Maquinas eletricas aula 1.2

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Máquinas Elétricas
Campos magnéticos em máquinas rotativas
Seção 1.2
Enrolamentos distribuídos
• Nos lados da bobina estão distribuídos em múltiplas
ranhuras ao longo da periferia do rotor e posicionados
de modo que uma distribuição aproximadamente
senoidal de fluxo radial no entreferro.
Máquina com enrolamento de uma
única espira de passo pleno:
• A onda de FMM gerada nesta bobina de passo pleno é uma
onda quadrada de amplitude:
 i corresponde a ̀ corrente elétrica que percorre esta bobina
 Para que esta onda seja o mais próximo de uma onda
quadrada estamos assumindo a abertura das ranhuras muito
pequenas, de forma que a FMM faça um salto de “Ni” ao passar
de um lado para outro da bobina.
 Esta onda quadrada pode ser decomposta em suas
componentes da série de Fourier para extrair a componente
fundamental
Máquina com enrolamento de uma
única espira de passo pleno:
• No projeto das máquinas CA ocorre a distribuição do
enrolamento para produzir uma distribuição espacial senoidal
de FMM.
• A distribuição do enrolamento é feita a fim de separar as
bobinas de cada fase em um número de ranhuras para
aproveitar melhor o ferro do núcleo e o cobre dos
enrolamentos, melhorando muito a forma de onda.
Máquina com enrolamento distribuído
Máquina com enrolamento
distribuído
• Os enrolamentos da bobina “a” estão distribuídas em
quatro ranhuras por extremidade, com duas bobinas por
ranhura, para que a FMM resultante das linhas de fluxo
para uma determinada ranhura seja igual a 2Ncia ,
• ia é a corrente em uma bobina.
• A onda resultante é formada por uma série de degraus
de altura 2Ncia .
• Para o caso do enrolamento distribuído, ocorre uma melhor
aproximação senoidal de FMM do que na bobina
concentrada em uma única ranhura.
• Para um enrolamento distribuído de P polos, com Nfs espiras
em série por fase, a FMM é dada por meio da equação
seguinte,
• em que o fator de enrolamento kw leva em conta a
distribuição, normalmente entre 0.85 e 0.95.
• A equação descreve o comportamento da componente
fundamental espacial da forma de onda de FMM produzida
pela corrente elétrica que percorre o enrolamento distribuído.
Máquina com enrolamento
distribuído
• O ângulo de variação corresponde ao cosseno do ângulo
formado pelo enrolamento em relação ao eixo do rotor.
• Em uma máquina CA, os enrolamentos são alimentados por
corrente senoidal, de forma que a onda de FMM é
estacionária no espaço, variando conforme o tempo e o
ângulo θa .
Exercício
• determine o valor máximo da FMM em uma máquina CA
cujo fator de enrolamento é de 0,923, tendo oito bobinas por
fase e cada bobina com 300 espiras.
• Se a corrente elétrica que percorre este enrolamento se
comporta senoidalmente como:
Exercício
• temos uma corrente senoidal percorrendo o enrolamento
da máquina de modo que podemos reescrever a equação
para a FMM.
• sendo o valor máximo para cos(θa) ou para sen(wt ) é
igual a “1” e o valor máximo da FMM será
Nas máquinas CC
• A onda de FMM da armadura possui um formato
diferente da encontrada em máquinas CA.
• Devido ao sentido das correntes no enrolamento da
armadura (neste caso, no rotor), o eixo magnético do
enrolamento da armadura é perpendicular ao eixo do
enrolamento de campo.
• Por causa da ação do comutador, mesmo quando ocorre
o giro do rotor, a perpendicularidade dos eixos é mantida,
resultando num conjugado contínuo unidirecional.
(a) Polos e enrolamento de
armadura esticado;
(b) forma de onda FMM
(c) componentes undamentais
da FMM e corrente
• O enrolamento de armadura é disposto linearmente, para que
os enrolamentos coincidam com os degraus da FMM
mostrada.
• A altura de cada degrau é igual ao número de amperes-
espiras(Ae) 2Nbib em uma ranhura.
• Essa forma de onda dependerá sempre do arranjo do
enrolamento e da estrutura magnética de cada polo.
• A onda de FMM é uma série de degraus e, quanto maior
o número de ranhuras por polo na armadura, melhor será
a aproximação para uma onda triangular.
• Da mesma forma que para a FMM em máquinas CA,
pode-se extrair a onda fundamental da FMM através da
decomposição em transformada de Fourier.
• Ao extrair a fundamental da série de Fourier que compõe
a onda triangular, obtém-se uma onda senoidal, cujo
valor de pico é cerca de 8/π² vezes o valor de pico da
onda triangular.
• O valor de pico da onda triangular de FMM da armadura
é:
• Número de caminhos paralelos (m),
• Número total de condutores na armadura (Ca ),
• Ia é a corrente da armadura,
• P o número de polos da máquina.
