DISCIPLINA: Créditos: 6 Caráter: Obrigatório Professor regente: Ály Ferreira Flores Filho UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA PLANO DE ENSINO (Provisório) PERÍODO LETIVO: 2007/2 ENG04407 - CONVERSÃO ELETROMECÂNICA DE ENERGIA I Carga horária: 4 horas teóricas, Prof. Ály Ferreira Flores Filho; 8 horas práticas, Prof. Paulo Sá. Pré-requisitos: ENG04032 - Análise de Circuitos III Horários: Turma A 4082/303/ Ály 5132/110/ Paulo Sá 6082/303/ Ály Turma B 4082/303/ Ály 5152/110/ Paulo Sá 6082/303/ Ály Turma C 4082/303/ Ály 5172/110/ Paulo Sá 6082/303/ Ály Turma D 4082/303/ Ály 5102/110/ Paulo Sá 6082/303/ Ály SÚMULA: Circuitos magnéticos. Transformadores. Conversão de energia no meio magnético. Excitação múltipla. Máquinas de corrente contínua. OBJETIVOS DA DISCIPLINA: Proporcionar ao aluno conhecimento a respeito dos princípios fundamentais de conversão eletromecânica de energia e sua aplicação ao estudo e modelagem de dispositivos eletromecânicos como atuadores, geradores e motores e transformadores, bem como instruí-lo quanto aos procedimentos de análise, construção dos modelos analíticos, ensaios, ligações elétricas, montagem e realização de testes e experimentos e aplicações relacionadas. METODOLOGIA DE ENSINO: As aulas teóricas e práticas seguirão, na medida do possível, o cronograma estabelecido neste plano, podendo haver variações ao longo do tempo. Elas serão ministradas através de exposição dos conteúdos pelos professores, utilizando os meios disponíveis para tanto. A participação dos alunos em aula será estimulada através da formulação de perguntas a eles e deles aos professores, bem como através da discussão dos assuntos apresentados e da participação dos alunos na montagem e execução de experimentos. Como motivador do estudo e das atividades extra-aula, recomenda-se a realização dos exercícios sugeridos e dos temas que serão eventualmente enunciados em aula. E quando
for o caso, especial ênfase será dada a estes últimos, pois, de suas realizações, dependerá diretamente a solução de, pelo menos, uma questão em prova e recuperação. Os temas não serão resolvidos pelos professores da disciplina. Através disso, espera-se que o aluno procure pelas soluções de forma autodidata ou em grupo com seus colegas. Não será pedido relatório de aulas práticas. No entanto, poderá haver algumas questões em prova que dependerão diretamente de resultados obtidos em aula prática. Trabalhos relacionados aos laboratórios poderão ser solicitados. As provas serão realizadas de forma individual e sem consulta a qualquer tipo de material, exceto os resultados atingidos nas aulas práticas e obtidos pelo aluno na disciplina neste semestre letivo e os desenvolvimentos para temas propostos. Esses deverão ser certificados pelos professores da disciplina para poderem ser usados nas provas. Sugere-se como bibliografia básica da disciplina o livro L1 em BIBLIOGRAFIA BÁSICA neste plano de ensino. No entanto, os alunos serão estimulados a usar outras publicações. De forma também a propiciar a necessária prática no uso de uma língua estrangeira, o aluno deverá consultar literatura técnica em língua inglesa além daquela em língua portuguesa. A metodologia adotada visa proporcionar aos alunos condições de buscar soluções para as questões que lhes são colocadas. Especificamente, o aluno aprovado deverá poder identificar e analisar circuitos magnéticos, atuadores, máquinas de corrente contínua e transformadores, desenvolver os respectivos circuitos equivalentes, estabelecer suas limitações, realizar ensaios nos dispositivos referidos e interpretar os resultados dos mesmos. Informações relevantes e material de apoio para esta disciplina poderão ser obtidos em www.ufrgs.br/lmeae. SISTEMA DE AVALIAÇÃO: Serão realizados três exercícios de grau com questões que podem abranger os conteúdos desenvolvidos nas aulas teóricas, nas aulas práticas, nos temas e nos exercícios recomendados. Considere-se P1, P2 e P3 as notas referentes, ou seja, Pi, a cada exercício de grau, respectivamente. A nota média NM, que constituirá o argumento para aprovação na disciplina, será dada por NM = (P1+P2+P3)/3 Será considerado: a) APROVADO o aluno que obtiver 6,0 = NM < 7,5, com conceito C; 7,5 = NM < 9,0; se uma de suas Pi < 6,0, o conceito final inicialmente atribuído será C, mas poderá ser recuperado; se toda a sua Pi = 6,0 para o valor de NM definido aqui, o conceito será B; 9,0 = NM, com conceito A; b) EM RECUPERAÇÃO da menor Pi o aluno que obtiver NM < 6,0 e que tiver condições de, ao recuperá-la, conseguir NM = 6. A prova de recuperação versará sobre o conteúdo previsto para a prova que se pretenda recuperar. A nota da recuperação substitui a nota daquela prova, independente de seu valor. Qualquer aluno, mesmo que já
