MÁQUINAS
ELÉCTRICAS I
Introdução:
A presente cadeira de Máquinas Eléctricas I está escalonada para o tempo lectivo de um semestre, estando integrada no 2º ano, 2º semestre ao Bacharelato de Engenharia Electrotécnica.
A distribuição horária da cadeira foi estipulada em 6 horas semanais (2 teóricas e 2 teórico-práticas e 2 de laboratório), em que tem sido ministrado o seguinte conteúdo programático.
Programa:
Generalidades sobre
Máquinas Eléctricas
- Definição de Máquina Eléctrica
- Tipos de Máquinas Eléctricas
- Geradores
- Receptores
- Conversores e Transformadores
- Amplificadores
- Máquinas Electromagnéticas
- Rotativas de C.C.
- Rotativas de C.A. (síncronas, assíncronas e de colector)
- Estáticas de C.A.
- Rotativas de conversão
- Rotativas de amplificação
- Estáticas de amplificação
- Máquinas de movimento limitado (linear e circular)
- Constituição das Máquinas Electromagnéticas
- Circuitos eléctricos
- Circuitos magnéticos
- Órgãos mecânicos
- Grandezas características das Máquinas Eléctricas. Ensaios de verificação de características.
- Tensão nominal
- ensaios de isolamento e de rigidez dieléctrica
- Corrente nominal
- ensaio de aquecimento
- Velocidade nominal e velocidade máxima
- ensaio de embalamento
- Capacidade
- em corrente alternada monofásica
- em corrente alternada trifásica
- Carga, carga nominal e factor ou fracção de carga
- Queda de tensão; Queda de tensão nominal
- no domínio temporal
- no domínio espacial
- Regulação
- Perdas. Rendimento. Problema económico de redução das perdas
- Generalidades sobre rendimento e economia
- O problema económico da utilização de uma máquina
- Natureza das perdas
- Eléctricas
- Magnéticas
- A histerése
- Correntes de Eddy Foucault
- Mecânicas
- Por atritos mecânicos
- Por arrastamento do fluído envolvente
Princípio de
funcionamento dos dínamos
- Constituição das Máquinas dinamoeléctricas
- O induzido
- O colector
- O indutor
- Enrolamentos
- Constituição e materiais utilizados
- As expansões polares
- A carcaça
- O rotor
- Noções rudimentares sobre dínamos
- Conceito de linha neutra geométrica
- Forma do campo magnético indutor
- Enrolamento em Anel de Gramme e em tambor
- Força electromotriz de um dínamo
- Fenómeno de Reacção do Induzido
- Ângulo de avanço da linha neutra em carga, ou ângulo de calagem de escovas
- Noção de pólos de comutação auxiliares e de enrolamentos de compensação
- Dínamos multipolares
- Força electromotriz nos dínamos multipolares
- Potência de um dínamo
- Tipos de enrolamentos do induzido
- Enrolamento em derivação ou imbricado
- Enrolamento em série ou ondulado
- Noção de via, secção, multiplicidade de enrolamento, multiplicidade de fecho
- Noção de Passo Polar, Passo de Ligação e Passo Resultante
- Força electromotriz do dínamo em função do tipo de enrolamento
- Coeficiente K de fugas magnéticas (ou coeficiente de Hopkinson)
- Influência das expansões polares e da espessura de entreferro no coeficiente de fugas
- Tipos de excitação de Dínamos
- Excitação Separada
- Auto-excitação
- Shunt
- Série
- Compound
- aditivo
- diferencial
- Condições limite de excitabilidade de dínamos
- A excitação óptima
- A resistência de carga crítica
- Curvas características dos dínamos em excitação separada
- Característica interna ou em vazio E0(i)
- " de quedas de tensão E0-U=f(I)
- Influência da saturação nas quedas de tensão
- Característica de carga I(i)
- " de regulação i(I)
- " externa U(I)
- Estudo do andamento das curvas características para a situação de auto-excitação
- Construção de "PICOU" para o traçado da característica externa do dínamo shunt
- Estabilidade de funcionamento dos dínamos com variações de carga
- Condições limite de estabilidade
- Resistência crítica de funcionamento
- Aplicações dos vários tipos de dínamos
- Rendimento dos dínamos
- Agrupamento de dínamos
- em série
- em paralelo
- Estabilidade interna e externa de funcionamento do paralelo de dínamos
- Barra de compensação
- Agrupamento em serviço
Princípio de
funcionamento da Máquina Síncrona
- Estudo da Máquina Síncrona como gerador (Alternador)
- Constituição interna e princípio de funcionamento do alternador
- comparação com o funcionamento do dínamo
- Classificação do alternador
- Induzido fixo e indutor móvel e vice-versa
- n.º de fases
- n.º de pólos
- Tipo de rotor
- Pólos lisos
- Pólos salientes
- Funcionamento do alternador monofásico bipolar e tetrapolar
- funcionamento do alternador bifásico e trifásico
- ligação em estrela a três e quatro condutores
- ligação em triângulo
- Expressão da força electromotriz do alternador
- Regulação da frequência e da força electromotriz do alternador
- Arranque de um alternador
- Curvas características do alternador
- Característica em vazio
- " em curto-circuito simétrico
- " em carga
- Diagrama de carga do alternador (Método de Behn-Eschemburg)
- Noção de reactância síncrona e de impedância síncrona
- Importância da reactância síncrona no estudo do alternador
- Variação da tensão aos terminais do alternador com a corrente e com o factor de potência
- Potência de um alternador
- monofásico
- trifásico em regime equilibrado
- Rendimento do alternador
- Associação em paralelo de alternadores (monofásicos e trifásicos)
- Paralelo da máquina síncrona com a rede
- Distribuição da carga por cada um dos alternadores em paralelo
- O sincronoscópio
- Estudo da máquina síncrona como motor
- Reversibilidade da máquina síncrona
- Velocidade da máquina síncrona
- Ligação da máquina síncrona à rede
- Diagrama vectorial do motor síncrono
- Potência absorvida pelo motor trifásico
- Característica I(i), a potência útil constante
- Curvas de Mordey
- Sentido de rotação do motor síncrono
- A máquina síncrona como compensador do factor de potência da rede (Compensador síncrono)