Nomenclaturas gerais e leis básicas de eletromagnetismo

Nomenclaturas gerais e leis fundamentais do eletromagnetismo

Cap. I - Parte MCC

I - Considerações iniciais

No estudo das máquinas elétricas, são utilizados vários termos técnicos, pertencentes ao jargão, utilizado por técnicos, engenheiros e pessoas ligadas à área. Outro aspecto a ser considerado refere-se as leis e fenômenos eletromagnéticos que determinam o funcionamento das máquinas elétricas.

Neste capítulo serão definidos alguns termos técnicos utilizados neste curso, bem como discutidas as leis fundamentais do eletromagnetismo.

II - Nomenclaturas utilizadas

Máquina elétrica: São conversores rotativos de energia, que transformam energia mecânica em energia elétrica ou energia elétrica em energia mecânica. No primeiro caso, o conversor é denominado de gerador; e para a outra condição chama-se motor.

Toda a máquina elétrica possui o princípio da reversibilidade, ou seja podem operar tanto como motor, ou gerador.

Dados de placa: São um conjunto de valores que definem certas características nominais das máquinas elétricas e que são colocadas nas placas. Este conjunto de valores devem informar de forma rápida e clara ao instalador certas características essenciais do equipamento como: Tensão de operação, potência, temperatura, conexão etc.

Valores nominais: São um conjunto de valores de uma máquina que determinam o seu funcionamento, dentro dos limites estabelecidos por normas. Estes valores servem de base aos ensaios e às garantias dos fabricantes, que constam em catálogos.

Dados de catálogo: São valores nominais, tabelas, curvas resultados de ensaios, além de informações referentes à manutenção e instalação de um equipamento, fornecidos e recomendados pelos fabricantes.

Armadura: O termo armadura é sinônimo de circuito induzido. Nas máquinas de corrente contínua a armadura é a parte girante da máquina.

Excitação: O termo excitação refere-se ao campo magnético necessário ao funcionamento da máquina. Muitas vezes pode-se classificar uma máquina elétrica conforme o tipo de excitação utilizada. Nas máquinas de corrente contínua a excitação ou o fluxo magnético é produzido no circuito de campo. Em geral as máquinas de corrente contínua são classificadas de acordo com a forma de se produzir a excitação. O valor da excitação de uma máquina de corrente contínua é dado na placa pela tensão e pela corrente nominais do circuito de campo.

Potência: As potências envolvidas em uma máquina elétrica são várias. A potência que consta na placa de uma máquina será a potência elétrica se for gerador. Caso seja um motor a potência de placa será a potência disponível na ponta do eixo, ou seja a potência mecânica.

No entanto se for consultado o catálogo de uma máquina serão encontras nos relatórios de ensaio: A potência das perdas, de excitação, potência devido ao atrito e ventilação etc.

Taco-gerador: O taco gerador é um pequeno motor de corrente contínua, onde a excitação é constante e produzida por imãs permanentes. O sinal de tensão disponível nos terminais de saída, é proporcional ao à velocidade do motor. Os taco-geradores são instalados no eixo dos motores elétricos e servem para fornecer referência de velocidade aos acionamentos eletrônicos. Algumas vezes são utilizados somente na medição de velocidade.

Calagem: Termo utilizado para denominar a ação de colocar as escovas do motor de corrente contínua sobre a linha neutra do motor.

Linha neutra: Linha imaginária onde estão as espiras da armadura sem tensão induzida e onde as escovas devem tocar as teclas do comutador.

III - Leis fundamentais do eletromagnetismo

O princípio de funcionamento de todas as máquinas elétricas está baseado nas leis fundamentais do eletromagnetismo, cujo conhecimento é essencial para o seu estudo e compreensão. As leis básicas são; Lei da indução de Faraday, Lei de Ampère, Lei das tensões e das correntes de Kirchoff, Lei das forças sobre um condutor na presença de campo magnético (forças de Lorentz).

III.1 - Lei da Indução de Faraday

“Toda espira deslocando-se na presença de um campo magnético constante, ou na presença de um campo magnético variável, fica sujeita a uma f.e.m ( força eletromotriz) em seus terminais. Onde a f.e.m induzida possui uma intensidade que pode ser calculada pela equação de Newmann; e uma direção dada pela regra da mão direita, estabelecida por Flemming”.

Newmann estabeleceu que o valor da f.e.m induzida nos condutores de uma bobina[2], conforme ilustrada na figura I.1, e que descreve movimento uniforme no interior de um campo magnético pode ser calculado por (I.1).

figura I.1 - F.e.m induzida em um condutor de uma bobina na presença de um campo magnético[1].

(I.1)

Onde:

e  f.e.m induzida nos terminais da bobina.

v  velocidade tangencial medida em [m/s].

l  comprimento do condutor das espiras.

B  indução ( campo ou fluxo) magnética.

Fleming estabeleceu que o sentido da f.e.m induzida pode ser determinado pela regra da mão direita conforme aplicado na situação mostrada na figura I.1.

III.2 - Lei de Ampère ou lei circuital do campo magnético

Analogamente a um circuito elétrico, um circuito magnético também possui sua “lei de Ohm”, que a partir da figura I.2 pode ser enunciado e equacionado.

Figura I.2 - Fluxo produzido por um solenóide em um circuito magnético.

“A soma de todos os elementos diferenciais de campo magnético ao longo do circuito fechado é igual a soma dos Ampèr-espiras que envolvem o circuito”.

(I.2)

O somatório de todos os elementos diferenciais de campo (representado por ) é o mesmo para todas as linhas fechadas que envolvem