Máquinas elétricas CA
• Entre o rotor e o estator existe um espaço de ar chamado de
entreferro, onde ocorre a conversão eletromecânica de
energia.
• Considerando o campo magnético radial em máquinas que
possuem o entreferro constante, a distância dos polos no
rotor a ̀ superfície do estator não varia em nenhum ponto
radial da máquina.
• Dessa forma, o campo magnético radial (Hg) no entreferro
pode ser descrito pela Equação a seguir:
• Fg é a FMM girante(raial),
• g corresponde a ̀ distância do espaço de ar existente entre o
rotor e estator.
Esquema simplificado do enrolamento trifásico do
estator em uma máquina trifásica de 2 polos.
Os enrolamentos são representados pelas bobinas a, b e c.
• As correntes instantâneas que alimentam cada fase variam
alternadamente com o tempo.
• Im corresponde ao valor de pico da corrente.
• A FMM produzida por cada bobina é uma onda senoidal
centrada no eixo magnético de cada fase, as três ondas
FMM estão afastadas uma da outra por 120 graus elétricos e
variam espacialmente.
• Para cada um dos pontos em que wt é igual a:
0, π/3 radianos(60º) e 2π/3 radianos(120°),
as componentes da FMM em cada fase apresentam certa
magnitude e fase que se somam, formando uma FMM
resultante.
• No instante inicial t = 0s tem-se que na fase a o valor da
corrente é o máximo ( ia (0)=Im ).
• A FMM da fase a atinge o seu valor máximo.
• pode-se verificar que os vetores Fa , Fb e Fc representam as
FMM geradas em cada etapa pelas correntes, conforme o
tempo.
• No instante inicial a corrente na fase a atinge o seu valor
máximo e as correntes das outras duas etapas atingem os
valores ib(0) = ic(0)= Im/ 2 .
• enquanto a corrente da fase a é positiva, as correntes das
outras têm sinal negativo. o vetor resultante de FMM é o F
Comportamento da FMM para
diferentes tempos (a) wt = 0 ,
(b) wt =60° , (c) wt =120° .
• A onda de FMM em cada uma das fases mantém, ao longo
do tempo, sua forma senoidal e sua amplitude, mas a
resultante é um vetor de magnitude constante que vai
alterando a sua posição e direção ao longo do entreferro,
com uma certa frequência angular.
• Para uma máquina de 2 polos, a onda de FMM sofre uma
rotação completa por ciclo. Se for extrapolada para uma
máquina de P polos, a onda de FMM apresenta 2P (rpm)
rotações por ciclo.
• O campo magnético girante surge na máquina de indução
devido ao comportamento das ondas girantes de FMM.
• A velocidade do campo magnético girante será de acordo
com os aspectos construtivos dos enrolamentos da máquina.
• A velocidade síncrona de rotação é definida como a
velocidade de rotação do campo magnético principal da
máquina, em rotações por minuto.
• fs é a frequência em Hertz (Hz),
• P é o número de polos.
• A velocidade do campo magnético girante será de
acordo com os aspectos construtivos dos enrolamentos
da máquina.
• A velocidade síncrona de rotação é definida como a
velocidade de rotação do campo magnético principal da
máquina, em rotações por minuto, dada pela Equação a
seguir, em que fs é a frequência em Hertz (Hz) e P é o
número de polos:
Exercício
• Uma máquina CA produzir uma densidade de fluxo magnético
espacial de 1,5 T. seu rotor deverá ser acionado a uma
velocidade de 1800 rpm em 60Hz. este gerador tem que
apresentar as seguintes especificações: entreferro liso com
um enrolamento de rotor distribuído com 270 espiras em
série, um fator de enrolamento de 0,944 e um entreferro de
comprimento 0,8 mm e a máxima corrente que o enrolamentode cobre suporta é de 20 A, verificar se esse gerador
fucionará corretamente?
Exercício
• É necessário verificar se a corrente elétrica nas condições
impostas não vai ultrapassar o valor limite.
• Determinar o número de polos da máquina:
• Multiplicando Hg pela permeabilidade do vácuo, teremos a
fundamental espacial da densidade de fluxo magnético no
entreferro.
• A corrente é menor que 20 A, logo fucionará corretamente.
	1 - Máquinas Elétricas
	2 - Enrolamentos distribuídos
	3 - Máquina com enrolamento de uma única espira de passo pleno:
	4 - Slide4
	5 - Slide5
	6 - Slide6
	7 - Máquina com enrolamento distribuído
	8 - Slide8
	9 - Máquina com enrolamento distribuído
	10 - Exercício
	11 - Exercício
	12 - Nas máquinas CC
	13 - Slide13
	14 - Slide14
	15 - Slide15
	16 - Slide16
	17 - Máquinas elétricas CA
	18 - Slide18
	19 - Slide19
	20 - Slide20
	21 - Slide21
	22 - Comportamento da FMM para diferentes tempos (a) wt = 0 ,
	23 - Slide23
	24 - Slide24
	25 - Slide25
	26 - Exercício
	27 - Exercício
	28 - Slide28