1.7 RESUMO 1.8 PROBLEMAS 56 MÁQUINAS ELÉTRICAS

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1 56 MÁQUINAS ELÉTRICAS Freqüentemente, é conveniente supor que a curva de magnetização CC desses materiais é linear, dentro do seu intervalo útil de operação, com uma inclinação igual à permeabilidade de recuo R Dada essa suposição, a curva de magnetização CC desses materiais pode ser escrita na forma (161) Aqui, H' c é a coercitividade aparente associada a essa representação linear Como pode ser visto na Fig 119, em geral, a coercitividade aparente é um tanto maior (isto é, um valor negativo mais elevado) do que a coercitividade H c do material porque a curva característica de magnetização CC tende a se dobrar para baixo nos valores baixos de densidade de fluxo 17 RESUMO Os dispositivos eletromecânicos que operam com campos magnéticos usam freqüentemente materiais ferromagnéticos para guiar e concentrar esses campos Como a permeabilidade magnética dos materiais ferromagnéticos pode ser elevada (até dezenas de milhares de vezes a do meio ambiente), a maior parte do fluxo magnético está confinada a caminhos muito bem definidos e determinados pela geometria do material magnético Além disso, freqüentemente as freqüências de interesse são baixas o bastante para permitir que os campos magnéticos sejam considerados quase-estáticos, e assim possam ser determinados simplesmente a partir do valor conhecido da FMM líquida que atua na estrutura magnética Nessas estruturas, como resultado, a solução dos campos magnéticos pode ser obtida de forma imediata usando-se as técnicas de análise dos circuitos magnéticos Essas técnicas podem ser usadas para se reduzir a solução complexa de um campo magnético tridimensional ao que é essencialmente um problema unidimensional Como em todas as soluções de engenharia, uma certa experiência e bom senso são necessários, mas a técnica fornece resultados úteis em diversas situações de interesse prático da engenharia Os materiais ferromagnéticos podem ser encontrados com uma ampla variedade de características Em geral, o seu comportamento é não-linear e suas curvas características B-H são freqüentemente representadas por famílias de laços B-H de histerese As perdas por histerese e por correntes parasitas são funções do nível de fluxo, da freqüência de operação e também da composição dos materiais e dos processos de fabricação usados Um entendimento básico da natureza desses fenômenos é extremamente útil na aplicação desses materiais em dispositivos práticos Tipicamente, as propriedades importantes estão disponíveis na forma de curvas características fornecidas pelos fabricantes de materiais Certos materiais magnéticos, comumente conhecidos como duros ou permanentes, os imãs, são caracterizados por valores elevados de coercitividade e de magnetização remanescente Esses materiais produzem um fluxo magnético significativo, mesmo em circuitos magnéticos com entreferros de ar Por meio de um projeto adequado, podem ser feitos para operar de forma estável em situações que os sujeitam a uma faixa ampla de forças desestabilizadoras e de valores de FMM Os imãs permanentes encontram aplicação em diversos dispositivos de pequeno porte como alto-falantes, motores CA e CC, microfones e instrumentos analógicos de medida 18 PROBLEMAS 11 Um circuito magnético com um único entreferro está mostrado na Fig 124 As dimensões do núcleo são:

