prof. edson-20121 disciplina sistemas de carga e partida scp prof. edson

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Prof. Edson-2012 1 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

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Page 1: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 1

DISCIPLINA

SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA

SCP

Prof. Edson

Page 2: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Os cursos tecnológicos foram concebidos para atender às reais necessidades do mercado e da sociedade. Isto fica claro quando as próprias diretrizes curriculares fazem distinção entre o bacharel e o tecnólogo: "a formação do tecnólogo é, obviamente, mais densa

em tecnologia. Não significa que não deva ter conhecimento científico. O seu foco deve ser o da tecnologia, diretamente

ligada à produção e gestão de bens e serviços. A formação do bacharel, por seu turno, é mais centrada na ciência, embora sem

exclusão da tecnologia. Trata-se, de fato, de uma questão de densidade e de foco na organização do currículo".

Fonte: DELIBERAÇÃO CEE N° 50/05

http://www.fatecsp.br/?c=tecnologo Prof. Edson-2012 2

Ser Tecnólogo!

Page 3: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 3

Bibliografia para o 1o bimestre: (*São os materiais básicos e o restante é complementar)

*Introdução à Análise de Circuitos, Robert Boylestad, 10 ed. Ed.Prentice Hall.* Máquinas Elétricas, A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley, Stephen Umans, Bookman*Máquinas Elétricas, Irwin Kosow, Ed. Globo.* Automobile Electrical and Electronic Systems, Tom Denton, Ed. BH – Elsevier 1995.*Materiais Disponibilizados pelo Prof. no sitio da disciplina.

Bibliografia para o 2o bimestre: (*São os materiais básicos e o restante é complementar)

*Manual de Tecnologia Automotiva Bosch 25a Ed.*Apostila Técnica de Alternadores Bosch (Disponibilizado).

*Apostila Técnica de Motores de Partida Bosch (Disponibilizado).*Materiais Disponibilizados pelo Prof.Automotive Electrics and Automotive Electronic – Completely Revised and Extended, Bosch Handbooks, Robert Bosch, 2007, Ed. Wiley.

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Prof. Edson-20124

Avaliação dos Projetos Práticos (Prj) – Média das notas de:Laboratório:

Atingir resultados e objetivos solicitados (50%)

Qualidade da Montagem (10%)

Recursos Técnicos Aplicados (10%)

Domínio dos Alunos e Trabalho em Equipe (30%)

Relatório conforme as regras de elaboração:

Apresentação (10%)

Conteúdo técnico relevante (50%)

Organização e Padronização (20%)

Resultados Apresentados (20%)

Seguir as recomendações do artigo sobre Orientações para melhorar relatórios técnicos.

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Aula 2 - Objetivos Específicos:

- Contexto Histórico. (Boylestad Cap. 11 Seção 11.1)

- Formação do Campo Eletromagnético. (Boylestad Cap. 11)

- Densidade de Fluxo e Histerese. (Boylestad Cap. 11 Seção 11.3 até 11.8)

- Fluxo Magnético. (Boylestad Cap. 11 Seção 11.10)

- Solenóides (Boylestad Cap. 11 Seção 11.11)

- Indutores. (Boylestad Cap. 12 Seção 12.1 até 12.4)

-Transitórios de Carga e Descarga (Boylestad Cap. 12 Seção 12.7 até 12.11)

- Entreferros (Boylestad Cap. 11 e Fitzgerald Cap. 1)

Prof. Edson-2012 5

Page 6: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

ECK-2012 6

Convergência das pesquisas na eletricidade, magnetismo e óptica

Page 7: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Fenômenos magnéticos são conhecidos desde 1100 A.C pelos chineses.

• Magnus, pastor de ovelhas, percebe a magnetita, em Magnésia.

• Imãs naturais (Magnetita) são compostos de Fe3O4.

• A bússola foi inventada pelos chineses.

• Em 1820, o físico dinamarquês Hans Oersted anuncia a descoberta do eletromagnetismo. (Experiência com a agulha).

• André Marie Ampère determinou que o sentido da corrente elétrica determina uma mudança nos pólos do campo magnético.

