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
Anabela Monteiro Gonçalves Pronto
Horas
Semanais - 4
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
A avaliação na disciplina poderá ser feita por:
a) 2 Minitestes (MT) + 2 Trabalhos laboratório (TL) onde:
Nota (MT) = (0,40*MT1+0,60*MT2) >= 9,5 val.
Nota (TL) = (0,50*TL1+0,50*TL2)>= 10,0 val. com TL1>= 10,0 val e TL2 >= 10,0 val
Nota Final = 0,75*Nota(MT) + 0,25*Nota(TL) >= 9,5 val.
b) Exame Final (Ex) + 2 Trabalhos laboratório (TL)
Nota Ex. Final >= 9,5 val.
Nota (TL) = (0,50*TL1+0,50*TL2)>= 10,0 val. com TL1>= 10,0 val e TL2 >= 10,0 val
Nota Final = 0,75*Nota(Ex.) + 0,25*Nota(TL) >= 9,5 val.
Num caso ou noutro, o aluno/a aprovará à disciplina se e só se a sua nota for igual ou superior a 9,5 valores (escala 0 a 20).
Se os docentes assim o entenderem, qualquer um dos elementos de avaliação poderá ser sujeito a uma discussão oral.
Apenas os alunos com a componente prática concluída no ano letivo anterior (2022/2023) estarão dispensados este ano letivo de a realizr de novo, caso assim o pretendam. Terão de informar o docente apenas no caso de quererem realizar de novo a componente laboratorial.
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.
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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.