2 CAPÍTULO 1 CIRCUITOS MAGNÉTICOS E MATERIAIS MAGNÉTICOS 57 FIGURA 124 Circuito magnético do Problema 11 Área da seção reta A c = 1, m 2 Comprimento médio do núcleo l c = 0,6 m Comprimento do entreferro g = 2, m N = 83 espiras Suponha que o núcleo tenha permeabilidade infinita ( ) e despreze os efeitos dos campos de fluxo disperso e os de espraiamento no entreferro (a) Calcule a relutância do núcleo c e a do entreferro g Para uma corrente de i = 1,5 A, calcule (b) o fluxo total φ, (c) o fluxo concatenado da bobina e (d) a indutância L da bobina 12 Repita o Problema 11 para uma permeabilidade finita no núcleo de = Considere o circuito magnético da Fig 124 com as mesmas dimensões do Problema 11 Supondo uma permeabilidade de núcleo infinita, calcule (a) o número necessário de espiras para obter uma indutância de 12 mh e (b) a corrente no indutor que resultará em uma densidade de fluxo de 1,0 T 14 Repita o Problema 13 para uma permeabilidade de núcleo de = O circuito magnético do Problema 11 tem um núcleo constituído de material não-linear cuja permeabilidade, em função de B m, é dada por onde B m é a densidade de fluxo do material a Usando o MATLAB, faça o gráfico de uma curva de magnetização CC para esse material (B m versus H m ), no intervalo 0 B m 2,2 T b Encontre a corrente necessária para se obter uma densidade de fluxo de 2,2 T no núcleo c Novamente, usando o MATLAB, faça o gráfico do fluxo concatenado da bobina em função da corrente de bobina, quando essa é variada de 0 até o valor encontrado na parte (b) 16 O circuito magnético da Fig 125 consiste em um núcleo e um êmbolo móvel de largura l e, ambos de permeabilidade O núcleo tem uma área de seção reta A c e um comprimento médio l c A área da sobreposição entre os dois entreferros é uma função da posição x do êmbolo, e pode-se assumir que varie de acordo com Você pode desconsiderar os campos de espraiamento no entreferro e usar aproximações consistentes com a análise de circuitos magnéticos

3 58 MÁQUINAS ELÉTRICAS FIGURA 125 Circuito magnético do Problema 16 a Supondo que, deduza uma expressão que forneça a densidade de fluxo magnético B g no entreferro, em função da corrente de enrolamento I e da posição variável do êmbolo (0 x 0,8X 0 ) Qual é a densidade de fluxo correspondente no núcleo? b Repita a parte (a) para uma permeabilidade finita 17 O circuito magnético da Fig 125 e do Problema 16 tem as seguintes dimensões: a Supondo uma permeabilidade constante de = , calcule a corrente requerida para se obter uma densidade de fluxo de 1,3 T no entreferro quando o êmbolo está completamente retraído (x = 0) b Repita os cálculos da parte (a) para o caso em que o núcleo e o êmbolo são constituídos de um material não-linear cuja permeabilidade é dada por onde B m é a densidade de fluxo do material c Para o material não-linear da parte (b), use o MATLAB para plotar a densidade de fluxo do entreferro em função da corrente de enrolamento para x = 0 e 0,5X 0 18 Um indutor com a forma da Fig 124 tem as dimensões: Área da seção reta A c = 3,6 cm 2 Comprimento médio do núcleo l c = 15 cm N = 75 espiras Supondo uma permeabilidade de núcleo de = e desprezando os efeitos do fluxo disperso e dos campos de espraiamento, calcule o comprimento de entreferro necessário para se obter uma indutância de 6,0 mh 19 O circuito magnético da Fig 126 consiste em anéis de material magnético dispostos em uma pilha de altura h Os anéis têm raios interno R i e externo R e Suponha que o ferro tenha permeabilidade infinita ( ), e despreze os efeitos de dispersão e de espraiamento magnéticos Para: R i = 3,4 cm R e = 4,0 cm h = 2 cm g = 0,2 cm

