Aulas 01 e 02

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AULAS 01-02
UNIDADE 1
MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS
(MAE)
Universidade do Estado de Santa Catarina
Departamento de Engenharia Elétrica
Curso de Graduação em Engenharia Elétrica
Prof. Ademir Nied
nied@joinville.udesc.br
Unidade 1 - Introdução às Máquinas Elétricas 
Rotativas
�Conceitos preliminares
� Introdução às máquinas CA e CC
�Força Magnetomotriz (FMM) de enrolamentos 
concentrados e de enrolamentos distribuídos
�Força Eletromotriz (FEM) (tensão) induzida em 
enrolamentos concentrados e em 
enrolamentos distribuídos
�Torque eletromagnético
�Perdas
2
Energia
primária
Usina
(conversão)
Transmissão e
Distribuição
Eletrônica de 
Potência
Uso Final
(conversão)
Fossil
Nuclear
Solar
Térmica Mecânica Elétrica Elétrica Mecânica
Elétrica
Térmica
Química
Hidro
Eólica
Solar(PV)
Acionamentos Elétricos Industriais
60%
Vantagens da conversão elétrica:
•
 Geração com alta eficiência;
•
 Transporte com baixas perdas, distribuição simples e custo aceitável;
•
 Conversão: facilidade e flexibilidade
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Conceitos de Energia e Potência:
Força
ϕ Trabalho:
Energia:
•
 “Capacidade de realizar trabalho”
•
 unidades: 1 J (Joule) = 1 W.s (Watt.segundo)
•
 Energia elétrica:
�
 unidades: 1 kWh (quiloWatt-hora) = 3,6.106 J (Joules)
•
 Energia mecânica:
�
 energia cinética
�
 energia potencial
•
 Energia térmica:
�
 unidades: 1 cal (caloria) = 4,186 J (Joules)
�
 1 BTU (unidade térmica inglesa) = 1,055.103 J (Joules)
)cos(..FW ϕ= l
Unidade: 1 J (Joule) = 1 N.m
mghE
InérciadeMomentoIwImvE
pot
cin
=
=== ;;. 22
12
2
1
4
Potência:
•
 “taxa de variação do trabalho executado”;
•
 unidades: 1 W (Watt) = 1 J/s (Joule/segundo);
•
 outras unidades: 1 hp (horse-power) = 745,7 W;
•
 Potência elétrica:
�
 Potência ativa (P): é a taxa de variação da energia elétrica (W ou kW ou 
MW);
�
 Potência reativa (Q): está associada a energias armazenadas em campos 
elétricos ou magnéticos. Não realiza trabalho!!!!!!! (VAr ou kVAr ou MVAr);
�
 Potência aparente (S): é o efeito combinado da circulação de potência ativa 
e de potência reativa em um circuito elétrico (VA ou kVA ou MVA);
�
 Sistemas Monofásicos Sistemas Trifásicos
t
E
t
WP
∂
∂
=
∂
∂
=
ϕ=
ϕ=
=
+=
sen.I.VQ
cos.I.VP
I.VS
QPS 22
ϕ=ϕ=
ϕ=ϕ=
==
+=
senI.V.3senI.V.3Q
cosI.V.3cosI.V.3P
I.V.3I.V.3S
QPS
fasefaselinhalinha
fasefaselinhalinha
fasefaselinhalinha
22
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• Princípios do Estudo dos Dispositivos de Conversão 
Eletromecânica da Energia:
Teoria de Campos Teoria de Circuitos
Teoria eletromagnética Equações de circuitos elétricos
Parâmetros distribuídos Parâmetros concentrados
Distribuição espacial de campos Circuitos acoplados
• Princípios da Produção de Força (Conjugado) em Máquinas 
Elétricas:
Campos magnéticos Campos elétricos
Interação entre campos
Interação entre campo e material
Efeito magnetostricção Efeito piezoelétrico
32
02
134
0
2
2
1 J/m8,39. J/m39,8.10 ==== EWBW elemag εµ
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•
 Histórico:
1820: descoberta do efeito magnético da corrente elétrica (Oersted)
1831: descoberta da indução magnética por Faraday
1864: Maxwell estabelece as bases da teoria eletromagnética
1890: as principais formas de máquinas elétricas são inventadas e 
o período até 1950 se caracteriza por intensa pesquisa industrial 
•
 Estruturas atuais de máquinas elétricas:
- máquinas síncronas: geração de energia elétrica
- máquinas síncronas de ímãs permanentes: servomotores
- máquinas assíncronas ou de indução: emprego amplo como motores
- máquinas c.c.: uso como motor em acionamentos de alto desempenho
- motores monofásicos a comutador: eletrodomésticos
- motores de passo: como servoacionadores
- outras estruturas especiais: lineares, relutância chaveada, etc.
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Tanto geradores como motores usam a interação entre condutores em 
movimento e campos magnéticos (ou vice-versa)
GERADORES ⇒⇒⇒⇒ convertem energia mecânica em energia elétrica 
produzindo correntes em condutores que giram através de um campo 
magnético
MOTORES ⇒⇒⇒⇒ convertem energia elétrica em energia mecânica 
quando condutores que conduzem corrente são obrigados a girar por 
um campo magnético
Assim, desde que haja movimento relativo entre condutor e 
campo magnético há produção de eletricidade
A tensão obtida é conhecida como tensão induzida ou f.e.m. 
induzida e o processo para obtê-la é chamado indução
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)(V
dt
dNe φ−=
µ = permeabilidade magnética do meio
H = intensidade de campo
S = secção da bobina
HSµφ =
9
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wtHS coscoscos Φ=⇒Φ=⇒= φαφαµφ
)
2
cos(sensen pi−==Φ= wtEmáxwtEmáxwtwNe
Φ= NfE 44,4 (valor eficaz)
Portanto, o valor da tensão induzida depende dos seguintes fatores:
Velocidade do condutor no campo magnético
Intensidade do campo magnético
Número de espiras 
10