Introdução às Máquinas Elétricas
Campos Magnéticos;
Tensão Gerada;
Torque Eletromagnético;
Aspectos Construtivos
Introdução às Máquinas Elétricas:
Campos Magnéticos
Hg Campo Magnético no
Entreferro
Eixo Magnético
x
Posição
Passo Polar
πD
Bg Indução Magnética no
Entreferro
ROTOR
x
ESTATOR
Posição
Passo Polar
Linhas de Campo de um Enrolamento
Rotórico Bipolar Concentrado
πD
Introdução às Máquinas Elétricas:
Campos Magnéticos
Enrolamento de P Pólos:
• Passo Polar = τ P =
• θ geom =
2
θ mag
P
πD
P
Enrolamento Distribuído
com Quatro Polos
Introdução às Máquinas Elétricas:
Campos Magnéticos
• Campos estacionários: bobina
estacionária alimentada em c.c.
• Campos girantes: bobina girante
alimentada em c.c.
• Campos pulsantes: bobina
alimentada em c.a.
Introdução às Máquinas Elétricas:
Campos Magnéticos
Campo Magnético Estacionário produzido em Máquina de C.C.
Introdução às Máquinas Elétricas:
Campos Magnéticos
Campo Girante Produzido por Enrolamentos Polifásicos
Introdução às Máquinas Elétricas:
Tensão Gerada
Uma mudança no campo magnético que atravessa um
determinado condutor induz uma diferença de potencial
sobre este condutor.
Na figura pode-se observar que a bobina inferior não
possui fonte de tensão, logo o aparecimento de corrente
que faz a lâmpada acender é devido a variação de campo
magnético.
Considere um imã permanente produzindo uma indução
B que corta um condutor de comprimento l que se move
com velocidade v. Uma tensão será induzida nos terminais deste condutor.
U = B.v.l
Introdução às Máquinas Elétricas:
Tensão Gerada
Seja um condutor de comprimento l, em movimento relativo a velocidade v dentro
de um campo de indução magnética normal B(x) :
B(x)
ui = v.B( x).l
v
x
τP
Valor eficaz da tensão induzida em uma bobina
de uma máquina é calculado por:
U bob = 4,44.k w .N . f .Φ
onde kw depende do projeto do enrolamento.
Tensão induzida no condutor
Introdução às Máquinas Elétricas:
Torque Eletromagnético
F = B.i.l
Introdução às Máquinas Elétricas:
Torque Eletromagnético
Em Máquinas Elétricas tem-se uma
produção de conjugado em função da
interação entre campos magnéticos
(Conjugado Síncrono).
Condições para existência de conjugado
médio não-nulo:
» campos com mesmo número de
pólos;
» campos estacionários entre si.
P πD lg
Te = −
Bmax s Bmax r sen (δ )
2 2µ o
Introdução às Máquinas Elétricas:
Torque Eletromagnético
Em Máquinas de Pólos Salientes ainda tem-se, além do conjugado síncrono, uma
produção de conjugado por interação de um campo magnético e uma estrutura
de relutância variável (Conjugado de Relutância).
Condições para existência de conjugado de relutância:
» número de peças ferromagnéticas sub-múltiplo do número de pólos;
» campo e peças ferromagnéticas estacionários entre si
Te = −
Pπ
2
Ρ2 H max
s sen (2δ )
2 4
Introdução às Máquinas Elétricas:
Torque Eletromagnético
Máquinas Elétricas segundo sua Geometria:
• Máquinas com entreferro constante: rotor cilíndrico;
• Máquinas a pólos salientes.
Introdução às Máquinas Elétricas:
Aspectos Construtivos
Máquina Síncrona Convencional
ESTATOR:
Enrolamento de Armadura:
enrolamento trifásico distribuído simétrico equilibrado conectado a fonte trifásica
simétrica equilibrada, tendo a função de enrolamento de potência
ROTOR:
Enrolamento de Campo:
responsável pela excitação da máquina (produção de campo magnético)
alimentado em c.c.
Campo concentrado:máquinas de polos salientes;
Campo distribuído: máquinas de polos lisos;
Enrolamentos amortecedores:
responsável pelo amortecimento de oscilações mecânicas e pode funcionar como
enrolamento de partida em motores síncronos
Enrolamento em gaiola: nas sapatas polares;
Ferro sólido do circuito de rotor (efeito de correntes de Foucault): polos lisos
Motor síncrono a ímãs permanentes
Características construtivas:
Estator: enrolamentos das fases de estator
semelhante à máquina de indução, com aço
laminado para alojar os condutores das
bobinas;
Rotor: O rotor, cujo núcleo pode ser em
ferro sólido, possui um certo número de
pares de ímãs permanentes distribuídos ao
longo de sua periferia.
Motor síncrono a ímãs permanentes
Motor síncrono a ímãs permanentes
Ímãs permanentes:
Os progressos registrados no domínio dos novos
materiais magnéticos reincentivaram um grande
desenvolvimento das máquinas síncronas a ímãs
permanentes,
Com os modernos materiais à base de terras raras,
entre os quais se destacam os de samário-cobalto e
os de neodímio-ferro-boro, o fluxo de excitação pode
ser criado, com grande coercividade, através de
magnetos de espessura muito pequena e com baixa
densidade.
Motor síncrono a ímãs permanentes
Vantagens da utilização de ímãs permanentes:
Eliminação dos anéis e escovas, eliminando assim as
perdas de rotor;
Eliminação de perdas joulicas, uma vez que os ímãs
são não – condutores;
Redução por conseqüência do tamanho das
máquinas;
Apresenta grande adaptação às características de
projeto desejadas pelo tipo e arranjo dos ímãs.
Motor síncrono a ímãs permanentes
Tecnologias de construção: as diferentes
características construtivas das máquinas síncronas a ímã
permanentes estão associadas sobretudo à questão de
otimização de custos de instalação e manutenção. Procurando
atender a certos fatores limitantes, as principais tecnologias em
estudo são:
Máquinas permanentemente excitadas com campo de
entreferro radial;
Máquinas permanentemente excitadas com campo de
entreferro axial;
Máquinas de fluxo transverso;
Máquinas a imãs de fluxo radial
Imãs superficiais
Imãs interiores
Introdução às Máquinas
Elétricas:
Princípios de Operação
Wr
Características:
Campos girantes;
Reação de armadura;
Rotor gira na velocidade dos
campos magnéticos We = Wr
Torque por variação angular:
Amortecimento pobre
δSR
FmmR
We
FmmS
Te =
Máquina Síncrona
P πDL
2 2g
FS .FR . sen δ SR
Introdução às Máquinas Elétricas:
Aspectos Construtivos
ESTATOR:
Enrolamento trifásico distribuído simétrico
equilibrado alimentado por fonte trifásica
simétrica equilibrada.
ROTOR:
Rotor bobinado (em anéis): enrolamento
trifásico simétrico equilibrado conectado a
fonte externa ou a circuitos passivos
externos;
Rotor em gaiola (em barras): enrolamento
polifásico constituído por barras condutoras
conectadas em curto-circuito por anéis
condutores terminais;
Máquina Assíncrona
Rotor em Gaiola
Rotor Bobinado
Introdução às Máquinas
Elétricas:
Princípios de Operação
• Princípio de operação está associado ao conceito de velocidade relativa;
We = Wr + WR
• Escorregamento = Velocidade da tartaruga/ Velocidade do homem.
Srta. Campo do Rotor
wR
Sr. “Rotor”
Frequência das correntes de rotor: 0-2Hz;
Frequência das correntes de estator: 60Hz.
Máquina Assíncrona
wr
Sr.”Campo do estator”
we