Máquinas Eléctricas

                 
Secção de Máquinas Eléctricas
                 
  Programa Bibliografia Avaliação Ligações
Responsável: Sérgio Abrantes Machado
   
Área Científica Disciplinar: Engenharia Electrotécnica

Classificação1: E

1Classificação da unidade curricular: B - Ciências de Base de Engenharia; C - Ciências de Engenharia; E - Ciências de Especialidade; P - Ciências Complementares

   
Ano Semestre

Tempo de Contacto

Horas/Semana

Créditos ECTS  

Obrigatória

P
Teórica Teórica-Prática Prática Laboratorial Orientação Tutorial    

Opcional

 
3 2 3,0 1,5 1,5   7,0      
 

Descrição

 

 

A unidade curricular de Máquinas Eléctricas é composta por componentes teóricas, teórico-práticas e práticas laboratoriais. A componente teórica tem 3,0 horas de contacto semanais e as restantes componentes têm 1,5 horas de contacto semanais. Nesta unidade curricular são abordadas genericamente as matérias relacionadas com as características de funcionamento de máquinas eléctricas assíncronas, síncronas e de corrente contínua. É dada também uma perspectiva sobre sistemas mecânicos, manutenção falhas e avarias no âmbito das máquinas eléctricas. As máquinas eléctricas especiais, tais como, máquinas de relutância variável, máquina universal, motores de passo-a-passo, máquinas de magnetos permanentes, e motores lineares, são abordadas no âmbito do seu princípio de funcionamento, características principais e as suas aplicações. É ainda apresentada uma introdução ao regime dinâmico das Máquinas Eléctricas.

 

Objectivos e Competências Específicas  

 

Distinguir e manusear as máquinas eléctricas convencionais, como motor e como gerador
Identificar, caracterizar e aplicar a Máquina Assíncrona Trifásica
Identificar, caracterizar e aplicar a Máquina Síncrona de excitação independente e de magnetos permanentes
Identificar, caracterizar e aplicar a Máquina de Corrente Contínua
Identificar, caracterizar e aplicar as máquinas especiais
Distinguir e aplicar sistemas mecânicos, métodos de travagem e transdutores utilizados em accionamentos
Prescrever e providenciar a manutenção das máquinas eléctricas
Examinar e aplicar a regulamentação no âmbito das máquinas eléctricas

 

Programa Teórico e Teórico-Prático

 
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I – MÁQUINA ASSÍNCRONA TRIFÁSICA
Teoria básica e constituição. Estudo em regime permanente.
Métodos de arranque do motor de indução trifásico. Controlo de velocidade. Funcionamento como gerador. Aplicações.
Introdução ao estudo do regime dinâmico.


II – MÁQUINA SÍNCRONA EM REGIME PERMANENTE
Teoria básica e constituição. Análise em vazio e em carga.
Paralelo entre alternadores síncronos.
Introdução ao estudo do regime dinâmico.

III – MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA
Teoria básica e constituição. Estudo como gerador. Associação de geradores.
Estudo como motor. Reguladores de velocidade.
Introdução ao estudo do regime dinâmico.

IV – MÁQUINAS ESPECIAIS
Máquinas de potência fraccionária, motores monofásicos síncronos e de indução, motor universal, motores de controlo difásico, motores de passo, motores lineares, máquina de relutância variável.

 

V – SISTEMAS MECÂNICOS
Órgãos de transmissão e adaptação de movimentos.
Métodos de travagem de motores.
Transdutores utilizados em accionamentos.
Encoders. Resolvers. Taquigeradoras.

VI – FALHAS E AVARIAS DE MOTORES
Estudo das principais falhas a avarias em máquinas eléctricas.

 

 

     

Programa dos Trabalhos Práticos

 
 

 

Trabalho laboratorial nº1 - Máquina Assíncrona Trifásica

Competências:

Identificar, caracterizar e analisar o funcionamento da máquina assíncrona trifásica

Objectivos:

Identificação dos elementos constituintes da máquina assíncrona trifásica a ensaiar;

Determinação do modelo da máquina assíncrona trifásica em regime permanente;

Analise de funcionamento da máquina assíncrona trifásica em carga. Balanço de potência;

Verificação dos transitórios eléctricos de uma máquina assíncrona trifásica.

 

Trabalho laboratorial nº2 - Máquina Síncrona Trifásica

Competências:

Identificar, caracterizar e analisar o funcionamento da máquina síncrona trifásica.

Objectivos:

 Identificação dos elementos constituintes da máquina síncrona trifásica a ensaiar;

 Determinação do modelo da máquina síncrona trifásica em regime permanente;

 Análise de funcionamento do alternador síncrono trifásico em carga;

 Determinação das curvas em V (curvas de Mordey) do motor síncrono. Cálculo do rendimento pelo método das perdas separadas;

 Verificação das condições necessárias à colocação do alternador síncrono trifásico em paralelo com a rede. Desempenho da máquina síncrona trifásica como gerador ou como motor, sobre ou sub-excitada.
 

Trabalho laboratorial nº3 - Máquina de Corrente Contínua

Competências:

Identificar, caracterizar e analisar o funcionamento da máquina de corrente contínua

Objectivos:

 Identificação dos elementos constituintes da máquina de corrente contínua a ensaiar. Reconhecer os equipamentos de manobra da máquina de corrente contínua. Verificação dos modos de excitação da máquina de corrente contínua;

 Obtenção da curva de magnetização da máquina de corrente contínua;

 Análise do funcionamento da máquina de corrente contínua como gerador e como motor em regime permanente. Obtenção das respectivas curvas características de funcionamento;

 Determinação dos parâmetros mecânicos de uma máquina eléctrica.
 

