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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS - UFAM FACULDADE DE TECNOLOGIA – FT DEPARTAMENTO DE ELETRICIDADE CURSO – ENGENHARIA QUÍMICA - EQ RELATÓRIO 9 – LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE GERAL (FTE-008) ESTUDO DO MOTOR ELÉTRICO MANAUS (AMAZONAS) 2016/1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS - UFAM FACULDADE DE TECNOLOGIA - FT DEPARTAMENTO DE ELETRICIDADE - DE CURSO – ENGENHARIA QUÍMICA - EQ RELATÓRIO 9 – LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE GERAL (FTE-008) ESTUDO DO MOTOR ELÉTRICO ADRIANA PEREIRA DE SOUZA (21453636) IAGO BRUNO PACHECO FERREIRA (21453635) IGOR MORAES BEZERRA CALIXTO (21456321) VANESSA DE SOUZA LIMA (21453637) MANAUS (AMAZONAS) 2016/1 Relatório 9, de Laboratório de Eletricidade Geral, orientada pelo professor Iury Bessa, com o intuito de obter conhecimentos a respeito de um dos ramos de estudo da Eletricidade Geral, válida para a parcial 1. Relatório 9 – Estudo do Motor Elétrico 1.0. Resumo: A atividade prática realizada envolveu a análise do funcionamento de máquinas elétricas em corrente contínua, verificando o estudo do motor elétrico, verificando parâmetros como velocidade do rotor do motor, interferência da polaridade e da chave no motor e a relação da interferência externa no motor com o aumento da corrente elétrica. SUMÁRIO 1. Estudo do Motor Elétrico....................................................................................................1 1.1.Introdução............................................................................................................................1 1.2.Procedimento Experimental.................................................................................................3 1.2.1.Materiais......................................................................................................................3 1.2.2. Parte Experimental.....................................................................................................3 1.3.Resultados e Discussão........................................................................................................5 1.3.1. Motor Elétrico............. ..............................................................................................5 1.4.Conclusão............................................................................................................................7 1.5.Anexos.................................................................................................................................8 1.5.1. Motor Elétrico............. ..............................................................................................8 1.6.Referências.........................................................................................................................11 1 1.1. Introdução. Um motor elétrico é um dispositivo que transforma energia elétrica em mecânica, é o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da energia elétrica- baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando - com sua construção simples, custo reduzido, grande versatilidade às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos. A maioria dos motores elétricos trabalha pela interação entre campos eletromagnéticos, mas existem motores baseados em outros fenômenos eletromecânicos, tais como as forças eletrostáticas. O princípio fundamental em que os motores eletromagnéticos são baseados é que há uma força mecânica em todo o fio quando está conduzindo corrente elétrica imersa em um campo magnético. A força é descrita pela força de Lorentz e é perpendicular ao fio e ao campo magnético. Em um motor giratório há um elemento girando, o rotor. O rotor gira porque os fios e o campo magnético são arranjados de modo que um torque seja desenvolvido sobre a linha central do rotor. Este torque (momento) normalmente é produzido por forças magnéticas desenvolvidas entre os pólos magnéticos do rotor e aqueles do estator. Forças de atração ou de repulsão, desenvolvidas entre estator e rotor, puxam ou empurram os pólos móveis do rotor, produzindo torques, que fazem o rotor girar mais e mais rapidamente, até que os atritos ou cargas ligadas ao eixo reduzam o torque resultante ao valor zero. Após esse ponto, o rotor passa a girar com velocidade angular constante. Tanto o rotor como o estator do motor, devem ser magnéticos, pois são essas forças entre pólos que produzem o torque necessário para fazer o rotor girar. Figura 1. Motor elétrico aberto. 