Vantagens da conversão em energia elétrica:

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2 Enera prmára Usna (onversão) Transmssão e Dstrbução Eletrôna de Potêna Uso Fnal (onversão) Fóssl ulear Solar Térma Meâna Elétra Elétra Meâna Hdro Eóla Solar(PV) Célula de Combustível Aonamentos Elétros Industras Elétra Térma Químa Vantaens da onversão em enera elétra: Geração om alta efêna; Transporte om baxas perdas, dstrbução smples e usto aetável; Conversão: faldade e flexbldade

3 Força ϕ Trabalho: W F..os( ϕ) Undade: J (Joule).m Capadade de realzar trabalho undades: J (Joule) W.s (Watt.seundo) Enera elétra: undades: kwh (qulowatt-hora) 3,6.0 6 J (Joules) Enera meâna: enera néta enera potenal Enera térma: E E n pot mv I.ω mh undades: al (alora) 4,86 J (Joules) BTU (undade térma nlesa), J (Joules)

4 Defnção: taxa de varação do trabalho exeutado W P t E t Undade: W (Watt) J/s (Joule/seundo) Outras undades: hp (horse-power) 745,7 W v (avalo-vapor) 735,3 W Potêna elétra: Potêna atva (P): é a taxa de varação da enera elétra (W); Potêna reatva (Q): está assoada a eneras armazenadas em ampos elétros ou manétos. ão realza trabalho!!!!!!! (VAr); Potêna aparente (S): é o efeto ombnado da rulação de potêna atva e de potêna reatva em um ruto elétro (VA);

5 Sstemas Monofásos S P + Q S V.I P V.I.os ϕ Q V.I.sen ϕ Sstemas Trfásos S P + Q S P Q 3.V 3.V 3.V lnha lnha lnha.i.i.i lnha lnha lnha 3.V fase.i fase osϕ 3.V sen ϕ 3.V fase fase.i.i fase fase osϕ sen ϕ!

6 # Perdas em enera ou em potêna Enera ou Potêna Entrada SISTEMA Saída Enera ou Potêna η Saída Entrada Entrada Perdas Entrada Sada Sada + Perdas "

7 Potêna ou enera dsspada em forma de alor: Perdas meânas por atrto; Perdas joulas ou ôhmas nas resstênas elétras; Perdas manétas por hsterese ou orrentes de Fouault; Perdas adonas (harmônos, efeto pelular, et) Potêna ou enera utlzada para ventlação Perdas delétras $

8 &'( Varação de uma randeza em um sstema em função do arreamento; eulação de tensão: Impato da varação da orrente sobre a tensão em um determnado sstema ou equpamento; Influêna da mpedâna do ruto; eulação de velodade: Impato da varação de onjuado (ou força) sobre a velodade de um determnado sstema ou equpamento; Influêna das perdas nternas em um sstema ou equpamento; V V vazo nom Tensão I nom Corrente w V vazo w w vazo nom V V nom nom nom w w vazo nom Velodade T nom Conjuado %

9 '( (* +', -.'/ Interação entre ampos elétros ou manétos Interação entre ampos e materas Manetostrção Pezoelétro )

10 '( (* +', -.'/ Armazenamento de enera elétra pode ser feto através de ampos elétros ou de ampos manétos; Armazenamento em Campos Manétos W ma µ 0 B 39,8.0 J/m Armazenamento em Campos Elétros 4 3 Máxma ndução: Tesla; 7 µ 4π.0 V. s / A. m 0 W ele. m ε0 E 39,8J / Loo Wma/Wele 0.000!!! 3 Máxma ampo elétro: 3000kV/m; ε 8,85.0 A. s / V. m Campos manétos são a forma usual de armazenamento eneréto para fns de Conversão de Enera 0

11 ' 0 Teora de Campos Teora eletromanéta Parâmetros dstrbuídos Dstrbução espaal de ampos Análse numéra Teora de Crutos Equações de rutos elétros Parâmetros onentrados Crutos aoplados

12 .'( # 0 + B D t B E t D J H ρ Le de Ampere/Maxwell Le de Faraday Le de Gauss t J E J ρ σ ) ( ) ( 0 0 M H H B P E E D dl B I df qe F + + µ µ ε ε Equações auxlares

13 .'( da B q da E da B dt d dl E da E t dl B S ε µ Le de Ampere/Maxwell Le de Faraday Le de Gauss t J E J ρ σ ) ( ) ( 0 0 M H H B P E E D dl B I df qe F + + µ µ ε ε Equações auxlares

14 .'(3-45 ' Problema: Analse de ampos manétos Consderação: As frequênas e dmensões dos problema analsados neste urso são tas que o termo de orrente de desloamento nas equações de Maxwell pode ser desprezado (termo assoado à rradação eletromanéta). C S H dl J da S B da 0 A nteral de lnha da omponente tanenal da ntensdade de ampo manéto H ao redor de um amnho fehado C é ual a orrente total que orta a superfíe S desrta por este ontorno. ão exste monopolo manéto.

