ME II sumários (2024-2025)_51D

# #1: $\quad$ 9 de setembro a 14 de setembro - Apresentação da unidade curricular: programa, modo de funcionamento e avaliação; - Princípio de funcionamento da máquina elétrica de corrente contínua elementar: - Elementos constituintes: estator (peças polares e enrolamentos indutores) e rotor (coletor, escovas, enrolamento induzido); - Referência à realização do enrolamento do induzido (imbricado e ondulado) e número de caminho derivados (paralelo); - Processo de comutação da máquina DC e problemas associados. ### ~~recursos [:tv: Princípio de funcionamento da máq. DC (motor)](https://iplx-my.sharepoint.com/:v:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EbDuAYVXNRhDs0awF8M2oIUBfLLd6KXQRgjZGZZkAXzu_Q?nav=eyJyZWZlcnJhbEluZm8iOnsicmVmZXJyYWxBcHAiOiJPbmVEcml2ZUZvckJ1c2luZXNzIiwicmVmZXJyYWxBcHBQbGF0Zm9ybSI6IldlYiIsInJlZmVycmFsTW9kZSI6InZpZXciLCJyZWZlcnJhbFZpZXciOiJNeUZpbGVzTGlua0NvcHkifX0&e=YpgeRF) [:tv: Princípio de funcionamento da máq. DC (gerador)](https://iplx-my.sharepoint.com/:v:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EWmQwBamnrxCiuA5gsoQW68B0djgvn014ptWwn3X-hYciQ?nav=eyJyZWZlcnJhbEluZm8iOnsicmVmZXJyYWxBcHAiOiJPbmVEcml2ZUZvckJ1c2luZXNzIiwicmVmZXJyYWxBcHBQbGF0Zm9ybSI6IldlYiIsInJlZmVycmFsTW9kZSI6InZpZXciLCJyZWZlcnJhbFZpZXciOiJNeUZpbGVzTGlua0NvcHkifX0&e=AYEEh9) [:tv: Realização de um enrolamento rotórico da máq. DC](https://iplx-my.sharepoint.com/:v:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EcVvi7qOcwxElfMsXv5I4t4BzvAlQMMNHW5UorC7lwr6tQ?nav=eyJyZWZlcnJhbEluZm8iOnsicmVmZXJyYWxBcHAiOiJPbmVEcml2ZUZvckJ1c2luZXNzIiwicmVmZXJyYWxBcHBQbGF0Zm9ybSI6IldlYiIsInJlZmVycmFsTW9kZSI6InZpZXciLCJyZWZlcnJhbFZpZXciOiJNeUZpbGVzTGlua0NvcHkifX0&e=PcEyFm) [:page_facing_up: Introdução à máquina DC](https://iplx-my.sharepoint.com/:b:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/ER7f77A2wYlMhVjsSPcI6ZkBY87Zw2SFVWIBYaTTsgwjyw?e=nxnYXC) [:page_facing_up: Brochura sobre motores de corrente contínua e taquigeradoras](https://iplx-my.sharepoint.com/:b:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EeAnJwIR1tdPslDZxGxiJhIBA41YbTrYcQAByVYbvt_JZg?e=yEfJ7e) ## Aula prática - Apresentação da componente laboratorial de ME2, modo de funcionamento e avaliação; - Observação e caracterização dos enrolamentos de excitação da máquina DC e de outros elementos constituintes da máquina DC; - Análise da placa de terminais de uma máquina DC e polaridade dos seus terminais: - Análise de funcionamento do reóstato de campo (excitação) e reostato de arranque; - Exemplo de esquema de montagem: motor de excitação composta; - Quadro geral de baixa tensão do laboratório de máquinas elétricas e principios de conversão eletromecânica para geração DC e AC; - Tópicos para a escrita de relatórios técnicos. ### recursos [:page_with_curl: Máquina DC, aspetos laboratoriais](https://iplx-my.sharepoint.com/:p:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EbBmY-ZmWghIjUbQ8pqhefgB63FNEnNBOZH14GDBEX63rw?e=QjMMaB) [📐 Exemplo de um esquema elétrico para um motor de excitação composta em longa derivação de fluxo aditivo](https://iplx-my.sharepoint.com/:u:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EfqSYDsOV5dBpTFHyCaRGigBVELuewBZN0TYii3yGokw9A?e=rteX9A) - **Nota:** Esquema elétrico desenhado no *software* livre [draw.io](https://app.diagrams.net/). # #2: $\quad$ 16 de setembro a 21 de setembro Análise da reação magnética do induzido (RMI) e problemas associados. Análise do processo de calagem das escovas para mitigar problema de comutação no coletor de escovas no funcionamento em carga da máquina DC. Resolução dos problemas associados à RMI, através de pólos auxiliares e enrolamentos de compensação. Resolução do exercício 3 sobre RMI: - Calagem das escovas: componentes longitudinal e transversal da RMI; - Compensação da reação magnética do induzido de uma máquina DC através do cálculo: - do n.