Energia elétrica - tipicamente resulta da conversão de outras formas

Energia elétrica - tipicamente resulta da conversão de outras formas de energia
- Conversão direta: .Painéis fotovoltaicos: energia solar eme elétrica.
.Células Nucleares: Térmica em elétrica.
- Conversão indireta: .Barragens Hídricas: Potencial gravitacional-> cinética ->mecânica
e por um gerador vai originar elétrica
Leis de Kirchoff
-Lei das correntes/nós: ∑ Im = 0 Soma algébrica nos é igual a 0.
- Lei das malhas: ∑ Vm = 0 Vm – Quedas de tensão nos componentes do circuito/ malha
fechada com n ramos. A lei das malhas é a soma algébrica das quedas de tensão nos
componentes de um circuito fechado é igual a zero.
Teorema de Thevenir
- Simplificar um circuito mais ou menos complexo com diversas fontes de tensão e
resistências para a apenas um circuito com uma fonte e uma resistência
-Tensão de thevenir: Tensão de circuito aberto aos terminais do circuito a simplificar.
-Resistência de Thevenir: Fazer curto-circuito ás fontes de tensão e calcular resistência
equivalente
Circuitos de corrente alternada
I(t) = Im sin(𝝎t + 𝜽)
Valor eficaz (Rms):
Im- Valor de Pico ou Amplitude
Im
√2
1
𝑡
Valor médio: 𝑇 ∫0 𝑖(𝑡)𝑑𝑡 = 0
.Valor eficaz serve para comparar um circuito DC em AC.
.1A (AC ou rms) a passar numa resistência, produz o mesmo calor que 1A (DC) em corrente
contínua.
- Se i(t) está em atraso em relação v(t) corresponde a uma carga indutiva (Fator de potência em
atraso) e cos(𝝈) indutivo.
-Se i(t) está em avanço em relação a v(t) corresponde a uma carga capacitiva (Fator de potência
em avanço) e cos(𝝈) capacitivo.
-Se i(t) está a acompanhar a v(t) corresponde a uma carga ohmnica.
Potência Média ou ativa: está relacionada com o calor, movimento e luz (média da potência
gerada num único dispositivo em dois terminais. Resulta do gasto energético apos o inicio de
cada processo de transmissão de energia (Energia realmente usada).
Potência reativa: Não realiza trabalho, é responsável por manter o campo eletromagnético ativo
nos motores transformadores. Q>0 indutiva/ Q<0 reativa / Q=0 ohminica.
Vantagem da montagem em estrela em relação a triangulo: uma montagem em estrela
prpciona uma impedância mais elevada com uma tensão mais baixa nas suas bobinas, fazendo
com que haja uma queda de corrente e que a tensão fique então em avanço á corrente
originando assim uma carga indutiva. Como consequência apena é usada 1/3 da corrente.
Z(estrela)=Z∆/3
Conversão indireta:
-Barragens hídricas: potencial gravitacional --> cinética --> mecânica -_> gerador eletrico
-Centrais térmicas: térmica --> vapor --> alta pressão --> elétrica
Correção de Fator Potência: na industria, as cargas são tipicamente muito indutivas (motores
elétricos, transformadores). Se P=constante, então Q>0 e S aumenta e I aumenta, logo as perdas
na instalação e rede aumentam. Ligar condensador para compensar. Como nos condensadores
Q<0 vai compensar Q>0 das cargas indutivas, logo S diminui, I diminui, logo há menos perdas.
Caso ideal: QL=QC --> Q=0 ; S=P --> FP=1 (caso ideal)
Circuitos trifásicos equilibrados:
-Fontes de alimentação trifásica compostas por 3 partes monofásicas com:
-Mesma amplitude e desfasadas 120º entre si
Materiais Diamagnéticos:. Na presença de um campo magnético, são ligeiramente refletidos.
Exemplos: bismato, prata, sobre, ouro e compostos minerais/orgânicos (água, madeira)
Materiais Paramagnéticos: Ligeira força de atração na presença de campo magnético.
Exemplos (alumínio, ar, oxigénio, platina)
Materiais Diamagnéticos e Paramagnéticos --> materiais não magnéticos (forças de
atração/repulsão muito fracas) --> permeabilidade aproximadamente igual à do vazio (u=u0)
ou permeabilidade relativa (ur aproximadamente 1) u=ur*u0
Materiais Ferromagnéticos: Na presença de campo magnético são fortemente atraídos (força
500 vezes maior que os paramagnéticos). Exemplos: ferro, níquel, cobalto
Dipolos magnéticos: Eletrões a orbitar o núcleo e eletrões a rodar sobre si mesmos (spin).
