Faculdade Patos de Minas Departamento de Engenharia Eltrica Converso Eletromecnica de Energia Prof. Thiago Vieira

Faculdade Patos de MinasDepartamento de Engenharia Eltrica

Converso Eletromecnica de Energia

Prof. Thiago Vieira1Ementa:Introduo a anlise de circuitos magnticos: princpios da converso eletromecnica de energia; Transformadores: tipos, ensaios, circuitos equivalente, regulao e rendimento, paralelismo de transformadores, transformadores de corrente e potencial, autotransformadores; Princpios de fundamentos de mquinas eltricas: mquinas de corrente contnua, mquinas de induo e mquinas sncronas.ObjetivosCompreender os fenmenos fsicos e as grandezas relacionadas aos circuitos magnticos e aos processos de converso eletromecnica de energia;Dominar e aplicar corretamente os conceitos associados converso eletromecnica de energia;Equacionar, sistematizar e resolver problemas relacionados a indutores circuitos magnticos e transformadores;Conhecer os fundamentos bsicos relativos construo, funcionamento e circuito eltrico equivalente das mquinas eltricas;Interpretar os resultados obtidos tantos em atividade tericas quantos laboratoriais, objetivando a verificao da consistncia destes.2

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5Utilizao das fontes de Converso Eletromecnica de Energia

Transformador de PotencialTransformador Trifsico

Transformador Monofsico

Transformador de Corrente6Utilizao das fontes de Converso Eletromecnica de EnergiaMicrofoneTacmetrosAutofalanteSensor de Velocidade Angular

7Utilizao das fontes de Converso Eletromecnica de EnergiaSensor de VazoSensor de PressoSensor de TemperaturaSensor de Velocidade

8Utilizao das fontes de Converso Eletromecnica de EnergiaVoltmetro/ Ampermetro analgicoFrequencmetro AnalgicoWattmetros AnalgicosMedidor de Energia

9Utilizao das fontes de Converso Eletromecnica de EnergiaMotores Especiais (CA e CC)Motor de InduoGerador SncronoMotor de Corrente Contnua

10Converso Eletromecnica de Energia

Parte I - Circuitos Magnticos e Materiais Magnticos11O IndutorEm termos gerais, a indutncia pode ser caracterizada como aquela propriedade de um elemento do circuito pela qual a energia pode ser armazenada num campo magntico.

Por definio: Qualquer elemento de circuito que possua a propriedade de indutncia um indutor. Indutncia a propriedade deste mesmo elemento passivo de circuito que permite o armazenamento de energia no campo magntico.

Um fator importante e diferenciador da indutncia que ela aparece num circuito apenas quando h uma corrente varivel. Desta forma, embora um elemento do circuito possa ter uma indutncia, em virtude de suas propriedades geomtricas e magnticas, sua presena no circuito s sentida quando houver variao da corrente no tempo.

12O Indutor

vL(t)iL(t)vL finito => iL = 0 em t=0 iL (0-)= iL (0)= iL (0+)O estado de energia no pode alterar instantaneamente!!!13O Indutor

Representao grfica do parmetro indutncia do ponto de vista do circuito14Indutores Lineares e No LinearesUm indutor linear aquele para o qual o fenmeno da indutncia independente da corrente. Esse o caso, por exemplo, do fluxo magntico produzido pela bobina circulando pelo ar. Quando se faz o fluxo passar atravs do ferro, para valores mais elevados de corrente, essas proporcionalidade deixa de existir. Neste caso, o indutor chamado de no-linear.

O ar o meio que no sofre saturao magntica*Trabalho de Converso (0,5 pontos): Definio, caractersticas fsicas de materiais magnticos, quanto a suas formas de magnetizao e permeabilidade magntica: Diamagnticos, Paramagnticos e Ferromagnticos.15O Indutor: Ponto de Vista da Energia16O Indutor: Ponto de vista Fsico17Analogia entre circuitos eltricos e magnticos

E= fora eletromotriz;

i=corrente eltrica;

R= resistncia eltrica propriedade intrnseca de cada material

VS.18Analogia entre circuitos eltricos e magnticos

VS.19Analogia entre circuitos eltricos e magnticos

VS.20Analogia entre circuitos eltricos e magnticosDesta expresso observa-se que a indutncia, assim como a resistncia, depende das dimenses fsicas e da propriedade magntica do meio. Assim o parmetro indutncia pode ser aumentado de 4 formas: aumentando o nmero de espiras; utilizando um ncleo de ferro de maior permeabilidade; Reduzindo o comprimento do ncleo;Aumentando a rea de sua seo transversal.21Analogia entre circuitos eltricos e magnticos22Exemplo:

23Ciclo de Histerese e Curva de Magnetizao24

24Ciclo de Histerese e Curva de MagnetizaoAgora, se cortinarmos aumentando a tenso, a fora magnetizante H ir do ponto a ao ponto b onde atinge o valor de sua saturao Hs, a ento comea a descreve um trajetria retilnea indicando atingir o ponto de saturao, isto , quando ocorre a saturao a densidade de fluxo no mais aumenta quando incrementamos a tenso;Se agora reduzirmos a fora magnetizante a zera, fazendo com que no circule mais corrente pelo enrolamento, a curva segue a trajetria de b at c. No ponto C existe uma densidade de fluxo diferente de zero no material, embora a fora magnetizante seja nula. Esta densidade de fluxo Br chamada de densidade de fluxo remanente e de carter permanente;Se o sentido da corrente for invertido, causando o aparecimento de uma fora magnetizante H, implicar em uma diminuio de B a medida que a intensidade de I aumentar. A densidade de fluxo atingir o valor zero quando H apresentar o valor de Hd. A fora magnetizante Hd necessria para anular a densidade de fluxo denominada fora coercitiva isto descrito pela curva de ponto c ao d;

2525Ciclo de Histerese e Curva de MagnetizaoSe continuarmos a aumentar a intensidade de campo magntico, novamente teremos achada o outro ponto de saturao Hs, descrito ento pela curva d ao e.Novamente, se invertermos o sentido da corrente e aumentarmos a fora da intensidade de campo, a figura ir descrever a trajetria e a f, encontrando novamente a densidade de fluxo remanente -Br, porm com sentido contrria quele encontrada anteriormente.Se ainda incrementarmos a corrente, iremos novamente entrar o ponto de saturao B, concluindo assim o lao de histerese e por conseguinte a curva de magnetizao.

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26Em CA, o ciclo de histerese acontece seguindo a seguinte lgica:27Ciclo de Histerese e Curva de Magnetizao

Ciclo de Histerese e Curva de Magnetizao28Curva de Magnetizao do MaterialCurvas BxH para diferentes materiais

28Curva para Exerccios29

Ciclo de Histerese e Curva de MagnetizaoCiclo de Histerese e Curva de Magnetizao30

Ciclo de Histerese de Material Amorfo vs. Ao Silcio30Perdas por Histerese31Portanto, a densidade de energia (energia por unidade de material magntico):

Graficamente temos:32Perdas por Histerese

33Perdas por HisteresePerdas por Foucault (Correntes Parasitas)34RelsDispositivo magntico que utiliza o movimento de uma armadura mvel ferromagntica para abrir ou fechar os contatos de um circuito eltrico de controle, por exemplo, a fim de controlar a quantidade de energia (fluxo de energia). um dispositivo normalmente acionado com relativamente pouca energia;Dispositivos de partida de motores em corrente contnua ou alternada so equipados com reles projetados para assegurar a correta operao dos motores durante as condies de partida ou de regime permanente;Tipos de rels:Rels de sobrecorrente;Rels de potncia;Rels trmicos;Rels de proteo;Rels de bloqueio;Rels de abertura;Rels de abertura temporizada

3536Rels37RelsRels38

Para se compreender como um trabalho mecnico pode ser feito pela retirada da energia armazenada no campo magntico, considere o circuito indicado na Fig. 1-22, que mostra a constituio bsica de um rele eletromagntico;Consiste em uma bobina de excitao colocada num ncleo ferromagntico fixo e equipado com um elemento mvel chamado de armadura de rel;O rel energizado por meio de uma fonte de tenso fixa constate, atravs de um resistor ajustvel R.39Rels

40RelsRel41Rel42Rel CAQuando o rel est energizado por uma fonte ca, o fluxo dever permanecer essencialmente constante, independentemente da relutncia do circuito magntico;Neste caso, a corrente automaticamente se ajusta para atender as necessidades magneto motrizes do circuito magntico,Quando a armadura do rele se move em circunstncias que requerem a operao com fluxo constante, a curva B-H para o circuito magntico nas posies aberta e fechada do rele podem agora ser representadas pela Fig. 1-23;

43Rele CA44

Rele CA45