Princípios de máquinas elétricas força induzida Um campo magnético induz uma força em um fio que esteja conduzindo corrente dentro do campo

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1 Princípios de máquinas elétricas Uma máquina elétrica é qualquer equipamento capaz de converter energia elétrica em energia mecânica, e vice-versa Principais tipos de máquinas elétricas são os geradores e os motores As máquinas elétricas funcionam devido ao mecanismo natural dos campos magnéticos. Os princípios de campos magnéticos nessas máquinas são: Um fio condutor de corrente produz um campo magnético em sua vizinhança Um campo magnético variável no tempo induzirá uma tensão em uma bobina, se esse campo passar através dessa bobina (fundamento da ação do transformador) Um fio condutor de corrente, na presença de um campo magnético, tem uma força induzida nele (fundamento da ação do motor) Um fio movendo-se na presença de um campo magnético tem uma tensão induzida nele (fundamento da ação do gerador)

2 Princípios de máquinas elétricas força induzida Um campo magnético induz uma força em um fio que esteja conduzindo corrente dentro do campo F = B. i. L. senθ B densidade de fluxo magnético i corrente no fio condutor L comprimento do fio θ ângulo entre fio condutor e o vetor densidade de fluxo

3 Princípios de máquinas elétricas tensão induzida Um campo magnético induz uma tensão em um fio condutor que se desloca dentro desse campo e ind = v. B. L. senθ B densidade de fluxo magnético v velocidade do condutor L comprimento do fio θ ângulo entre o vetor velocidade e o vetor densidade de fluxo

4 A máquina linear em CC Consiste de uma bateria, uma resistência e uma chave conectadas a um par de trilhos sem atrito Há um campo magnético constante ao longo do leito do trilho Uma barra de metal condutor está assentada sobre o trilho Equações da máquina: F = B. i. L. senθ e ind = v. B. L. senθ V B = e ind + ir F líq = m. a

5 A máquina linear em CC Ao ligar a chave, dá-se a partida na máquina, com uma corrente fluindo pelo circuito A corrente que flui pela barra condutora, dentro do campo, induz uma força para a direita. Com o movimento da barra dentro do campo, há indução de tensão na barra. Quanto mais a tensão induzida aumenta, mais a corrente diminui, até a força induzida e a corrente chegarem a zero. Movimento constante da barra para a direita i = V B e ind R F = i. L. B

6 A máquina linear como motor Uma força é aplicada em oposição ao sentido do movimento, o que causa uma força líquida que se opõe ao sentido desse movimento A aceleração resultante é negativa, de modo que a velocidade da barra diminui A tensão induzida diminui e, portanto, a corrente aumenta A força induzida aumenta até que se iguale à força da carga, com velocidade menor Potência elétrica e ind. i é convertida em potência mecânica F ind. v

7 A máquina linear como gerador Uma força é aplicada no sentido do movimento, o que causa uma força líquida que no sentido do desse movimento A aceleração resultante é positiva, de modo que a velocidade da barra aumenta A tensão induzida aumenta e, portanto, a corrente também aumenta A força induzida aumenta até que se iguale à força da carga, com velocidade maior Potência mecânica F ind. v é convertida em potência elétrica e ind. i

8 Partida da máquina linear Ex - Calcule a corrente de partida da máquina representada pela figura abaixo, quando a chave é ligada, em t = 0 s. Considere que a velocidade da barra sobre os trilhos é nula na partida

9 Motores CC reais partes da máquina Rotor (armadura): parte girante sobre o eixo da máquina. Envolto pelo enrolamento de armadura. Transporta energia proveniente da fonte Estator (campo): parte estática da máquina montada em volta do rotor. Envolto pelo enrolamento de campo. Produz um campo magnético fixo para interagir com o campo da armadura Comutador: realiza a inversão do sentido das correntes do enrolamento de armadura. Escovas: peças de grafite, conduzem energia para o circuito do rotor

10 Motores CC reais - funcionamento Fornece-se energia aos condutores do enrolamento de armadura pelo anel comutador, criando um campo magnético nos enrolamentos de armadura A tensão aplicada no enrolamento de campo produz pólos magnéticos por todo o estator, que permanecem fixos Com a máquina parada, a tensão aplicada no comutador é transferida ao enrolamento de armadura, produzindo corrente e campo magnético nesse enrolamento A orientação desse campo magnético da armadura tentará se alinhar com o campo magnético do estator, produzindo movimento no rotor (armadura) O movimento torna-se contínuo pois, quando o rotor gira, pela interação dos campos magnéticos, o comutador também gira, invertendo o sentido da corrente de armadura, mudando o sentido do campo magnético

11 Motores CC reais circuito equivalente Para estudar motores cc e dimensioná-los, utiliza-se um circuito equivalente As equações que regem o funcionamento desses motores são: E = n. φ. K a - força contraeletromotriz C = K m. φ. I A - conjugado mecânico P = U A. I. η n = U A I A R A K a.φ n rotação [rpm] φ fluxo magnético [Wb] K a e K m - constantes da máquina U A, I A e R A - tensão, corrente e resistência de armadura P potência útil [W]

12 Motores CC reais Aplicações e eficiência Motores CC são muito utilizados em aplicações que exigem pequena potência e em sistemas que já operam com CC. Automóveis, eletrodomésticos, computadores, etc. A eficiência de motores CC gira em torno de 90% de é dada por η = Pútil Parmadura As seguintes perdas devem ser consideradas: perdas no cobre, perdas nas escovas, perdas mecânicas, perdas no núcleo magnético e perdas suplementares

13 Motores CC reais Exercício Calcule a velocidade e a eficiência de um motor CC com circuito equivalente igual ao da figura. Considere Ua = 250 V, Ra = 1 ohm, E = 200 V, Ka = 75, fluxo = 2 mwb. Considere a potência útil do motor igual a 10 kw E = n. φ. K a C = K m. φ. I A P = U A. I. η n = U A I A R A K a.φ