2 Existem dois tipos de motores: Motores de corrente contínua (DC): Conhecidos por seu controle preciso de velocidade, são motores de custo mais elevado e precisam de uma fonte de corrente contínua, ou um dispositivo que converta a corrente alternada em corrente contínua, um retificador. Motores de corrente alternada (AC) são os mais utilizados, porque a distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada, estima-se que 90% dos motores fabricados são motores de indução de gaiola. 3 1.2. Procedimento Experimental: 1.2.1. Materiais Necessários. Para que a atividade experimental fosse desenvolvida, foram necessários alguns componentes básicos de operação e trabalho. Dentre eles, temos: 1.2.1.1. Motor Elétrico. Material: Plugue em ponte, 8x (1) Cabo com conector banana, vermelho (17) Cabo com conector banana, azul (18) Potenciômetro 47 Ω (45) Contato Fixo (46) Contato Móvel (47) Motor Elétrico (48) Itens adicionais: Placa de circuito Fonte de Tensão, 6V DC Multímetro. 1.2.2. Parte Experimental. 1.2.2.1. Estudo do Motor Elétrico. 4 Foram inseridos os componentes nos soquetes da placa do circuito como ilustrado. Usando-se os cabos com conector banana, conectou-se o amperímetro no circuito na posição indicada. Posicionou-se o cursor do potenciômetro no terminal A. Foi aberta a chave S. Em seguida, conectou-se a fonte com a polaridade correta. Experimento – Parte 1: Foi fechada a chave S. Partiu-se o motor por meio de sua corda de partida. Após o motor funcionar por alguns minutos, moveu-se lentamente o cursor em direção ao terminal B e observou-se a velocidade do motor. Quando o motor parou completamente, abriu-se a chave novamente. Experimento – Parte 2: Inverteu-se os polos da fonte de alimentação. Moveu-se o cursor do potenciômetro novamente para o terminal A. Fechou-se a chave e partiu-se o motor novamente por meio da sua corda de partida. Observou-se o efeito da reversão de polaridade no comportamento do motor. Experimento – Parte 3: Bloqueou-se o motor lentamente com o dedo e observou-se o efeito da leitura no amperímetro. 5 1.3.Resultados e Discussão. 1.3.1. Estudo do Motor Elétrico. O circuito básico trabalhado no laboratórioé mostrado abaixo, percebendo que foi aplicada um fonte de tensão de 6 V e que o potenciômetro está ajustado para 47 Ω. Em termos práticos, chegamos as seguintes avaliações: Primeiramente antes de ligar qualquer motor elétrico, devemos observar a sua tensão de aplicação. A maioria dos motores já vem com as opções de mudança de tensão, que chamamos de fechamentos. Os motores elétricos para serviços rurais ou residenciais geralmente vem com um capacitor de partida e seis pontas para fechamento (depende do motor), as tensões destes motores sempre são 220 volts. Em termos experimentais, inicialmente foram inseridos os componentes nos soquetes da placa do circuito como ilustrado. Neste momento, teve-se o cuidado para não colocar os componentes nos soquetes errados. Foram usados os cabos com conector banana, conectando-se o amperímetro no circuito na posição indicada. Posicionou-se o cursor do potenciômetro no terminal A. Foi aberta a chave S. Em seguida, conectou-se a fonte com a polaridade correta. Como adendo, temos que os motores podem ser ligados com o acionamento de uma chave partida direta, sendo que essa chave se limita com a potência do motor e a demanda de sua rede. Essa chave permite que você controle