º de espiras dos enrolamentos de compensação; - do n.º de espiras dos polos auxiliares. \ Classificação da máquina elétrica DC quanto ao tipo de excitação. Principais curvas características para geradores e respectivos ensaios: - Característica magnética (ensaio em vazio); - Característica externa (ensaio em carga) ### recursos [:page_with_curl: Representação gráfica do exercício 3](https://iplx-my.sharepoint.com/:b:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/Ed0HVIfGFuFKthEB9ief8UwB0SF_1SSA_bIYCDc2g0CuOw?e=a0UUce) [:camera: Fotos do interior de uma máquina de corrente contínua com polos auxiliares e enrolamentos de compensação (Fonte: Lusonave) ](https://iplx-my.sharepoint.com/:f:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EkIDSXc6TitBicXhqMN2XQoB-EajAsOrkAVe5VnlmG8i0Q?e=q3df2n) # #3: $\quad$ 23 de setembro a 28 de setembro **Estudo do gerador de excitação independente (GI)**: - Ensaio para determinação característica magnética; - Interpretação da característica magnética; - Ensaio para determinação da característica externa. Análise das quedas de tensão; **Estudo do gerador de excitação derivação (GD)**: * Ensaio para determinação característica de vazio; * Construção gráfica para obtenção da característica externa a partir da característica magnética e curva de q.d.t. total; * Regulação de um ponto de funcionamento do gerador (por ajuste do reóstato de campo (fluxo) ou pelo ajuste da velocidade de acionamento); Referência ao exercício 4 resolvido em ferramenta de computação científica. Resolução do exercício 5. **Estudo do gerador de excitação composta (GC)**: - Importância da polaridade do enrolamento de excitação série (fluxo aditivo ou subtrativo) e efeito na f.e.m.; - Tipos de excitação composta, ligações em curta e longa derivação; - Análise das forças magnetomotrizes de excitação envolvidas e sua relação com a característica magnética; - Determinação da contribuição do fluxo série na f.e.m de um GC, através da razão de equivalência de espiras dos enrolamentos de excitação série e derivação. # #4: $\quad$ 30 de setembro a 4 de outubro **Associação de geradores CC**: - Associação em série: - Exemplo prático da rede CC do lab. Máq. Elétricas. - Associação em paralelo: - Exemplo com geradores de excitação derivação. Condições de ligação e construção da característica externa da associação de geradores; - Análise de repartição de carga e da regulação de tensão na associação em paralelo de geradores CC de excitação em derivação; - Referência ao Exercício 8 resolvido em ferramenta de computação científica. \ **Introdução à análise de funcionamento e operação de motores CC.** Estudo e análise do motor elétrico de corrente contínua de excitação série (motor série): - Determinação da expressão da velocidade do rotor; - Balanço de potências de uma máquina CC e dedução das expressões de binários desenvolvido e útil; - Balanço de potências do motor série; binário de perdas; - Determinação do ponto de funcionamento (binário e velocidade): resolução do exercício 9, alíneas a) e b). Referência ao ensaio *back-to-back*: Análise de potências, perdas e rendimento de máquinas de corrente contínua. Introdução ao exercício 10 resolvido em ferramenta de computação numérica. Análise do motor *shunt*: - característica de velocidade - característica de binário - característica mecânica # #5: $\quad$ 7 de outubro a 12 de outubro