Listas de figuras. Listas de quadros. Fundamentos de Elétrica - Conceitos Básicos. Condutor e Isolante. Tensão e Corrente Elétrica

Transcrição

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2 Listas de figuras Listas de quadros Fundamentos de Elétrica - Conceitos Básicos Condutor e Isolante Tensão e Corrente Elétrica Resistência Elétrica

3 Potência Elétrica Fator de Potência Potência dissipada em uma resistência Energia Curto Circuito Circuito Série

4 Circuito Paralelo Circuito Misto Fusíveis Transformador Diodo Retificação

5 Diodo Zener Transistor Polarização de Transistores SCR DIAC TRIAC

6 Indutor Circuito RL Série Circuito RL Paralelo Capacitores

7 Fundamentos de Elétrica - Conceitos Básicos 1.1 Condutor e Isolante Cada material tem, dentre as suas propriedades, a capacidade de conduzir ou não a corrente elétrica. Esta capacidade está relacionada diretamente ao número de elétrons livres que os materiais possuem. Os materiais que possuem maior número de elétrons livres são chamados de condutores, e têm a facilidade de conduzir a corrente elétrica de um ponto ao outro. Os materiais que possuem baixo número de elétrons livres são chamados de isolantes. O materiais isolantes possuem uma capacidade de oposição à passagem da corrente elétrica.

8 1.2 Tensão e Corrente Elétrica Os elétrons livres em um condutor estão em constante movimento, porém, de forma desordenada. Para que estes elétrons livres caminhem de forma ordenada é necessário que haja uma força que os empurre. A esta força é dado o nome de tensão elétrica, que é simbolizada pela letra (U). O movimento ordenado dos elétrons livres nos fios, provocado pela ação da tensão, forma uma corrente de elétrons livres que é chamada de corrente elétrica simbolizada pela letra (I).

9 1.3 Resistência Elétrica A oposição que um determinado material oferece à passagem da corrente elétrica devido à sua característica é chamada de Resistência Elétrica, tem a sua representação dada pela letra grega ômega (? ) e a unidade é dada em Ohms. O componente que possui a característica de resistência elétrica é conhecido pelo nome de Resistor Elétrico e tem a sua representação gráfica mostrada abaixo e simbolizada pela letra R Símbolo: Os resistores podem ser fixos ou variáveis. Os resistores fixos são componentes cuja concepção não permite que sua resistência elétrica seja alterada. Estes componentes, normalmente, apresentam dois terminais. Já os resistores variáveis são aqueles cuja resistência elétrica pode ser alterada através de um eixo ou cursor. Estes componentes são conhecidos como reostato ou potenciômetro.

10 ATIVIDADES DE FIXAÇÃO 1 - Defina tensão, corrente e resistência elétrica. 2 - Explique o que vem a ser resistores fixos e variáveis. 3 - Desenhe os símbolos dos resistores. 1.4 Potência Elétrica A tensão elétrica provoca o movimento dos elétrons livres em um condutor, de forma ordenada, dando origem à corrente elétrica. Esta corrente elétrica, ao circular pelo condutor, realiza

11 um determinado trabalho que pode ser de origem mecânica, térmica ou luminosa. No caso de um circuito com lâmpada incandescente, a passagem da corrente elétrica faz com que esta lâmpada se acenda e também produza calor. Estas intensidades de luz e calor são percebidas por nós (efeitos) e são chamadas de potência luminosa (luz) e potência térmica (calor), ou seja, é a transformação da potência elétrica em outras potências. Com esta explicação podemos concluir que a potência elétrica em um circuito é o resultado do produto da ação da tensão elétrica nele aplicado, e da intensidade da corrente elétrica que por ele circula. A essa potência dá-se o nome de potência aparente e sua unidade de medida é o voltampère dado pelas letras (VA). A potência aparente é composta por duas outras parcelas: potência ativa e potência reativa.

12 A potência ativa é a parcela efetivamente transformada em outro tipo de potência, como a potência mecânica, a potência térmica ou a luminosa. A unidade de medida da potência ativa é o Watt, simbolizado pela letra (W). Como exemplo de transformação de potência elétrica em outras potências, temos:

13 A potência reativa é a parcela transformada em campo magnético, necessária ao funcionamento de motores, transformadores e reatores. A unidade de medida da potência reativa é o Volt-ampére reativo e simbolizado pelas letras Var. Nos projetos de instalação elétrica, os cálculos efetuados são baseados na potência aparente e potência ativa. 1.5 Fator de Potência Como vimos, a potência ativa é uma parcela da potência aparente, portanto, ela representa uma porcentagem da potência aparente, que é transformada em outras potências como mecânica, térmica e luminosa. A esta porcentagem dá-se o nome de fator de potência. Nos projetos elétricos, aplica-se o fator de potência para transformar um valor de potência aparente em potência útil, utilizando uma regra simples: para circuitos de iluminação, o valor do fator de potência utilizado na transformação da potência aparente em potência útil é igual a 1,0 e para circuitos de tomadas de uso geral este fator de potência é igual a 0,8.

