ROTEIRO DE AULA PRÁTICA – CONVERSÃO ELETROMAGNÉTICA DE ENERGIA E MÁQUINAS ELÉTRICAS

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

CONVERSÃO ELETROMAGNÉTICA DE ENERGIA E MÁQUINAS ELÉTRICAS

1. UNIDADE U1 — CONVERSÃO ELETROMECÂNICA

Aula A4 — Dispositivos e Circuitos Transformadores

1.1 Objetivos

• Conhecer os transformadores ideais;
• Saber utilizar os instrumentos de medidas;
• Aplicar os conhecimentos sobre transformadores na ligação desses dispositivos.

1.2 Solução Digital

Laboratório Virtual Algetec

Caminho:
EXATAS > PRÁTICAS ESPECÍFICAS DE ENG. ELÉTRICA > POTÊNCIA: TRANSFORMADOR – ID 976

Os Laboratórios Virtuais Algetec possuem práticas roteirizadas associadas ao plano pedagógico da instituição de ensino, abrangendo laboratórios das áreas de engenharia e saúde. Os experimentos reproduzem, de forma virtual, práticas realizadas em equipamentos físicos.

1.3 Procedimentos Práticos e Aplicações

Procedimento/Atividade nº 1 — Transformador

Atividade proposta:
Analisar os esquemas elétricos e realizar a ligação e a leitura de variáveis de tensão no secundário de um transformador.

Etapa 1 — Compreendendo o experimento

• Acessar o Laboratório Virtual Algetec pelo link disponibilizado no AVA;
• Realizar um tour pelos menus das barras laterais para conhecer a interface da bancada e do laboratório;
• Utilizar a seção “Recomendações de Acesso” para melhor aproveitamento da experiência virtual;
• Caso necessário, utilizar o “Tutorial VirtuaLab” disponível no roteiro.

O simulador permite realizar experimentos práticos de forma segura e controlada, reproduzindo situações e configurações encontradas em um laboratório físico.

Conexão do primário

O objetivo é realizar as conexões no primário do transformador para operar em duas tensões diferentes:

• 127 V
• 220 V

O estudante deverá conectar os terminais F1, F2 e N ao transformador, conforme a tensão desejada.

Após realizar as conexões:

1. Verificar se os terminais estão corretamente conectados;
2. Realizar a medição da tensão utilizando o multímetro;
3. Observar o feedback apresentado pelo simulador;
4. Corrigir eventuais erros de conexão;
5. Realizar os ensaios e verificar o funcionamento do sistema.

Observação: O simulador permite identificar erros de conexão, inclusive situações de curto-circuito, possibilitando a correção antes da continuidade do experimento.

1.4 Avaliação dos Resultados

Entregar um relatório contendo os prints dos resultados dos acionamentos, relatando detalhadamente o funcionamento de cada dispositivo utilizado.

Questões

1. Quais são as diferenças nas conexões do primário de um transformador quando operando em 127 V e 220 V?
2. Como realizar a adaptação de um transformador para funcionar em uma tensão de 127 V para uma tensão de 220 V no primário?

Checklist

• ✓ Realizar a ligação do lado primário do transformador;
• ✓ Realizar a aferição da tensão no lado secundário;
• ✓ Analisar o funcionamento do sistema.

1.5 Resultados

Ao final desta aula prática, deverá ser enviado um arquivo em Word contendo:

• Informações obtidas no experimento;
• Cálculos realizados;
• Texto conclusivo sobre as informações obtidas;
• Referências bibliográficas em formato ABNT, quando houver.

Tamanho máximo do arquivo: 2 MB.

Resultados de Aprendizagem

Neste experimento, será desenvolvida a capacidade de realizar a conexão do primário do transformador para operação em 127 V ou 220 V.

O transformador é um dispositivo elétrico utilizado para alterar os níveis de tensão em circuitos elétricos, permitindo que equipamentos funcionem de maneira eficiente e segura em diferentes condições.

2. UNIDADE U2 — INTRODUÇÃO ÀS MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS

Aula A3 — Máquinas Assíncronas de Corrente Alternada

2.1 Objetivos

• Conhecer as ligações estrela e triângulo;
• Saber analisar diagramas elétricos;
• Aplicar os conhecimentos sobre o fluxo de potência nos motores elétricos.

2.2 Solução Digital

Laboratório Virtual Algetec

Caminho:
EXATAS > PRÁTICAS ESPECÍFICAS DE ENG. ELÉTRICA > POTÊNCIA: MOTOR TRIFÁSICO – 6 TERMINAIS – ID 978

2.3 Procedimentos Práticos e Aplicações

Procedimento/Atividade nº 1 — Motor de Indução Trifásico

Atividade proposta:
Analisar esquemas elétricos e realizar a ligação das bobinas de motores de indução.

Os motores de corrente alternada (AC), também conhecidos como motores de indução ou trifásicos, são amplamente utilizados na indústria devido às suas características de distribuição por corrente alternada, vida útil e simplicidade.