Análise de motores CC através das curvas de funcionamento: - característica de velocidade, de binário e mecânica. - Análise comparativa das características de velocidade, binário e mecânica para motores CC de excitação constante (excitação separada e excitação derivação), de excitação composta aditiva e subtrativa e série. - Resolução do exercício 10, através de ferramenta de simulação numérica. - Condições de embalamento de motores CC. Análise comparativa dos métodos de variação de velocidade de um motor CC de excitação separada. Dimensionamento de um reóstato de arranque por pontos para motores CC com e sem enrolamento de excitação série. Resolução do exercício 13. # #6: $\quad$ 14 de outubro a 19 de outubro Análise comparativa dos métodos de variação de velocidade de um motor DC de excitação separada. Sistema Ward-Leonard clássico. Resolução do exercício 14: Inversão de marcha de um motor DC no sistema Ward-Leonard; Breve referência ao sistema Ward-Leonard eletrónico (variador de velocidade a tiristores). # #7: $\quad$ 21 de outubro a 26 de outubro Esclarecimento de dúvidas para o 1º Teste. # #8: $\quad$ 28 de outubro a 2 de novembro ### Introdução à máquina síncrona trifásica: - Referência à utilização predominante das máquinas síncronas para produção de energia e compensação do fator de potência (compensador síncrono) em sistemas de rede isolada e redes elétricas interligadas (produção de energia em centrais elétricas); - Topologias, constituição e princípio de funcionamento como alternador (gerador) e motor; - Revisão do conceito de campo girante, como princípio elementar para o funcionamento de máquinas elétricas de corrente alternada; - Diferenciação na aplicação de alternadores de pólos lisos (ou rotor cilíndrico, vulgo turbogerador) e de alternadores de pólos salientes; - Breve referência à importância das barras amortecedoras (semi-gaiola rotórica) para permitir o arranque do motor síncrono como sendo um motor assíncrono e/ou para permitir a atenuação de transitórios de carga no funcionamento da máquina em regime de grandes perturbações; - Métodos de arranque de um motor síncrono trifásico; - Noção de ângulo de carga (de potência ou de binário) de uma máquina síncrona; - Sistemas de excitação sem escovas: - excitatriz de ponte de díodos rotativa; - excitatriz de ponte de díodos rotativa com excitação através de uma excitatriz piloto. #### Elementos de suporte sobre introdução à máquina síncrona 3~: [:page_facing_up: Acetatos das aulas: Máquina síncrona 3~](https://iplx-my.sharepoint.com/:b:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EfR7sfkhmeRHqGJzmSKtyngByesappgzEt8U9Qye1ZkWNA?e=P6yu02) ##### Vídeos: [:tv: Campo magnético girante das máquinas elétricas AC 3~](https://iplx-my.sharepoint.com/:v:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EWc00UuXt3dEljPQrKTOQV8BYAllnUupW4sIK9G11CibEA?nav=eyJyZWZlcnJhbEluZm8iOnsicmVmZXJyYWxBcHAiOiJPbmVEcml2ZUZvckJ1c2luZXNzIiwicmVmZXJyYWxBcHBQbGF0Zm9ybSI6IldlYiIsInJlZmVycmFsTW9kZSI6InZpZXciLCJyZWZlcnJhbFZpZXciOiJNeUZpbGVzTGlua0NvcHkifX0&e=ppgg1X); [:tv: Princípio de funcionamento do alternador síncrono 3~](https://iplx-my.sharepoint.com/:v:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EbkWeTVa3fFLuZ-f28AdzrYBzQW2krKZ8jll3_QNSMZNsg?nav=eyJyZWZlcnJhbEluZm8iOnsicmVmZXJyYWxBcHAiOiJPbmVEcml2ZUZvckJ1c2luZXNzIiwicmVmZXJyYWxBcHBQbGF0Zm9ybSI6IldlYiIsInJlZmVycmFsTW9kZSI6InZpZXciLCJyZWZlcnJhbFZpZXciOiJNeUZpbGVzTGlua0NvcHkifX0&e=5OArb7); [:tv: Vídeo de apresentação de turbogerador da