MÁQUINAS ELÉCTRICAS II

Introdução:

A presente cadeira de Máquinas Eléctricas II está escalonada para o tempo lectivo de um semestre, e tem sido ministrada como cadeira do 3º ano, 1º semestre ao Bacharelato de Eng.ª Electrotécnica.

A distribuição horária da cadeira foi estipulada em 6 horas semanais (2 teóricas e 2 teórico-práticas e 2 de laboratório).

A avaliação tem duas componentes, a saber: Prova de frequência que tem uma contabilização de 80% para a nota final, e avaliação laboratorial com uma contabilização de 20%.

Nota final = nota de frequência x 0.8 + nota laboratorial x 0.2.

O regime de frequência obriga a um mínimo de 75% de presenças às aulas de índole laboratorial.

As aulas ministradas têm seguido o seguinte conteúdo programático (Programa).

Sumários de Máquinas Eléctricas II 2000-2001

Textos Elaborados pelos alunos no âmbito da disciplina

Programa:

 Generalidades sobre Transformadores

Classificação de transformadores

1.      Necessidade de utilização

2.      Constituição do transformador monofásico

2.1.   O núcleo

2.1.1.      Tipos de núcleos

·        monofásico

·        trifásico

·        couraçado

·        de colunas

2.2.   Tipos de materiais utilizados

2.3.   Forma geométrica das chapas magnéticas

2.4.   Correntes de Foucault

2.5.   Histerése

2.6.   Os enrolamentos

·        de Alta Tensão (A.T.)

·        de Baixa Tensão (B.T.)

·        Disposição no núcleo

3.      Princípio de funcionamento

4.      Lei de Lenz-Faraday

5.      Relação de transformação de tensão

6.      Relação de transformação de corrente

7.      O transformador ideal em vazio

8.      Diagrama vectorial do transformador ideal em vazio

9.      Fórmula fundamental do transformador ou fórmula de Boucherot

10.  O transformador ideal em carga

11.  Diagrama vectorial do transformador ideal em carga

12.  relação entre correntes e tensões

12.1.                    potência nominal

13.  O transformador real em vazio

14.  Influência da resistência dos enrolamentos

14.1.                    Perdas por efeito de Joule nos enrolamentos

15.  Influência dos fluxos de fugas ou de dispersão

16.  Influência da variação da relutância magnética (saturação magnética) do material

17.  Noção de Harmónico de corrente

17.1.                    Influência e importância dos Harmónicos de 3ª ordem na corrente de magnetização

17.2.                    Deformação da curva da corrente de magnetização (decomposição da corrente em harmónicos)

18.  Influência da histerése

18.1.                    Ângulo histerético de avanço da corrente de magnetização,

18.2.                    relativamente ao fluxo encadeado

18.3.                    Perdas por histerése e por correntes de Foucault

18.4.                    Decomposição da corrente de magnetização nas suas componentes magnetizante e de perdas por histerése e por correntes de Foucault

19.  Ensaio do transformador em vazio

19.1.                    Determinação das perdas no ferro

19.2.                    Determinação do factor de potência em vazio

19.3.                    Diagrama vectorial

20.  O transformador real em carga

21.  Equações de funcionamento do transformador

21.1.                    tipos de carga (cos j 2 variável)

22.  Esquema equivalente do transformador real

23.  Interesse do esquema equivalente do transformador real

23.1.                    Redução das grandezas do secundário à tensão do primário

23.2.                    Redução das grandezas do primário à tensão do secundário

24.  Ensaio do transformador em Curto-Circuito (C.C.).

25.  Tensão de Curto-Circuito

25.1.                    Tensão de Curto-Circuito em percentagem

25.2.                    O sistema "por unidade"

25.3.                    Perdas no cobre

25.4.                    Impedância equivalente ou longitudinal

25.5.                    Reactância equivalente

25.6.                    Corrente de curto-circuito permanente ou em regime nominal

25.7.                    efeitos da corrente de curto-circuito

26.  Esquema simplificado do transformador. Aproximação de Kapp

27.  Esquema simplificado em vazio

27.1.                    Esquema simplificado em carga

27.2.                    Diagrama de Kapp. Triângulo de Kapp

28.  Queda de Tensão em carga

28.1.                    Queda de tensão resistiva nominal absoluta e em percentagem (er %)

28.2.                    Queda de tensão indutiva nominal absoluta e em percentagem (ex %)

28.3.                    Determinação da queda de tensão

28.4.                    Método gráfico

28.5.                    Método analítico

28.6.                    Queda de tensão relativa ou regulação do transformador

29.  Curvas características do transformador em carga

29.1.                    Característica externa para vários tipos de carga

30.  Regulação da tensão secundária através de um comutador de tomadas

31.  Rendimento. Balanço energético

32.  Paralelo de transformadores

32.1.                    Condições de paralelo de transformadores monofásicos

·        Polaridade dos terminais

·        Estabelecimento do paralelo

33.  Constituição do transformador trifásico

33.1.                    O banco de transformadores monofásicos

33.2.                    O núcleo de um transformador trifásico

33.3.                    Disposição dos enrolamentos no núcleo

33.4.                    Comparação entre o transformador trifásico e o Banco de transformadores. Vantagens e desvantagens