o giro do motor para os dois lados. Ela também se limita à potência do motor e a demanda da sua rede por ser uma chave de partida direta. Com reversão, a chave compensadora é uma chave que usa um autotransformador que auxilia na partida do motor, possuindo taps de 65% a 80% que ajuda na partida de um motor evitando queda de 6 tensão e danos causados na rede devido ao pico de partida de um motor de potência elevada. Então, antes de se ligar um motor, é necessário conferir a potência, o consumo, o fator de serviço se estiver, a tensão de aplicação , a corrente nominal e a demanda de sua rede. Na parte 1 deste experimento, fizemos em termos práticos: Foi fechada a chave S. Partiu-se o motor por meio de sua corda de partida. Percebe-se que o motor possui uma velocidade de rotação constante. Após o motor funcionar por alguns minutos, moveu-se lentamente o cursor em direção ao terminal B e observou-se a velocidade do motor. Percebeu-se que o rotor do motor parou lentamente de funcionar. Quando o motor parou completamente, abriu-se a chave novamente. Na parte 2 desse experimento, realizamos a seguinte sequência prática: Invertemos os polos da fonte de alimentação. Não houve mudança na velocidade de rotação do motor. Movemos o cursor do potenciômetro novamente para o terminal A. Fechamos a chave e partimos o motor novamente por meio da sua corda de partida. Observamos o efeito da reversão de polaridade no comportamento do motor. Não houve mudança, continuou o motor funcionando normalmente. Na parte 3, fizemos o bloqueio lentamente do motor com o dedo e observamos efeito da leita no amperímetro. Percebe-se que a corrente elétrica aumenta, pois a fricção ou o atrito interfere no aumento da corrente. A corrente aumentou de um valor médio entre 0,5 A para 1,5-2,0 A. 7 1.4.Conclusão. Na prática realizada foi possível cumprir todos os experimentos proposto no roteiro. Também foi possível observar que ao mover o cursor do motor em direção ao terminal B, o rotor do motor parou de funcionar e ao trocar os polos da fonte de alimentação não ocorrerá mudanças, pois os polos não influenciam no comportamento do motor. Porém quando se aplica uma carga no motor a corrente aumenta. O motor construído está de acordo com o esperado. 8 1.5.Anexos. 1.5.1. Estudo do Motor Elétrico. 1. Como a velocidade do motor pode ser ajustada? Resposta: Podem funcionar com velocidades ajustáveis entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e precisão. Por isso seu uso é restrito a casos especiais em que estas exigências compensam o custo muito mais alto da instalação, ou no caso da alimentação usada ser contínua, como no caso das pilhas em dispositivos eletrônicos. 2. Como o sentido de rotação do motor pode ser determinado? Resposta: Se colocarmos uma bobina entre dois ímãs fixos, sem tocar neles, ela aponta seu pólo norte para o pólo sul do ímã e vice-versa. Mas, como os pólos da bobina são determinados pelo sentido da corrente que passa pelo fio, quando o invertemos, os pólos também se invertem o que faz com que a bobina se mova novamente. Se essa inversão da corrente for constante, ela não para de girar. 3. Como o motor elétrico responde à carga? Resposta: Em um motor elétrico tipo shunt, suponhamos que a carga no eixo do motor é elevada. Então o torque da carga excederá o torque desenvolvido da máquina, e dessa forma ocorrerá uma redução da velocidade. Acontece que quando a velocidade do motor diminui, há uma queda na tensão interna EA = Kφω. Entretanto, a corrente de armadura IA = (VT – EA )/RA aumenta. Como a corrente de armadura aumenta, o torque desenvolvido no motor aumenta Tdes = KΦIA . E finalmente, o torque desenvolvido igualará ao torque da carga em uma velocidade mecânica de rotação menor. 4. Como a energia é fornecida para bobinas do rotor? Resposta: O funcionamento dos motores elétricos está baseado nos princípios do eletromagnetismo, mediante os quais, condutores situados num campo magnético e atravessados por corrente elétrica, sofrem a ação de uma força mecânica, força essa chamada de torque que fornecem a energia necessária para as bobinas do rotor. 