WEG](https://iplx-my.sharepoint.com/:v:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EbpdSvQaH0RMt6DMZHIPZ08BmszaHmQpdegI4J3l3adsxA?nav=eyJyZWZlcnJhbEluZm8iOnsicmVmZXJyYWxBcHAiOiJPbmVEcml2ZUZvckJ1c2luZXNzIiwicmVmZXJyYWxBcHBQbGF0Zm9ybSI6IldlYiIsInJlZmVycmFsTW9kZSI6InZpZXciLCJyZWZlcnJhbFZpZXciOiJNeUZpbGVzTGlua0NvcHkifX0&e=2tfHof); [:tv: Princípio de funcionamento do motor síncrono 3~](https://iplx-my.sharepoint.com/:f:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EkWBToyTxbhMmlnHCOCBodwBR42hN_eRmK_cF6zHK-Xx5A?e=9kdeof); [:tv: Produção e instalação de um motor síncrono 3~](https://iplx-my.sharepoint.com/:v:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EbUhdUIpJj5IuPCAJD9RkEoBGkfgSh2ZOJoYP4ZayEBczQ?nav=eyJyZWZlcnJhbEluZm8iOnsicmVmZXJyYWxBcHAiOiJPbmVEcml2ZUZvckJ1c2luZXNzIiwicmVmZXJyYWxBcHBQbGF0Zm9ybSI6IldlYiIsInJlZmVycmFsTW9kZSI6InZpZXciLCJyZWZlcnJhbFZpZXciOiJNeUZpbGVzTGlua0NvcHkifX0&e=DQuvbl); [:tv: Tecnologia na construção de um compensador síncrono 3~](https://iplx-my.sharepoint.com/:v:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EfB2yoF0-ExDv3dj-SMjMzwB89OSYtFauvplLUxs34VE-w?nav=eyJyZWZlcnJhbEluZm8iOnsicmVmZXJyYWxBcHAiOiJPbmVEcml2ZUZvckJ1c2luZXNzIiwicmVmZXJyYWxBcHBQbGF0Zm9ybSI6IldlYiIsInJlZmVycmFsTW9kZSI6InZpZXciLCJyZWZlcnJhbFZpZXciOiJNeUZpbGVzTGlua0NvcHkifX0&e=flkuj0). ##### Catálogos informativos sobre máquinas síncronas 3~ (fonte: www.weg.net): [:page_facing_up: Brochura sobre aplicação de turbogeradores em centrais térmicas](https://iplx-my.sharepoint.com/:b:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EewxQiaKw_1NpfQ0eVsEn1oBcbzerp86__h6UFKqx5SukQ?e=69quog); [:page_facing_up: Aplicações da máquina síncrona 3~ em energia](https://iplx-my.sharepoint.com/:b:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EQE8BcvHiBdJvZ-rDWmTeGIBcNIcu2wFc5p_eHgpHqSSbg?e=VYF8LF); [:page_facing_up: Brochura sobre motores síncronos 3~ (aplicações industriais)](https://iplx-my.sharepoint.com/:b:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/Ea6VCrjl_r1Co9xxWuWX7uMBEMNfGQ5SJax5jICBULemtA?e=EYaAX9); [:page_facing_up: Exemplo de catálogo de seleção de alternadores síncronos 3~](https://iplx-my.sharepoint.com/:b:/g/personal/ricardo_deea_isel_ipl_pt/EbC_rQWip7VMjVfTQqZrSTcBVCUvWLZOcFzIgRtjK5rsVw?e=azbGb7). ### Modelação do alternador síncrono 3~ - Introdução ao diagrama vetorial de tensões para o alternador síncrono 3~ de polos lisos com diferentes tipos de carga (resistiva, indutiva e capacitiva) considerando as reatâncias devido à dispersão magnética, $X_a$, e de magnetização (reação magnética do induzido), $X_m$; - Esquema equivalente por fase do alternador síncrono 3~ de polos lisos e respetivos diagramas vetorial de tensões simplificados, com $(X_s=X_a+X_m)$, para cargas com fator de potência: resistivo, indutivo e capacitivo; - Ensaios laboratoriais para obtenção do modelo da máquina síncrona 3~: - ensaios em vazio e curto-circuito. Determinação da impedância síncrona, $Z_s$, (máquina síncrona de polos lisos); - ensaio de pequeno escorregamento. Determinação das reatâncias síncronas segundo os eixos direto e de quadratura, $X_d$ e $X_q$, respetivamente (máquina síncrona de polos salientes); - medição da resistência dos enrolamentos do estator. # #9: $\quad$ 4 de novembro a 9 de novembro ### Operação do alternador síncrono 3~ em rede isolada - Determinação da característica externa de um alternador síncrono 3~ com carga de carácter resistivo, indutivo e capacitivo: $\quad U=\textup{f}(I)$, com $n$, $I_{exc}$ e $\cos \varphi$ constantes; - Análise qualitativa dos diagramas vetoriais de tensões, quanto à variação da tensão de saída, com FEM de amplitude constante, fazendo variar a amplitude da corrente e fator de potência; - Característica de regulação, para obter tensão de