aprovado, poderá recuperar apenas uma nota mais baixa. O processo de avaliação se encerra com a realização de, no máximo, uma recuperação por aluno; somente poderão realizar a recuperação aqueles alunos que tenham matematicamente condições de aprovação final; c) REPROVADO com conceito D o aluno que obtiver NM < 6,0 depois de realizada a recuperação, ou que não tiver condições de alcançar NM = 6,0 mesmo se fizesse a recuperação; d) REPROVADO por falta de freqüência (FF) o aluno que obtiver freqüência inferior a 75%, do período de aulas ministradas no semestre, de acordo com o Regimento Geral da Universidade (RGU), Art. 134, É obrigatória a freqüência dos alunos às atividades didáticas, considerando-se reprovado aquele que, ao término do período letivo, houver deixado de freqüentar mais de 25 % (vinte e cinco por cento) da carga horária prevista no plano da disciplina. ATENDIMENTO AOS ALUNOS: Os professores da disciplina estarão à disposição para consultas em horários a serem oportunamente definidos por eles e informados aos alunos. BIBLIOGRAFIA BÁSICA: L1. Fitzgerald - Electric Machinery 6 th ed. ou Máquinas Elétricas, 6a. edição (edições anteriores do mesmo livro também podem ser usadas) L2. Chapman - Electric Machines Fundamentals 3 rd ed. L3. Chai Electromechanical Motion Devices L4. Gourishankar - Electromechanical Energy Conversion L5. Kosow - Máquinas Elétricas e Transformadores Os livros estão disponíveis na Biblioteca da Escola de Engenharia da UFRGS, muito embora em um número bastante limitado de cópias. Sugere-se que sejam usados de forma solidária para que o maior número de alunos possa ter acesso a eles. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO: 1. CIRCUITOS E MATERIAIS MAGNÉTICOS 1.1 Introdução. Grandezas em sistemas eletromecânicos e eletromagnéticos. 1.2 Propriedades dos meios magnéticos. Perdas magnéticas. Medição. 1.3 Ímãs permanentes na conversão de energia. 1.4 Análise de circuitos magnéticos. Modelagem. 1.5 Análise linear e não linear. Saturação e variação da permeabilidade. Estudo de casos. 2. PRINCÍPIOS DE CONVERSÃO ELETROMECÂNICA DE ENERGIA 2.1 Energia em sistemas eletromecânicos. Balanço energético. 2.2 Acoplamento magnético. Representação vetorial. Força eletromotriz (f.e.m.) e força magnetomotriz (f.m.m.).
2.3 Energia em sistemas magnéticos com excitação simples. 2.4 Determinação da força magnética: energia e co-energia. Trabalho virtual. 2.5 Sistemas magnéticos com múltipla excitação. Estudo de casos. 2.6 Força de Laplace. 3. MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA 3.1 Introdução a máquinas de corrente contínua (M.C.C.). 3.2 Aspectos construtivos. Enrolamentos. 3.3 Força eletromotriz de M.C.C. Curva de excitação. 3.4 Comutação. Sistema de excitação. Auto-excitação. 3.5 Conjugado: cálculo e medição. 3.6 Potência e rendimento. 3.7 Força magneto-motriz. Reação da armadura. Interpólos e enrolamento de compensação. 3.8 Geradores C.C. Regulação de tensão. 3.9 Motores C.C. Tipos e acionamento. Comportamento em regime permanente e transitório. 3.10 Partida. Variação de velocidade e de conjugado de motores C.C. Aplicações. 3.11 M.C.Cs. especiais. 4. TRANSFORMADORES 4.1 Transformador ideal. Relação de transformação. Modelagem. 4.2 O transformador a vazio. Excitação. 4.3 Efeito da corrente no secundário. Perdas. Reatâncias e circuitos equivalentes do transformador. 4.4 Ensaios a vazio e de curto-circuito. Tensão de curto-circuito. 4.5 Transformador sob carga. 4.6 Corrente de excitação e a terceira harmônica. Corrente transitória inicial (in rush). 4.7 Autotransformadores. Transformadores com enrolamentos múltiplos. Transformadores de medição. Transformadores de pulso. 4.8 Rendimento. 4.9 Aspectos construtivos. Polaridade. 4.10 Ligação em paralelo de transformadores monofásico. 4.11 Transformadores e bancos trifásicos. Aspectos construtivos. 4.12 Ligações. Corrente e tensão de terceira harmônica em transformadores e bancos trifásicos. 4.13 Ligação em paralelo de transformadores trifásicos. Famílias de defasagem angular. 4.14 Ligações especiais.
