06 EEL Máquinas elétricas, Notas de estudo de Engenharia de Manutenção

Baixe 06 EEL Máquinas elétricas e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia de Manutenção, somente na Docsity!

Curso TÈcnico em EletroeletrÙnica - M·quinas elÈtricas

 SENAI-SP, 2005

Trabalho organizado e atualizado a partir de conte˙dos extraÌdos da Intranet por Meios Educacionais da GerÍncia de EducaÁ„o e CFPs 1.01, 1.13, 1.18, 2.01, 3.02, 6.02 e 6.03 da Diretoria TÈcnica do SENAI-SP.

Equipe respons·vel CoordenaÁ„o Airton Almeida de Moraes SeleÁ„o de conte˙dos AntÙnio Carlos Serradas Pontes da Costa Revis„o tÈcnica Roberto Milagre Capa JosÈ Joaquim Pecegueiro

SENAI ServiÁo Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional de S„o Paulo Av. Paulista, 1313 - Cerqueira CÈsar S„o Paulo - SP CEP 01311- Telefone Telefax SENAI on-line

(0XX11) 3146- (0XX11) 3146- 0800-55- E-mail Home page

[email protected] http://www.sp.senai.br

Eletromagnetismo

VocÍ j· estudou o magnetismo e suas relaÁıes com os pÛlos geogr·ficos e magnÈticos da Terra, estudou os Ìm„s artificiais e a induÁ„o magnÈtica e aplicou fÛrmulas para resolver exercÌcios.

Agora vocÍ vai ver um assunto que, por sua origem, est· intimamente ligado com o magnetismo, que È o eletromagnetismo.

Como o prÛprio termo define, eletromagnetismo refere-se ao campo magnÈtico criado em torno de um condutor atravÈs da movimentaÁ„o dos elÈtrons.

Assim, teremos campo elÈtrico e campo magnÈtico.

A partir dessas informaÁıes, ir„o se definindo outros aspectos importantes, como espectro magnÈtico, utilizaÁ„o dos eletroÌm„s, c·lculo da forÁa magnetomotriz, etc.

Campo elÈtrico e magnetismo no condutor

De acordo com o que verificamos anteriormente, corpos com cargas elÈtricas de mesmo sinal se repelem e corpos com cargas elÈtricas de sinal contr·rio se atraem.

As cargas elÈtricas possuem, em torno de si, um espaÁo denominado campo elÈtrico.

Nesse espaÁo, a forÁa atuante È de origem elÈtrica.

O campo eletrost·tico de uma carga elÈtrica È a regi„o em torno da carga onde age seu campo elÈtrico.

O sentido de rotaÁ„o das linhas de forÁa magnÈtica È determinado segurando-se o condutor com a m„o esquerda: o polegar indica o sentido da corrente e a curvatura dos dedos indica o sentido de rotaÁ„o das linhas magnÈticas.

Para demonstrar se a existÍncia de um campo magnÈtico ao redor de um condutor percorrido por corrente, liga-se, por intermÈdio de uma chave, um condutor ìgrossoî a um acumulador.

O condutor deve ser introduzido em uma placa de acrÌlico mantida em posiÁ„o horizontal e perpendicular a ele.

Com a chave ligada, espalha-se limalha de ferro sobre a placa.

Batendo-se levemente com um l·pis na placa de acrÌlico, nota-se que a limalha de ferro forma linhas concÍntricas em torno do condutor.

A conformaÁ„o da limalha de ferro È chamada espectro magnÈtico.

Sentido de linha de forÁa segundo Oersted

A experiÍncia de Oersted tambÈm demonstra o sentido de rotaÁ„o das linhas de forÁa ao redor de um condutor.

Essa experiÍncia È feita com o auxÌlio de uma agulha imantada e um condutor por onde circular· uma corrente elÈtrica.

Coloca-se um condutor sobre uma agulha imantada, obedecendo ‡ direÁ„o desta.

Ao circular corrente pelo condutor, a agulha deflexionar·, acompanhando o sentido de rotaÁ„o das linhas magnÈticas.

O sentido de deflex„o da agulha depende do sentido da corrente que circula no condutor.

Observe a deflex„o na ilustraÁ„o abaixo.

A deflex„o da agulha ocorre quando a mesma toma direÁ„o perpendicular ao condutor.

Se a agulha estiver sobre o condutor ou se invertemos o sentido da corrente, o sentido da deflex„o ser· contr·rio ao apresentado na figura.

O sentido da deflex„o da agulha deve-se ‡ interaÁ„o do campo magnÈtico da agulha com o do condutor.

