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Conversão Eletromecânica de Energia

Código:

LEEC22118

Sigla:

CEE

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Electrotecnia e Sistemas de Potência

Ocorrência: 2022/2023 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Eletrotécnica
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
EEC	7	Plano de Estudos	3	-	6	75	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

A disciplina pretende contribuir para a formação científica do aluno na área da conversão electromecânica de energia nomeadamente, no estudo em regime permanente das máquina de corrente contínua (MCC), das máquinas sincronas trifásicas (MST), como motor e gerador, e máquina de relutancia variavel e comutada (MRV, MRC).

Resultados de aprendizagem e competências

O estudante, ao concluir o estudo desta disciplina, deverá ser capaz de:
1-Compreender/explicar a constituição da MCC, da MST, da MRV, da MRC e justificar com leis e regras os respetivos princípios de funcionamento;
2-Obter/estimar os parâmetros dos esquemas equivalentes das MCC, da MST em regime permanente.
3-Aplicar o modelo matemático da MCC, da MST para prever pontos de funcionamento.
4-Analisar as potências em jogo e prever o rendimento da MCC, da MST e das MRV e MRC;
5- Utilizar o Matlab para simular os regimes de funcionamento da MCC e MST em regime permanente

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

É importante o estudante ter conhecimentos prévios de:
- análise de circuitos elétricos em corrente continua e em corrente alterna; 
- circuitos magnéticos;
- eletromagnetismo;
- domínio matemático do Corpo Complexo
- utilização de sofware com linguagem matemática.

Programa

PARTE TEORICO-PRÁTICA
I. INTRODUÇÃO/REVISÕES
1. Princípios e leis da Electricidade e do Electromagnetismo ( Leis d’Ohm, Hopkinson, Kirchhoff. Força de Lorentz-Laplace. Lei de Ampère e lei de Faraday. Regras para determinação de sentidos.)
2. Importância da Conversão Electromecânica de Energia.

II. MÁQUINA DE CORRENTE CONTÍNUA (MCC)
1. Princípio de funcionamento de uma máquina CC elementar.
2. Constituição da máquina de corrente contínua.
3. Máquina de Corrente Continua. Tipos, equações, características, diagrama energético e rendimento.

III. MÁQUINA SÍNCRONA (MS)
1. Constituição Geral:
1.1. Constituição. Estator. Rotor e velocidade. Máquinas de pólos salientes
(turbinas hidráulicas) e de rotor liso (turboalternadores).
1.2. Princípio de funcionamento de alternadores e motores elementares. 1.3. Sistema Indutor. Excitação independente e auto-excitação.
1.4. Enrolamentos do estator. F.e.m. induzida.
1.5. Arrefecimento (ar, hidrogénio, água).
2. Funcionamento do Alternador:
2.1. Em vazio. Ondas de f.m.m. e de fluxo de excitação. Ensaio de vazio. Linha de entreferro.
2.2. Em carga. Campos pulsante e girante. Reacção magnética do induzido
em carga. Ensaio de curto-circuito.
3. Regime Permanente. Diagramas Fasoriais:
3.1. Circuito Equivalente (rotor cilíndrico não saturado).
3.2. Reactância síncrona não saturada e saturada.
3.3. Efeitos dos pólos salientes.
3.4. Introdução à teoria das duas reactâncias. Diagrama fasorial e relações entre fasores.
3.5. Potência e binário electromagnéticos.
3.6. Perdas e rendimento. Diagrama energético. Regulação do alternador.
4. Características do Alternador:
4.1. De vazio. De curto-circuito. Externa.
4.2. Potência – ângulo de carga.
4.3. Regulação.
4.4. Em “V” ou de Mordey.
5. Paralelo de Máquinas Síncronas:
5.1. Razões para a associação em paralelo.
5.2. Condições para a ligação e manobra.
5.3. Detecção do sincronismo (fogos girantes, simultâneos e sincronoscópio).
5.4. Ligação do alternador à rede de potência infinita. 5.5. Repartição de cargas.
6. Motor Síncrono:
6.1. Funcionamento com carga constante e excitação variável. Curvas de Mordey.
6.2. Funcionamento com excitação constante e carga variável.
6.3. Condensador (compensador) síncrono.
6.4. Processos de arranque do motor síncrono.

IV. Máquinas de relutância
1. Máquina de relutância variável. Princípio de funcionamento e caracteristicas. 
2. Máquina de relutância comutada. Princípio de funcionamento e caracteristicas.
3. Aplicações.

