Fundamentos das Máquinas Elétricas Rotativas CA

Fundamentos das Máquinas CA  Energia Mecânica  Energia Elétrica [GERADOR]  Energia Elétrica  Energia Mecânica [MOTOR]  Classes Síncronos Indução

Tensão Induzida...

1. Segmento ab 2. Segmento bc 3. Segmento cd 4. Segmento da Resultante... por segmento...

... conclusões...  A tensão induzida depende de três fatores: 1. Fluxo da máquina,  2. Velocidade de rotação,  3. Constante que depende da construção da máquina, k

Torque Induzido...

1. Segmento ab 2. Segmento bc 3. Segmento cd 4. Segmento da Resultante... por segmento...

Fundamentos das Máquinas CA O campo magnético girante

 Dois campos magnéticos tendem a se alinhar  Se um deles for girante o outro tentará perseguí-lo  Correntes defasadas de 120º

Ex 4.1 – Chapman 2005 Faça um programa no MatLab que modele o comportamento do campo magnético girante em um estator de um motor ca trifásico. Defasagem espacial das bobinas

clear all; close all; clc; % Parametrizando as codições básicas bmax = 1; % Normalizando bmax para 1 freq = 60; % 60 Hz w = 2*pi*freq; % freqüência angular (rad/s) % Primeiro, gere os três componentes do campo magnético t = 0:1/6000:5.2/60; Baa = sin(w*t).* (cos(0) + j*sin(0)); Bbb = sin(w*t-2*pi/3).* (cos(2*pi/3) + j*sin(2*pi/3)); Bcc = sin(w*t+2*pi/3).* (cos(-2*pi/3) + j*sin(-2*pi/3)); % Calculando o Bresultante Bresultante = Baa + Bbb + Bcc; % Calculando um círculo que representa o máximo % valor estimadod para Bresultante circle = 1.5 * (cos(w*t) + j*sin(w*t)); % Plote a magnitude e a direção dos campos magnéticos % resultantes. Note que Baa e perto, Bbb é azul, Bcc é % magenta and Bresultante is vermelho for ii = 1:length(t) % Plot the reference circle plot(circle,'k'); hold on % Plote os quatro campos magnéticos plot([0 real(Baa(ii))],[0 imag(Baa(ii))],'k','LineWidth',2); plot([0 real(Bbb(ii))],[0 imag(Bbb(ii))],'b','LineWidth',2); plot([0 real(Bcc(ii))],[0 imag(Bcc(ii))],'m','LineWidth',2); plot([0 real(Bresultante(ii))],[0 imag(Bresultante(ii))],'r','LineWidth',3); axis square; axis([ ]); drawnow; hold off end

Dois polos

E se a estrutura de 2 polos fosse repetida? Nesse enrolamento, a cada ciclo elétrico, um polo desloca-se apenas metade do percurso circular ao longo da superfície do estator

Pólos Lisos e Salientes

Tensão induzida em uma fase Campo girando e bobina parada

... segmentos ab, bc, cd, da...

Tensão Induzida em um conjunto de bobinas trifásicas  Um conjunto de correntes trifásicas podem gerar um campo magnético rotativo uniforme  Um campo magnético rotativo uniforme pode gerar um conjunto de tensões induzidas trifásicas

Tensão rms em um estator trifásico  Tensão de pico  Tensão rms  A tensão rms nos terminais da máquina dependerá se ela estará conectada em Y ou .

Ex 4.2 – Chapman 2005 As informações que seguem são relativas a um gerador simples de 2 pólos. A densidade de fluxo de pico é de 0,2 T e a velocidade de rotação do eixo é de rpm. O diâmetro do estator é de 0,3 m, o comprimento da espira é de 0,5 m e há 15 espiras por bobina. A máquina está conectada em Y. a. Tensões de fase como função do tempo? b. Tensão rms de fase? c. Tensão rms terminal?

Torque induzido em um condutor

Componentes de fluxo magnético

Fundamentos das Máquinas CA Considerações adicionais

Vida útil do isolamento Vida Útil (horas) Temperatura ( o C)

Temperatura limite

Perdas e Rendimento   Cobre  Núcleo  Mecânicas: atrito e ventilação.  Adicionais: o que não se encaixa nas demais Rotor Estator SCL = Stator Cooper Losses RCL = Rotor Cooper Losses Para a maioria das máquinas

Diagrama de Fluxo de Potência

Regulação de tensão e de velocidade Regulação de Tensão Regulação de Velocidade

FIM

Fundamentos das Máquinas CA Passos das bobinas e enrolamentos distribuídos

Graus elétricos e mecânicos

Passo polar Passo polar em graus mecânicos Passo fracionário é uma fração do passo polar pleno. Ex: 5/6 O passo polar em graus elétricos é sempre de 180˚.

Tensão Induzida

Fator de passo

Tensões em enrolamentos de passo pleno e de passo fracionário [Kosow 2005]

Ex 2-3 – Kosow 2005 Uma armadura com 72 ranhuras, tendo 4 pólos, é enrolada com bobinas abrangendo 14 ranhuras (ranhura 1 até ranhura 15). Calcule: a. O ângulo abrangido por uma bobina de passo inteiro. b. O espaço ocupado por bobina em graus elétricos. c. O fator de passo, usando d. O fator de passo, usando

Ex 2-4 – Kosow 2005 Uma armadura com 6 pólos, 96 ranhuras, é enrolada com bobinas tendo um passo fracionário de 13/16. Calcule o fator de passo:

Enrolamentos Distribuídos Fator de Distribuição Número de ranhuras por pólo por fase Graus elétricos entre ranhuras adjacentes

Ex 2-5 – Kosow 2005 Calcule o fator de distribuição, k d, para uma armadura trifásica de quatro pólos tendo: a. 12 ranhuras b. 24 ranhuras c. 48 ranhuras d. 84 ranhuras

Fator de Distribuição k d – Considerações  Para um dado número de fases, o FATOR DE DISTRIBUIÇÃO é função única do número de ranhuras distribuídas sob um dado pólo.

Harmônicos e Passo Fracionário

Efeito do passo fracionário e da distribuição de bobinas na forma de onda