Arranque estrela/triângulo;
Arranque por Autotransformador;
Arranque por Arrancador Suave.
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_____________________________________________________________________________________ Accionamentos Electromecânicos 5
Introdução
Com o termo dos ensaios
laboratoriais, pretendemos com a
apresentação deste relatório, submeter
todos os valores e resultados, que
obtivemos do trabalho, que insidio sobre
os arranques do motor assíncrono
trifásico.
Podemos acrescentar que todos os
valores medidos, estão sujeitos a vários
erros associados, quer ao aparelho, quer
ao próprio processo de medida ou ainda
a erros ambientais. Todos eles foram tidos em conta, antes do início dos ensaios
laboratoriais, para que pudessem ser minimizados ou mantidos constantes, para que os
valores influenciados, mantivessem a mesma proporcionalidade. Assim todos os valores
aqui apresentados podem ser tomados como correctos.
De uma forma simples e completa iremos apresentar todo o trabalho realizado
no laboratório, tal como todas as determinações, resultados e conclusões.
Fig. 1 – Vista Ligações no motor.
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Material Utilizado
- Gerador taquimétrico;
- Osciloscópio digital;
- Fios condutores;
- Pinça amperimétrica;
- Ponta de prova;
- Multímetro Digital;
- Botões de comutação;
- Motor corrente alternada, trifásico;
Potencia: 1,5kW
Velocidade nominal: 1415 rpm
Fig. 2 – Chapa de Características do motor.
- Arrancador Suave – AC semicondutor motor controller;
Modelo: SER 4012-B
Tensão alimentação: 230/400V
Corrente de alimentação máxima 12A
Triângulo Estrela
Tensão Nominal 220 V 380 V
Corrente Nominal 6,6 A 3,8 A
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Arranque Directo
O arranque direto consiste em aplicar uma tensão de forma brusca aos terminais
do motor com o fecho de um interruptor.
Foram observadas e registadas as formas de onda para a situação de arranque em
vazio e de igual forma para a situação de carga com um binário Tr = 3 Nm.
Mais se pode dizer que as ligação foi feita em triângulo, para que o motor
conseguisse suportar a carga de Tr = 3 Nm, sem que houvesse um consumo de corrente
excessivo.
Fig. 3 – Esquema de Ligação Arranque Directo.
Situação de Vazio
Após termos realizado a montagem do arranque directo com ligação em
triângulo, estando o motor em vazio,
observamos e registamos no osciloscópio
as formas de onda da corrente e
velocidade durante o arranque.
Podemos constactar que o valor
da corrente registado foi elevado e
manteve-se até que o motor, atingio a sua
velocidade de rotação máxima.
Fig. 4 – Arranque directo triângulo em Vazio.
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_____________________________________________________________________________________ Accionamentos Electromecânicos 8
O resumo dos valores, são os apresentados na tabela que se segue.
Velocidade: (14,4 V = 1000 rpm) 1597 rpm
Corrente de arranque: 32 A
Corrente nominal: 6,6 A
Relação corrente de arranque e nominal 4,85
Fig. 5 – Tabela Valores Arranque directo triângulo em Vazio.
Situação de Carga
Após termos realizado a montagem do arranque directo sem carga, efectuamos
uma outra montagem, onde colocamos um binário de carga de Tr=3 Nm. Efectuamos
novamente com ligação em triângulo o arranque directo, observamos e registamos no
osciloscópio as formas de onda da
corrente e velocidade durante o arranque.
E o que se observou, foi que o valor da
corrente foi muito superior, ao registado
no ensaio em vazio, tendo este valor de
corrente ultrapassado o valor maximo de
corrente admitida pelo motor, tal como se
pode observar na figura ao lado e no
quadro de resumo dos valores.
Velocidade: (14,4 V = 1000 rpm) 1562 rpm
Corrente de arranque: 25A
Corrente nominal: 6,6 A
Relação corrente de arranque e nominal 3,78
Fig. 7 – Tabela Valores Arranque directo triângulo com carga de Tr = 3Nm.
Fig. 6 – Arranque directo triângulo com carga de
Tr = 3Nm.
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Comparando as figuras dos arranque em vazio e com carga, observa-se que, em
ambas as situações, a corrente de arranque atinge um valor proximo das cinco vezes
superior à corrente nominal, com um valor máximo de 25A, aproximadamente.
Observa-se também que no ensaio em carga o regime transitório se mantém por
um maior período de tempo.
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Arranque Estrela - Triângulo
O arranque em estrela-triângulo, tal como o nome indica, o arranque tem uma
primeira etapa em em estrela porque a corrente pedida à fonte é menor e uma segunda
etapa depois da estabilização onde é feita a passagem para triângulo. Esta foi feita
recorrendo aos comutadores apropriados.
Foram observadas e registadas as formas de onda para a situação de vazio e para
a situação em carga.
