Descobrindo o potencial dos testes regenerativos ou testes Hopkinson
Luciano Bertene
O teste regenerativo ou Hopkinson é um método especial para avaliar o desempenho e as características de grandes máquinas elétricas, como geradores e motores CC. Este teste é particularmente valioso para compreender o comportamento dos dispositivos sob condições de carga e fornece informações sobre eficiência, perdas e outros parâmetros críticos. No post anterior vimos como determinar a eficiência de máquinas DC por Teste de queimadura de suor. O método de teste regenerativo ou Hopkinson é outro método para determinar a eficiência de uma máquina DC. Este método economiza eletricidade e fornece resultados de máquina CC muito mais precisos. Precisamos de máquinas DC semelhantes e tensão de alimentação para realizar este teste.
Princípio de trabalho
Dois semelhantes Máquinas de derivação DC são acoplados mecanicamente e conectados em paralelo através da fonte de alimentação CC. Em ambas as máquinas, uma funciona como motor e outra como gerador variando a excitação do campo shunt. A energia elétrica fornecida ao motor de combustão interna é convertida em energia mecânica, o restante vai para as demais perdas do motor.
Esta energia mecânica convertida é entregue ao gerador. A energia elétrica produzida pelo gerador é devolvida ao motor, exceto a energia perdida como perda do gerador. Assim, a energia elétrica extraída da alimentação CC é a soma das perdas do motor e do gerador, que podem ser lidas diretamente através do amperímetro e do voltímetro. Como a potência de entrada da fonte de alimentação CC corresponde à energia necessária para equilibrar as perdas de duas máquinas, este teste só pode ser realizado com uma pequena quantidade de corrente.
Podemos estressar a máquina variando a intensidade do campo da máquina. Portanto, podemos determinar a perda total do dispositivo sob cada carga. O desempenho de comutação da máquina e o aumento de temperatura podem ser observados à medida que o dispositivo é testado sob condições de carga total.
Distribuição de carga para geradores shunt CC
A figura acima mostra o diagrama de circuito típico de um teste Hopkinson. Duas máquinas shunt CC semelhantes são acopladas mecanicamente e conectadas em paralelo através da fonte CC. Variando a intensidade do campo de cada máquina 1m, A máquina M pode funcionar como um motor e a máquina G pode funcionar como geradorO motor consome corrente I1 do gerador e corrente I2 da fonte de alimentação CC. Assim, a entrada de corrente para o motor é (I1+eu2). A energia elétrica da fonte DC é VEU2, que corresponde às perdas totais (perdas do motor e do gerador). A corrente de campo shunt do motor é I4, e o gerador sou eu3.
Cálculo
Seja V = tensão de alimentação
Entrada de potência do motor = V(I1 + eu2)
Entrada de energia do gerador = VI1
Podemos determinar a eficiência das máquinas DC em dois casos.
Assumindo eficiência igual da máquina
Assumindo perdas iguais de ferro, fricção e vento
Assumindo eficiência igual da máquina
Potência de saída do motor = η x potência de entrada do motor
= ηV(EU1+eu2)
Ou seja, potência de entrada do motor = entrada do gerador
Agora a saída do gerador = η x entrada do gerador
= η x ηV(I1 +eu2)
= η2V(EU1+eu2)
VI1 =η2V(eu1+eu2)
Saída do gerador η = √ {EU1 / (EU1+eu2)
A expressão acima determina a eficiência de forma satisfatória e perfeita para um teste aproximado. Se o caso precisar ser mais preciso, a eficiência das duas máquinas pode ser definida separadamente usando as seguintes expressões.
Assumindo perdas iguais de ferro, fricção e vento
Não há necessidade de presumir que a eficiência de ambas as máquinas seja a mesma. As duas máquinas DC não possuem o mesmo enrolamento de armadura e enrolamento de campo. No entanto, como ambas as máquinas são idênticas, as perdas no ferro, as perdas por atrito e as perdas na resistência do ar de ambos os dispositivos são as mesmas. Com base nisso, podemos determinar a eficiência de cada máquina.
RA = Resistência do enrolamento da armadura das máquinas individuais.
EU3 = Gerador de corrente de campo shunt G
EU4 = corrente de linha de derivação do motor M
Perdas de cobre na armadura do gerador = (I1+eu32)RA
Perdas de cobre da armadura do motor = (I1 + eu2 – EU42)RA
Perda de cobre no campo shunt em G = VI3
Perda de cobre no campo shunt em M = VI4
A energia consumida pela fonte DC é VI2 e corresponde às perdas totais do motor e do gerador.
VI2 = Perdas totais do motor e gerador
Para obter a perda de ferro, fricção e arrasto, subtraia a perda de cobre da armadura e a perda de cobre shunt de ambas as máquinas de VI2.
Perdas totais de 2 máquinas (M&G)
=VI2 – ((EU1+eu3)2RA + (eu1+eu2-EU42RA+VI3+VI4)) = W
Para determinar as perdas individuais da máquina, divida por 2
ou seja, perdas totais de cada máquina = C/2
Calculando a eficiência de um motor e gerador
Calcular a eficiência de um motor e gerador é fundamental para avaliar seu desempenho na conversão de energia elétrica e mecânica. A eficiência serve como um indicador valioso da eficácia com que essas máquinas funcionam.
Vamos nos aprofundar nos cálculos de eficiência do motor e do gerador:
A eficiência do motor
Potência do motor de entrada: A potência de entrada do motor é dada pela expressão V(I1 + I2), onde V é a tensão e I1, I2 são as correntes.
Perdas totais (Wm): As perdas totais no motor são calculadas como (I1 + I2 – I4²)Ra + VI4 + (W/2), onde Ra representa a resistência da armadura e W representa as perdas mecânicas.
Eficiência do motor (ηm): O rendimento do motor é calculado pela fórmula: ηm = (V(I1 + I2) – Wm) / (V(I1 + I2)).
Potência do motor de entrada = V(I1 + eu2)
Perdas totais = (I1+eu2-EU42)RA +VI4 + (Com 2)
= WM
A eficiência do motor ηM = (Entrada – Perdas) / Entrada
= (V(eu1+eu2) – CM) / (V(EU1+eu2))
A eficiência do gerador
Potência de saída do gerador: A potência de saída do gerador é dada por VI1, onde V é a tensão e I1 é a corrente.
Perdas totais (Wg): As perdas totais no gerador são calculadas como (W/2) + (I1 + I3²)Ra + VI3, onde Ra é a resistência de armadura e W são as perdas.
Eficiência do gerador (ηg): A eficiência do gerador é calculada como ηg = VI1 / (VI1 + Wg).
Potência de saída do gerador = VI1
Perdas totais = (W/2) + (I1+eu32)RA +VI3
= WG
Eficiência do gerador ηG =VI1 / (VI1+WG)
Conclusão
Em resumo, o teste regenerativo ou de Hopkinson é um meio eficaz de desbloquear o potencial de grandes máquinas elétricas, fornecendo informações precisas sobre a sua eficiência, perdas e características de desempenho sob diferentes condições de carga. Este método de teste especializado permite que engenheiros e pesquisadores tomem decisões informadas em relação ao projeto, operação e otimização de aplicações da máquina.
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