Um pouco sobre motores monofásicos - Parte 4 - Ensaios

    Neste post vou dizer como fazer o ensaio no motor monofásico, mas não só o tradicional com voltímetro, wattímetro e amperímetro ,mas também um outro método, que tive de quebrar a cabeça para criar, usando o voltímetro e osciloscópio, ferramenta mais familiar a quem trabalha com eletrônica, como no meu caso.

    Método1:

    Com os medidores em mãos, monte o circuito abaixo, esquema feito apenas para representar a montagem:

     Ligue o motor em 127V, sem carga no eixo, depois do motor entrar em regime, para o teste à vazio, anote os valores de tensão do voltimetro (Vv), potência ativa  no wattímetro (Pv) e corrente à vazio (Iv).

     Em seguida meça a resistência do enrolamento principal com um multímetro, esta é a R1, diretamente, como se chegou nesse resultado? Lembre-se que a medição de resistência é feita com corrente contínua, logo os Xm, além do X1 são curtos para frequência nula, ou seja, é medido o R1.
     Após isto, para o ensaio de rotor travado, desconecte o capacitor, e ao invés de alimentar o motor com a tensão da rede diretamente, coloque um transformador abaixador, afim de que a corrente de testes com o rotor travado chegue a um valor inferior, mas próximo da nominal, para isso, comece com o variac a 0V, e vá aumentando a tensão de saída até chegar na referida corrente.
     No meu teste com osciloscópio, testei vários transformadores que tenho, em ligações como autotransformador, até descobrir uma tensão que se aproximasse para a corrente desejada, neste teste, a tensão foi de 48V. Exemplo, com um transformador de 24+24V voce pode conseguir: 24V, 48V, 79V ou 103V, as duas últimas na ligação de autotransformador com rede a 127V.
     Lembrando que, neste teste, além de desligar o capacitor de partida, deverá travar o eixo, como não há torque de partida, isso não será problema. Depois disso anote os valores da corrente (Icc), tensão (Vcc) e potência ativa (Pcc).

      Do circuito equivalente:

   Para o teste com rotor travado, s=1, substituindo no circuito acima, a componente resistiva nessa situação fica:

Rcc=R1+R2    (1)

  

   A resistência de curto-circuito Rcc pode ser calculada dos dados desse teste por:

Rcc=Pcc/Isc²  (2)

   Com (2) feito e substituindo R1 do teste anterior, se encontra o R2.

   A retância de curto-circuito Xcc, substituindo s=1 no circuito, temos:

Xcc=X1+X2 (3)

    Como os valores de X1 e X2, desde que com as mesmas referidas ao estator, são próximos, consideramos iguais, logo:

X1=X2=(1/2)Xcc  (4)

     A impedância de curto-circuito também vem dos testes, do seguinte modo:

Zcc=Vcc/Icc   (5)

     Da teoria de impedâncias representadas sobre forma fasorial sai:

Xcc=sqrt(Zcc²-Rcc²)  (6)

     Fazendo (5) e aplicando em (6), com (2) previamente resolvida, obtemos Xcc e também X1 e X2.

     Para determinar o Xm, usamos o teste à vazio, antes é necessário descobrir o ângulo da impedância desta carga, da potência ativa à vazio:

Pv=Vv.Iv.cos(Av) (7)

      Basta usar e resolver usando o arco-cosseno para obter o ângulo Av. É necessária a impedância nessa condição sem carga, obtida por:

Zv=Vv/Iv  (8)

        Como à vazio, o motor está com velocidade muito próxima da velocidade síncrona, consideramos o escorrregamento s é muito próximo de zero, com isso, a resisência relativas ao escorregamento no sentido direto do campo, no circuito equivalent,e têm valor muito alto, ou seja, o circuito resultante nessa condição é apenas X1, Xm, (1/2)X2, R1 e (1/4)R2, logo para a reatância à vazio:

Xv=(1/2)(Xm+X2)+X1   (9)

        Além disso, Xm é dado pela relação dos circuitos elétricos:

Xv=Zv.sen(Av)  (10)

       Obtendo Zv de (8) e como (9) é igual a (10), já conhecidos os X1 e X2, resolvendo (10) se consegue o Xm.

      Método 2: Com o osciloscópio

      O método 2 consiste em se ligar um resistor de baixo valor, no meu caso 0,22Ω 5W, em série com o enrolamento principal.

      Com isto pronto, um canal do osciloscópio é colocado na tensão, e o outro ligado no resistor, com o multímetro na escala de tensão já também conectado.

      Ao contrário do primeiro setup não dá pra conseguir obter a corrente e a potência ativa diretamente, mas pode ser medida com o auxílio do resistor, como?

      As correntes são o valor da tensão medido no resistor dividido pela resistência, já conhecida, para as potências, antes de tudo, é necessário se medir o ângulo de deslocamento entre os fasores de tensão e corrente, isto é possível tranquilamente até com o osciloscópio analógico.

      Para isto, antes meça a amplitude da tensão que representa a corrente (Vitmax) adote algum ponto da tensão medida no enrolamento cruzando o zero, depois meça nesse exato ponto da tensão, a amplitude de Vit, como tudo é senóide, o ângulo de defasagem, que e o ângulo da impedância pode ser obtido por:

A=arcsen(Vit/Vitmax)   (11)

       Refaça as medições muitas vezes, afim de diminuir os erros causados pela leitura ruim na gratícula do osciloscópio, causada pelo erro da escala, obtido o ângulo de (11), usando a expressão clássica da potência ativa em (7), obtenha as potências.

       Resultados de um teste prático:

  

       Do meu exemplo feito em laboratório, motor de (1/2) Cv 110V, 4 pólos, marca WEG, do teste à vazio vem:

      Pv=170W,   Vv=110,4V e Iv=5,8A

      Do teste com rotor travado:

      Pcc=140W   Vcc=21,3V  e Icc=7,4A

      E a resistência do enrolamento é: R1=2,1Ω

      Fazendo as continhas aí acima, obtive:

      X1=0,64Ω  X2=0,64Ω  R1=2,1Ω  R2=0,5Ω  Xm=34,7Ω

     Como esperado, X1 e X2 menores que Xm

     Bom, com isso encerro a série de posts, afim de introduzir aos motores monofásicos, se estiver escrevendo algo NÃO DEIXE DE CITAR meu blog em suas referências!!!

     Minhas referências foram as seguintes:

[1] P. S. Bimbhra - “Generalized Theory of Electrical Machines”, Ed. Khanna Publishers, 2011.

[2] E. R. Collins, “Torque and Slip Behavior of  Single-phase Induction Motors Driven from Variable-Frequency Supplies” - IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 28, No. 3, May/June 1992.

[3] A.E. Fitzgerald, C. Kingsley Jr. e A. Kusko - “Máquinas Elétricas”, Ed. McGraw-Hill do Brasil, São Paulo, 1975.

  Por enquanto é só, comentem!!!