Fig. 8 – Esquema de Ligação Arranque Estrela - Triângulo.
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Situação de Vazio
Na situação em que o motor se encontrava em vazio, o que observamos foi uma
primeira etapa em estrela onde a corrente solicitada à fonte é menor, em que durante
esse instante o motor acelera até
aproximadamente metade da sua
velocidade nominal. Após esta primeira
etapa em estrela observamos, a etapa em
triângulo onde a corrente é maior do que
a registada em estrela mas menor do que
no ensaio do arranque directo em
triângulo. Tal como se pode observar na
imagem ao lado.
Situação de Carga
Agora no ensaio com um binário de carga de Tr=3Nm, o que observamos foi
muito semelhante ao observado no ensaio em vazio, sendo que a única grande alteração
é mesmo o valor da corrente que aumentou, para suportar o binário de carga
acrescentado neste ensaio.
Sendo que este é a forma mais comum de arranque de motores de corrente
alternada, podemos concluir que embora
a corrente solicitada à rede seja menor
do que no arranque directo, ainda assim
apresenta um elevado valor de corrente
no arranque.
O único problema que
observamos, foi o tempo de comutação
de estrela para triângulo onde podemos
observar ser suficiente para que a
velocidade da máquina diminua.
Fig. 9 – Arranque Estrela - Triângulo em Vazio.
Fig. 10 – Arranque Estrela - Triângulo com carga de
Tr = 3Nm.
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Arranque por Autotransformador.
O arranque por Autotransformador consiste em fazer a regulação da tensão aos
terminais do motor de forma gradual entre o seu valor nulo até ao valor nominal
referente à máquina assíncrona por forma a minimizar o valor da corrente solicitada à
rede, no arranque.
Situação de Vazio
Em primeiro efectuamos um arranque, com o motor em vazio e ligado ao
autotransformador, em estrela.
O que observamos foi um aumento rápido da velocidade, mas em que a corrente
solicitada foi menor do que nos casos anteriores, sendo que o tempo transitório foi
também o menor registado até agora.
Fig. 11 – Arranque por Autotransformador em Vazio - Estrela.
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Situação de Carga
Após o ensaio em vazio, efectuamos o ensaio em carga. Mas neste caso, foi feito
com dois tipos de ligação, primeiro em triângulo e depois o mesmo arranque, ligando o
motor ao autotransformador em estrela.
O que observamos foi muito semelhante, embora o valor de corrente para os dois
casos tenham sido diferentes.
No caso em que o motor se encontrava ligado em triângulo, observamos um
ligeiro aumento do valor da corrente, quando comparado com o valor da ligação em
estrela.
Mais podemos afirmar que a parte transitória da corrente é superior quando
comparada com os ensaios anteriores.
Fig. 12 – Arranque por Autotransformador com
carga de Tr = 3Nm - Triangulo.
Fig. 13 – Arranque por Autotransformador com
carga de Tr = 3Nm - Estrela.
No acompanhamento dos arranques anteriormente apresentados, o arranque com
autotransformador será o mais vantajoso, em termos de controlo de binário e do valor
inicial da corrente, mas é o mais dispendioso em termos económicos, devido ao elevado
preço do equipamento autotransformador.
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Arranque por Arrancador Suave.
Este ensaio é feito usando um arrancador suave que através do ajuste das rampas
de subida, descida e binário inicial permite diminuir ou aumentar os tempos de arranque
e paragem, por forma a diminuir os picos de corrente e o tempo de transição.
Situação de Vazio
Após realizarmos a montagem com o Arrancador Suave e estando o motor em
vazio, efectuamos o ajuste do arrancador, colocando todas as rampas(subida, descida e
binário inicial) do arrancador suave na posição mínima.
Com este ajuste efectuamos a oobservação e registo no osciloscópio das formas
de onda da corrente de arranque paragem na fase 1.
As imagens que se seguem são ilustrativas do descrito anteriormente.
Fig. 14 – Arranque por Arrancador Suave - Vazio. Fig. 15 – Paragem por Arrancador Suave - Vazio.
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Depois disto colocamos a rampa de subida na posição máxima voltamo a
registar no osciloscópio as formas de onda da corrente durante o arranque na fase 1 em
vazio e também a forma de onda da velocidade durante o arranque e paragem.
A imagens que se seguem ilustram esta situação.
Fig. 16 – Arranque por Arrancador Suave – Rampa
de Subida valor máximo.
Fig. 17 – Paragem por Arrancador Suave – Rampa
de Subida valor máximo.
Novamente voltamos a a ajustar mais um parametro, sendo que desta colocamos
o valor daa rampa de descida na posição máxima, onde voltamos a efectuar o registo no
osciloscópio das formas de onda da corrente durante o arranque e paragem na fase 1 em
vazio. Observamos e registamos igualmeten a forma de onda da velocidade durante o
arranque e a paragem.
