Energia x co-energia

W f=∫ idλ → Graficamente é a área SOBRE a curva (fluxo x corrente), isto é, a ENERGIA armazenada no acoplamento.

W c=∫ λdi → A área SOB a curva é denominada CO-ENERGIA. A co-energia pode ser útil na obtenção da expressão da força (ou conjugado) mecânica.

Em um sistema linear: W f=¿ W c

Máquina elétrica de corrente contínua

Parte mecânica fixa: ESTATOR

Enrolamento associado ao estator: CAMPO

Parte mecânica girante: ROTOR

Enrolamento associado ao rotor: ARMADURA

As máquinas CC são geradores que convertem energia mecânica em energia elétrica e motores que convertem energia elétrica em energia mecânica. As máquinas CC contém tensões e correntes CA em seu interior, porém têm sua saída CC graças ao comutador, mecanismo que converte as tensões CA internas em tensões CC em seus terminais.

Seu comportamento se dá devido as seguintes equações:

1) Equação da força induzida em um condutor na presença de um campo magnético. (BIL)

2) Equação da tensão induzida em um condutor que se desloca em um campo magnético.

3) Lei de Kirchoff das tensões.

4) Lei de Newton.

Partida de uma máquina CC (específica):

1) Quando é dada a partida, uma corrente é produzida (i = VB/R).

2) O fluxo de corrente produz sobre a barra uma força (F = ilB).

3) A barra é acelerada para a direita, produzindo uma tensão induzida (e ind) à medida que a velocidade aumenta.

4) Essa tensão induzida diminui o fluxo de corrente (i = (VB - eind)/R)

5) Dessa forma, a força induzida também é diminuída até que, no final, F = 0. Nesse ponto, eind = VB, i = 0 e a barra se deslocará sem carga com velocidade constante (Vss = VB/Bl).

A máquina funcionará assim, em regime permanente, até que uma força (Fcarga) seja aplicada à barra no sentido contrário do movimento.

1) Uma força (Fcarga) é aplicada em oposição ao sentido do movimento, o que causa uma força líquida (Flíq) que se opõe ao sentido desse mesmo movimento.

2) A aceleração resultante a = Flíq/m é negativa, de modo que a velocidade da barra diminui.

3) A tensão induzida diminui, portanto a corrente aumenta.

4) A força induzida aumenta, até que se iguale a Fcarga com uma velocidade “v” menor.

5) Uma quantidade de potência elétrica eind*i agora é convertida em potência mecânica Find*v e a máquina opera como motor.

Supondo agora que uma força (Fap) seja aplicada no sentido do movimento da máquina em regime permanente.

Agora, a força aplicada acelerará a barra no sentido do deslocamento e a velocidade v da barra aumentará. À medida que a velocidade aumenta, a tensão induzida também crescerá e será maior que a tensão VB, nesse caso a corrente inverte o sentido.

Um problema nas partidas na máquina linear é que como no momento inicial a velocidade da barra é zero, de modo que a tensão induzida também é zero, a corrente na partida é muito elevada (10 vezes a corrente nominal da máquina). Tais correntes podem danificar gravemente um motor.

Para evitar esse tipo de problema, o método mais fácil é inserir uma resistência extra no circuito durante a partida.

As alimentações dos enrolamentos de campo e armadura da MCC podem ser do tipo:

- independente;

- série;

- derivação (paralela);

- série-derivação (composta);

Efeito da reação de armadura: O fluxo produzido pela corrente de armadura atenua o fluxo na primeira metade de um dado polo do campo e reforça o fluxo na outra metade do polo, tornando a densidade de fluxo ao longo da face polar não homogênea.

Máquina de indução trifásica

Parte mecânica fixa: ESTATOR

Enrolamento associado ao estator: ARMADURA

Parte mecânica girante: ROTOR

Enrolamento associado ao rotor: GAIOLA OU BOBINADO

Relação entre o ângulo elétrico e o ângulo mecânico em uma dada máquina é dada por:

θe=P2θm

θe = ângulo elétrico;

θm= ângulo mecânico;

P = número de polos

Velocidade síncrona: É a velocidade do campo magnético girante. É definida pela frequência de alimentação da rede elétrica, através da seguinte expressão,

nsinc = (120/P)fe

fe = frequência da rede de alimentação;

P = número de polos;

Escorregamento: É a diferença numérica entre a velocidade síncrona e a velocidade mecânica de rotação do rotor. Comumente expressa como erro relativo percentual,

S = (nsinc – nm)/nsinc * 100%

Frequência elétrica do rotor ou de escorregamento: É a frequência das tensões das tensões e correntes induzidas no rotor.

P/ nsinc = 0 => S = 1 (fr = fse)

P/ nsinc = nm => S = 0 (fr = 0)

Efeito do torque na velocidade da MIT: A todo instante apesar da velocidade mecânica do rotor, pelo escorregamento, diferir da velocidade síncrona do campo magnético girante do estator, velocidade dos campos (girante) do rotor é, também, numericamente síncrona, mas composta por duas velocidades sobrepostas. A velocidade mecânica do rotor soma-se a frequência de escorregamento de modo que para um referencial no estator, o rotor gira com a mesma velocidade.

Máquinas síncronas

Aplicações: Motora ou gerador, sendo mais usada como gerador.

Construção: Mecanicamente, sua parte fica é denominada estator e o enrolamento associado é a armadura. Sua parte rotativa (móvel) é denominada rotor e o enrolamento associado é o campo.

Reação de armadura: Quando o rotor de um gerador síncrono é girado, uma tensão é induzida no enrolamento do estator do gerador. Se uma carga for

aplicada aos terminais do gerador, uma corrente circulará. Uma corrente trifásica circulando no estator produzirá um campo magnético na maquina. A tensão interna (induzida na armadura pelo fluxo do campo) está atrasado 90 graus do fluxo de campo que a origina.