4 CAPÍTULO 1 CIRCUITOS MAGNÉTICOS E MATERIAIS MAGNÉTICOS 59 calcule: a o comprimento médio do núcleo l c e a área da seção reta A c b a relutância do núcleo c e a do entreferro g Para N = 65 espiras, calcule: c a indutância L d a corrente i requerida para que se opere com uma densidade de fluxo no entreferro de B g = 1,35 T e o fluxo concatenado correspondente λ da bobina 110 Repita o Problema 19 para uma permeabilidade de núcleo de = Usando o MATLAB, faça o gráfico da indutância do indutor do Problema 19 em função da permeabilidade relativa do núcleo quando essa varia de r = 100 até r = (Sugestão: Plote a indutância versus o logaritmo da permeabilidade relativa) Qual é a permeabilidade relativa mínima do núcleo para assegurar que a indutância esteja a menos de 5 por cento do valor calculado, supondo que a permeabilidade do núcleo seja infinita? 112 O indutor da Fig 127 tem um núcleo de seção reta circular uniforme de área A c, comprimento médio l c, permeabilidade relativa r, e um enrolamento de N espiras Escreva uma expressão para a indutância L 113 O indutor da Fig 127 tem as seguintes dimensões: A c = 1,0 cm 2 l c = 15 cm g = 0,8 mm N = 480 espiras Desprezando os campos de espraiamento e de dispersão e supondo r = 1000, calcule a indutância 114 O indutor do Problema 113 deve operar com uma fonte de tensão de 60 Hz (a) Supondo uma resistência de bobina desprezível, calcule a tensão eficaz no indutor que corresponde a uma densidade de fluxo de pico no núcleo de 1,5 T (b) Sob essa condição de operação, calcule a corrente eficaz e a energia armazenada de pico FIGURA 126 Circuito magnético do Problema 19

5 60 MÁQUINAS ELÉTRICAS FIGURA 127 Indutor do Problema Considere o circuito magnético da Fig 128 Essa estrutura, conhecida como pot-core, é constituída tipicamente de duas metades cilíndricas A bobina de N espiras é enrolada em um carretel e, quando as duas metades são montadas, ela pode ser facilmente inserida na coluna disposta no eixo central do núcleo Como o entreferro está no interior do núcleo e se este não entrar em saturação excessiva, um fluxo magnético relativamente baixo se dispersará do núcleo Isso faz com que essa estrutura tenha uma configuração particularmente atraente para uma ampla variedade de aplicações em indutores, como o da Fig 127, e também em transformadores Suponha que a permeabilidade do núcleo seja = e que N = 200 espiras As seguintes dimensões são especificadas: a Encontre o valor de R 3 para o qual a densidade de fluxo na parede externa do núcleo é igual àquela no interior do cilindro central b Na realidade, a densidade de fluxo diminui com o raio nas seções radiais do núcleo (as seções de espessura h) Mesmo assim, suponha que essa densidade de fluxo permaneça constante (i) Escreva uma expressão para a indutância da bobina e (ii) calcule-a para as dimensões dadas FIGURA 128 Indutor pot-core do Problema 115

6 CAPÍTULO 1 CIRCUITOS MAGNÉTICOS E MATERIAIS MAGNÉTICOS 61 c O núcleo deve operar com uma densidade de fluxo de pico de 0,8 T, em uma freqüência de 60 Hz Encontre (i) o valor eficaz da tensão induzida no enrolamento, (ii) a corrente eficaz na bobina, e (iii) a energia armazenada de pico d Repita a parte (c) para uma freqüência de 50 Hz 116 Uma forma de onda quadrada de tensão, com freqüência fundamental de 60 Hz e semiciclos positivos e negativos iguais de amplitude E, é aplicada a um enrolamento de 1000 espiras em um núcleo fechado de ferro de seção reta igual a 1, m 2 Despreze a resistência do enrolamento e todos os efeitos de fluxo disperso a Faça um esboço da tensão, do fluxo concatenado no enrolamento e do fluxo no núcleo, em função do tempo b Encontre o valor máximo admissível para E se a densidade máxima de fluxo não puder ser superior a 1,15 T 117 Um indutor deve ser projetado usando um núcleo magnético com a forma dada na Fig 129 O núcleo tem seção reta uniforme de área A c = 5,0 cm 2 e comprimento médio l c = 25 cm a Calcule o comprimento do entreferro g e o número de espiras N tais que a indutância seja 1,4 mh e de modo que o indutor possa operar com correntes de pico de 6 A sem saturação Suponha que a saturação ocorra quando a densidade de fluxo de pico do núcleo exceda a 1,7 T e que, abaixo da saturação, o núcleo tenha permeabilidade = b Para uma corrente de indutor de 6 A, use a Equação 321 para calcular (i) a energia magnética armazenada no entreferro e (ii) a energia magnética armazenada no núcleo Mostre que a energia magnética armazenada total é dada pela Equação Considere o indutor do Problema 117 Escreva um programa simples para projeto por computador, na forma de um script de MATLAB, que calcule o número de espiras e o comprimento do entreferro em função da indutância desejada O script deve ser escrito de modo que um valor de indutância (em mh) seja solicitado do usuário e que a saída seja o comprimento do entreferro (em milímetros) e o número de espiras O indutor deve operar com uma corrente senoidal de 60 Hz e deve ser projetado de modo que a densidade do fluxo de pico do núcleo seja 1,7 T, quando a corrente eficaz do indutor for igual a 4,5 A Escreva o seu script de modo que rejeite os projetos nos quais o comprimento do entreferro esteja fora do intervalo de 0,05 mm a 5,0 mm, ou para os quais o número de espiras seja menor do que 5 FIGURA 129 Indutor do Problema 117