15 89 A nteral de lnha da omponente tanenal da ntensdade de ampo manéto H ao redor de um amnho fehado C é ual a orrente total que orta a superfíe S desrta por este ontorno. C H S!

16 ' / Estrutura omposta prnpalmente de materal manéto om alta permeabldade. O fluxo manéto fa onfnado na estrutura. "

17 .'(3-45 ' -/ J da Fmm S φ B da S C S H dl J da S B da 0 Força Manetomotrz [Ae] Fluxo manéto através da área S [Wb] φ B Fluxo manéto unforme na seção reta A Força manetomotrz Fmm H dl C Permeabldade H l B µ H µ H 7 µ 4π.0 H / m rµ 0 0 A $

18 % # Consderando o entreferro sufentemente pequeno e que o fluxo ruza o entreferro sem espalhamento. A B φ A B φ B l B H l H Fmm µ 0 µ + +

19 8 ' / Fmm l φ µ A + µ 0 A l µ A A µ 0 elutâna do ferro elutâna do entreferro Fmm φ ( + ) Fmm Fmm φ tot φ Ptot Fmm tot Permeâna )

20 8 ' / Se a relutâna do ferro for desprezível: Fmm µ 0 A µ 0 A φ Fmm

21 : '4 # O espalhamento oorre em sstemas reas. Se o espalhamento não for exessvo, o oneto de ruto manéto pode anda ser usado. O efeto do espalhamento sera um aumento da área da seção reta do entreferro (A )

22 ; 7'<'4 Le de Faraday A nteral de lnha da ntensdade de ampo elétro E ao redor de um ontorno fehado C é ual a taxa de varação temporal do ampo manéto que atravessa a área desrta pelo ontorno. Consequentemente, a varação do ampo manéto produz um ampo elétro em um amnho C. Se este amnho for ondutor e fehado, surrá uma orrente elétra. A orrente nduzda no loop tem dreção tal que o fluxo produzdo por esta se opõe à varação do ampo manéto (Le de Lenz). C E dl d dt S B da B (deresente) I I B (deresente)

23 ; 7'<'4 Pode-se dzer que a orrente que rula no ondutor fehado submetdo a um ampo manéto varável no tempo é ausada por uma tensão e. Esta tensão é hamada Força eletromotrz ou Tensão nduzda. C E dl d dt S B da e d B da dts dφ dt e d B da dts dφ dt dλ dt λ fluxo onatenado [Wb]

24 7' A ndutâna de um dspostvo é defnda omo a relação entre o fluxo onatenado e a orrente elétra que o produz. L λ tot tot tot Fmm L φ λ A µ 0 A A L 0 0 µ µ µ

25 ! 7'4 + φ Onde: 0 A µ 0 A µ ( ) A A L µ λ

26 0'4 4 µ 0 A φ B φ A µ 0 "

27 ( >? Materal Ferrte (Manets) Materal J Ferrte de alta permeabldade (Manets) $

28 # ( >? 7' 0 A l A 30 m 9 m 0,050 m 500 espras L l + µ A µ A 0 %

29 @ -? Fmm + Força manetomotrz total Fmm φ + λ ( ) µ 0A Fluxo resultante no núleo tot φ µ A µ A Fluxo onatenado pela bobna )

30 @ -? L L + λ A L A L 0 0 µ µ Indutâna própra da bobna Indutâna mútua entre as bobnas e 0 0 A A + µ µ φ λ Bobna : L L + λ A L A L L 0 0 µ µ

31 ; 7'<7' e L dφ dt λ dλ dt e d( L) dt L onstante: e L d dt L varável: d e L + dt dl dt

32 8< A potêna nos termnas do enrolamento é a medda do fluxo de enera para o dspostvo através deste enrolamento. dλ p e [W] dt A varação da enera manéta armazenada no dspostvo no ntervalo de tempo t a t é: W t pdt t λ λ dλ [J] λ λ λ Sstema om entrada úna: W dλ dλ ( λ λ ) λ λ L L λ W λ L 0 L

33 --/ Importâna dos materas manétos: Obtenção de densdades de fluxo elevadas om níves de força manetomotrz relatvamente reduzdos. Confnamento e dreonamento dos ampos manétos. Materas Ferromanétos: Tpamente ompostos de ferro e las de ferro om obalto, tunstêno, níquel, alumíno e outros metas. Materal omposto por um elevado número de domínos manétos, que estão dspostos aleatoramente se não exste uma força manetomotrz externa.

