Máquinas - Lista de Exercício AV1_Resolução

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LISTA DE EXERCÍCIOS PARA AV1
	
	Disciplina
MÁQUINAS ELÉTRICAS
	Curso
Engenharia Elétrica
	
	Professor
MARCELO DA PENHA RODRIGUES
	Período
	Data
01/10/2020
	
	Aluno
	Nota
	ATENÇÃO Esse caderno de prova contém 01 página(s). Confira-o antes de iniciar a resolução.
	· A interpretação das questões é parte integrante da avaliação.
· Apenas uma opção deverá ser marcada (p/ questões múltipla escolha), caso contrário a questão não será corrigida.
· Não será permitida, em hipótese alguma, a saída de sala durante o período de prova
· Os dois últimos alunos deverão entregar a prova juntos.
· Respostas somente na folha de resposta e à tinta azul ou preta.
	· SEMPRE justifique suas respostas. NÃO produza “números mágicos”.
· O primeiro aluno que sair, inviabilizará o ingresso de outros colegas.
· Não será permitido o uso de qualquer aparelho eletroeletrônico durante a prova.
· Duração mínima 50 minutos e máxima 2h/a (1:40 h)
· Sem Consulta e individual.
· Qualquer meio de consulta acarretará ANULAÇÃO da prova.
· Boa Prova.
1) Defina Máquina Síncrona: (Máquinas elétricas - aula03 Princípio de conversão eletromecânica de energia)
R: As máquinas síncronas são conversores eletromecânicos rotativos que operam em velocidade constante quando em regime permanente senoidal e são principalmente utilizadas para converter determinadas fontes de energia mecânica em energia elétrica.
(Máquinas elétricas - aula05 Máquinas Elétricas Rotativas)
A máquina síncrona não possui torque de partida. Dessa forma, ela é usada normalmente como gerador e apresenta velocidade constante para frequência constante. Seu sistema de excitação, geralmente montado no rotor, requer alimentação em corrente contínua. Pode ser usada para corrigir fator de potência no sistema elétrico quando opera na região de sobre-excitação. É um equipamento de alto custo e sujeito à manutenção periódica.
2) Defina Máquina de Corrente Contínua: (Máquinas elétricas - aula03 Princípio de conversão eletromecânica de energia)
R: Máquina de corrente contínua é uma máquina capaz de converter energia mecânica em energia elétrica ou energia elétrica em mecânica, com uma corrente de entrada ou saída na forma contínua.
(Máquinas elétricas - aula05 Máquinas Elétricas Rotativas)
Esse tipo de máquina possibilita grande variação de velocidade, com comandos muito simples. Também requer fonte de corrente contínua para alimentação do circuito de excitação, que geralmente é montado no
estator. Utiliza escovas e comutador, resultando em altos custos construtivos e com manutenção. Além disso, opera muito bem como gerador ou como motor.
3) Defina Máquina de Indução: (Máquinas elétricas - aula05 Máquinas Elétricas Rotativas)
R: A máquina de indução costuma operar como motor, podendo ser trifásica ou monofásica. Possui torque de partida, que, no caso monofásico, é obtido por artifícios especiais. Dispensa fonte CC, é robusta, versátil e de baixo custo. É encontrada em grandes potências e em potências fracionárias. Como não utiliza escovas, requer pouca manutenção.
4) Defina Escorregamento: (Máquinas elétricas - aula10 Motores de Indução trifásico)
R: Considerando que o rotor esteja girando na velocidade constante de “n” rpm no mesmo sentido que o campo girante do estator, sendo rpm a velocidade síncrona do campo de estator, definida pela equação do item anterior, a diferença entre a velocidade síncrona e a velocidade do rotor é citada usualmente como escorregamento do rotor.
O escorregamento é geralmente definido como uma fração da velocidade síncrona:
Sendo:
ns = velocidade síncrona (rpm);
n = velocidade do rotor (rpm);
S = escorregamento.
5) Em máquinas CA, síncronas ou de indução, os enrolamentos de armadura alojam-se geralmente na parte estacionária do motor conhecida como estator. Defina o que é o Estator: (Conversão II - CIRCUITO EQUIVALENTE DA MÁQUINA SÍNCRONA)
R: Parte estática da máquina, composta por um conjunto de bobinas responsáveis pela produção do campo magnético que exercerá força magnética sobre os condutores do rotor.
(Máquinas elétricas - aula05 Máquinas Elétricas Rotativas)
O estator é a parte fixa da máquina.
Ele é constituído por uma carcaça que suporta um núcleo, em geral, de chapa magnética, que é munido de cavas onde é montado um conjunto de enrolamentos dispostos simetricamente.
O número de enrolamentos é igual ao número de fases da máquina.
6) Qual é a principal vantagem da máquina de rotor bobinado em relação à máquina com rotor em gaiola de esquilo? (resposta achada na internet)
R:
Quais são as principais características de um motor de rotor bobinado?
O rotor bobinado possui uma impedância maior que o de gaiola de esquilo, por constituir-se de enrolamento de fio de cobre, com isso espera-se uma corrente de partida menor para desempenhar o mesmo torque que um rotor de gaiola.
