Conversão de Energia II

Documentos relacionados
Conversão de Energia II

Conversão de Energia II

Departamento de Engenharia Elétrica Conversão de Energia II Lista 3

Conversão de Energia II

Máquinas Elétricas. Máquinas Síncronas Parte I. Geradores

Sétima aula de laboratório de ME5330. Outubro de 2011

Máquinas elétricas. Máquinas Síncronas

Conversão de Energia II

Conversão de Energia II

PUC-RIO CB-CTC. P3 DE ELETROMAGNETISMO quarta-feira. Nome : Assinatura: Matrícula: Turma:

Máquinas de Corrente Alternada (ENE052)

O campo girante no entreferro e o rotor giram na mesma velocidade (síncrona); Usado em situações que demandem velocidade constante com carga variável;

CIRCUITO EQUIVALENTE MAQUINA

Introdução às máquinas CA

Lista de Exercícios 2 (Fonte: Fitzgerald, 6ª. Edição)

São ondas associadas com elétrons, prótons e outras partículas fundamentais.

Sistemas de Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica.

Máquinas Elétricas. Máquinas CC Parte III

MÁQUINA SÍNCRONA FUNDAMENTOS DE MÁQUINAS SÍNCRONAS

Conversão de Energia II

ELETROTÉCNICA (ENE078)

Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina Departamento Acadêmico de Eletrônica Retificadores. Prof. Clóvis Antônio Petry.

SEL 329 CONVERSÃO ELETROMECÂNICA DE ENERGIA. Aula 20

Máquinas Elétricas. Máquinas CA Parte I

AULAS UNIDADE 1 MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS (MAE) Prof. Ademir Nied

Em um gerador síncrono, uma corrente contínua é aplicada ao enrolamento do rotor, o qual produz um campo magnético;

PEA 2404 MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS

CAPÍTULO 1 CONTROLE DE MÁQUINAS ELÉTRICAS (CME) Prof. Ademir Nied

Máquinas Elétricas. Máquinas CA Parte I

MÁQUINA DE INDUÇÃO FUNDAMENTOS DE MÁQUINAS DE CORRENTE ALTERNADA

PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS I 86 PARTE 2 MÁQUINAS SÍNCRONAS

Circuitos trifásicos

Departamento de Engenharia Elétrica Conversão de Energia II Lista 7

SISTEMAS ELÉTRICOS. CURTO CIRCUITO Aula 1 - Introdução Prof. Jáder de Alencar Vasconcelos

Determinação da Reatância Síncrona Campos Girantes Máquina Síncrona ligada ao Sistema de Potência Gerador e Motor Síncrono

Partes de uma máquina síncrona

8/5/2015. Física Geral III

Máquinas Elétricas I PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

AULAS UNIDADE 1 DINÂMICA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS (DME) Prof. Ademir Nied

11. Indutância Auto-Indutância Circuitos RL Energia num Campo Magnético Indutância Mútua

PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS I 91 PARTE 2 MÁQUINAS SÍNCRONAS

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

Eletromagnetismo I. Aula 9

Acionamento de motores de indução

Capítulo 10. Excitação Senoidal e Fasores

Máquinas CA são ditas: 1. Síncronas: quando a velocidade do eixo estiver em sincronismo com a freqüência da tensão elétrica de alimentação;

PÓS-GRADUAÇÃO PRESENCIAL MARINGÁ

16 x PROFESSOR DOCENTE I - ELETRICIDADE CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS

FORMAS DE ONDA E FREQÜÊNCIA

I ind. Indução eletromagnética. Lei de Lenz. Fatos (Michael Faraday em 1831): 2 solenóides

2. PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DAS MÁQUINAS ROTATIVAS

Prof. Abilio Manuel Variz

Campo magnético na presença de materiais magnéticos (conclusão)

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA EEL7040 Circuitos Elétricos I - Laboratório

PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DE GERADOR SINCRONO

Conversão de Energia I

MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS. Fonte: logismarket.ind.br

Experiência III Lab. de Conv. Eletrom. de Energia B Prof. N.SADOWSKI GRUCAD/EEL/CTC/UFSC 2005/2

Resposta dos Dispositivos Básicos. R, L e C em CA. Vitória-ES

Instalações Elétricas Prediais A ENG04482

Capítulo 1 Introdução aos princípios de máquinas 1. Capítulo 2 Transformadores 65. Capítulo 3 Fundamentos de máquinas CA 152

e o trabalho realizado pelo campo eletrostático para levar uma carga

Máquinas Elétricas. Máquinas Indução Parte I. Motores

m v M Usando a conservação da energia mecânica para a primeira etapa do movimento, 2gl = 3,74m/s.

