Departamento: DEE - Engenharia Elétrica
Disciplina: null
Código: CEE0001
Carga horária: 90
Período letivo: 2018/1
Professor: LAÍS HAUCK DE OLIVEIRA
Contato: lais.o.hauck@gmail.com
THIAGO HIDEKI AKINAGA
Contato: thiagoakinaga@yahoo.com.br
Ementa
Circuitos magnéticos. Sistemas e dispositivos magnetelétricos. Princípios de conversão. Dispositivos de excitação dupla. Máquinas rotativas elementares. Transformadores: modelos e aplicações.
Objetivo geral
• Conhecer e aplicar o princípio de conversão de energia, bem como as leis do balanço de energias e potências; • Utilizar as ferramentas matemáticas de análise para solução de problemas de conversão de energia;
• Descrever adequadamente os conceitos relacionados às propriedades eletromagnéticas de meios magnéticos, dielétricos e condutivos.
• Conhecer os modelos de circuitos elétricos que descrevem o transformador operando em vazio e com carga.
Objetivo específico
- Revisar as leis fundamentais da eletrotécnica, a partir das equações de Maxwell, com destaque especial para as leis de Faraday, Lenz e Ampère;
- Fazer a distinção entre os materiais magneticamente moles, magneticamente duros e os materiais magneticamente intermediários (meios de gravação magnética);
- Estudar os fenômenos relativos às perdas por histerese, perdas por correntes parasitas e perdas anômalas;
- Analisar o estabelecimento de campos magnéticos em diversas partes de circuitos magnéticos simples, particularmente, nas regiões de entreferros.
- Discutir o princípio físico de acoplamento eletromagnético entre circuitos elétricos e magnéticos; - Estabelecer o circuito magnético equivalente de sistemas eletromagnéticos;
- Derivar o circuito elétrico equivalente, a partir do circuito magnético equivalente; - Estudar os princípios de conversão de energia eletromagnética em movimento; -Estabelecer o balanço de energia e potência nas máquinas elétricas;
- Analisar o desempenho dos conversores eletromagnéticos: lineares e rotativos.
- Derivar o circuito equivalente do transformador monofásico, incorporando todos os parâmetros elétricos e magnéticos; - Analisar o desempenho do transformador sob diferentes condições de operação;
- Determinar os parâmetros do transformador por meio de ensaios padronizados pela ABNT; - Analisar o desempenho do transformador sob diferentes condições de operação;
- Estabelecer as condições para a operação de transformadores em paralelo; - Fazer a distinção entre transformadores e autotransformadores;
- Introduzir o modelamento de transformadores para baixas, médias e altas frequências; - Identificar os tipos de transformadores trifásicos e suas conexões;
Conteúdo programático
Módulo 1) As equações de Maxwell e os efeitos do magnetismo1.1 As equações de Maxwell 1.2 Efeitos do magnetismo
1.3 Condutor imerso em um campo magnético 1.4 A equação de Lorentz
Conteúdo programático
1.5 Força magnética na interface ferro-ar1.6 Exercícios referentes ao módulo 1
Módulo 2) O campo magnético estacionário
2.1 Campo magnético criado pela corrente que circula em condutores
2.2 Forças que atuam em condutores de corrente em paralelo 2.2 Força em um conjunto de condutores de corrente
2.3 A lei circuital de Ampère 2.4 Solenoides
2.5 Toroides
2.6 Definições de indutância
2.7 Materiais magneticamente moles: aplicações na eletroeletrônica 2.8 Materiais magneticamente duros: aplicações na eletroeletrônica 2.9 Exercícios referentes ao módulo 2
Módulo 3) Circuitos magnéticos
3.1 Princípios e equações básicas dos circuitos magnéticos
3.2 Circuitos magnéticos com entreferro 3.2 Circuitos magnéticos sem e com entreferro
3.3 Analogia entre circuitos elétricos e magnéticos 3.4 Energia e força no entreferro
3.5 Cálculo de força magnética pelo método do trabalho virtual 3.6 Cálculo de força magnética pelo método do tensor de Maxwell 3.7 Exercícios referentes ao módulo 3