CRONOGRAMA: Semana Data Conteúdo Previsto 8/8/2007 Aula Teórica 1.1 1 9/8/2007 Aula Prática Fluxo, corrente, força e f.e.m. Conversão de energia. 10/8/2007 Aula Teórica 1.1, 1.2 15/8/2007 Aula Teórica 1.3 2 16/8/2007 Aula Prática Medidas magnéticas, curvas BxH e perdas. 17/8/2007 Aula Teórica 1.4, 1.5 22/8/2007 Aula Teórica 1.5 3 23/8/2007 Aula Prática - Dispositivos I. 24/8/2007 Aula Teórica 2.1 29/8/2007 Aula Teórica 2.2 4 30/8/2007 Aula Prática Dispositivos II e exercícios 31/8/2007 Aula Teórica 2.3 5/9/2007 Aula Teórica 2.4 5 6/9/2007 Aula Prática A definir 7/9/2007 FERIADO 12/9/2007 Aula Teórica 2.5 6 13/9/2007 Aula Prática Introdução a Máquinas C.C. Construção. Excitação a 14/9/2007 Aula Teórica 2.6 19/9/2007 PROVA P1 (abrange os itens 1.1 a 2.6) 7 20/9/2007 FERIADO 21/9/2007 Aula Teórica 3.1, 3.2, 3.3 26/9/2007 Aula Teórica 3.4, 3.5, 3.6 8 27/9/2007 Aula Prática Auto-excitação. Gerador C.C. sob carga. 28/9/2007 Aula Teórica 3.7, 3.8, 3.9, 3.10 3/10/2007 Aula Teórica 3.10, 3.11 9 4/10/2007 Aula Prática Partida, controle de velocidade e medição de conjugado. 5/10/2007 PROVA P2 (abrange os itens 3.1 a 3.11) 10/10/2007 Aula Teórica 4.1, 4.2 10 11/10/2007 Aula Prática - Construção de transformadores. Curva de Excitação. 12/10/2007 FERIADO 17/10/2007 Aula Teórica - 4.3 11 18/10/2007 Aula Prática Transformadores sob carga. Regulação 19/10/2007 Aula Teórica 4.4 24/10/2007 Semana acadêmica não haverá aula 12 25/10/2007 Semana acadêmica não haverá aula 26/10/2007 Semana acadêmica não haverá aula 31/10/2007 Aula Teórica 4.5 13 1/11/2007 Aula Prática TP e TC. Harmônicas. Corrente in rush. 2/11/2007 FERIADO 7/11/2007 Aula Teórica 4.5, 4.6 14 8/11/2007 Aula Teórica 4.7, 4.8 9/11/2007 Aula Prática Construção/tipos de Trafos,TCs,TPs 14/11/2007 Aula Teórica 4.9, 4.10 15 15/11/2007 FERIADO Aula Prática Polaridade. Paralelismo monofásico. 16/11/2007 Aula Teórica 4.11 21/11/2007 Aula Teórica 4.11, 4.12 16 22/11/2007 Aula Prática - Ligações trifásicas I 23/11/2007 Aula Teórica 4.12 28/11/2007 Aula Teórica 4.13 17 29/11/2007 Aula Prática Ligações trifásicas II Defasamento angular
18 19 30/11/2007 Aula Teórica 4.14 5/12/2007 6/12/2007 PROVA P3 (abrange os itens 4.1 a 4.14) Aula Prática Apresentação Ensaios em Trafos: rotina/tipo 7/12/2007 RECUPERAÇÃO 12/12/2007 Reservada para as apresentações de Projetos de Diplomação e de Estágio Supervisionado 13/12/2007 Revisão de Notas Somente das 9h às 12h na secretaria do DELET 14/12/2007 Conceitos Finais SUGESTÃO DE EXERCÍCIOS EXTRA-AULA: Sugere-se que os alunos procurem fazer, no mínimo, os exercícios abaixo listados como forma de complementação ao estudo. Itens Livro: exercícios 1.1 a 1.5 L1: 1.1 a 1.35 L2: 1-1 a 1-20 L3: 1.1 a 1.28, 2.1 a 2.31 L4: 2-1 a 2-13, 3-1 a 3-24 2.1 a 2.6 L1: 3.1 a 3.34 L4: 5-1 a 5-13 3.1 a 3.11 L1: 4.16, 7.1 a 7.27 L2: 8-1 a 8-10, 9-1 a 9-30 L3: 4.1 a 4.31 L4: 8-1, 8-6 a 8-10 L5: 3-1 a 3-14, 4-1 a 4-21 4.1 a 4.14 L1: 2.1 a 2.37 L2: 2-1 a 2-23 L3: 3.1 a 3.33 L4: 4-1 a 4-24 L5: 13-1 a 13-36