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15 1.5.1 Potência dissipada em uma resistência Vimos que a potência é a relação entre a tensão e corrente, e como a tensão e a corrente têm relação com a resistência, pela lei de Ohm, podemos extrair algumas relações como as mostradas abaixo:

16 Exemplo: Calcule a potência dissipada em um resistor de 120 ohms, que é percorrido por uma corrente de 2 A. Para o exemplo anterior, qual seria a nova potência dissipada no resistor, quando este for submetido a uma tensão de 110V? 1.6 Energia A energia é representada pela parcela da potência ativa consumida em um determinado período de tempo e sua unidade é dada por Watt hora, representado pelas letras Wh. Como exemplo, podemos citar um banho de 2 horas em um chuveiro com potência de 4400 W.

17 1.7 Curto Circuito Em um circuito elétrico, com dois condutores que possuem potenciais (tensão) de valores diferentes, por exemplo, 0V e 110V, se ligarmos entre eles um condutor (com baixíssima resistência, ou resistência nula) provocamos uma passagem de corrente de elevada intensidade. A esta corrente damos o nome de corrente de curto-circuito e, ao fenômeno causado, de curto-circuito simplesmente. A corrente gerada em um curto-circuito é limitada apenas pela resistência do fio e pode atingir valores altos, que podem causar danos aos componentes da instalação.

18 ATIVIDADES DE FIXAÇÃO 1 - Explique o que vem a ser potência elétrica. 2 - A potência aparente é composta por duas parcelas, quais são? 3 - Qual a unidade de potência ativa e em quais potências ela é transformada? 4 - Explique o que vem a ser fator de potência. 5 - Calcule a potência dissipada em um resistor de 330 ohms, que é percorrido por uma corrente de 2A.

19 1.8 Circuito Série A interligação dos componentes em um circuito é o que caracteriza a sua configuração. No circuito denominado série, os componentes estão inseridos em uma seqüência de modo que a corrente elétrica (I) percorra todos os componentes do circuito com a mesma intensidade. Já a tensão aplicada (V) é dividida em cada componente (V1 e V2) de acordo com a sua resistência elétrica (R1 e R2).

20 Para obtermos os valores de corrente e tensão em um circuito série é necessário que efetuemos alguns cálculos de forma a utilizar a lei de Ohm. Sabemos que a tensão é dada pela multiplicação da intensidade da corrente (I) pelo valor da resistência (R); sabemos também que para conhecermos a corrente em um determinado componente, basta dividir a tensão aplicada nele pela sua resistência (I = V/R). Então, no circuito série acima, para saber a intensidade da corrente que circula pelos resistores, temos que dividir a tensão aplicada (V) pelo valor total das resistência do circuito. Porém, para obter o valor total da resistência do circuito, é necessário obter a resistência equivalente, como veremos a seguir. Para obter a resistência equivalente em um circuito série basta somar todos os valores de resistência de cada componente. No nosso exemplo, a resistência equivalente é dada pela expressão: Para se obter o valor da tensão em cada componente é necessário saber a corrente que circula por ele e, também, a sua resistência.

21 Com isso, podemos aplicar novamente a lei de Ohm (V = I. R). Para uma melhor compreensão, vamos exemplificar o nosso circuito. Obtendo o valor de corrente: Agora, para obter cada valor de tensão, dividimos o valor de corrente (que no circuito série é a mesma em todo o circuito) por cada uma das resistências do componente.

22 Exemplo: Para o circuito abaixo, determinar a corrente total, as tensões em cada uma das resistências, bem como suas potências, a potência total e a resistência equivalente.

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25 1.9 Circuito Paralelo

26 Nos circuitos de associação em paralelo, os componentes são dispostos de forma que a tensão é a mesma em todos eles e a corrente se divide, em função da resistência de cada componente. a) A tensão é a mesma em todos os resistores, pois estão ligados aos mesmos terminais. b) A corrente I, na associação, é igual a soma das correntes em cada resistor.

27 Exemplo: Calcule todas as correntes, bem como as potências em cada resistência, a potência total e a resistência equivalente.

28 1.10 Circuito Misto O circuito misto trabalha com as associações série e paralelo em cada trecho do circuito. Devemos analisar sua ligação e utilizar as características específicas de cada caso, aplicando as regras de cada configuração de circuito para cada um dos trechos. Abaixo, exemplo de circuito misto.

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30 Exemplo: Através do circuito acima calcule todas as potências.

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32 Trecho 1 compreende os resistores R2 e R3 em configuração paralela, portanto, será usada a regra para este tipo de circuito para obter um resistor equivalente R¹. Obtido o valor de R¹, verificaremos que o resistor R¹ ficará em configuração série com o resistor R1 e então poderemos obter o valor equivalente de um resistor que chamaremos de R².

33 Como o resistor equivalente R² ficará em paralelo com a fonte, podemos calcular o valor da corrente que passará por este resistor. Como o resistor R1 estará em série com o circuito, a corrente calculada I1 circulará por ele, o que nos permite calcular o valor da queda de tensão sobre o resistor R1 e também sobre o resistor equivalente R¹.

