Conversão Eletromecânica de Energia
Objetivos
Pretende-se que os alunos aprendam os conceitos fundamentais da Conversão de Energia em sistemas eletromecânicos.
Como máquinas conversoras estuda-se detalhadamente a máquina assíncrona, a máquina síncrona, e a máquina de corrente contínua, e as suas características como gerador e como motor.
Os alunos deverão ficar a conhecer o funcionamento destas máquinas de modo a poderem manobrar convenientemente com elas em ambiente industrial.
Caracterização geral
Código
11068
Créditos
6.0
Professor responsável
Pedro Miguel Ribeiro Pereira
Horas
Semanais - 5
Totais - 69
Idioma de ensino
Português
Pré-requisitos
Os alunos deverão ter:
- Frequência de Física III (Eletromagnetismo)
- Frequência de Eletrotecnia Teórica
e, portanto, conhecimento aduirido nas suas áreas indicadas.
Bibliografia
- Guru, B., Hiziroglu, H., Electric Machinery and Transformers, Oxford University Press, 3rd Ed., 2001
- Apontamentos de Máquina Assíncrona, prof. Ventim Neves, FCT/UNL
- Electromechanics and Electric Machines, S. A. Nasar
- Electric Machinery Fundamentals, Stephen J. Chapman
- Dynamic Simulation of Electric Machinery, C. M. Ong
- An Introduction to Electric Machines and Transformers, McPherson
Método de ensino
A matéria é lecionada em aulas teóricas e práticas, com o apoio da projeção de imagens e esquemas. Nas aulas práticas-laboratoriais os estudantes resolvem por si, com apoio do docente, problemas relacionados com a matéria exposta, ou executam trabalhos laboratoriais. São executadas provas escritas ao longo do semestre ou um exame final escrito, com questões teóricas e práticas.
Método de avaliação
Avaliação :
Inclui uma Componente teórico-prática (Comp. TP) e uma componente Prática (Comp. P), com pesos de 80% e 20%, respetivamente, para a classificação final. A nota obtida em cada compomente da avaliação, TP e P, terá que ser maior ou igual a 9,5 valores.
Comp. P - Composta pela realização de dois trabalhos de avaliação presenciais (práticos e escritos) em aula (TA1 e TA2), com peso de 10% cada, cuja nota obtida por média aritmética dos dois trabalhos (terá que ser maior ou igual a 9,5 valores, sendo obrigatória para a obtenção de frequência)
Comp. TP - Poderá ser feita por:
a) 3 Testes (T)
Nota Comp. TP = (0,30*T1 + 0,35*T2 + 0,35*T3) >= 9,5 val.
com T3 >= 7,0 val.
b) Exame Final (Ex) >= 9,5 val.
A nota final na disciplina será:
NF = (0,80*Comp.TP) + (0,10 * TA1 + 0,10 * TA2)
A nota de frequência à disciplina tem a validade de 2 anos (o ano em que foi obtida e mais 2).
Na realização de testes e/ou exame APENAS será permitido o uso de calculadoras numéricas.
Conteúdo
1. Conversão Eletromecânica de Energia: conceitos fundamentais
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Máquinas elétricas: domínio de aplicação e aspetos construtivos elementares;
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Revisões de conceitos fundamentais do eletromagnetismo;
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Princípio da conversão eletromecânica de energia; Energia elétrica, magnética e mecânica;
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Cálculo de forças e binários.
2. Máquina Assíncrona ou de Indução
- Esquema elétrico equivalente da máquina assíncrona; trânsito de energia e característica binário-velocidade;
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Esquema elétrico equivalente aproximado (em L), binário máximo desenvolvido e rendimento do motor;
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Ensaios da máquina;
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Controlo de velocidade;
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Tipos de motores de indução;
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Constituição, princípio de funcionamento, força eletromotriz e binário eletromagnético desenvolvidos. Tipos de enrolamentos usados;
- Classificação das máquinas CC;
- Gerador de corrente contínua (dínamo); característica interna (em vazio) da máquina, gerador de excitação independente, derivação, série e composta, e respetivas características externas, efeitos da reação magnética do induzido e como minimizá-los.
-
Motor de corrente contínua; princípio de funcionamento, motores de excitação independente, derivação e série, e respetivas características eletromecânicas; arranque do motor e controlo de velocidade.
4. Máquina Síncrona (Alternador)
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Principais tipos de máquinas síncronas: rotor cilíndrico (turboalternadores) e pólos salientes (hidroalternadores) e respetivas características gerais;
- Princípio de funcionamento de um alternador trifásico;
- Esquema equivalente da máquina de rotor cilíndrico, equação vetorial de funcionamento e diagrama de Behn-Eschenbourg;
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Paralelo da máquina síncrona com uma rede de capacidade infinita;
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Trânsito de energia ativa e reativa entre o alternador e a rede;
- Características internas e externas da máquina síncrona, incluindo curvas de regulação (ou em V);
- Equação vetorial de um alternador de pólos salientes; diagrama de Blondel; medição de Xd e Xq pelo ensaio de escorregamento;
- Estabilidade da máquina síncrona; binário sincronizante;
- Oscilações do rotor devido a uma variação brusca no pedido de carga; equação das oscilações sem e com amortecimento;
- Motor síncrono: métodos de arranque e a sua utilização como compensador síncrono de uma instalação elétrica.