saída, $U$, constante: $\quad I_{exc}=\textup{f}(I)$, com $n$ e $\cos \varphi$ constantes; - Análise da resolução do exercício 1, através de ferramenta de computação numérica. \ Resolução do exercício 2 através de ferramenta de computação numérica: - determinação das potências ativa, $P$ e reativa, $Q$, em função do ângulo de carga, $\delta$; - Análise do diagrama vetorial de tensões do alternador para determinação de $P$ e $Q$ aproximadas, $(R \simeq 0)$; - Diagrama $P-Q$ de um alternador. # #10: $\quad$ 11 de novembro a 16 de novembro Resolução do Exercício 3 sobre o funcionamento da máquina síncrona de pólos lisos em regime de alternador ligado a rede elétrica. Regulação de potência ativa e reativa. Noção do limite de estabilidade estática de uma máquina síncrona de pólos lisos. Determinação das potências ativa e reativa, $R \neq 0$, em função do ângulo de carga, $δ$; Resolução do Exercício 4 sobre o funcionamento da máquina síncrona de pólos lisos em regime de motor elétrico. Diagrama vetorial de tensões e equação vetorial por fase. Discussão sobre os objetivos do TL4. Condições e procedimentos de ligação de uma máquina síncrona a uma rede elétrica (sincronização). Conceito de rede elétrica de potência infinita (tensão e frequências inalteráveis) _vs._ rede elétrica isolada. # #11: $\quad$ 18 de novembro a 23 de novembro Relação dos diagramas vetoriais de tensões da máquina síncrona ao mapa de funcionamento da máquina representado pelas curvas "V", ou curvas de Mordey. Exemplo de ligação entre os diagramas vetoriais de um alternador síncrono de polos lisos e as suas curvas V, através de ferramenta de computação numérica (Exercício 6): - obtenção das equações da curva V para $P=0$W; - noção de ponto de excitação óptima; - Análise dos regimes sobreexcitado e subexcitado (alternador e motor) Máquina síncrona de pólos lisos em regime de funcionamento como compensador síncrono: - diagrama vetorial de tensões no modo condensador síncrono; - diagrama vetorial de tensões no modo reatância síncrona. Resolução gráfica e analítica do Exercício 8 sobre repartição de carga de 2 alteradores ligados a uma rede elétrica de potência infinita. # #12: $\quad$ 25 de novembro a 30 de novembro ### Máquina síncrona de polos salientes; Análise da máquina síncrona de polos salientes em regime de funcionamento como alternador. Equações (por fase) da FEM, representação dos diagramas vetoriais de tensões (por fase). Dedução (para $R_s = 0$) da potência desenvolvida devido à FEM e devido ao binário de relutância. Resolução do exercício 9. Motor de polos salientes. Resolução do exercício 11. Breve discussão sobre o exercício 12. # #13: $\quad$ 2 de dezembro a 7 de dezembro Análise em regime de grandes perturbações da máquina síncrona 3~: critério de igualdade das áreas para determinação do limite de estabilidade dinâmica. Utilização de barras amortecedoras para minimizar o período das oscilações na presença de perturbação de carga aplicada à máquina síncrona. Resolução do exercício 3 (dinâmica de máq. elétricas). Curto-circuito 3~ simétrico de um alternador em vazio. Análise das formas de ondas de corrente estatóricas e do rotor. Períodos subtransitório, transitório e de regime permanente. Determinação das reatâncias e das constantes de tempo. Componente de corrente contínua na corrente de curto-circuito. Discussão sobre o ensaio prático de um curto-circuito trifásico no alternador e a sua análise. # #14: $\quad$ 9 de dezembro a 14 de dezembro Esclarecimento de dúvidas para o 2º Teste. # #15: $\quad$ 16 de dezembro a 21 de dezembro ~~Correção do 1º e 2º testes.~~\ Não houve aula por ausência de alunos (4ªF).