Física Experimental II - Experiência E11

AULAS UNIDADE 1 MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS (MAE) Prof. Ademir Nied

comprimento do fio: L; carga do fio: Q.

PROVA DE CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS. É característica que determina a um transformador operação com regulação máxima:

Conversão de Energia II

Eletricidade Aula 09. Resistência, Indutância e Capacitância em Circuitos de Corrente Alternada

Exemplo-) Determinar a potência aparente do circuito a seguir. Figura 68 Cálculo da potência aparente.

Força Magnética ( ) Gabarito: Página 1. F = -k x F = -k (C 0) F = -5 C. II. F tem o mesmo sentido do vetor campo

Conversão de Energia II

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

Cap 16 (8 a edição) Ondas Sonoras I

MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO (continuação)

Questão 37. Questão 39. Questão 38. Questão 40. alternativa D. alternativa C. alternativa A. a) 20N. d) 5N. b) 15N. e) 2,5N. c) 10N.

1) A corrente que atravessa um condutor é de 12 A. Qual o valor da carga que atravessa o condutor em um intervalo de 1,5 min? Resp.: 1080 C.

Conversão de Energia I. Capitulo 4 Princípios da conversão eletromecânica da energia;

FUNDAMENTOS DE ENERGIA ELÉCTRICA MÁQUINA SÍNCRONA

Conversão de Energia II

EXP 05 Motores Trifásicos de Indução - MTI

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA MOTOR SÍNCRONO. Joaquim Eloir Rocha 1

TRABALHO Nº 5 ANÉIS DE NEWTON

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULO Centro das Ciências Exatas e Tecnologia Faculdades de Engenharia, Matemática, Física e Tecnologia

PEA3399 Conversão de Energia

Gabarito - FÍSICA - Grupos H e I

PROVA DE FÍSICA II. Considere g = 10,0 m/s 2. O menor e o maior ângulo de lançamento que permitirão ao projétil atingir o alvo são, respectivamente,

O MOTOR DE INDUÇÃO - 1

x = Acos (Equação da posição) v = Asen (Equação da velocidade) a = Acos (Equação da aceleração)

PEA MÁQUINAS ELÉTRICAS I 103 MÁQUINA SÍNCRONA EM CARGA - REAÇÃO DE ARMADURA

ONDAS l. 3. Ondas de matéria Associadas a elétrons, prótons e outras partículas elementares, e mesmo com átomos e moléculas.

Conversão de Energia II

Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA DEE CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

φ = B A cosθ, em que θ é o ângulo formado entre a normal ao plano da

MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO

Aula 6-2 Campo Magnético Física Geral e Experimental III Prof. Cláudio Graça

Motores Elétricos de Indução Trifásicos. Prof. Sebastião Lauro Nau, Dr. Eng. Set17

CIRCUITOS ELÉTRICOS EM CA. Fonte: profezequias.net

Transcrição:

Departaento de Engenharia Elétrica Aula 2.4 Máquinas Rotativas Prof. João Aérico Vilela

Torque nas Máquinas Síncronas Os anéis coletores da áquina síncrono serve para alientar o enrolaento de capo (rotor) co corrente contínua. Enrolaento de capo no rotor da áquina síncrona. Anéis coletores de ua áquina síncrona

Torque nas Máquinas Síncronas Corrente nos enrolaentos do rotor e do estator produze forças agnetootriz. Essa condição corresponde ao surgiento de pólos agnéticos e abos o estator e o rotor (veja figura abaixo). O conjugado é produzido pela interação da força agnetootriz do estator (capo girante) co a corrente no rotor.

O torque pode ser calculado pela relação entre densidade de fluxo e corrente no condutor, sendo sepre a corrente perpendicular ao fluxo. α F = B i l sen B, i Dessa fora a corrente e todos os fios contribui para o oviento do otor. Torque nas Máquinas Síncronas Força F rotor

Torque nas Máquinas Síncronas A defasage entre a F do rotor e do estator interfere no torque, pois co u ângulo enor que 90º alguns condutores gera torque contrário. O torque é função do ódulo das F e do ângulo entre elas, confore pode ser visto no gráfico abaixo. F rotor Força

Torque nas Máquinas Síncronas Coo existe ua relação direta entre corrente no rotor e F produzida pelo rotor. Assi, podeos calcular o torque e função das Fs do rotor e estator, confore equação abaixo. T = k F e F r sen ( δ ) er Quandoδ er é positivo o conjugado é negativo e a áquina está funcionando coo gerador. De odo seelhante, u valor negativo deδ er corresponde a u conjugado positivo é, correspondenteente, funciona coo otor.

