Sistemas Eletromecanicos

4. Sistemas Eletromecânicos

A conversão eletromecânica de energia ocorre quando os campos acoplados estão dispostos de uma tal maneira que a energia magnética armazenada varia com o movimento mecânico. Um conversor eltromecânico de energia transforma energia da forma elétrica para a mecânica e vice-versa. Estes dispositivos, ou são dispositivos de força, tais como geradores e motores elétricos, ou são dispositivos de posição, tais como transdutores eletromecânicos. Alguns exemplos de transdutores eletromecânicos de posição: microfones, auto-falantes, relés eletromagnéticos e certos instrumentos elétricos de medição.

Os dois efeitos básicos de campos magnéticos, resultando em criação de forças são:

1. alinhamento de linhas de fluxo magnético

2. interação entre campos magnéticos e condutores percorridos por correntes.

​Embora estas forças sejam mecânicas atuando em corpos que nem sempre têm cargas elétricas, elas são afinal de origem elétrica. Usaremos para elas o símbolo de Fe.

Valor da Força Elétrica Desenvolvida em Função da Energia Magnética Armazenada:

A força está sempre numa direção tal que a relutância magnética total seja reduzida, ou que a energia armazenada no campo magnético seja reduzida.

Balanço de Energia:

Como exemplo consideraremos o caso especial de um eletroimã atraindo uma massa de ferro, como mostrado na figura abaixo; onde (1) e (2) indicam, respectivamente, as posições inicial e final da massa de ferro, a qual sofre um deslocamento - dx (contrário à direção positiva de x). Se a corrente na bobina permanecer constante para i = Io, durante o movimento de (1) para (2), então teremos:

Em um intervalo de tempo:

dWe = Fe dx + dWm

Sabendo que:

Para i = Io , temos:

Energia Elétrica de Entrada:

onde:

Portanto:

Energia Magnética Armazenada:

A variação da energia magnética no circuito magnético no intervalo de tempo t1 a t2 é dado por:

Assim:

Para i = Io , temos:

Trabalho Realizado pelo Sistema:

dWe = Fe dx + dWm

We = Fe dx + Wm

O trabalho realizado pelo sistema é igual a energia magnética armazenada.

Logo:

5. Descrição de alguns Transdutores :

Existe uma grande quantidade de transdutores específicos para as mais variadas finalidades. Vamos descrever resumidamente alguns deles :

5.1. Transdutores para oscilações mecânicas :

As grandezas que interessam medir são :

Ÿ deslocamento

Ÿ velocidade de deslocamento

Ÿ aceleração

tanto nos movimentos de rotação como na translação.

5.1.1. Cápsula Dinâmica :

Apresenta f.e.m. proporcional a velocidade de vibração

No entreferro é estabelecido um campo radial de indução magnética. A bobina móvel vibra através de um estilete que oscila num plano vertical. Essas vibrações induzem tensão nos terminais da bobina.

O equacionamento dessa tensão nos leva a :

onde :

v(t) - tensão induzida

Rg