Os terminais são conectados a três anéis condutores isolados entre si e do eixo. Estes anéis estão em contato através de escovas a um reostato trifásico externo.
Relacione as vantagens e desvantagens de um motor de indução gaiola de esquilo.
A vantagem desse rotor em relação ao rotor bobinado e que resulta em uma construção do induzido mais rápida, mais prática e mais barata. Trata-se de um motor robusto, barato, de rápida produção, que não exige coletor (elemento sensível e caro) e de rápida ligação na rede. Uma desvantagem é o torque de partida reduzido em relação à corrente absorvida pelo estator.
7) Qual o princípio de funcionamento da Máquina de Corrente Contínua? (Máquinas elétricas - aula06 Máquina de Corrente Contínua)
R: As características essenciais de uma máquina CC são expostas em forma de esquema a seguir.
01 - O estator, que tem polos salientes, é excitado por uma ou mais bobinas de campo. A distribuição do fluxo criado pelos enrolamentos de campo no entreferro é simétrica em relação à linha central dos polos de campo. Esse eixo é denominado eixo de campo ou eixo direto.
02 - A tensão CA, gerada nas bobinas de armadura rotativa, é convertida em CC nos terminais externos da armadura por meio de um comutador rotativo e de escovas estacionárias, às quais os condutores da armadura estão conectados. A combinação de comutador e escovas forma um retificador mecânico, que resulta em uma tensão CC de armadura e uma onda de FMM de armadura fixa no espaço.
03 - As escovas estão posicionadas de modo que a comutação ocorra quando os lados da bobina estão na zona neutra, entre os polos de campo. O eixo da onda de FMM de armadura estará distanciado noventa graus elétricos do eixo dos polos de campo, isto é, no eixo em quadratura.
04 - Na representação esquemática, as escovas estão no eixo em quadratura, pois essa é a posição das bobinas às quais estão conectadas. A onda de FMM de armadura estará ao longo do eixo das escovas, como mostrado. A posição geométrica das escovas em uma máquina real localiza-se a aproximadamente
noventa graus elétricos da posição mostrada no diagrama esquemático, devido à forma das conexões de terminação até o comutador.
05 - Uma representação mais simples usada em circuitos é a desenhada no lado direito do esquema.
Embora o conjugado magnético e a tensão de velocidade que aparecem nas escovas sejam dependentes da forma de onda espacial da distribuição de fluxo, continuaremos supondo que a onda de densidade de fluxo no entreferro seja senoidal.
8) O Rotor da Máquina de Corrente Contínua, possui as seguintes partes: Eixo da Armadura, Enrolamento da Armadura, Núcleo da Armadura e Comutador. Qual a função de cada uma delas? (Máquinas elétricas - aula06 Máquina de Corrente Contínua)
R: 
Eixo da armadura: Imprime a rotação no núcleo da armadura, enrolamentos e comutador.
Enrolamento da armadura: Constituído por bobinas, enroladas entre si e pelo núcleo da armadura, colocadas nas ranhuras e eletricamente ligadas ao comutador.
Núcleo da armadura: Está conectado mecanicamente ao eixo de armadura, construído com camadas laminadas de aço, provendo uma baixa relutância magnética entre polos. As lâminas servem para diminuir as correntes parasitasno núcleo. O aço usado é de qualidade que produz baixa perda por histerese. O núcleo contém ranhuras axiais na sua periferia para colocação do enrolamento da armadura.
Comutador: Devido ao eixo de rotação, providencia o chaveamento necessário para o processo da comutação. O comutador é formado por segmentos de cobre, individualmente isolados entre si e do eixo, eletricamente conectados às bobinas do enrolamento da armadura.
9) O estator da máquina CC contém as seguintes partes: Carcaça, Enrolamento de Campo, Pólos, Interpolo, Enrolamento de compensação, escovas e anéis-suporte de escova e Detalhes Mecânicos. Qual a função de cada um deles? (Máquinas elétricas - aula06 Máquina de Corrente Contínua)
R:
Enrolamentos de campo: Formado por poucas espiras de fio grosso para o campo-série ou muitas espiras de fio fino para o campo-shunt. As bobinas de campo são, essencialmente, eletromagnetos cujos Ampère-espiras (Ae) providenciam uma força magnetomotriz (fmm) adequada à produção, no entreferro, do fluxo necessário para gerar uma fmm ou uma força mecânica. Os enrolamentos de campo são suportados pelos polos.
Polos: Constituídos de ferro laminado, os polos são aparafusados ou soldados na carcaça após a inserção dos enrolamentos de campo nos mesmos. A sapata polar é curvada e é mais larga do que o núcleo polar para espalhar o fluxo uniformemente.
Interpolo: Juntos aos seus enrolamentos, também são montados na carcaça da máquina. Eles estão localizados na região interpolar, entre os polos principais. Geralmente são de tamanho menor. O enrolamento do interpolo é composto por algumas poucas espiras de fio grosso, pois é ligado em série ao circuito da armadura, de modo que a fmm é proporcional a corrente de armadura.