5. Como o rotor é feito para girar continuamente? Resposta: O rotor do motor precisa de um torque para iniciar o seu giro. Este torque (momento) normalmente é produzido por forças magnéticas desenvolvidas entre os polos magnéticos do rotor e aqueles do estator. Forças de atração ou de repulsão, desenvolvidas entre estator e rotor, 9 'puxam' ou 'empurram' os polos móveis do rotor, produzindo torques, que fazem o rotor girar mais e mais rapidamente, até que os atritos ou cargas ligadas ao eixo reduzam o torque resultante ao valor 'zero'. Após esse ponto, o rotor passa a girar com velocidade angular constante. Tanto o rotor como o estator do motor devem ser 'magnéticos', pois são essas forças entre polos que produzem o torque necessário para fazer o rotor girar. Porém, mesmo que ímãs permanentes sejam frequentemente usados, principalmente em pequenos motores, pelo menos alguns dos 'ímãs' de um motor devem ser 'eletroímãs'. Um motor não pode funcionar se for construído exclusivamente com ímãs permanentes. 6. Qual o nome dado ao mecanismo que inverte o fluxo de corrente nas bobinas do rotor? Resposta: O motor 'girará' corretamente quer seja alimentado por corrente contínua ou corrente alternada. A diferença notável entre motor universal e motor DC é que se você alimentar o motor universal com fonte DC, ele não inverterá o sentido de rotação se for invertida a polaridade da fonte (como acontece com o motor DC), continuará a girar sempre no mesmo sentido. Para realmente inverter o sentido de rotação de um motor universal deverá inverter as ligações nos eletroímãs dos estatores para inverter seus pólos. 7. Qual é o princípio de um motor elétrico? Resposta: Todo motor elétrico é movido pelo princípio do eletromagnetismo, mediante os quais condutores situados num campo magnético e atravessados por correntes elétricas sofrem a ação de uma força mecânica, ou eletroímãs exercem forças de atração ou repulsão sobre outros materiais magnéticos. Destaforma, um campo magnético pode exercer força sobre cargas elétricas em movimento. Como uma corrente elétrica é um fluxo de cargas elétricas em 10 movimento num condutor, sendo assim, todo condutor imerso num campo magnético sofre a aplicação de uma força. Para que o movimento aconteça, é preciso que haja uma interação entre os campos magnéticos de um estator (parte fixa do sistema) e um rotor (parte móvel). 11 1.6.Referências Bibliográficas. 1) BOYLESTESTAD, ROBERT L. 1998. Introdução a análise de circuitos.8ª. Rio de Janeiro . Editora Prentice-Hall do Brasil. 2) CAPUANO, Francisco Gabriel; MARINO, Maria Aparecida Mendes. Laboratório de Eletricidade e Eletrônica. 24a ed. São Paulo. Érica, 2008. ISBN 978-85-7194-016-1. 3) IRWIN, J. David. Análise de circuitos em engenharia. 4ª ed. [S.I.]: Makron, 2000. 4) EDMINISTER, J.A. Circuitos elétricos. 2ª ed. [S.I.]: Ed. Makron, 1991. 5) ORSINI, Luiz de Queiroz; CONSONNI, Denise. Curso de circuitos elétricos: volume 1. 2. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2002. 286 p. ISBN 85-212-0308-X. 6) HAYT, William Hart; KEMMERLY, Jack E.; DURBIN, Steven M. Análise de circuitos em engenharia. 8. ed. Porto Alegre, RS: AMGH Ed., 2014. xix, 843 p. ISBN 9788580553833. 7) ALEXANDER, Charles K; SADIKU, Matthew N. O. Fundamentos de circuitos elétricos. Porto Alegre, RS: Bookman, 2003. (reimpressão 2006) 857 p.1 CD-ROM em bolso ISBN 85- 363-0249-6 8) DORF, Richard C.; SVOBODA, James A. Introdução aos circuitos elétricos. Rio de Janeiro, RJ: LTC-Livros Técnicos e Científicos, c2008. xxii, 795 p. ISBN 978-85-216-1582-8. 9)JOHNSON, David E.; HILBURN, John L.; JOHNSON, Johnny R. Fundamentos de análise de circuitos elétricos. 4. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC-Livros Técnicos e Científicos, c2000. 539 p. ISBN 8521612389.
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