7 62 MÁQUINAS ELÉTRICAS FIGURA 130 Enrolamento toroidal do Problema 119 Usando o seu programa, obtenha as indutâncias (a) mínima e (b) máxima (com o valor mais próximo em mh) que satisfaça às especificações dadas Para cada um desses valores, determine o comprimento de entreferro necessário, o número de espiras e a tensão eficaz correspondente ao fluxo de pico do núcleo 119 Um mecanismo proposto para armazenar energia consiste em uma bobina de N espiras, enrolada em torno de um grande núcleo toroidal de material não magnético ( = 0 ), como mostrado na Fig 130 Como se pode ver na figura, o núcleo tem uma seção reta circular de raio a e um raio toroidal r, medido até o centro da seção reta A geometria desse dispositivo é tal que o campo magnético pode ser considerado nulo em qualquer ponto fora do toro Supondo que a r, então pode-se considerar que o campo H no interior do toro esteja orientado acompanhando o toro e que tenha magnitude uniforme dada por Para um bobina com N = 1000 espiras, r = 10 m, e a = 0,45 m: a Calcule a indutância L da bobina b A bobina deve ser carregada com uma densidade de fluxo magnético de 1,75 T Para essa densidade de fluxo, calcule a energia magnética total armazenada no toro c Se a bobina tiver de ser carregada a uma taxa constante (isto é, di/dt = constante), calcule a tensão necessária nos terminais para que a densidade de fluxo requerida seja atingida em 30 s Suponha que a resistência da bobina seja desprezível 120 A Fig 131 mostra um indutor enrolado em um núcleo de seção reta retangular feito de chapas de ferro Suponha que a permeabilidade do ferro seja infinita Despreze o espraiamento e a dispersão magnética dos dois entreferros (comprimento total de entreferro = g) O enrolamento de N espiras é de fio de cobre isolado cuja resistividade é Ω m Suponha que uma fração f enr do espaço de enrolamento esteja disponível para o cobre e que o restante do espaço seja usado na isolação FIGURA 131 Indutor com núcleo de ferro do Problema 120