Ferromagnetismo:
-Domínio magnético: pequena região no material onde todos os dipolos magnéticos
estão perfeitamente alinhados
-Material ferromagnético não magnetizado: domínios magnéticos com alinhamentos
aleatórios
-Material ferromagnético magnetizado: alinhamentos dos domínios no sentido do
campo aplicado
Ciclo de Histerese: dependendo deste ciclo, os materiais magneticos podem ser classificados
como: -macios: H2 e Br baixos, ciclo de histerese estreito, utilizados em transformadores e
motores/geradores
-duros: H2 e Br elevados, ciclo de histerese largo, usados para a construção de imanes
______------------------Circuito magnético fechado: Idealmente, todo o fluxo deveria circular dentro do núcleo. Na
prática existe fluxo de fugas. A densidade do fluxo B é maior no raio interno do núcleo. Na
prática, assume-se B=constante em toda a secção da densidade de fluxo na zona central.
Circuito magnético aberto: Circuito magnético constituído por núcleo ferromagnético com u
elevado e entreferro (-u) muito baixo. Se o entreferro for muito pequeno --> dispersão
aproximadamente 0 --> todo o fluxo atravessa o entreferro.
Para análise de circuitos magnéticos assume-se:-não há fluxo fugas; -não há dispersão de fluxo
no entreferro; -densidade de fluxo magnético (B) uniforme no material.
Indutância depende: -nº de espiras; -dimensão do núcleo; -permeabilidade do material; material não magnetico --> u=constante --> L=constante;
-material magnetico --> u depende B-H --> L pode variar. Se o ponto de funcionamento
for na zona linear até ao joelho da curva B-H. u aproximadamente constante --> L
aproximadamente constante.
Perdas magnéticas em maquinas elétricas:
-Perdas no cobre: perdas por efeito de joule (aquecimento) P=RI^2;
-Perdas mecânicas: atrito ou ventilação;
-Perdas magnéticas (ou perdas no ferro/núcleo):
-Perdas por corrente ou Foucault: corrente variável no tempo --> vai produzir
fluxo magnético no núcleo (variável) --> material magnético é condutor de eletricidade --> pela
lei de Faraday são também induzidos tensores no núcleo --> existe um circuito fechado para a
circulação de correntes no núcleo --> correntes de Foucault/Eddy --> perdas por efeito de Joule
(aquecimento) --> as correntes de Foucault criam o seu próprio fluxo magnético --> fluxo com
direção oposta ao criado pela bobina --> efeito de desmagnetização do núcleo --> é preciso uma
maior fmm para compensar.
-Perdas por histerese
Como atenuar as perdas de Foucault?:
-Reduzindo a secção por onde circulam as correntes
-Aumentando a resistividade do material. Adicionar silício às ligas de ferro --> Ferrite.
Perdas de Histerese:
-são devidas ao ciclo de histerese do material;
-resultam da fricção molecular à medida que os domínios magnéticos são forçados a
inverter a direção de acordo com a fmm aplicada;
Imanes Permanentes:
-muito usados em maquinas elétricas rotativas (motores/geradores)
-baixa potencia: ventoinhas de PC's, motores elétricos de brinquedos, aeromodelismo,
maquinas de lavar roupa
-grande potencia: carros elétricos, geradores eólicos, tração ferroviária
-características desejadas:
-elevada retentividade de densidade de fluxo (Br) --> torna o imane forte;
-elevada coercividade --> difícil de desmagnetizar --> materiais magnéticos
duros --> curva larga do ciclo de histerese --> valores elevados de Br e He.
Conversão eletromecânica de energia:
-Condutor percorrido por corrente e colocado num campo magnético fica sujeito a uma
força que tende a deslocá-lo, se o deslocamento for no sentido da força magnética há conversão
de energia elétrica em mecânica --> motor;
-Se uma força externa é aplicada a um condutor num campo magnético e o
deslocamento for contrário ao da força magnética, há conversão de energia mecânica em
elétrica --> gerador.
Máquinas elétricas rotativas:
-Constituídas por duas partes fundamentais:
-estator: parte estacionária
-rotor: parte que pode rodar livremente
-Diâmetro externo do rotor < diâmetro interno do estator --> para o rotor rodar
livremente dentro do estator
Campo magnético estacionário uniforme criado através de:
-eletroímanes: bobina enrolada em torno do material magnético --> máquina bobinada
-imane permanente: máquina de imanes permanentes
Máquinas bobinadas:
-vantagem no controlo do campo magnético criado (variando a corrente da bobina)
-menor rendimento (tem perdas por efeito de joule(calor))
Máquinas imanes permanentes:
-maior rendimento e densidade de potência
-maior custo (desvantagem)