Bibliografia Obrigatória

Jesus Fraile Mora; Máquinas Eléctricas, McGraw-Hill, 2003. ISBN: 84-481-3913-5
A.E.Fitzgerald; D.C. Kingsley; Alexander Kusko; Máquinas Eléctricas, McGraw-Hill, 1975. ISBN: ISBN: 0-07-090132-5
Stephen J. Chapman; Electric Machinery Fundamentals, McGraw-Hill, 1991. ISBN: 0-07-100972-8
Diogo P.L. Brandão; Máquinas Eléctricas- Introdução Máquinas Eléctricas de Corrente Contínua, F.C.Gulbenkian, 1984
Vincent del Toro; Fundamentos de Máquinas Elétricas , Prentice-Hall do Brasil, 1994. ISBN: 85-7054-053-1

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Nesta UC aplica-se a metodologia de ensino/aprendizagem centrada no estudante. Neste contexto, serão disponibilizados na plataforma Moodle materiais de estudo e proposto por tema um conjunto de atividades que os alunos devem realizar presencialmente ou de forma parcialmente assíncrona para atingir os respetivos objetivos de aprendizagem. No moodle os estudantes poderão autoavaliar os seus conhecimentos através de testes formativos. A componente laboratorial será presencial. Estimular-se-á a participação ativa do estudante no seu processo de aprendizagem, fazendo uso do seu espírito crítico no desenvolvimento dos ensaios laboratoriais, dos respetivos relatórios e discussão.

Software

Matlab
Octave

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Teste	65,00
Trabalho laboratorial	35,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	55,00
Frequência das aulas	75,00
Trabalho laboratorial	32,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Avaliação contínua e avaliação com exame final
Os estudantes que pretendam frequentar a UC em regime de avaliação contínua estão sujeitos ao regime de assiduidade e tem a obrigatoriedade de efetuar os trabalhos laboratoriais e todas as avaliações sumativas.
A avaliação continua da componente teórico-prática é composta pela média ponderada das três avaliações sumativas (MCC, MST, MR).
A classificação final da componente teórico-prática (C_TP) é calculada da seguinte forma:
C_TP = 0.35 MCC + 0.4 MST + 0.25 MR
A nota mínima da componente teórico prática é de 9,5 valores.
Se os alunos, após efetuarem todos os testes sumativos, não tenham obtido a nota mínima para a sua aprovação, poderão na época de exame, repetir a avaliação sobre uma das máquinas de estudo para obter a aprovação à UC.

Ao longo do semestre o aluno executará dois trabalhos de base laboratorial, obrigatórios, dos quais elaborará os respectivos relatórios que serão apresentados e discutidos (L1 e L2 ). Da sua actividade, na componente laboratorial, ser-lhe-á atribuída uma classificação L que é a média aritmética arredondada às décimas dos trabalhos realizados: L=(L1+L2)/2.


No regime de avaliação por exame final (E), tem a obrigatoriedade de efetuar os trabalhos laboratoriais. A prova escrita do exame final é constituída por três partes; máquina de corrente contínua; máquina sincrona e; máquinas de relutância. As classificações obtidas nas partes realizadas em exame substituem as eventualmente obtidas nos minitestes sobre o mesmo conteúdo da avaliação contínua.
Os alunos que tenham a nota de L>9.5 e  E > 9.5 ficarão aprovados com a classificação C determinada pelo arredondamento às unidades de:
 C_F = (0.35 L + 0.65 E)
As provas de exame são feitas em épocas calendarizadas a nível de Escola.

Para qualquer momento de avaliação (mini testes ou exame presencial), um aluno poderá ser chamado a realizar uma prova oral, a combinar, para confirmar os conhecimentos revelados nas avaliações sumativas. A classificação da prova oral substitui a classificação do momento de avaliação em causa. Caso o aluno não compareça à prova oral, sem a devida justificação, a avaliação em causa será anulada.

Fórmula de cálculo da classificação final

A Classificação no regime de Avaliação Continua da componente teórico-prática (C_TP) é composta pela média ponderada das três avaliações sumativas (MCC, MST, MR) e definida da seguinte forma:
   C_TP = 0.35 MCC + 0.4 MST + 0.25 MR
A classificação da avaliação continua da componente laboratorial (L) é dado por;
   L=(L1+L2)/2
Os alunos que tenham a nota de L>9.5 e  C_TP > 9.5 ficarão aprovados com a classificação Final (C_F) de;
   C_F = (0.35 L + 0.65 C_TP)

A classificação no regime de avaliação por exame final (E) com a obrigatoriedade de efetuar os trabalhos laboratoriais (L). Os alunos que tenham a nota de L>9.5 e E > 9.5 ficarão aprovados com a classificação final de;
   C_F = (0.35 L + 0.65 E)

A classificação final dos dois regimes de avaliação é arredondada às unidades.

Observações

Estudantes trabalhadores, atletas de alta competição, dirigentes associativos e estudantes ao abrigo da Lei de Liberdade Religiosa deverão dirigir-se, até à segunda semana letiva do semestre, ao responsável da UC para apresentarem as suas especificidades pertinentes, nos termos previstos nos respetivos diplomas sob pena das mesmas não poderem ser executadas por falta de condições objetivas.