8 CAPÍTULO 1 CIRCUITOS MAGNÉTICOS E MATERIAIS MAGNÉTICOS 63 a Calcule a área da seção reta e o volume do cobre no espaço de enrolamento b Escreva uma expressão para a densidade de fluxo B no indutor, em termos da densidade de corrente J cobre no enrolamento de cobre c Escreva uma expressão para a densidade de corrente J cobre no cobre, em termos da corrente I do enrolamento, do número de espiras N e da geometria da bobina d Deduza uma expressão para a potência elétrica da dissipação na bobina, em termos da densidade de corrente J cobre e Deduza uma expressão para a energia magnética armazenada no indutor, em termos da densidade de corrente aplicada J cobre f A partir das partes (d) e (e), deduza uma expressão para a constante de tempo L / R do indutor Observe que essa expressão é independente do número de espiras da bobina e não se altera quando a indutância e a resistência da bobina são alteradas ao se variar o número de espiras 121 O indutor da Fig 131 tem as seguintes dimensões: O fator de enrolamento (isto é, a fração do espaço de enrolamento ocupado pelo condutor) é f enr = 0,55 A resistividade do cobre é 1, Ω m Quando a bobina opera com uma tensão aplicada CC constante de 35 V, a densidade de fluxo no entreferro é medida como sendo 1,4 T Encontre a potência dissipada na bobina, a corrente da bobina, o número de espiras, a resistência da bobina, a indutância, a constante de tempo e o diâmetro do fio, expresso pela bitola de fio mais próxima (Sugestão: A bitola do fio pode ser obtida com a expressão onde AWG é o diâmetro do fio, expresso em termos da norma American Wire Gauge, e A fio é a área da seção reta do condutor em m 2 ) 122 O circuito magnético da Fig 132 tem dois enrolamentos e dois entreferros Pode-se supor que o núcleo tenha permeabilidade infinita As dimensões do núcleo são indicadas na figura a Supondo que a bobina 1 esteja conduzindo uma corrente I 1 e a corrente na bobina 2 seja zero, calcule (i) a densidade de fluxo magnético em cada um dos entreferros, (ii) o fluxo concatenado do enrolamento 1 e (iii) o fluxo concatenado do enrolamento 2 FIGURA 132 Circuito magnético do Problema 122

9 64 MÁQUINAS ELÉTRICAS FIGURA 133 Circuito magnético simétrico do Problema 123 b Repita a parte (a), supondo uma corrente zero no enrolamento 1 e uma corrente I 2 no enrolamento 2 c Repita a parte (a), supondo que a corrente do enrolamento 1 seja I 1 e a corrente do enrolamento 2 seja I 2 d Encontre as indutâncias próprias dos enrolamentos 1 e 2, e a indutância mútua entre os enrolamentos 123 O circuito magnético simétrico da Fig 133 tem três enrolamentos Os enrolamentos A e B têm N espiras cada um e são enrolados nas duas pernas inferiores do núcleo As dimensões do núcleo estão indicadas na figura a Encontre a indutância própria de cada um dos enrolamentos b Encontre as indutâncias mútuas entre os três pares de enrolamentos c Encontre a tensão induzida no enrolamento 1 quando as correntes i A (t) e i B (t) dos enrolamentos A e B estão variando no tempo Mostre que essa tensão pode ser usada para medir o desequilíbrio (diferença) entre duas correntes senoidais de mesma freqüência 124 O gerador alternador da Fig 134 tem um êmbolo móvel (de posição x) montado de tal modo que desliza para dentro e para fora de uma estrutura magnética, conhecida como FIGURA 134 Gerador alternador do Problema 124

10 CAPÍTULO 1 CIRCUITOS MAGNÉTICOS E MATERIAIS MAGNÉTICOS 65 yoke, mantendo o espaçamento g constante nos dois lados entre o êmbolo e o yoke Esses dois podem ser considerados como tendo permeabilidade infinita O movimento do êmbolo está restringido de tal modo que sua posição limita-se a 0 x w Há dois enrolamentos nesse circuito magnético O primeiro enrolamento tem N 1 espiras e conduz uma corrente CC constante I 0 O segundo de N 2 espiras está em circuito aberto e pode ser conectado a uma carga a Desprezando os efeitos de espraiamento, encontre a indutância mútua entre os enrolamentos 1 e 2 em função da posição x do êmbolo b O êmbolo é acionado por uma fonte externa de tal modo que o seu movimento é descrito por onde 1 Encontre uma expressão para a tensão senoidal gerada como resultado desse movimento 125 A Fig 135 mostra uma configuração que pode ser usada para medir as características magnéticas do aço elétrico O material a ser testado é cortado ou perfurado, produzindo chapas em formato de anéis circulares que então são empilhadas (intercalando camadas isolantes para evitar a formação de correntes parasitas) Dois enrolamentos envolvem essa pilha de chapas: o primeiro, com N 1 espiras, é usado para produzir um campo magnético na pilha de chapas; o segundo, com N 2 espiras, é usado para captar o fluxo magnético resultante A exatidão dos resultados requer que a densidade de fluxo magnético seja uniforme dentro das chapas Isso é conseguido se a largura dos anéis t = R e R i for muito menor que o raio das chapas e se o enrolamento de excitação envolver uniformemente a pilha de chapas Para os propósitos desta análise, suponha que haja n chapas, cada uma de espessura Suponha também que o enrolamento 1 seja excitado com uma corrente i 1 = I 0 sen t FIGURA 135 Configuração para medição das propriedades do aço elétrico N de T: Alusão a canga, ou jugo, devido à sua forma