A interaÁ„o de campos magnÈticos ocorre tambÈm entre dois condutores paralelos quando s„o percorridos por uma corrente elÈtrica.

A posiÁ„o dos pÛlos depender· do sentido da corrente no condutor, como se observa nos desenhos abaixo.

IdentificaÁ„o de polaridade

A identificaÁ„o de polaridade de uma espira pode ser feita com a utilizaÁ„o de uma b˙ssola ou atravÈs da regra da m„o esquerda.

Utilizando-se b˙ssola, coloca-se esta em posiÁ„o horizontal e com a agulha perpendicular ao plano da espira.

O campo magnÈtico da espira atrair· um dos extremos da agulha e, em conseq¸Íncia, repelir· o outro.

O pÛlo norte da espira atrair· o pÛlo sul da b˙ssola e repelir·, conseq¸entemente, o pÛlo norte.

Pode-se usar tambÈm a regra da m„o esquerda para se determinar a polaridade da espira.

Esta regra considera o sentido eletrÙnico ou real da corrente, ou seja, a corrente que flui do pÛlo negativo para o positivo.

A figura abaixo indica a maneira de se determinar a polaridade da espira.

Conforme mostra a ilustraÁ„o, os dedos seguem o sentido da corrente e o polegar indica o pÛlo norte.

ObservaÁ„o Pode-se, tambÈm, determinar a polaridade da espira considerando o sentido convencional da corrente, ou seja, a corrente que flui do pÛlo positivo para o negativo.

Neste caso, porÈm, deve-se utilizar a regra da m„o direita.

SolenÛide

O campo magnÈtico produzido por uma ˙nica espira È muito pequeno.

Com finalidade de aumentar esse campo magnÈtico, utiliza-se o solenÛide, que È um condutor formado por diversas espiras, uma ao lado da outra.

ForÁa magnetomotriz (fmm)

A forÁa magnetomotriz È calculada multiplicando-se a corrente que flui nas espiras pelo n˙mero de espiras do solenÛide.

O sÌmbolo de forÁa magnetomotriz È fmm.

A forÁa magnetomotriz È representada pela fÛrmula:

τ = N. I

Onde: τ (^) = forÁa magnetomotriz, em ampËres-espira; N = n˙mero de espiras do solenÛide; I = intensidade da corrente, em ampËres.

… possÌvel, portanto, com solenÛides diferentes, conseguir-se a mesma forÁa magnetomotriz.

Exemplos

1. Qual È o valor da fmm de um solenÛide com 100 espiras quando por ele circula uma corrente de 5 ampËres?

τ = N. I^ →^ τ = 100. 5 = 500Ae

2. Qual È o valor da fmm de um solenÛide com 1 000 espiras quando por ele circula uma corrente de 0,5 ampËre?

τ = N. I^ →^ τ = 1 000. 0,5 = 500Ae

Dois solenÛides diferentes podem produzir a mesma fmm.

Entretanto, a intensidade do campo magnÈtico ser· maior naquele que apresentar menor circuito magnÈtico.

Observe na ilustraÁ„o abaixo a representaÁ„o de um campo magnÈtico formado pela passagem da corrente em um solenÛide.

Convencionalmente as linhas de forÁa saem do pÛlo norte e v„o para o pÛlo sul magnÈtico.

Essa linhas circulam continuamente por esse caminho formando o circuito magnÈtico.

A intensidade do campo magnÈtico È calculada pela fÛrmula

H =

Pm

τ

Onde: H = intensidade do campo magnÈtico em A/cm ou A/m; τ = forÁa magnetomotriz; Pm = perÌmetro mÈdio do circuito magnÈtico.

Exemplos

1. Calcular a intensidade do campo magnÈtico de um solenÛide com 100 espiras quando por ele circulam 5 ampËres, sendo o perÌmetro mÈdio do circuito magnÈtico igual a 20cm.
   1. H = 25 A/cm 20 cm

500 A

20 cm

5 A. 100

P

I.N

Pm (^) m

τ = = = =

2. H = 2500 A/m 0 , 2 m

500 A

0 , 2 m

5 A. 100

P

I.N

Pm (^) m

τ = = = =

Notas

1. No solenÛide com n˙cleo de ar, a densidade do fluxo magnÈtico cresce proporcionalmente com a corrente.
2. No solenÛide com n˙cleo de material ferroso, a densidade do fluxo magnÈtico aumenta sensivelmente no perÌodo inicial.

Entretanto, os materiais ferrosos ficam saturados com a crescente densidade do fluxo magnÈtico e a variaÁ„o da corrente n„o influir· no seu rendimento.

As forÁas magnÈticas dispıem-se em linhas de forÁa.

