Acionamentos Eletromecânicos

Electrotecnia I

Electrotecnia II

Máquinas Eléctricas

Aulas teóricas com exposição dos assuntos, chamando a atenção para os aspetos mais relevantes e fazendo a ligação entre cada assunto e os restantes. Interpelação dos alunos sobre a matéria por forma a despertar a curiosidade, recordar e interligar conhecimentos anteriores. Apresentação de alguns vídeos e animações que ilustram os conceitos e/ou aplicações.

Aulas Práticas/Laboratóriais. Estas aulas são de dois tipos: Aulas de resolução de exercícios, com análise e dimensionamento de acionamentos eletromecânicos, incluindo o seu comando e proteção; e aulas de experimentação laboratorial onde se ensaiam, controlam e montam diversos acionamentos eletromecânicos.

A organização da UC, balanceando cuidadosamente conhecimentos teóricos abrangentes com resolução de exercícios teórico-práticos e prática laboratorial, leva a que esta seja uma das UCs com maior sucesso da LEEM, com taxa de aprovação dos alunos avaliados muito elevada. Para a motivação dos alunos, também contribui a atribuição de um ou dois certificados (consoante os resultados obtidos na UC e nos laboratórios) atribuídos pela SEW Eurodrive, ao abrigo do protocolo entre o ISEC e esta empresa de referência da área dos acionamentos eletromecânicos.

Pretende-se que os alunos adquiram conhecimentos e competências (teóricos, teórico-práticos e laboratoriais) sobre os acionamentos eletromecânicos.

No final do semestre, os alunos devem conhecer e saber utilizar, dimensionar, analisar e otimizar, proteger e implementar um acionamento eletromecânico, nomeadamente utilizando motores de indução trifásicos e arrancadores, variadores e/ou reguladores eletrónicos de velocidade. Estes conhecimentos devem contribuir assim, associados a outras unidades curriculares, para as seguintes competências:
– Conhecer o funcionamento das máquinas elétricas e os equipamentos de controlo;
– Projetar e implementar sistemas de comando e de proteção de equipamentos industriais;
– Projetar, executar e explorar instalações elétricas;
– Conhecer os aspetos mais importantes da manutenção de instalações elétricas industriais e de equipamentos elétricos industriais;
– Elaborar planos de manutenção de equipamentos eletromecânicos.

1- Dimensionamento e aplicações de sistemas de força motriz.

Introdução aos acionamentos

Conversão de energia em acionamentos eletromecânicos.

Acionamentos eletromecânicos de velocidade constante e velocidade variável. Principais aplicações industriais e gama de potências de acionamentos eletromecânicos. Evolução da distribuição dos acionamentos por motores de corrente contínua e de corrente alternada.

Normalização dos esquemas elétricos: Simbologia

Simbologia usada mas desatualizada; simbologia segundo a norma CEI 1082-1. Comparação dos principais símbolos das normas europeias e dos EUA.

Referenciação de um esquema desenvolvido.

Execução dos Esquemas.

Esquemas de comando e de potência para arranque de motores

Correntes e binários em arranques de motores: arranque direto, estrela-triângulo. Curvas em função do deslizamento e da velocidade. Representações típicas. Esquemas típicos do circuito de comando e de potência.

Outros arranques:

•     Motores com enrolamentos parciais (“part-winding”).

•     Estatórico por resistências.

•     Por autotransformador.

•     Motores de rotor bobinado.

•     Arrancadores-inversores.

•     Arranque direto de motores monofásicos.

•     Motores de 2 velocidades de enrolamentos separados.

•     Motores de 2 velocidades com comutação de pólos. Dahlander: Binário const. e variável; Potência constante.

Equipamentos de comando de um acionamento

Contactores. Aspetos particulares da alimentação das bobinas em corrente alternada e em corrente contínua (dispositivos de redução de consumo). Forças em corrente alternada. Função da espira de Frager; paralelo com o princípio de funcionamento dos motores de pólos sombreados (“shaded poles”).

Outros tipos de contactores: contactores de baixo consumo. Relés e contactores estáticos.

Exemplos de escolha de contactores em função da aplicação.

Coordenação de contactores com dispositivos de proteção contra CC

Efeitos eletromagnéticos e térmicos dos curto-circuitos.

Noção e tipos de coordenação (inexistente, tipo 1, tipo 2 e total) e suas consequências, vantagens e desvantagens.

As diferentes soluções de comando e proteção de motores. Soluções com 1, 2 ou 3 equipamentos para realizar as funções base de uma saída motor. Vantagens e desvantagens.

2- Optimização de acionamentos eletromecânicos

Introdução

Natureza dos acionamentos eletromecânicos. Esquema funcional de um acionamento elétrico. Passos para projeto / seleção de acionamentos.

Mecânica dos Acionamentos: Descrição e modelação

Equação fundamental da dinâmica. Inércia, atrito e efeitos elásticos. Binários de atrito.

Descrição e binário resistente de alguns tipos de cargas.

Órgãos para transmissão e adaptação de movimentos. Princípio da aditividade. Redutores mecânicos. Relação de transmissão. Diversos tipos de redutores e respetiva relação de transmissão.

Determinação dos parâmetros mecânicos: cálculo do momento de inércia e coeficiente de atrito viscoso; determinação dos parâmetros a partir de ensaios.

Exigências de serviço, regime dinâmico

Exigências de serviço. Quadrantes de funcionamento.

Estudo de casos.

Restrições impostas pela máquina elétrica/conversor.

3- Variação de velocidade e controlo de posição

Transdutores

Transdutores de velocidade e posição analógicos: dínamos taquimétricos e resolvers.

Transdutores de velocidade e posição digitais: contadores de pulsos com detetores indutivos, codificadores (encoders) incrementais e absolutos (código binário natural e código Gray). Vantagens e desvantagens. Transdutores de corrente: transformadores de corrente e sensores de efeito Hall.

Arrancadores e variadores de velocidade eletrónicos

Diferenças e campos de aplicação dos retificadores controlados, conversores de frequência e graduadores de tensão.

Constituição: módulo de potência e módulo de controlo. Principais funções dos arrancadores e dos variadores de velocidade eletrónicos.

Variação da tensão com frequência fixa

Arrancadores suaves.

Variadores de velocidade eletrónicos

Variação simultânea da tensão e frequência (técnica “V/f” e “E/f”).

Variação simultânea da corrente e frequência.

Regulação de velocidade e posição: controlo vetorial

Introdução à Teoria Generalizada das Máquinas Elétricas.

Modelos da máquina assíncrona trifásica em vários referenciais.

Equações das tensões em valores de fase.

Transformação de Park aplicada a uma máquina assíncrona trifásica.

Princípio do Controlo Vetorial.

4- Análise dinâmica de sistemas

Casos concretos de escolha do acionamento em função do tipo de carga.

Referência à aplicação da Transformação de Park à máquina assíncrona trifásica, para estudo dinâmico e aplicação ao controlo vetorial.

5- Aspetos complementares dos acionamentos eletromecânicos

Potencial de poupança de energia.

Avanços e tendências futuras: nas máquinas elétricas; nos acionamentos com motores de indução.

Formas de montagens de motores e classes de isolamento.

6- Sistemas especiais de força motriz

Utilização do Motor de indução linear e do BLDC Motor.

Aplicação dos acionamentos em tração elétrica.

(Devido a assegurar a coordenação das matérias entre as aulas teóricas e as práticas laboratoriais, a sequência de lecionação das matérias poderá não ser exatamente a apresentada acima.)

NAO