11 66 MÁQUINAS ELÉTRICAS a Encontre a relação entre a intensidade de campo magnético H nas chapas e a corrente i 1 no enrolamento 1 b Encontre a relação entre a tensão v 2 e a razão, no tempo, da variação de fluxo magnético B nas chapas c Encontre a relação entre a tensão v 0 = G v 2 dt e a densidade de fluxo Nesse problema, mostramos que a intensidade do campo magnético H e a densidade do fluxo magnético B nas chapas são proporcionais à corrente i 1 e à tensão v 2, por meio de constantes conhecidas Assim, no aço elétrico, B e H podem ser medidas diretamente e as curvas características B-H, como discutidas nas Seções 13 e 14, podem ser determinadas 126 Da curva de magnetização CC da Fig 110, é possível calcular a permeabilidade relativa r = B c /( 0 H c ) do aço elétrico M-5 em função do valor de fluxo B n Supondo que o núcleo da Fig 12 seja feito de aço elétrico M-5 com as dimensões dadas no Exemplo 11, calcule a densidade máxima de fluxo tal que a relutância do núcleo nunca exceda em 5 por cento a relutância do circuito magnético total 127 Para testar as propriedades de uma amostra de aço elétrico, chapas com a forma dada na Fig 135 foram estampadas a partir de uma chapa de aço elétrico de espessura igual a 3,0 mm Os raios das chapas são R i = 75 mm e R e = 82mm Elas foram montadas em uma pilha de 10 chapas (separadas por isolamento apropriado para evitar as correntes parasitas) com o propósito de testar as propriedades magnéticas, na freqüência de 100 Hz a O fluxo na pilha de chapas será gerado com uma fonte de tensão de 100 Hz de amplitude variável e 30 V de valor de pico (pico-a-pico) Calcule o número necessário de espiras N 1 do enrolamento de excitação para assegurar que se possa excitar a pilha de chapas até atingir uma densidade de fluxo de pico de 2,0 T b Com um enrolamento secundário de N 2 = 20 espiras e um ganho de integração G = 1000, observa-se que a saída do integrador é de 7,0 V pico-a-pico Calcule (i) o fluxo de pico correspondente da pilha de chapas e (ii) a amplitude correspondente da tensão aplicada ao enrolamento de excitação 128 As bobinas do circuito magnético mostrado na Fig 136 são conectadas em série de modo que os valores de FMM dos caminhos A e B tendam ambos a estabelecer fluxos na perna central C com o mesmo sentido As bobinas são enroladas com o mesmo número de espiras, N 1 = N 2 = 100 As dimensões são: Área das seções retas das pernas A e B = 7 cm 2 Área da seção reta da perna C = 14 cm 2 Comprimento do caminho A = 17 cm Comprimento do caminho B = 17 cm FIGURA 136 Circuito magnético do Problema 128