• Os imãs artificiais são ligas de Alumínio, Níquel e Cobalto.Prof. Edson-2012 7

Page 8: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 8

Campo Magnético

Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed. Seção 11.3

Algumas propriedades importantes na figura 1:

Distribuição da linhas de campo simetricamente em materiais homogêneos;

Intensidade de campo (H) em a = 2b.

Algumas propriedades importantes na figura 2:

Linhas de campo procuram ocupar a menor área;

Redução no comprimento das linhas de campo;

Intensidade de campo (H) em uma dada região é proporcional ao número de linhas de campo.

Fig. 1

Fig. 2

Page 9: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 9

Campo Magnético

Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed. Seção 11.3

Materiais Ferromagnéticos favorecem o caminho das linhas de campo.

Tais materiais podem ser utilizados como blindagem eletromagnética.

Page 10: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 10Affonso Martignoni, Eletrotécnica 1980.

Linhas de campo magnético

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Prof. Edson-2012 11

Densidade de Fluxo Magnético B

)(

(Wb)

)(

.

2mquadradosmetrosA

Weber

TTeslaBA

B

daBS

Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed. Seção 11.3

Determine o Fluxo Magnético B da figura acima

Ba > Bb

Page 12: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 12

Densidade de Fluxo Magnético B

É uma grandeza que indica a quantidade de linhas de campo por unidade de área.

AB

Porém, quando há a introdução de um meio ferromagnético .

Fluxo magnético

Área

2/ mWb

Affonso Martignoni, Eletrotécnica 1980.

Page 13: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 13

Permeabilidade Magnética µ

É uma grandeza que indica o quanto um determinado material pode influenciar na distribuição das linhas campo que passam pelo referido material.

Permeabilidade Magnética no vácuo

Permeabilidade Magnética Relativa

É uma relação entre a permeabilidade do material em relação ao vácuo

0 m

r

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Prof. Edson-2012 14

Relutância Magnética É uma grandeza semelhante à resistência elétrica. Em termos magnéticos é a dificuldade do campo em estabelecer um caminho magnético

Vidro

Ferro

ocomprimentl

áreaA

meiodomagnéticadadepermeabili

qualna

A

l

___

_

Ae/Wbou rels .

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Prof. Edson-2012 15

Linhas de campo magnético em:

Francisco Ramalho Jr., Fundamentos de Física 3, 1982.

24

.

R

dLaIdH geo

24

.

R

dLaIH geo

Lei de Biot-Savart

24

.

R

dLaIH geo

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Prof. Edson-2012 16

Lei de Biot-Savart

“Intensidade do Campo Magnético H produzido no espaço por um condutor retilíneo percorrido por uma corrente elétrica é proporcional à intensidade da corrente elétrica e inversamente proporcional à distância.”

Dr. Naason Pereira Junior – UNESP - Eletromagnetismo

2..4

..

R

senLIH

22

222

cosaL

a

aLR

Lei de Biot-Savart

(A/m)2

cos

4

cos1

(A/m) 4

2/

2/

2

1

a

IH

a

dI

H

aR

seR

dIH

-

Para um segmento do raio infinito

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Prof. Edson-2012 17

Lei de Ampère

“A integral de linha do vetor intensidade de campo magnético H ao longo de um caminho fechado é igual a corrente total envolvida por esse caminho”

Dr. Naason Pereira Junior – UNESP - Eletromagnetismo

R

IH

2

ILdH

RR

ILdH

LdR

ILdH

L

L

LL

22

2

Se integrarmos H ao longo do caminho circular de raio R em um condutor

Lembrando que:

S

IJ

J

JdaI

dLHJda

S

s L

quadrado metropor corrente de Densidade

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Prof. Edson-2012 18

Linhas de campo magnético em uma bobina

Affonso Martignoni, Eletrotécnica 1980.

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Prof. Edson-2012 19

Campo gerado por uma solenóide e a intensidade de campo magnético (H) no ponto P.

Affonso Martignoni, Eletrotécnica 1980.

Oersted104A/m 11H Gauss 100001T

Gauss em expresso será H e ,espiras de número o N

bobina, na circula que corrente a I cm, em bobina da ocompriment o é onde

Ampère de Circuital Lei .

