Conversão Electromecânica de Energia

Ocorrência: 2011/2012 - 2S

Cursos

Docência - Horas Teórico-Práticas: 4 Laboratórios: 2 Tipo Docente Turmas Horas Teórico-Práticas Totais 1 4,00 Manuel Guerreiro   4,00 Laboratórios Totais 2 4,00 Manuel Guerreiro   4,00

Docência - Responsabilidades Docente Responsabilidade Manuel Gaspar Oliveira Guerreiro Responsável

Língua de Ensino

Português

Objectivos

A disciplina pretende contribuir para a formação científica do aluno na área da conversão electromecânica de energia nomeadamente, no estudo em regime permanente dos motores de corrente contínua, dos motores monofásicos e trifásicos de indução e geradores de indução.

Programa

PARTE TEORICO-PRÁTICA

I. INTRODUÇÃO (2h TP)
1. Princípios e leis da Electricidade e do Electromagnetismo.
1.1. Leis d’Ohm, Hopkinson, Kirchhoff. Força de Lorentz-Laplace. Lei de Ampère e lei de Faraday.
1.2. Regras para determinação de sentidos.
2. Importância da Conversão Electromecânica de Energia.

II. MÁQUINA DE CORRENTE CONTÍNUA. (22h TP)
1. Princípio de funcionamento de uma máquina CC elementar.
2. Constituição da máquina de corrente contínua.
2.1. Estator (Pólos principais e auxiliares. Enrolamentos indutores e compensadores. Carcassa. Escovas e acessórios). Tipos de excitação.
2.2. Rotor (Núcleo do induzido. Cavas e dentes. Colector. Enrolamentos).
3. Funcionamento do gerador CC.
3.1. Circuito magnético. Entreferro. Fluxos. Resistência de campo.
3.2. Funcionamento em vazio. Característica de magnetização da máquina.
3.3. Funcionamento em carga do gerador com excitação independente. Características externas.
4. Motores de Corrente Contínua.
4.1. Princípio de funcionamento dos motores CC. Sentidos de rotação.
4.2. Força contra-electromotriz. Binário electromagnético.
4.3. Reacção magnética do induzido. Enrolamentos de compensação.
4.4. Diagrama energético. Perdas no ferro (histerese e correntes de Foucault). Perdas no cobre. Perdas mecânicas. Atrito e ventilação.
4.5. Curva de rendimento. Rendimento máximo.
4.6. Processos de arranque. Arranque directo. Corrente e binário de arranque. Arranque reostático. Referência a arranques usando meios electrónicos.
4.7. Motor com excitação independente. Características de funcionamento. Característica mecânica. Estabilidade mecânica do ponto de funcionamento.
4.8. Motor com excitação série. Características de funcionamento. Característica mecânica. Motor Universal.
4.9. Frenagem. Frenagem regenerativa, reostática e por contracorrente.
4.10. Regulação de velocidade dos motores CC. Variação da tensão de alimentação. Variação da excitação.

III. MÁQUINA DE INDUÇÃO TRIFÁSICA. (26h TP)
1. Constituição. Rotor. Estator (Gaiola simples e dupla. Rotor Bobinado).
2. Princípio de Funcionamento. Escorregamento. Velocidade e medida do escorregamento. Vários tipos de funcionamento (motor, gerador, freio).
3. Comparação entre a máquina assíncrona e o transformador. Equação do estator. Equação do rotor.
4. Ensaios de vazio e de rotor bloqueado. Redução de parâmetros do rotor ao estator. Esquemas equivalentes. Aplicação do Teorema de Thévenin na simplificação do esquema equivalente em "T".
5. Potências e Binários. Diagrama Energético. Rendimento.
6. Característica mecânica: funcionamento motor, gerador e de frenagem. Binário máximo e escorregamento correspondente. Característica electromecânica da corrente. Classes. Arranques. A máquina simplificada aos parâmetros do rotor.
7. Gerador de indução trifásico ligado a rede de tensão e frequência constante. Diagrama energético.
8. Gerador de indução trifásico isolado. Princípio de funcionamento. Auto-excitação com condensadores. Comparação com o princípio de funcionamento de um alternador síncrono.

IV. MOTOR MONOFÁSICO DE INDUÇÃO ( 8h TP)
1. Constituição. Rotor. Estator. Princípio de Funcionamento. Teoria do duplo campo girante.
2. Potências e Binários. Esquema equivalente. Diagrama Energético. Associação das potências aos elementos do circuito equivalente. Rendimento.
3. Característica mecânica.
4. Meios auxiliares de arranque. Fase repartida. Condensador de arranque. Condensador de regime permanente. Condensador duplo. Motor com espira sombra.