Módulo 4) Análise de sistemas magnéticos 4.1 Característica B-H
4.2 Característica fluxo-corrente 4.3 Curva normal de magnetização
4.4 Modelos lineares para a curva normal B-H 4.2 Característica fluxo enlaçado versus corrente
4.3 Curva normal de magnetização
4.4 Modelos lineares para a curva normal B-H
4.5 Histerese magnética
Conteúdo programático
4.7 Circuitos magnéticos com ímãs permanentes4.8 Exercícios referentes ao módulo 4
Módulo 5) Indução eletromagnética
5.1 A penetração de campos em meios condutivos 5.2 Efeito das correntes induzidas em meios condutivos
5.3 A equação da difusão em termos da densidade de corrente 5.4 Força eletromotriz de transformação e de movimento
5.5 Cálculo de torque em espiras 5.6 Exercícios referentes ao módulo 5
Módulo 6) Transformadores 6.1 O transformador ideal
6.2 Diagrama fasorial do transformador ideal 6.3 Circuito elétrico equivalente do transformador
6.4 Diagrama fasorial do transformador monofásico real
6.6 O sistema "por unidade" (p.u.)
6.7 Regulação, rendimento e rendimento diário
6.8 Operação em baixas, médias e altas frequências 6.9 Autotransformadores
6.10 Diagrama fasorial de transformadores trifásicos
6.11 Comparação entre transformadores trifásicos e bancos de transformadores
6.12 Associação paralela e em cascata de transformadores 6.13 Utilização de programas Matlab para cálculo de parâmetros
6.14 Utilização do programa FEMM para cálculo de parâmetros 6.15 Utilização de transformadores com núcleos de ligas amorfas
6.16 Exercícios sobre transformadores
Módulo 8) Laboratório
8.1 Contactores: operação em corrente contínua e corrente alternada
8.2 Noções básicas do programa de elementos finitos FEMM; programas complementares LUA e GENI
8.3 Ensaio para determinação da polaridade de transformadores
Conteúdo programático
8.5 Banco de transformadores com ligações YD, DD e VV8.6 Ensaio para determinação de polaridade em motores trifásicos
8.7 Ensaios de curto-circuito e circuito aberto em transformadores monofásicos
8.8 Projeto de pequeno transformador monofásico: construção de protótipo físico e comparação de parâmetros obtidos em ensaios e em simulações utilizando programas de elementos finitos
8.9 Ensaio para determinação do rendimento e regulação de tensão de transformadores: aplicações do modelo obtido nos ensaios
8.10 Caracterização do material do núcleo: laço de histerese, curva BH, cálculo de energia e perdas no ferro (por histerese e por correntes parasitas)
8.11 Determinação da corrente transitória de magnetização (inrush) e corrente de excitação de transformadores; determinação de indutâncias próprias e mútuas
8.12 Prova escrita sobre o conteúdo apresentado no laboratório
6.5 Ensaios de transformadores
Módulo 7) Princípios de Conversão Eletromecânica de Energia 7.1 A equação do balanço de energia
7.2 Entreferro móvel: movimento lento e movimento brusco 7.3 Dispositivos de excitação dupla: indutâncias próprias e mútuas
7.4 Energia mecânica, força e conjugado em função das indutâncias: valores médios e instantâneos 7.5 Princípios de alinhamento: motor de relutância
7.6 Equação do conjugado em sistemas de excitação dupla
7.7 Funcionamento das principais máquinas rotativas de excitação dupla
7.8 Exercícios referentes ao módulo 6
Metodologia
A disciplina será ministrada através de aulas expositivas, aulas de simulação em computador digital, juntamente aulas práticas no laboratório convencional ministradas no Laboratório de Máquinas e Acionamentos (LAMAE).