Os motores trifásicos podem possuir diferentes quantidades de terminais, sendo os modelos de 6 e 12 terminais bastante comuns.

Nesta prática, será realizada a conexão de um motor trifásico de 6 terminais para alimentação em:

• 220 V
• 380 V

Procedimentos

1. Acessar o Laboratório Virtual Algetec pelo AVA;
2. Realizar um tour pela interface da bancada e do laboratório;
3. Observar as instruções apresentadas pelo tutor virtual;
4. Analisar os diagramas de conexão para 220 V e 380 V;
5. Realizar as conexões correspondentes;
6. Acionar o motor;
7. Verificar o funcionamento;
8. Observar o feedback do simulador;
9. Corrigir eventuais erros de conexão.

2.4 Avaliação dos Resultados

Entregar um relatório contendo os prints dos resultados dos acionamentos, relatando detalhadamente o funcionamento de cada dispositivo utilizado.

Questões

1. Quais são as cores padrão dos fios de alimentação em uma conexão trifásica de 220 V?
2. Para ligar um motor trifásico em uma tensão de 380 V, quais devem ser as medidas de segurança consideradas durante a instalação?

Checklist

• ✓ Realizar a ligação para tensão de 220 V;
• ✓ Realizar a ligação para tensão de 380 V;
• ✓ Analisar o funcionamento do sistema.

2.5 Resultados

Ao final da aula prática, deverá ser enviado um arquivo em Word contendo:

• Informações obtidas no experimento;
• Cálculos realizados;
• Texto conclusivo;
• Referências bibliográficas em ABNT, quando houver.

Tamanho máximo do arquivo: 2 MB.

Resultados de Aprendizagem

Neste experimento, será desenvolvida a capacidade de realizar ligações de um motor trifásico em 220 V e 380 V, além da compreensão do fluxo de potência para a conversão eletromecânica de energia.

Também serão exploradas as duas principais configurações de ligação:

• Estrela (Y): as extremidades dos enrolamentos são conectadas a um ponto comum;
• Triângulo (Δ): as extremidades dos enrolamentos são conectadas formando um circuito fechado.

3. UNIDADE U4 — MÁQUINAS DE INDUÇÃO

Aula A4 — Controle de Velocidade em Máquinas de Indução

3.1 Objetivos

Observar os parâmetros do motor quando se utiliza a partida direta.

3.2 Solução Digital

Laboratório Virtual Algetec

Caminho:
EXATAS > PRÁTICAS ESPECÍFICAS DE ENG. ELÉTRICA > POTÊNCIA: ACIONAMENTOS E PARÂMETROS DE GERAÇÃO – ID 176

3.3 Procedimentos Práticos e Aplicações

Procedimento/Atividade nº 1 — Desempenho de um Motor de Indução em Regime Transitório

Atividade proposta:
Simular a partida direta de um motor de indução trifásico, avaliando seus parâmetros de funcionamento em resposta transitória e permanente.

Montagem do experimento

Para esta prática, deverá ser montado o Esquemático 1 disponível no simulador.

Etapa 1 — Conexão da alimentação trifásica ao multimedidor

1. Acessar a Visão frontal;
2. Conectar o terminal R ao terminal L1 do multimedidor;
3. Conectar o terminal S ao terminal L2;
4. Conectar o terminal T ao terminal L3.

Etapa 2 — Conexão do multimedidor ao motor

Realizar as seguintes conexões:

• L1’ → U1
• L2’ → V1
• L3’ → W1

Etapa 3 — Fechamento em triângulo

Realizar as conexões:

• V1 → U2
• W1 → V2
• U1 → W2

Etapa 4 — Aterramento

Conectar o terminal terra da bancada ao terminal terra do motor.

Etapa 5 — Energização da bancada

1. Acessar a visão lateral;
2. Acionar o dispositivo DR;
3. Retornar à visão frontal;
4. Ligar a proteção;
5. Acionar o contator pelo botão “Liga”.

Etapa 6 — Coleta dos dados

Acessar o multimedidor e observar os parâmetros apresentados.

Os botões do multimedidor permitem visualizar:

• Tensão de linha;
• Tensão de fase;
• Corrente de linha;
• Frequência;
• Velocidade de rotação.

3.4 Avaliação dos Resultados

Entregar um relatório contendo os prints dos resultados da simulação, mostrando as diferentes telas exibidas pelo multimedidor durante a operação.

Questão

1. Verifique os parâmetros exibidos no multimedidor no momento da partida do motor. Algum deles sofreu variações significativas nos primeiros segundos após a partida? Caso algum parâmetro tenha sofrido variação, justifique esse comportamento.

Checklist

• ✓ Acessar o simulador;
• ✓ Conectar a alimentação trifásica ao multimedidor;
• ✓ Conectar o multimedidor ao motor trifásico;
• ✓ Realizar o fechamento do motor;
• ✓ Realizar o aterramento do motor;
• ✓ Energizar a bancada;
• ✓ Analisar os dados da simulação.