PARTE LABORATORIAL
Os ensaios a efectuar permitirão o estudo experimental das máquinas em aspectos diversos. Cada aluno, ou cada grupo de trabalho deve realizar o equivalente a 7 dos trabalhos seguintes:

I. ENSAIOS COM MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA. (10 h)
1. Obtenção da característica interna de uma máquina CC.
2. Determinação experimental do rendimento de uma máquina CC.
3. Características de um motor com excitação in

Bibliografia Principal

Bibliografia Complementar

Métodos de Ensino

A componente teórico-prática da disciplina pretende que, de forma integrada, o professor promova a aprendizagem através da introdução de conteúdos que aluno deve pesquisar, aprofundar e relacionar. A estratégia assentará na apresentação de tarefas e/ou problemas cuja resolução pode implicar a realização de ensaios laboratoriais. Esta componente laboratorial é geralmente desenvolvida em grupo, contudo é estimulado o trabalho independente do aluno no desenvolvimento e aprofundamento de temas, e na responsabilização individual do seu desempenho nas tarefas de experimentação laboratorial.
O Professor acompanha a resolução de problemas retirando gradualmente as dúvidas que vão surgindo. Numa parte importante dos casos a resolução completa do problema deve no final ficar disponível para todos os alunos (no quadro, por exemplo). Devem ser reservados alguns casos que possibilitem ao aluno a resolução individual favorecendo um desenvolvimento independente, e outros casos para a resolução por pequenos grupos de alunos promovendo as relações pessoais.
Na parte inicial do semestre algumas aulas de laboratório serão do tipo de demonstração com a finalidade de o aluno se ambientar ao equipamento e aparelhos de medida.
Os trabalhos laboratoriais poderão ser realizados de forma integrada em problemas de natureza geral, isto é, algumas vezes o objectivo do trabalho exigirá os resultados de vários ensaios. Os ensaios são considerados meios e não fins a atingir, isto é, os ensaios serão realizados porque é necessário resolver um determinado problema experimental.

Modo de Avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação e Ocupação registadas

Cálculo da Classificação Final

Ao longo do ano lectivo o aluno executará trabalhos laboratoriais obrigatórios dos quais elaborará os respectivos relatórios que serão apresentados e discutidos (L1 e L2 ).
Da sua actividade e participação nas aulas de laboratório ser-lhe-á atribuída uma classificação L que é a média aritmética arredondada às décimas dos trabalhos realizados: L=(L1+L2)/2.
Das aulas teórico-práticas resulta uma classificação T obtida através da realização de 2 testes facultativos T1 (máquina de corrente contínua) e T2 (máquina trifásica de indução) ou através de exame. A classificação T é obtida pela expressão seguinte arredondada às décimas, T=0,4.T1+0,6.T2 ou o resultado do exame de natureza teórico-prática.
Esta classificação pode ser melhorada com a avaliação pela participação presencial (AP- máximo 2 valores) do aluno nas aulas através de TAP=(2.T+AP)/2,1. Para os cálculos seguintes será considerado TE igual à classificação mais elevada de T e TAP.
O exame é constituído por duas partes, uma para a máquina de corrente contínua (8 valores), e outra para a máquina trifásica de indução (12 valores). Os alunos obrigados a efectuar exame para a sua aprovação podem decidir não fazer uma das partes desse exame e, nessa parte, ser-lhe-á atribuída a classificação obtida no teste correspondente. As classificações obtidas nas partes realizadas em exame substituem as eventualmente obtidas em testes.
Os alunos que tenham L>=9,5 e TE>= 9,5 ficarão aprovados com a classificação C determinada pelo arredondamento às unidades de:C=(L+2.TE)/3.
As provas de exame são feitas em épocas calendarizadas a nível de Escola.

Provas e Trabalhos Especiais

Durante o semestre realizam-se dois testes facultativos.
O primeiro teste é sobre a Máquina de Corrente Contínua e realiza-se dia 2 de Maio. O segundo teste é sobre a Máquina de Indução e realiza-se dia 22 de Junho.
Em casos excepcionais, por exemplo disciplina com horário reduzido, uma alternativa ao exame pode ser a realização de um trabalho proposto pelo docente.

Melhoria de Classificação Final/Distribuída

Os alunos aprovados, por testes ou por exame, dispõem de exame em época adequada para melhoria de nota. Neste caso a classificação na disciplina é a obtida na realização integral (as duas partes) do exame.

Observações

Fundamentação do nº de ECTS - (1 ECTS =26,7 h)
-Componente Presencial:
Teórico-prática: 60 h / semestre
Prática Laboratorial: 30 h / semestre
Realização de testes/exames: 7 h/semestre
Total Componente Presencial: 97 h / semestre

-Componente de trabalho autónomo do aluno:
Estudo (e preparação para as provas de avaliação contínua): 52,5 h / semestre
Elaboração de relatórios laboratoriais: 22,5 h / semestre
Elaboração de trabalhos, seminários, mini-projectos, outros: 0 h / semestre
Preparação para exame: 15 h / semestre
Total Componente de trabalho autónomo: 90 h / semestre.
Carga global de trabalho: 187h / semestre = 7 ECTS