Volta-Ampère

3-

l

NIlH

NIl

NIH

H

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Prof. Edson-2012 20

Densidade de Fluxo Magnético B

A densidade de Fluxo Magnético (B) é proporcional ao tipo de material

KgfAreaB

F

mAWb

BAHA

HHBL

NIH

nucleo

1

2

70

0

1081,9.8

./10

4

Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed. Seção 11.7

Permeabilidade

Page 21: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 21

Para o eletroímã mostrado na figura abaixo, determine:

a) Calcule a densidade de fluxo no núcleo.b) Faça um esboço das linhas de campo e indique o seu sentido

)(

(Wb)

)(

.

2mquadradosmetrosA

Weber

TTeslaBA

B

daBS

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Prof. Edson-2012 22

Fenômeno da Histerese.

KgfAreaB

F

mAWb

BAHA

1

2

70

1081,9.8

./10

4

Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed. Seção 11.8

l

NIH

BAHA

Densidade de fluxo residual

Força coerciva

Page 23: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 23

Circuitos Magnéticos:Para o circuito magnético visto na figura

abaixo:a) Calcule o valor da corrente

necessária para gerar um fluxo magnético =410-4 Wb.

b) Determine o e r para o material

nessas condições.

Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed. Seção 11.11Ferro Fundido

Aço Fundido

Aço Laminado

Curva de Magnetização

Page 24: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 24Robert L. Boylestad

Introductory Circuit Analysis, 10ed. Seção 11.11

Um indutor ideal deve reter o campo magnético no seu interior porque tem resistência de bobina = 0 e como conseqüência, a tensão sobre ele é 0V.

0

2

é indutância da valor o e

solenóide uma Para

Farady de Lei

rmaterial

Henryl

ANL

voltsdt

dNe

voltsdt

de

Page 25: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 25

Força Eletromotriz e Auto-indução (Boylestad Cap. 12 Seção 12.6)

0

2

é indutância da valor o e

solenóide uma Para

Farady de Lei

rmaterial

Henryl

ANL

voltsdt

dNe

voltsdt

de

cteR

VccI

dtLRIVcc

dI

LdIdtRIVcc

LdIRIdtVccdtdt

dILRIVcc

/1

I corrente da função em calculando e Integrando

1

Prof. Fernando Mussoi Fundamentos de Eletromagnetismo CEFET-PR

Page 26: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 26

Transitório de carga e descarga Eletromagnética em uma solenóide

c

c

tL

t

o

i

o

R

tL

L

ct

L

Eev

LIidiLdt

dt

LdiIW

eItI

R

LeItI

/

2

max

/max

2

solenóide na armazenada Energia

)(

descarga de ia transitórCorrente

qual na 1)(

carga de ia transitórCorrente

Prof. Fernando Mussoi Fundamentos de Eletromagnetismo CEFET-PR

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Prof. Edson-2012 27

Transitório de carga Eletromagnética em uma solenóide

Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed. Seção 12.7

Page 28: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 28

Transitório de descarga Eletromagnética em uma solenóide

Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed. Seção 12.7

Page 29: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 29

Durante o transitório a tensão varia rápido mas a corrente não

Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed. Seção 12.7

ER

Rv

ER

R

R

RRR

R

Ev

RRiRiRivvvv

RE

L

L

lLLLRRL

1

2

1

2

1

121

1

212121

1L

1

)(

/i é ainda corrente a abre chave a Quando

Tensão de pico

Page 30: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 30

A medida que o indutor libera a energia armazenada, temos:

Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed. Seção 12.7

dtL e

R

Ei /

1

A corrente varia conforme:

211

2max

/max

e 1RR

L

R

LE

R

RV

eVv

totald

tL

d

A tensão sobre os resistores:

dd tR

tR Ee

R

RvEev /

1

22

/1 e

Page 31: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 31

Calcule o tempo de carga e descarga e tensão reversa

Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed. Seção 12.7

msttL

dc

eeVv

Vk

kE

R

RV

mskk

Hms

k

H

d 8,0//max

1

2max

125

125502

311

8,032

4 2

2

4

Page 32: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 32

Transitório em circuitos R-L do exemplo anterior

Robert L. BoylestadIntroductory Circuit Analysis, 10ed. Seção 12.9

Page 33: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 33

Energia Armazenada em uma Bobina

A energia armazenada na forma magnética pode ser reaproveitada na forma de arco.