Essas linhas se apresentam em grande n˙mero, constituindo o campo magnÈtico.

Portanto, fluxo de induÁ„o magnÈtica È a quantidade total de linhas de forÁa de um Ìm„.

O fluxo de induÁ„o magnÈtica È representado graficamente pela letra grega mai˙scula Φ (lÍ-se fi).

No Sistema EletromagnÈtico, uma linha de induÁ„o denomina-se maxwell e a densidade magnÈtica È expressa em maxwells por centÌmetro quadrado.

Neste sistema, a unidade de densidade magnÈtica È o gauss:

1 gauss = (^2) cm

1 Mx (^).

No Sistema Internacional, uma linha de induÁ„o denomina-se webber e a densidade magnÈtica È expressa em webbers por metro quadrado.

Neste sistema, a unidade de densidade magnÈtica È o tesla:

1 tesla = (^2) m

1 Wb (^).

ObservaÁ„o Densidade de um campo magnÈtico significa o n˙mero de linhas por unidade de seÁ„o.

No Sistema EletromagnÈtico È necess·ria a variaÁ„o de 10^8 Mx/segundo para induzir 1 volt de tens„o em um condutor.

No Sistema Internacional È necess·ria a variaÁ„o de 1Wb/segundo para induzir a mesma tens„o no condutor.

Conclus„o 1 webber = 10^8 maxwell e, por conseguinte, 1 tesla = 10^4 gauss.

A intensidade do campo magnÈtico para produzir uma densidade de fluxo magnÈtico È distinta para cada material e se obtÈm experimentalmente.

Por exemplo, o ferro fundido È mais difÌcil de ser magnetizado que o aÁo fundido. Os resultados podem ser representados atravÈs de tabelas ou gr·ficos.

Valores de B e das amp-espiras-cm para materiais de qualidade mÈdia normal

Ferro forjado e aÁo fundido

Ferro fundido

L‚mina de ferro normal

L‚mina de ferro com silÌcio B A/cm B A/cm B A/cm B A/cm 1 000 0,7 1 000 2 1 000 0,45 1 000 0, 2 000 0,9 2 000 4,5 2 000 0,5 2 000 1 3 000 1 3 000 8 3 000 0,6 3 000 1, 4 000 1,2 4 000 13 4 000 0,7 4 000 1, 5 000 1,4 5 000 20 5 000 0,9 5 000 1, 6 000 1,7 6 000 28 6 000 1,3 6 000 1, 7 000 2,2 7 000 40 7 000 1,7 7 000 2 8 000 2,7 8 000 55 8 000 2,3 8 000 2, 9 000 3,2 9 000 80 9 000 3,3 9 000 3, 10 000 4 10 000 110 10 000 4,7 10 000 4 11 000 5 11 000 150 11 000 6,3 11 000 5 12 000 6,2 12 000 200 12 000 8 12 000 7 13 000 8,5 13 000 10,5 13 000 12 14 000 12 14 000 13,5 14 000 23 15 000 20 15 000 18 15 000 40 16 000 35 16 000 31 16 000 75 17 000 60 17 000 52 17 000 140 18 000 100 18 000 90 18 000 240 19 000 160 19 000 148 20 000 250 20 000 300 21 000 400 21 000 460 22 000 750 22 000 670 23 000 900 24 000 1 200 25 000 1 530 26 000 1 900 27 000 2 300

Nota No gr·fico e na tabela, a densidade do fluxo magnÈtico È fornecida em gauss (maxwells por centÌmetro quadrado) e a intensidade do campo magnÈtico em Ae/cm ou A/cm (ampËres-espiras por centÌmetro).

Fatores de convers„o

TransformaÁ„o de A/cm para A/m Para transformar A/cm para A/m basta, simplesmente, multiplicar o n˙mero de A/cm constante da coluna por 100, pois 1m = 100cm.

TransformaÁ„o de gauss para tesla Como sabemos, gauss È o n˙mero de linhas magnÈticas existentes em um centÌmetro quadrado.

Para transformar gauss em teslas, multiplicamos por 10 4 , pois 1m 2 = 10 000cm 2.

1 tesla = 10^4 gauss

Nota Quando utilizarmos a tabela acima e transformarmos A/cm em A/m, necessariamente teremos que transformar B, que È dado em gauss, para teslas.

PerÌmetro mÈdio do circuito magnÈtico O perÌmetro mÈdio do circuito magnÈtico obtÈm-se atravÈs da fÛrmula:

Pm = 2

Pe +Pi

Onde: Pm = perÌmetro mÈdio; Pe = perÌmetro externo; Pi = perÌmetro interno.

Nota Todas as medidas devem ser tomadas em centÌmetros.