Torque nas Máquinas Síncronas A constante k na equação do torque é obtida pelo étodo da co-energia, ficando a equação de torque da seguinte fora: T = p 2 µ 0 π D l 2 g F e F r sen ( δ ) er Onde: l = copriento axial do entreferro; D = diâetro édio; g = copriento total do entreferro; F e = F produzida no estator (coposição das três fases), onda senoidal espacial. F r = F produzida no rotor, onda senoidal espacial. δ er = ângulo de fase entre os eixos agnéticos e graus elétricos das ondas de F do estator e do rotor

U otor de 60 [Hz] síncrono trifásico de dois pólos ligado e Y e rotor cilíndrico te u enrolaento de capo co N r espiras distribuídas e u fator de enrolaento k r. O enrolaento de aradura te N fs espiras por fase e fator de enrolaento k a. O copriento do entreferro é g, e o raio édio do entreferro é r. O copriento ativo do enrolaento de aradura é l. As diensões e os dados do enrolaento são: N r = 68 espiras e série; N fs = 18 espiras e série/fase; r = 0,53 []; l = 3,8 []; Exercício k r = 0,945; k a = 0,933; g = 4,5 [c]; Para ua corrente contínua de capo de I r = 720 [A] e as correntes no estator são de 100 A/fase eficaz, calcule: a) O torque áxio produzido pelo otor nas condições especificadas?

Torque no otor de Indução No otor de indução todas as barras do rotor estão e curto circuito. Capo girante induzindo tensão nas barras do rotor Fluxo áxio na espira destacada. Capo girante no ângulo Φ = 0. e = N dφ dt

Torque no otor de Indução Quando o fluxo é áxio a tensão induzida é zero, quando o fluxo é zero a variação do fluxo é áxia e por consequência a tensão induzida é áxia. Capo girante no ângulo Φ = 90. e = N dφ dt

Torque no otor de Indução Rotor co características puraente resistiva - Corrente e fase co a densidade de fluxo (tensão induzida) F rotor

Torque no otor de Indução Rotor co elevada reatância indutiva - Corrente defasada da densidade de fluxo. F rotor

Torque no otor de Indução O capo girante produzido no estator induz ua tensão nas barras do rotor girante tabé. Essas barras e curto-circuito produze ua corrente que não esta totalente e fase co a tensão induzida devido a indutância do rotor O valor de Φ 2 é função da relação entre reatância e resistência no rotor. F do rotor está defasada de ais de 90º graus elétricos da tensão induzida na barra, prejudicando o torque do otor.

Torque no otor de Indução

A tensão no rotor é induzida pelo capo girante produzido no estator, e está sepre 90º defasada do capo girante. A corrente pode estar defasada da tensão induzida devido a característica reativa das barras do rotor. T = k F e F r Torque no otor de Indução sen ( δ ) Reescrevendo a equação e função do ânguloψ. er F estator T = k F e Fr cos( ψ ) F rotor

Torque no otor Pela lei circuital de Apère o percurso apresentado na figura a representa a F produzido pela corrente nas barras do rotor. Considerando a distribuição de corrente senoidal a F no percurso apresentado é: F Onde: 2 p π = 0 J senα dα = 2 J J = valor de pico da densidade da lâina de corrente no rotor; F 2p = representa a F por par de pólos;

Torque no otor de Indução O percurso apresentado na figura a envolve dois entreferro. Assi, a F de pico por pólo (por travessia do entreferro) é: F 2 p F rotor = = 2 J E lugar do condutor e da corrente que circula nele, aproxiaos para ua lâina continua de corrente. i ( α) α = J dα = J sen d Vaos considerar os angulo e graus elétricos.

Torque no otor de Indução A densidade de fluxo é produzida pelo capo girante do estator. Lâina de corrente representa a corrente induzida no enrolaento do rotor. Considerando ua defasageψentre a densidade de fluxo e a lâina de corrente. Calculo da força eleentar (F e ) produzida nua faixa de corrente eleentar do enrolaento de aradura. F ( J sen( α + ψ α) = Bil = ( B sen( α)) l d e ) Obs. a corrente no otor é perpendicular a densidade de fluxo

O torque eleentar é obtido ultiplicando a força eleentar pelo raio do otor (ua pequena aproxiação é adotada na qual o raio do rotor será considerado coo sendo o raio édio) T e = F r = B J l r sen( α) sen( α + ψ) dα e Calculo do torque total desenvolvido na lâina de corrente sobre u pólo da distribuição de capo. T P = B Torque no otor de Indução J l r π 0 sen( α) sen( α + ψ) dα

Para u otor co p pólos o torque total será: T = p B J l r π 0 sen( α) sen( α + ψ) dα Utilizando alguns artifícios trigonoétricos obteos: T Torque no otor de Indução = p B J l r π cos( ψ) 2 A equação é válida para distribuições senoidais da densidade de fluxo e de densidade de corrente. Quando o anguloψédiferente de zero ua parcela da corrente gera torque contrário o que produz ua redução do torque total.