Se total da energia absorvida for:

dissTotalBob

t

diss

t

P

RdtiP

idtv

0

2

0

.

Energia total na bobina:

2.

.

)( ..

2

0

0

LIidiL

dt

diLi

idtv

Joulesdt

Ldiiiv

T

o

I

Bob

T

Bob

Bob

Page 34: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 34

Energia Armazenada em uma Bobina de Ignição

Se total da energia absorvida for:

dt

dNv

tP Bob

2sec

:será induzida f.e.m forçaA

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Prof. Edson-2012 35

Exercício 2

Explique a diferença de comportamento da bobina quando alimentado por 6V e por 24V.

Page 36: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 36

Page 37: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 37

Page 38: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 38

Lei Circuital de Ampère

HlFmm

Fmm

NIFmm

Fmm

V

cirt

cirt

0

0 Lei de Kirchhoff para malhas elétricas

Lei de Kirchhoff para malhas magnéticas

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Prof. Edson-2012 39

Lei Circuital de Ampère

0

0

cacabcbcabab

cirt

lHlHlHNI

HlFmm

Fmm

NIFmm

Fmm

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Prof. Edson-2012 40

Lei de Kirchhoff para os caminhos do fluxo magnético

HAAB

el

NIH

ouN

HlI

mat

cba

.

:queLembrar

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Prof. Edson-2012 41

Revisitando

Toda a corrente elétrica I que passa por umcondutor de comprimento infinito, produziráum fluxo magnético de laço fechado.

Id

IBdl

d

IB

HAAB mat

2

circular caminho o Integrando2

ráio do função em B mosconsiderar Se

.

B

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Prof. Edson-2012 42

Portanto, num circuito magnético simples

núcleo do

núcleo do

:qual na

AA

BB

AB

c

c

cc

Page 43: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 43

Revisitando

Consideremos agora o fio em questão enrolado num tubo cilíndrico.

l

NIB

l

NIB

RllR

NIB

lR

NIB

eextremidad

centro

eextremidad

centro

2

se2

esextremidad Nas4

solenóide da centro No

22

22

Page 44: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 44

Para o circuito abaixo calcule:a)O valor de I para gerar um fluxo magnético =4X10=4 Wbb)Determine o µ e o µr para o material nessas condições

Page 45: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 45

83,935104

./10176,1

./10176,1/170

2,0

68400

16,0./170

170A/mH fundido aço o para

H-B gráfico o Usando

2,0102

104

7

3

0

3

23

4

mAWb

mAWbmA

T

H

B

mAmmA

N

HlI

Tm

Wb

AB

materialr

Solução

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Prof. Edson-2012 46

Entreferros

Efeito de Borda

Ideal

70 104

bordaborda

borda

nucleoborda

borda

bordaborda

BBH

AB

Page 47: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 47

Entreferros

70 104

bordaborda

borda

nucleoborda

borda

bordaborda

BBH

AB

Page 48: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 48

Considere a figura.Determine:a)Indutância do enrolamentob)Densidade B no entreferro 1

1

0

1

11

1

10

1

1

2

2

1

120

21

21

20

22

10

11

21

21

.

como

e

g

NI

AB

g

NIANI

g

A

g

AN

NN

I

NL

A

g

A

g

NI

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Prof. Edson-2012 49

Algumas permeabilidades

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Prof. Edson-2012 50

Nos materiais ferro-magnéticosA permeabilidade varia conformeO material e a intensidade de campo.Nos materiais diamagnéticos e paramagnéticos a permabilidade é constante e independente de H

H

B

or

Page 51: Prof. Edson-20121 DISCIPLINA SISTEMAS DE CARGA E PARTIDA SCP Prof. Edson

Prof. Edson-2012 51

Ler as duas dissertações que estão no site da disciplina para P1.

TCC Injeção eletrônica programável para automóveis

Thesis Digital ignition and electronic fuel injection - Kosik-2000.