34 Com o valor da tensão sobre o resistor equivalente R¹ podemos calcular a corrente em cada um dos circuitos, pois os resistores R2 e R3 estão em paralelo, o que configura tensão igual nos dois resistores. Com os valores de corrente e tensão em cada um dos resistores, podemos calcular a potência em cada um dos resistores.

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36 ATIVIDADES DE FIXAÇÃO 1 - No circuito a seguir, determine a tensão no resistor de 50 ohms e 20 ohms, sabendo-se que a corrente total (I) vale 50 ma.

37 2 - No circuito abaixo determine todas as correntes, a tensão no resistor de 2700 ohms (2.7KOhm) bem como a potência no resistor de 1000 ohms (1KOhm).

38 1.11 Fusíveis Os fusíveis são dispositivos que protegem os circuitos elétricos contra danos causados por sobrecarga de corrente que podem provocar até incêndio. Funcionam como válvulas, cuja finalidade básica é cortar o fluxo de corrente elétrica toda vez que a quantidade de energia que trafega por um determinado circuito for excessiva e puder causar danos ao sistema. Os pequenos fusíveis usados em circuito eletrônico são geralmente simbolizados por:

39 A principal característica de um fusível é a sua corrente nominal, isto é, o valor máximo de corrente que o mesmo suporta em regime contínuo, sem interromper o circuito. Os fusíveis são formados por um filamento projetado para suportar um determinado valor de corrente, que geralmente vem identificado no próprio corpo do fusível. Existem vários tipos de fusíveis e podemos citar alguns: Fusíveis NH são aplicados na proteção de sobre-corrente de curto circuito e sobrecarga em instalações elétricas industriais. Fusíveis Diazed são utilizados na proteção de curto circuito em instalações elétricas, residenciais, comerciais e industriais e que, quando instalados, permitem o seu manuseio sem riscos de toque acidental nas partes vivas da instalação elétrica. Fusíveis Neuzed possuem tamanho reduzido e são aplicados na proteção de curto circuito em instalações típicas residenciais, comerciais e industriais. Fusíveis Sitor são fusíveis ultra-rápidos apropriados em instalações industriais para a proteção de semicondutores, tiristores e diodos. Fusíveis Silized são utilizados na proteção contra curto circuito em semicondutores, estão adaptados às curvas de carga dos tiristores e diodos de potência, permitindo, quando da sua instalação, seu manuseio sem risco de toque acidental em partes vivas. Fusíveis Minized compactos, mono, bi e tripolares, são utilizados na manobra e proteção de circuitos elétricos.

40 Exemplo: No circuito indicado F1, F2 e F3 são fusíveis, todos de 3A, isto é, suportam intensidade de correntes até 3A. Quais os fusíveis que queimarão na energização do circuito com a bateria de 25 V acionada?

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43 Como o valor nominal de todos os fusíveis é de 3 amperes, somente o fusível 1 irá queimar, pois a corrente neste trecho do circuito é superior ao valor nominal do fusível. ATIVIDADE DE FIXAÇÃO 1 - Explique com suas palavras o que são fusíveis? 2- Cite alguns tipos de fusíveis, explicando suas principais características Transformador Transformador é um componente que modifica uma tensão alternada, aumentando-a ou diminuindo-a. O transformador é normalmente constituído por 2 bobinas isoladas eletricamente e enroladas em um mesmo núcleo de ferro.

44 A primeira bobina recebe a tensão a ser transformada (Vp) e é chamada de primário e a segunda bobina fornece a tensão com o valor transformado (Vs) e é conhecida como secundário. Em um transformador ideal, temos que as potências de entrada e saída são iguais: Ps = Pp (1)

45 Como sabemos, potência é dada pela multiplicação de tensão pela corrente, portanto podemos concluir que a multiplicação da tensão pela corrente do primário é igual a multiplicação da tensão pela corrente do secundário. Substituindo (2) e (3) em (1) temos: Temos também, que a relação de espiras é diretamente proporcional à tensão, ou seja, quanto maior o número de espiras, maior será a tensão. Diante desta afirmação podemos elaborar a seguinte relação:

46 Exemplo: Um transformador ideal tem 250 espiras no enrolamento primário e 850 espiras no enrolamento secundário. Aplica-se uma tensâo de 10 V (eficaz) no primário, calcule: a) Tensão induzida no secundário. b) Corrente no primário e no secundário se um resistor de 110 ohms for ligado ao secundário. Resolução:

47 Exemplo de Cálculo de Transformadores Monofásicos

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50 Se admitirmos que, para uma potência secundária até 500 VA, teremos uma densidade de corrente de 3. A / 100m² nos fios, então teremos: 4) Seção Transversal do Fio Primário: Buscando na tabela de fios esmaltados obtemos: Fio nº 26 AWG 5) Seção Transversal do Fio Secundário: Da Tabela de Fios obtemos: Fio nº 18 AWG 6) Estimativa da Seção Magnética do Núcleo: (Usando Lâminas Padronizadas)