SEL 329 CONVERSO ELETROMEC NICA DE ENERGIA Princpios

SEL 329 – CONVERSÃO ELETROMEC NICA DE ENERGIA Princípios de Conversão de Energia (livro guia P. C. SEN pag 95 -120)

Princípios de Conversão Eletromecânica de Energia elétrica Energia mecânica Energia Armazenada Dispositivo de conversão eletromecânica de energia

Princípios de Conversão Eletromecânica de Energia Exemplos: • Microfones Transdutores • Instrumentos de medição analógicos (sinais pequenos, condiçoes lineares) • Alto-falantes Dispositivos de produção de força • Solenoides Conversão permanente de energia • Aplicações de materiais piezoelétricos • Relés • Imãs • Motores, • Geradores

Princípios de Conversão Eletromecânica de Energia Assim: Pelet Sistema elétrico Campo de acoplamento Sistema mecânico Perda elétrica Perda magnética Perda mecânica (Efeito Joule) (Perdas no núcleo) Pmec (atrito e ventilação)

Equação do Balanço de Energia As perdas não contribuin ao processo de conversão Considerando um intervalo de tempo incremental dt, no qual uma quantidade de energia elétrica incremental d. We flui pelo sistema, e desprezando todas as perdas (caso não seja possível desprezá-las podem tratar-se separadamente), tem-se: (1) Ou seja, parte da energia é armazenada no campo e parte é convertida em energia mecânica

Dispositivos Eletromecânicos com Excitação Única Admitindo a parte móvel bloqueada, d. Wmec= 0, resulta Toda a energia fornecida é armazenada no campo magnético, estabelecendo um fluxo magnético e, portanto, uma tensão induzida: a energia elétrica adicional pode ser dada por:

Dispositivos Eletromecânicos com Excitação Única Logo: a energia armazenada no campo magnético é dada pela área sobre a curva i: Considerando a parte móvel bloqueada, toda a energia elétrica incremental fornecida pela fonte será armazenada no campo magnético (desprezando as perdas)

Para um circuito magnético com entreferro Ni = Hc lc + Hg lg i = (Hc lc + Hg lg)/N λ = NФ =NBA

Para o entreferro: A. lc = volume do material magnético A. lg = volume do entreferro

Considerando que o sistema tem comportamento linear, então: (Energia armazenada total) (Energia armazenada no núcleo) (Energia armazenada no entreferro)

Considerando que toda a energia armazena-se no entreferro, tem-se:

Exemplo As dimensões de um sistema de atuador é mostrado abaixo. O núcleo magnético é feito de aço-fundido (cast-steel) cuja característica B-H é mostrado abaioxo. A bobina tem 250 espiras e a resistência da bobina é 5 ohms. Para um entreferro de 5 mm, uma fonte DC é conectada na bobina para produzir um fluxo de 1 tesla no entreferro. a) Determine a tensão da fonte DC a) VDC b) Encontre a energia do campo magnético armazenado. 1 Para o Bc=1 T, determina-se Hc Bc=1 [T] Hc = 670 [A-e/m] Dimensões do núcleo

Exemplo 2 3 Determinação do comprimento do núcleo: lc = 2 (10+5)+2(10+5)=60 cm Intensidade do campo magnético no entreferro: Hg =Bg/ o Hg =1/(4 x 10 -7) =795800 A-e/m 4 Cálculo da corrente requerida: i = (Hc lc + Hg lg)/N i = (670 x 0, 6 + 795800 x 2 x 510 -3)/250 i = 33, 44 A 5 A tensão da fonte DC é: VDC = Rxi VDC = 5 x 33, 44 = 167, 2 V

Exemplo b) Wcampo? 1 Volnucleo=2(0, 05 x 0, 1 x 0, 2)+2(0, 05 x 0, 1); 2 Energia armazenada no núcleo: Wnucleo = Wnucleo=1, 005 3 Volnucleo=0, 003 m 3 c=Bc/Hc J Energia armazenada no entreferro: Volentreferro=2(0, 05 x 0, 1 x 0, 005); Wentreferro= Volentreferro= 0, 05 x 10 -3 m 3 Wentreferro =12/(2 x(4 10 -7)) x (0, 05 x 10 -3)

Exemplo Wentreferro =19, 895 J 4 Energia total Wcampo =20, 9 J

Energia e Co-energia

Energia e Co-Energia A característica i de um dispositivo eletromagnético depende do entreferro. Quanto maior o entreferro mais linear é a característica i, uma vez que a permeabilidade do ar é constante.

Energia e Co-Energia Para um dado comprimento do entreferro, a energia armazenada no campo magnético é representada pela área entre o eixo e a característica i,

Energia e Co-Energia A área entre o eixo i e a curva i é definida como co-energia, e pode ser obtida por:

Energia e Co-Energia Esta quantidade não tem significado físico, mas é útil na obtenção das expressões da força ou torque desenvolvido por um sistema eletromagnético. Tem-se então, que: Se Wcampo=W’campo o sistema é linear, ou seja, é regido pelo entreferro.