Sistema de avaliação
Sistema de avaliação
A qualidade do desempenho do aluno será avaliada de acordo com as seguintes atividades e critérios:
Bibliografia básica
• LIVROS-TEXTOFALCONE, A. G. (1979): “Eletromecânica”. Editora Edgard Blücher Ltda. [9 exemplares na BU/UDESC]
FITZGERALD, A. E., KINGSLEY Jr, C. e UMANS, S. D. (2006) “Máquinas elétricas: com introdução à eletrônica de potência”. 6ª ed. Porto Alegre: Bookman, 648 p. [12 exemplares na BU/UDESC]
FITZGERALD, A. E., KINGSLEY Jr., C. e KUSKO, A. (1975): “Máquina Elétricas”. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil Ltda., 623 p. [19 exemplares disponíveis na BU/UDESC]
RIES, W. (2007): “Transformadores: fundamentos para o projeto e cálculo” – Editora: EDIPUCRS. 1ª edição. [4 exemplares disponíveis na BU/UDESC]
SLEMON, G. R. (1974): “Equipamentos Magnetelétricos: transdutores, transformadores e máquinas”. Volume I. São Paulo: Livros Técnicos e Científicos S.A. 240 p. [7 exemplares disponíveis na BU/UDESC]
Bibliografia complementar
• MANUAIS DE PROGRAMAS DE SIMULAÇÃO[1] D. Meeker, Finite element method magnetics, user’s manual. Available: http://www.femm.info/Archives/doc/manual42.pdf
[2] J.D. Edwards, An introduction to MagNet for static 2D modeling (Infolytica Corporation, Montreal, 2007), Available: http://courses.ee.sun.ac.za/Energiestelsels_344/files/downloads/MagNet-Introduction.pdf
• ARTIGOS TÉCNICO-CIENTÍFICOS
[1] Antonio Flavio Licariao Nogueira: CALCULATION OF POWER TRANSFORMERS EQUIVALENT CIRCUIT PARAMETERS USING NUMERICAL FIELD SOLUTIONS. International Journal of Research and Reviews in Applied Sciences 2076-7366. 11/2013; 17 (1):19.
[2] Antonio Flavio Licariao Nogueira: TEORIA E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE CORRENTES INDUZIDAS EMPREGANDO A TÉCNICA DE ELEMENTOS FINITOS. SODEBRAS, Revista ISSN 1809-3957. 05/2013; 8(89):15.
[3] Antonio Flavio Licariao Nogueira, Leonardo Jose Amador Salas Maldonado: ANALYSIS OF AC CONTACTORS COMBINING ELECTRIC CIRCUITS, TIME-HARMONIC FINITE ELEMENT SIMULATIONS AND EXPERIMENTAL WORK. International Journal of Research and Reviews in Applied Sciences. 03/2013; 14(3):513.
[4] Antonio Nogueira: O USO DA SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS COMO FERRAMENTA DE ENSINO. Revista Brasileira de Ensino de Física 02/2009; 30(4):4306.
[5] Antônio Flavio Licarião-Nogueira, Dilney Cesar B. Pereira Junior: SURFACE INTEGRATION AND ENERGY-BASED APPROACHES TO CALCULATE GLOBAL FORCES IN MAGNETIC ACTUATORS. MOMAG 2006 - XII Simpósio Brasileiro de Microondas e Optoeletrônica; VII Congresso Brasileiro de Eletromagnetismo, Belo Horizonte, estado de Minas Gerais, Brazil; 08/2006
[6] Antônio Flavio Licarião Nogueira, Gabriel Grunitzki Facchinello, Leonardo Adriano Ramos: ANÁLISE DE DESEMPENHO DE MÉTODOS DE CÁLCULO DE FORÇA MAGNÉTICA ATRAVÉS DO PROBLEMA DE TESTE DE SIMKIN. SODEBRAS, Revista ISSN 1809-3957. 12/2013; 8(96):42.
• NORMAS TÉCNICAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5380 - Transformadores de potência. Método de ensaio. Rio de Janeiro: ABNT, maio 1993. 59 p
• E-BOOKS (BIBLIOTECA VIRTUAL DA UDESC)
[1] Principles of Electromechanical Energy Conversion Say, M.G. Electronics and Power Volume: 12 , Issue: 10 DOI: 10.1049/ep.1966.0296 Publication Year: 1966 IET JOURNALS & MAGAZINES
[2] Principles of Electromagnetism and ElectromechanicalEnergy Conversion El-Hawary, M. Principles of Electric Machines with Power Electronic Applications DOI: 10.1109/9780470545645.ch2 Page(s): 23 - 101
A Resolução nº 018/2004-CONSEPE regulamenta o processo de realização de provas de segunda chamada.
Segundo esta resolução, o aluno que deixar de comparecer a qualquer das avaliações nas datas fixadas pelos professores, poderá solicitar segunda chamada de provas na Secretaria Acadêmica através de requerimento por ele assinado, pagamento de taxa e respectivos
comprovantes, no prazo de 5 (cinco) dias úteis, contados a partir da data de realização de cada prova, sendo aceitos pedidos, devidamente comprovados, motivados por:
I - problema de saúde, devidamente comprovado, que justifique a ausência;
II - doença de caráter infecto-contagiosa, impeditiva do comparecimento, comprovada por atestado médico reconhecido na forma da lei constando o Código Internacional de Doenças (CID);
III - ter sido vítima de ação involuntária provocada por terceiros;