Enrolamentos de compensação: São peças opcionais. Eles são ligados da mesma maneira que os enrolamentos do interpolo, mas são colocados em ranhuras axiais na sapata polar.
Escovas e anéis-suporte de escovas: Assim como os interpolos e os enrolamentos de compensação, fazem
parte do circuito da armadura. As escovas são de carvão e grafite, suportadas na estrutura do estator por um suporte tipo anel e mantidas nos suportes por meio de molas, de forma que as escovas mantêm um
contato firme com os segmentos do comutador. As escovas são instantaneamente conectadas a um segmento e mantêm contato com uma bobina localizada na zona interpolar.
Detalhes mecânicos: Os suportes são conectados à carcaça mecanicamente e possuem mancais onde o eixo de armadura se apoia, bem como os anéis-suporte de escovas em algumas máquinas.
10) Há cinco tipos principais de geradores CC, que são classificados de acordo com o modo de produção do fluxo de campo. São eles: gerador de excitação independente, gerador em derivação; gerador série; gerador composto cumulativo e gerador composto diferencial. Qual o princípio de funcionamento de cada um deles? (Máquinas - Apostila de Maquinas CC – 3.4 EXCITAÇÃO DE CAMPO)
R:
Gerador de excitação independente – Quando o campo do gerador é fornecido ou “excitado” por uma fonte CC independente (separada), como por exemplo, uma bateria, ele é chamado de gerador de excitação independente.
Gerador em derivação - Se o seu campo estiver ligado em paralelo com a armadura, ele é chamado de gerador shunt ou em derivação.
Gerador série - Quando o campo está em série com a armadura, o gerador é chamado de gerador série.
Gerador composto cumulativo - Quando a fmm do campo-série auxilia a fmm do campo-shunt, o gerador é denominado de composto cumulativo (ou aditivo).
Gerador composto diferencial - Quando a fmm do campo-série se opõe à fmm do campo-shunt, o gerador é denominado de composto diferencial (ou subtrativo).
11) Segundo Gussow (1985), as perdas nos geradores e nos motores CC se dividem em perdas no cobre e perdas mecânicas provenientes da rotação da máquina. Descreva o que são perdas no cobre e o que as perdas magnéticas: (Máquinas - Apostila de Maquinas CC – 2.3 – PERDAS E EFICIÊNCIA DE UMA MÁQUINA CC)
R:
Perdas no cobre - As perdas no cobre estão presentes, porque é consumida uma certa potência quando se faz passar uma corrente através de uma resistência. À medida que a armadura gira no campo magnético, a fem induzida nas partes de ferro permite a passagem de correntes parasitas ou de Foucault, que aquecem o ferro representando assim um desperdício de energia.
Perdas magnéticas - As perdas por histerese ocorrem quando um material magnético é magnetizado inicialmente num sentido e em seguida no sentido oposto.
12) Descreva o princípio de funcionamento do Motor de Corrente Contínua: (Máquinas elétricas - aula08 Motor de Corrente Contínua)
R:
Os motores CC possuem basicamente os mesmos componentes que os geradores CC. O indutor e o induzido destes motores são alimentados por corrente contínua. O campo magnético originado nas bobinas do induzido deforma o fluxo indutor por causa da passagem de corrente elétrica, dando lugar a forças que obrigam os condutores a se deslocarem no sentido em que haja menor número linhas de força.
13) Descreva o princípio de funcionamento do Motor de Corrente Alternada: (internet) (Máquinas elétricas - aula10 Motores de Indução trifásico)
R:
O princípio de funcionamento é o mesmo em todos os casos, isto é, o de um campo magnético girante que provoca a rotação do rotor da máquina. Os motores CA são classificados geralmente em dois tipos principais: (1) motores de indução e (2) motores síncronos.
14) Descreva o princípio de funcionamento do Gerador de Corrente Contínua: (Máquinas elétricas - aula07 Gerador de Corrente Contínua)
R:
O processo de geração de energia está ligado aos fenômenos eletromagnéticos que estudamos na aula 3, especificamente à lei do eletromagnetismo, que trata da diferença de potencial resultante nas extremidades de um condutor pela sua ação dentro de um campo magnético. O gerador CC mais simples é composto por um enrolamento de armadura com uma única espira interceptada pelo campo magnético gerado. Com o movimento de rotação da espira, ocorre a variação do fluxo magnético e, em decorrência dessa variação, surge uma força eletromotriz (fem) conforme a Lei da Indução Magnética.
15) Descreva o princípio de funcionamento do Gerador de Corrente Alternada: (internet) (Máquinas elétricas - aula09 Gerador de Corrente Alternada)
R:
O gerador de energia alternada é um equipamento que converte energia mecânica em energia elétrica. Seu funcionamento é baseado na indução de força eletromotriz: o modelo mais simples é composto por uma espira (tipo de circuito elétrico que produz um campo magnético e eletricidade)
16) Nos Geradores de Corrente Alternada (Alternadores), São possíveis ter ligações em estrela e triângulo. Como se comportam as relações de tensões de fase e de linha e as correntes de fase e de linha, em cada uma delas? 
R:
Ligação estrela
Ligação triangulo