3.5 Resultados

Ao final da aula prática, deverá ser enviado um arquivo em Word contendo:

• Informações obtidas no experimento;
• Cálculos realizados;
• Texto conclusivo;
• Referências bibliográficas em ABNT, quando houver.

Tamanho máximo do arquivo: 2 MB.

Resultados de Aprendizagem

Ao final deste experimento, deverá ser possível compreender:

• O funcionamento do circuito de comando e de força de um contator;
• As possíveis aplicações desses equipamentos em instalações elétricas;
• A corrente de pico ocasionada pela partida direta do motor;
• A variação de corrente e torque no momento do acionamento.

4. UNIDADE U3 — MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA

Aula A4 — Controle de Velocidade de Máquinas CC

4.1 Objetivos

• Modelar e simular um motor de corrente contínua;
• Analisar o comportamento transitório do motor CC;
• Aplicar os conhecimentos sobre o funcionamento do motor de corrente contínua.

4.2 Solução Digital

Scilab

O Scilab é um software de código aberto para computação numérica, utilizado em engenharia, ciência e matemática.

Um de seus módulos é o Xcos, que permite a modelagem e simulação de sistemas dinâmicos por meio de diagramas de blocos.

O download do software pode ser realizado pelo site oficial do Scilab.

4.3 Procedimentos Práticos e Aplicações

Procedimento/Atividade nº 1 — Modelagem de Motor CC

Atividade proposta:
Construir um modelo de um motor CC no ambiente Xcos do Scilab.

O modelo será estruturado em um diagrama de blocos que representa a função de transferência do motor CC, incluindo os componentes e parâmetros necessários para a simulação.

Etapa 1 — Configuração Inicial

1. Abrir o Scilab;
2. Iniciar o Xcos;
3. Criar um novo diagrama no Xcos;
4. Preparar a área de trabalho para a construção do modelo.

Etapa 2 — Construção do Modelo

Utilizar os seguintes dados do motor CC:

Construção do diagrama

Tensão terminal

Inserir uma fonte de tensão contínua de 220 V para representar a tensão terminal do motor.

Bloco somador

Adicionar um bloco somador para representar as relações entre as variáveis do sistema.

Circuito de armadura

Adicionar um bloco de função de transferência para modelar o circuito da armadura.

Corrente de armadura (IA)

Utilizar um bloco de ganho com a constante construtiva 0,32, que multiplica a corrente de armadura para gerar o torque eletromagnético (Tm).

Torque de carga (Tc)

Adicionar um bloco de soma, considerando o torque de carga de 15 N·m, que será subtraído do torque eletromagnético.

Rotor mecânico

Adicionar um bloco de função de transferência para representar a dinâmica do rotor mecânico.

Velocidade mecânica (ω)

Conectar a saída do rotor mecânico a um bloco de saída para monitorar a velocidade mecânica do motor.

Etapa 3 — Configuração da Simulação

1. Montar o sistema conforme o diagrama de blocos proposto;
2. Inserir um clock para definir a base de tempo;
3. Configurar o tempo de simulação;
4. Executar a simulação;
5. Observar a resposta do motor CC.

Variáveis a serem monitoradas

• Corrente de armadura (IA);
• Torque útil (Tm − Tc);
• Velocidade mecânica (ω).

4.4 Análise dos Resultados

Registrar os resultados da simulação, incluindo os gráficos das variáveis monitoradas.

Analisar o comportamento do motor considerando:

• Resposta transitória;
• Regime permanente;
• Variações de corrente;
• Variações de torque;
• Velocidade mecânica.

Questões

1. Como a variação da tensão terminal afeta a velocidade mecânica do motor CC?
2. Qual é o impacto do torque de carga na resposta do motor?
3. De que maneira os parâmetros das funções de transferência influenciam a estabilidade e o desempenho do motor?

Checklist

• ✓ Realizar a construção do modelo;
• ✓ Realizar a configuração dos blocos;
• ✓ Analisar o funcionamento do sistema.

4.5 Resultados

Ao final da aula prática, deverá ser enviado um arquivo em Word contendo:

• Informações obtidas no experimento;
• Cálculos realizados;
• Prints da tela do Xcos;
• Configuração inicial do diagrama de blocos;
• Resultados obtidos;
• Gráficos das variáveis monitoradas;
• Texto conclusivo;
• Referências bibliográficas em ABNT, quando houver.

Tamanho máximo do arquivo: 2 MB.

Resultados de Aprendizagem

Neste experimento, será utilizado o Xcos, módulo do software Scilab, para simular o comportamento de um motor de corrente contínua (CC).

A atividade permite visualizar e compreender os princípios fundamentais do funcionamento de um motor CC, incluindo:

• Dinâmica de rotação;
• Resposta a variações de carga;
• Controle de velocidade;
• Comportamento transitório;
• Regime permanente;
• Relação entre corrente, torque e velocidade.