A distribuição de apère-condutores (lâina de corrente) se relaciona co a F produzida no rotor. Onde: I r = corrente de pico no enrolaento do rotor [A]; p = núero de pólos; k r = fator de enrolaento do rotor; Torque no otor de Indução F r = J Relebrando que o valor de pico da F por pólo é: F N r = núero de espiras no enrolaento do rotor. r 4 = k π r N p r I r

Torque no otor de Indução A equação de torque fica: π T = p B r l Fr 2 cos( ψ ) A relação entre densidade de fluxo produzida no estator e a F e do capo girante produzido no estator. B B assi: T = 0 µ H g = H g µ F = 0 g π 2 B µ 0 B g = µ 0 Fe e µ 0 Fe p r l F cos( ψ ) g = r

Reorganizando a equação T p 2 µ π r l g Torque no otor de Indução 0 = F e Fr cos( ψ Considerando que o diâetro dividido por dois é igual ao raio. ) T p 2 µ π D l 2 g 0 = F e Fr cos( ψ )

Torque no otor de Indução O ângulo entre F do estator e distribuição de corrente no rotor é ψ. Defasado de 90º teos a F produzida no rotor. F estator cos( ψ ) = sen ψ + ( 0 90 ) δ er 0 =ψ + 90 assi: p T = 2 µ 0 π g r l F e F r sen( δ er ) F rotor Essa equação é idêntica a equação de torque da áquina síncrona.

A partir da equação de torque abaixo Torque no otor de Indução T π = p B r l Fr 2 cos( ψ ) O fluxo áxio produzido pela bobina do estator (Φ pico ) é dado por: φ pico = 4 B p r l Isolando a densidade de fluxo e substituído na equação de torque: T = π 8 p 2 φ pico J cos( ψ)[ N. ]

Colocando o fluxo por pólo na equação de torque obteos: Onde: T p = núero de pólos; = Torque no otor de Indução π 8 p 2 φ pico J cos( ψ)[ N. ] Φ pico = fluxo áxio por pólo [Wb] produzido pelo estator; J = valor de pico da lâina de corrente equivalente que representa ua distribuição ideal de apère-condutor [A/rad]; ψ = ângulo de deslocaento de fase entre o início da lâina de corrente e o início da onda de densidade de fluxo debaixo de u pólo;

Exercício U áquina síncrona trifásica de quatro polos ligado e Y te u copriento axial de rotor de 5,2, u diâetro de rotor de 1,24 e u copriento de entreferro de 5,9 c. O enrolaento do rotor consiste e ua conexão e série de 63 espiras co u fator de enrolaento de 0,91. A corrente no enrolaento do rotor é de 2700 [A]. O enrolaento de aradura te 22 espiras e série por fase e fator de enrolaento de 0,933. As corrente nos enrolaentos de aradura (estator) estão liitadas a 100 [A/fase] eficaz por fase. Co base nessas inforações, calcule o valor áxio do conjugado (N.) que pode ser fornecido por essa áquina. (Obs. desprezar as perdas da áquina síncrona).

Exercício 2 U áquina síncrona trifásica de dois pólos ligado e Y te u copriento axial de rotor de 5,2, u diâetro de rotor de 1,24 e u copriento de entreferro de 5,9 c. O enrolaento do rotor consiste e ua conexão e série de 63 espiras co u fator de enrolaento de 0,91. O enrolaento de aradura te 22 espiras e série por fase e fator de enrolaento de 0,933. A áquina síncrona está operando coo otor na velocidade de 3600 rp. A Fig. 4 apresenta a densidade de fluxo produzida pelo capo girante ao longo do entreferro e tabé apresenta a densidade de corrente nos enrolaentos do rotor. Co base nas características construtivas da áquina e na condição de operação apresentada na figura 4, calcule o torque que essa áquina vai produzir nessa condição de operação. Representação ao longo do entreferro da densidade de fluxo produzida pelo capo girante do estator e da densidade de corrente nos enrolaentos do rotor.