12 CAPÍTULO 1 CIRCUITOS MAGNÉTICOS E MATERIAIS MAGNÉTICOS 67 Comprimento do caminho C = 5,5 cm Entreferro = 0,4 cm O material é do tipo aço elétrico M-5 de 0,012 polegadas, com um fator de empilhamento de 0,94 Desconsidere o espraiamento e a dispersão a Quantos ampères são necessários para produzir uma densidade de fluxo de 1,2 T no entreferro? b Dada a condição da parte (a), quantos joules de energia são armazenados no campo magnético do entreferro? c Calcule a indutância 129 A seguinte tabela mostra dados da metade superior de um laço de histerese simétrico de 60 Hz para uma amostra de aço magnético: Usando o MATLAB, (a) plote esses dados, (b) calcule a área do laço de histerese em joules e (c) calcule as perdas no núcleo a 60 Hz em watts/kg A densidade do aço M-5 é 7,65 g/cm Suponha que o circuito magnético do Problema 11 e da Fig 124 seja construído de aço elétrico M-5 com as propriedades descritas nas Figs 110, 112 e 114 Suponha que o núcleo esteja operando com uma densidade de fluxo senoidal de 60 Hz e valor eficaz de 1,1 T Desconsidere a resistência do enrolamento e a indutância de dispersão Obtenha a tensão do enrolamento, a sua corrente eficaz e as perdas no núcleo, nessas condições de operação A densidade do aço M-5 é 7,65 g/cm Repita o Exemplo 18 supondo que todas as dimensões do núcleo sejam duplicadas 132 Usando as curvas de magnetização do samário-cobalto dadas na Fig 119, encontre o ponto de produto energético máximo e os valores correspondentes de densidade de fluxo e intensidade de campo magnético Usando esses valores, repita o Exemplo 110 substituindo o imã de Alnico 5 por um de samário-cobalto De quanto isso reduz o volume de imã necessário para se obter a densidade de fluxo desejada no entreferro? 133 Usando as características de magnetização do neodímio-ferro-boro dadas na Fig 119, encontre o ponto de produto energético máximo e os valores correspondentes de densidade de fluxo e intensidade de campo magnético Usando esses valores, repita o yy FIGURA 137 mostrada) Circuito magnético do alto-falante do Problema 134 (bobina móvel não

13 68 MÁQUINAS ELÉTRICAS Exemplo 110 substituindo o imã de Alnico 5 por um de neodímio-ferro-boro De quanto isso reduz o volume de imã necessário para se obter a densidade de fluxo desejada no entreferro? 134 A Fig 137 mostra o circuito magnético de um alto-falante de imã permanente A bobina móvel (não mostrada), produtora de som, tem a forma cilíndrica e se ajusta ao entreferro Um imã de samário-cobalto é usado para criar um campo magnético CC no entreferro Esse campo interage com as correntes da bobina móvel produzindo o movimento O projetista determinou que o entreferro deve ter raio R = 1,8 cm, comprimento g = 0,1 cm e altura h = 0,9 cm Supondo que a estrutura em yoke e a peça polar tenham permeabilidade magnética infinita ( ), encontre a altura h m e o raio R m do imã de modo que seja fornecida uma densidade de fluxo magnético de 1,2 T no entreferro, e seja requerido um volume mínimo de imã (Sugestão: Refira-se ao Exemplo 110 e à Fig 119 para determinar o ponto de produto energético máximo para o samário-cobalto) 135 No entreferro do circuito magnético da Fig 138, deseja-se obter uma densidade de fluxo magnético variável no tempo de acordo com onde B 1 = 0,5 T e B 1 = 0,25 T O campo CC B 0 deve ser criado por um imã de neodímio-ferro-boro, ao passo que o campo variável no tempo deve ser criado por um corrente variável no tempo Para A g = 6 cm 2, g = 0,4 cm e N = 200 espiras, encontre: a O comprimento de imã d e a área A m que permitirão obter a densidade de fluxo desejada no entreferro e minimizar o volume de imã b Os valores mínimo e máximo da corrente variável necessários para se obter a densidade de fluxo variável no entreferro Essa corrente irá variar de forma senoidal no tempo? FIGURA 138 Circuito magnético do Problema 135