34 --/ T p m B Conjuado tende a alnhar o domíno om o ampo B 0 µ ( H + M )

35 --/ 6 A Clos B-H para aço elétro de rão orentado M-5 om expessura de 0.0!

36 --/ 6 '-<( Curva de manetzação para aço elétro de rão orentado M-5 om expessura de 0.0 "

37 -<( ' 0 - / 500 espras B T H Ae/m Fmm Fmm H l H l.0,3 3,3 Ae B 396 Ae µ 0 Fmm + Fmm 0,80 A $

38 -<( ' 0 - / 500 espras B T H Ae/m Fmm Fmm H l , Ae B H l 79 Ae µ 0 Fmm + Fmm 7,584 A %

39 4( 8 ( ) φ sn ωt A B sn t φ t ω e ( t) E max max max Fluxo senodal no núleo dφ ωφmax osωt Emax osωt Tensão nduzda na dt bobna ωφ πfa B max max E rms T e T 0 ( t) dt πfa Bmax )

40 '(

41 ' -/ 8 Potêna de entrada do dspostvo: Potêna reatva assoada à enera armazenada no ampo manéto (reatva): Enera não dsspada. Potêna útl (atva); Perdas (atva): esstvas, devdo às orrentes nos enrolamentos; esstvas, devdo às orrentes nduzdas no núleo (orrentes de Fouault); Hsterese manéta, devdo ao realnhamento dos dpolos manétos do materal. Ventlação.

42 ;# Aoplamento entre prmáro e seundáro através do fluxo manéto no núleo; Isolação alvâna; Transformador de potêna: Aço slío de rão orentado; Lamnação do núleo; Transformador de alta frequêna: Ferrtes; Permaloy; Entreferro dstrbuído.

43 ;# 6B( C< e dλ dt dφ dt ϕ Corrente de extação φ ( t) φ sn t max ω Fluxos de dspersão desprezados: v + ϕ e e E ( t) dφ ωφ dt πf φ max max osωt Desprezando φ max V πf m Corrente de manetzação

44 ;# Transformador deal: esstênas dos enrolamentos desprezíves; Todo o fluxo está onfnado no núleo e enlaça os dos enrolamentos; ão há perdas no núleo; A permeabldade do núleo é sufentemente alta tal que apenas uma força manetomotrz desprezível é neessára para o estabelemento do fluxo.

45 ! ;# dt d e v dt d e v φ φ v v 0 ϕ v Fmm 0 v v

46 " - ˆ Vˆ V ˆ Vˆ V ˆ ˆ I I ˆ ˆ I I ˆ ˆ ˆ ˆ I V I V Z Z Z Z

47 $ '4 -?' 0 m m l φ φ φ φ φ λ + + m m l φ φ φ φ φ λ + + l l φ l l φ m m φ m m φ

48 % '4 -?' 0 L L Defne-se: Indutâna própra da bobna : L L l +L m Indutâna própra da bobna : L L l +L m.. m m l m m l λ λ m m m m m l l l l L L L L L m. L..... L L L L + + λ λ

49 ;# & esstênas dos enrolamentos; Fluxos de dspersão; Correntes de extação; Capatânas; )

50 '.' ;# X X X l l m esstêna do enrolamento prmáro eatâna de dspersão de prmáro esstêna do enrolamento seundáro eatâna de dspersão de seundáro eatâna de manetzação Perdas no núleo!

51 ;# ;# Para sstemas trfásos equlbrados, os fluxos na perna entral se anelam; A perna entral pode ser elmnada; A onstrução () é em eral mas funonal: Pequeno desequlíbro devdo a relutânas dferentes vstas por ada fase; Este desequlíbro é em eral pequeno.!

52 ;# ;#!

53 @D* ', Objetvo: normalzação de todas as araterístas dos omponentes de um sstema elétro; Grandezas base: Potêna base: valor nomnal da potêna de saída (em VA) de um equpamento ou sstema; Tensão base: valor efaz de lnha (em V) do sstema elétro no ponto no qual um determnado equpamento está onetado; Corrente base: Potêna base/ ( 3.Tensão base) Impedâna base: Tensão base/ ( 3.Corrente base)!

54 @D* ', Proedmento: Seleonar uma potêna base e uma tensão base; Converter todas as randezas para pu; Soluonar o problema; Converter os resultados para varáves reas utlzando as bases defndas.!