Máquinas Elétricas

Eletrotecnia 1, Eletrotecnia 2, Matemática e Física.

O método de ensino consiste em aulas teóricas com projeção de documentos (Powerpoint, Word e similares) sobre os temas abordados, complementados com explicações no quadro da sala de aula; as aulas de prática laboratorial dividem-se em aulas de resolução de exercícios sobre cada máquina estudada e em aulas de realização de ensaios laboratoriais pelos alunos, em grupos de cerca de 3 estudantes, com montagem dos circuitos e determinação das curvas características das máquinas e dos parâmetros dos circuitos equivalentes. 

Pretende-se que os alunos adquiram conhecimentos sobre os principais
tipos de máquinas elétricas clássicas e a sua utilização, incluindo forte
componente prática laboratorial. No final do semestre, os alunos devem
saber descrever a constituição e o princípio de funcionamento das
máquinas elétricas clássicas (transformadores; motores de indução
trifásicos e monofásicos; geradores e motores de corrente contínua;
alternadores e motores síncronos), seus campos de aplicação e efetuar
cálculos associados ao funcionamento em regime permanente. Os
conhecimentos contribuem para as seguintes competências:

– Projetar, executar e explorar instalações elétricas;

– Conhecer o funcionamento das máquinas elétricas e os equipamentos de controlo;

– Conhecer os aspetos mais importantes da manutenção de instalações elétricas e equipamentos
industriais;

– Projetar e implementar sistemas de comando e de proteção de equipamentos industriais;

-Elaborar planos de manutenção de equipamentos eletromecânicos.

1. Princípios genéricos de máquinas elétricas

Panorâmica geral das máquinas elétricas existentes. Introdução à sua importância e campos de aplicação. Lei de Faraday e Lei de Lenz.

2. Transformadores monofásicos e trifásicos
Transformador monofásico. Constituição. Princípio de funcionamento. Equações de funcionamento. Circuito equivalente do transformador real. Definição das grandezas características em regime nominal. Determinação das quedas de tensão e das características externas. Perdas e rendimento. Ensaios económicos.
Agrupamento em paralelo de transformadores monofásicos.
Transformador trifásico. Banco trifásico e unidade trifásica. Núcleo do transformador trifásico. Tipos de transformador trifásico, quanto à ligação dos enrolamentos. Funcionamento do transformador em regime simétrico. Desvio angular.
Agrupamento em paralelo de transformadores trifásicos.
Noções do comportamento do transformador trifásico em regime de cargas assimétrico e perante o 3º harmónico.

3. Máquina assíncrona: trifásica e monofásica
Introdução às máquinas assíncronas trifásicas.
Motores de Indução: Constituição. Princípio de funcionamento. Equações de funcionamento. Circuito Equivalente.
Potências e binário motor. Características eletromecânicas e mecânicas. Estabilidade de funcionamento. Influência dos parâmetros nas características do motor. Ensaios económicos.
Arranque dos motores de indução. Motores de gaiola. Motores de rotor bobinado. Inversão de marcha.
Funcionamento da máquina assíncrona como gerador. Funcionamento da máquina assíncrona como freio.
Motor de indução monofásico. Constituição. Processos de arranque dos motores de indução monofásicos. Circuito Equivalente.

4. Máquinas de corrente contínua
Introdução às máquinas rotativas de corrente contínua. Constituição. Princípio de funcionamento. Cálculo da fem resultante. Comutação (necessidade e problemas). Potências, binários e rendimentos. Equações de funcionamento. Análise energética dos geradores. Tipos de excitação.
Geradores de corrente contínua: Características de funcionamento dos dínamos.
Motores de corrente contínua: Análise energética dos motores. Características de funcionamento. Aplicações dos motores de corrente contínua. Inversão do sentido de marcha. Arranque. Recuperação de energia. Frenagem elétrica. Regulação da velocidade.

5. Máquinas síncronas
Introdução às máquinas síncronas.
Princípio de funcionamento. Constituição. Indutor fixo e indutor móvel. Refrigeração e excitação.
Funcionamento da máquina síncrona como alternador.
Alternador em circuito aberto. Processos de melhorar a forma de onda do campo indutor e da f.e.m.. Harmónicos devido ao efeito de ranhuras. Reação do induzido nos alternadores. Alternador trifásico em regime de cargas equilibradas. Alternador monofásico e alternador trifásico em regime assimétrico. Funcionamento do alternador em carga. Características estáticas dos alternadores. Ensaios económicos dos alternadores. Agrupamento em paralelo dos alternadores.
Funcionamento da máquina síncrona como motor
Motor síncrono trifásico. Relações entre binário e potência. Funcionamento do motor síncrono com carga constante e excitação variável. Funcionamento do motor síncrono com carga variável e excitação constante. Curvas “V” do motor síncrono. Aplicações do motor síncrono. Arranque dos motores síncronos.

NAO

Elementos de Estudo Facultados
– Apontamentos de Máquinas Elétricas (fornecidos aos alunos em formato eletrónico)

  – Joaquim Carvalho, Transformadores, ISEC.
  – Joaquim Carvalho, Máquinas de Indução, ISEC.
  – Joaquim Carvalho, Máquinas Síncronas, ISEC (versão reduzida para esta unidade curricular por Paulo Pereirinha).
  – Joaquim Carvalho, Máquinas de Corrente Contínua, ISEC, (versão reduzida para esta unidade curricular por Paulo Pereirinha). 
  – Guia Laboratorial, ISEC.
  – Folhas de exercícios, ISEC

– S. J. Chapman (2012). Electric Machinery Fundamentals, Mcgraw Hill Higher Education; 5th Revised edition, 2012. ISBN 978-007-13258

– S. A. Nasar  (1984). Máquinas Eléctricas, McGraw-Hill, Brasil, 1984.

– D. P. L. Brandão (1984) , Máquinas Eléctricas – Introdução às Máquinas Eléctricas de Corrente Contínua, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1984.

– Jesus Fraile Mora, Jesus Fraile Ardanuy (2015).- Problemas de máquinas eléctricas. 2ª ed. Madrid : Garceta grupo editorial, cop. 2015. 390 p. ISBN 978-84-1622-814-0

– P. C. Sen (1996).  Principles of Electric Machines and Power Electronics, John Wiley & Sons, Inc., Singapore, 1997. ISBN 0-471-02295-0

– Ion Boldea, Syed A. Nasar (2006). Electric drives, Boca Raton, CRC Press, 2nd. Edition, 2006. ISBN 978-0-8493-4220-2