Fig. 18 – Arranque por Arrancador Suave – Rampa
de Descida valor máximo.
Fig. 19 – Arranque por Arrancador Suave – Rampa
de Descida valor máximo.
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Situação de Carga
Agora neste caso colocamos um binário de carga no veio da maquina de
Tr=3Nm.
Voltamos a fazer ajustes nos parâmetros do arrancador suave, sendo que desta
vez colocamos as rampas de subida e descida na posição máxima, tal como no ensaio
anterior, mas verificamos se o binário inicial do arrancador suave na posição mínima.
Voltamos uma vez mais a observar e registar no osciloscópio as formas de onda
da corrente de arranque na fase 1 agora em carga e também observamos e e registamos a
forma de onda da velocidade durante o arranque em carga.
Fig. 20 – Arranque por Arrancador Suave com carga de Tr = 3Nm.
De seguida colocamos o parâmetro do binário inicial do arrancador suave na
posição máxima. Voltamos então a observar e registar no osciloscópio as formas de
onda da corrente de arranque na fase 1 em carga e também a forma de onda da
velocidade durante o arranque em carga.
Após o arranque observamos com o rigor pedido, o onde procedemos ao registo
a forma de onda da corrente na fase1, durante a paragem do motor para a situação de
carga.
Após este observamos com rigor o registo da forma de onda da corrente na
fase2, durante a paragem do motor para a situação de carga.
As imagens que se seguem ilustram as situações aqui descritas.
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Fig. 21 – Arranque por Arrancador Suave em carga de e binário inicial máximo.
Fig. 22 – Paragem por Arrancador Suave em carga
de e binário inicial máximo fase1.
Fig. 23 – Arranque por Arrancador Suave em carga
de e binário inicial máximo fase2.
No que nos compete, podemos observar que o arrancador suave, faz tanto
arranques, como paragens, com ou sem carga em condições, que não foram de alguma
forma possíveis nos ensaios anteriores.
Este pequeno equipamento electrónico, fez com que fosse possível efectuar o
arranque mais rápido, descrito neste trabalho escrito, com um valor de corrente mínimo,
se comparado com qualquer dos outros ensaios, com ou sem carga.
Também na paragem observamos diferenças, sendo que a paragem assistida pelo
arrancador suave, era feita em menos tempo, embora à custa de um ligeiro consumo
energético.
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Conclusão
Em suma, todos os objectivos propostos foram atingidos. Para tal foi importante
a consulta do guia de laboratório.
Estes ensaios aqui mostrados, são apenas ilustrativos das enormes
potencialidades dos equipamentos aqui estudados.
Para estes ensaios, podemos afirmar que a sequência seguida foi inversamente
proporcional ao valor de corrente solicitado à rede.
No estudo do Arranque Directo, embora sendo a forma mais simples de arranque
de um motor. Sendo também que não existe um elevado valor monetário investido no
comando do arranque do motor. Embora pareça ser a forma mais económica, a médio
longo prazo, o valor de corrente observado no arranque irá deteriorar os enrolamentos
do motor, contribuindo para a diminuição do tempo de vida deste, acaba por ser uma
opção onerosa, e aumenta mais, quanto maior for a potência do motor em causa.
O Arranque Estrela/Triângulo é sem dúvida o mais comum, de todos os
arranques aqui estudados. Com um valor menor de corrente no arranque quando da
etapa em estrela, contribui e em muito para arranques mais económicos e menos
prejudiciais, para o motor.
Com o Arranque por Autotransformador é possível obter arranques, tão suaves,
quanto se queira, serão igualmente lentos, mas para certas aplicações esta é a forma, que
possibilita algum controlo do binário de arranque e até de velocidade. Embora o
equipamento seja dispendioso, esta é a forma usada para efectuar arranque e paragens
em situações muito particulares.
Com o disseminação da electrónica de potência e com o seu custo a diminuir da
dia para dia, esta a se possível trocar os modos de arranque, mais tradicionais, pelos
arranque por Arrancador Suave. Este equipamentos, quando bem parametrizados,
efectuam paragens e arranques, nas condições pretendidas. Embora exista um
investimento inicial, na aquisição do equipamento de controlo, com o passar do tempo e
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o menor consumo energético nos arranques, o investimento, vai compensando, sendo
que o retorno é feito cada vez mais cedo.
Nem tudo são vantagens, pois a electrónica de potência causa, interferências na
rede energética, tendo estas que ser atenuadas., pois estas interferências podem não só
prejudicar o motor, como equipamentos que se encontrem nas proximidades da rede.
Estes ensaios foram importante, na medida da sua abrangência e desafio, pois só
neste trabalho prático número dois procedemos aos mais comuns tipos de arranque de
motores.