33.5.                    Ligação dos enrolamentos do transformador trifásico

·        A ligação em estrela com e sem neutro

·        A ligação em triângulo

·        A ligação em Zig-Zag

33.6.                    Comparação de gastos no cobre das várias ligações possíveis

34.  O índice horário dos transformadores trifásicos

34.1.                    Grupos angulares

34.2.                    Importância do grupo angular no paralelo de transformadores trifásicos

35.  Condições de estabelecimento de paralelo de transformadores trifásicos

35.1.                    Repartição da carga pelos transformadores em paralelo

35.2.                    Importância da tensão de C.C.

35.3.                    Importância da potência nominal

35.4.                    Importância da igualdade de tensões nos enrolamentos

35.5.                    Importância do índice horário

35.6.                    Casos em que é possível ligar em paralelo transformadores de diferentes grupos angulares

36.  Relação global de transformação

37.  Escolha de um transformador, tendo em conta os seguintes aspectos:

37.1.                    Grupo angular

37.2.                    Potência e tensão

37.3.                    Harmónicos

37.4.                    Desequilíbrio de cargas

38.  Comparação entre transformadores. Vantagens e inconvenientes, tendo em linha conta os aspectos citados em 37.

38.1.                    Com ligações Yy

38.2.                    Com ligações Yy e terciário em D

38.3.                    Com ligações Dd

38.4.                    Com ligação Dy

38.5.                    Com ligação Yd

38.6.                    Com ligação Yz

38.7.                    Com banco trifásico. Estudo económico

39.  Estudo do Auto-transformador

39.1.                    Comparação com os transformadores

39.2.                    A ligação magnética

39.3.                    A ligação galvânica

39.4.                    A poupança de cobre e de material ferromagnético

39.5.                    Perigos da ligação galvânica

39.6.                    Diagrama vectorial

39.7.                    Esquema equivalente

 O Motor de Indução

1.      Generalidades

2.      Princípio de funcionamento do motor de indução

3.      Constituição interna de um motor de indução

4.      Tipos de rotores

5.      Rótor em gaiola de esquilo ou rótor em c.c.

6.      Rótor bobinado

7.      Noção de campo girante

8.      Campo girante criado por um conjunto de 3 bobinas desfasadas de 120º quando alimentadas por um sistema trifásico de tensões.

9.      O teorema de Ferraris

10.  O escorregamento ("slip")

11.  Relação de frequência das correntes no estátor e no rótor da máquina assíncrona

12.  Comparação com o transformador (em que as frequências são iguais)

13.  Estudo vectorial

14.  Redução a valores do estátor

15.  Potência mecânica

15.1.                    Rótor a rodar à velocidade do campo girante, s=0.

15.2.                    Rótor travado, s=1.

15.3.                    Funcionamento como motor, 0<s<1.

15.4.                    Funcionamento como gerador, s<0.

15.5.                    Funcionamento como freio eléctrico, s>1.

16.  O binário motor

16.1.                    Rótor a rodar à velocidade do campo girante, s=0.

16.2.                    Binário de arranque, s=1.

16.3.                    Funcionamento como motor, 0<s<1.

16.4.                    Funcionamento como gerador, s<0.

16.5.                    Funcionamento como freio eléctrico, s>1.

17.  Curva característica do binário motor

18.  Estabilidade de funcionamento

19.  Arranque do motor

20.  Potências, binários e rendimento

21.  Diagrama circular simplificado

22.  Interpretação do Diagrama de Heyland.

22.1.                    Fixação das escalas.

23.  Determinação do diagrama circular simplificado a partir de ensaios praticados no motor

23.1.                    Ensaio em vazio.

23.2.                    Ensaio com o rótor travado.

23.3.                    Outros ensaios em motores de rótor bobinado e anéis.

·        Determinação de "a".

·        Determinação de "s".

24.  Processos de arranque do motor de indução.

25.  Arranque por redução da tensão aplicada ao estátor

·        Arranque por aumento da resistência rotórica.

26.  Motores de dupla gaiola.

27.  Processos de regulação da velocidade nos motores de indução.

28.  Motores de indução monofásicos.

28.1.                    Decomposição de um campo criado por um sistema monofásico, em 2 campos girantes de sentido oposto

28.2.                    O teorema de Maurice-Leblanc.

28.3.                    O arranque dos motores de indução monofásicos.

28.4.                    Transformação de um estátor monofásico, num estátor difásico, para aparecimento de um campo girante no arranque

28.5.                    A espira de Fragger.

 

BIBLIOGRAFIA:

  1. Apontamentos teóricos da cadeira. (Sebenta)
  2. "Electric Machinery Fundamentals", Stephen J. Chapman, McGraw-Hill
  3. "Introduction to Electrical Machines and transformers", ....McPherson, John Wiley & Sons
  4. "Electric Energy systems", Syed A. Nasar – Prentice Hall.
  5. "Guia de Laboratório de Electricidade", José Matias - Didáctica Editora
  6. "Máquinas Eléctricas", A. E. Fitzgerald - McGraw-Hill
  7. "Máquinas Eléctricas", Vol. I e II, Kostenko - Edições Lopes da Silva
  8. "Machines Electriques", A. Foullié - Dunod Université
  9. "Máquinas Eléctricas - Problemas resolvidos e propostos", Syed A. Nasar - Colecção Schaum - McGraw-Hill.

 

 

Links "eventualmente" interessantes:

Sobre SF6 : http://www.sf6.abb.com/deutsch/einstieg_body.html

Como as "Coisas" funcionam : http://www.howstuffworks.com

Página Pessoal de Eng.º José Eduardo Paiva : http://www.estv.ipv.pt/PaginasPessoais/eduardop/

Página Pessoal de Eng.º Paulo Moisés : http://www.estv.ipv.pt/PaginasPessoais/paulomoises/