Trabalho laboratorial nº4 - Variação de Velocidade de Máquinas Eléctricas

Competências:

Aplicar métodos de variação de velocidade em accionamentos electromecânicos

Objectivos:

 Regulação de velocidade do motor de corrente contínua por variação da tensão do induzido. Comparação com outros métodos;

 Aplicação de um variador de velocidade industrial a um motor de corrente contínua com excitação separada. Operação nos 4 quadrantes de funcionamento. Comparação com o sistema Ward Leonard;

 Aplicação e análise do funcionamento do motor assíncrono trifásico utilizando o controlo escalar (técnica V/f);

 Compreender a similitude entre os métodos utilizados para a variação de velocidade do motor assíncrono trifásico e do motor de corrente contínua.
 

Trabalho laboratorial nº5 - Manutenção de Máquinas Eléctricas

Competências:

Detectar falhas e avarias e elaborar um plano de manutenção de uma máquina eléctrica

Objectivos:

 Contacto com alguns métodos para reconhecer a natureza de falhas eléctricas de máquinas assíncronas de rotor em curto-circuito;

 Análise e diagnóstico das diferentes falhas e avarias que ocorrem na prática em máquinas eléctricas;

 Elaboração um plano de manutenção preventiva de uma máquina eléctrica.

 
     

Bibliografia

 
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S J Chapman; “Electric Machinery Fundamentals”; Mc Graw Hill, 2005

A.E.Fitzgerald; Charles Kingsley, Jr, Stephen D. Umans“Electric Machinery”; Mc Graw Hill, 2004; 6ª edição

 Bhag S. Guru, Huseyin R, Hiziroglu; “Electric Machinery and Transformers”; 3rd Edition; Oxford University Press, 2001

Kostenko, M.., Piotrovski, L., Máquinas Eléctricas – Vol. I, Edições Lopes da Silva, Porto, 1979.

Kostenko, M.., Piotrovski, L., Máquinas Eléctricas – Vol. II, Edições Lopes da Silva, Porto, 1979.

 

Outros autores recomendados:

Brandão, D., Máquinas Eléctricas – Introdução máquinas eléctricas de corrente contínua, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1984.

Boldea, I., Nasar, S.A., Linear Electric Actuators and Generators, Cambridge University Press, USA, 1997.

Boldea, I., Nasar, S.A., The Induction MachineHandbook, CRC Press, 2002.

Boldea, I., Umans, S.D., The Electric Generators Handbook: synchronous generators, Taylor & Francis, USA, 2006.

Dandeno, P.L., at al., IEEE guide: Test procedures for synchronous machines, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, USA, 1996.

Gieras, J.F. e Piech, Z.J., Linear Synchronous Motors – Transportation and Automation Systems, CRC Press LCC, USA, 2000.

IEE, “Conference on linear electric machines”, Institution of Electrical Engineers, Vol. 3, Oct. 1974.

Kenjo, T., Sugawara, A., Stepping motors and their microprocessor controls, Oxford University Press, UK, 1994.

Lobosco, O.S., Dias, J., Selecção e aplicação de motores eléctricos, Vol.1, McGraw-Hill, Brasil, 1988.

Lobosco, O.S., Dias, J., Selecção e aplicação de motores eléctricos, Vol.2, McGraw-Hill, Brasil, 1989.

Lyshevski, S.E., Electromechanical systems, electric machines and applied mechatronics, CRC Press, USA, 2000.

Matsch, L.W., Morgan, J.D., Electromagnetic and Electromechanical Machines, John Wiley & Sons, USA, 1987.

Miller, T.J.E., Brushless permanent-magnet and reluctance motor drives, Oxford University Press, UK, 1993.

Nasar, S.A., Electric Machines and Power Systems - Vol.1, McGraw-Hill, USA, 1995.

NEMA, Industrial Control and Systems – motion/position control motors, controls and feedback devices,  NEMA Standards Publication ICS 16, USA, 2001.

Ong, C.M., Dynamic simulation of electric machinery: using Matlab/Simulink, Prentice Hall, USA, 1998.

Ostovic, V., Computer-aided analysis of electric machines, Prentice Hall, USA, 1994.

Palma, J.C.P., Accionamentos Electromecânicos de Velocidade Variável, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1999.

Ryff, P.F., Electric machinery, Prentice Hall, USA, 1994.

Sen, P.C., Principles of electric machines and power electronics, John Wiley & Sons, USA, 1989.

Stone, G.C., at al., Electrical insulation for rotating machines: design, evaluation, aging, testing, and repair, John Wiley & Sons, USA, 2004.

Wildi, T., Electrical machines, drives, and power systems, Prentice Hall, 2000.

 

 

Avaliação de Conhecimentos

 
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A avaliação final resulta da média aritmética da nota teórica e da nota laboratorial.

A nota teórica resulta da média ponderada entre o exame final (90%) e um trabalho teórico (10%).

A nota laboratorial é obtida através de avaliação dos relatórios dos trabalhos, discussão dos relatórios e da prestação do aluno ao longo do semestre.

 
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