Aula 6 Circuitos em Corrente Alternada Prof. Marcio Kimpara

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1 ELETRICIDADE Aula 6 Circuitos em Corrente Alternada Prof. Marcio Kimpara Universidade Federal de Mato Grosso do Sul

2 Tensão (e/ou corrente) contínua Corrente contínua CC (ou DC - do inglês direct current) é o fluxo ordenado de cargas elétricas no mesmo sentido. Além disso, o valor é constante. Corrente elétrica Tensão 2A tempo Esse tipo de corrente é gerado por baterias, pilhas, células solares, fontes de tensão onde a polaridade não se altera. 12V tempo

3 Sinais alternados Uma forma de onda de tensão ou corrente é dita alternada quando a intensidade e/ou polaridade alteram-se ao longo do tempo. Outra característica é que, em geral, são sinais periódicos (formato se repete) Senoidal Quadrada Triangular

4 Sinais alternados Uma Corrente Alternada é aquela que inverte, periodicamente, o sentido no qual está circulando. Ela também pode variar a intensidade continuamente no tempo. Uma Tensão Alternada é aquela que inverte, periodicamente, a polaridade da tensão. A forma de onda periódica de maior interesse é a alternada senoidal de tensão e de corrente, devido à energia gerada nas usinas das concessionárias e distribuída às residências e indústrias. Tensão ou Corrente Alternada Senoidal é aquela cuja forma de onda é representada por uma senóide.

5 Sinais alternados Alguns equipamentos funcionam diretamente em corrente alternada: - Lâmpadas - Motores Entretanto, equipamentos eletrônicos funcionam com tensão contínua. Como utilizá-los nas residências se, nas tomadas temos tensão alternada? É preciso um circuito que converte tensão alternada em contínua chamado retificador (este circuito existem internamente dentro dos aparelhos, por isso você não precisa se preocupar, basta conectar seu equipamento na tomada) As lâmpadas também funcionam com tensão contínua e existem motores que funcionam em tensão contínua... Então porque não temos tensão contínua em nossas tomadas?

6 Sinais alternados Porque Tensão (corrente) Alternada? Porque ela pode ser transmitida a grandes distâncias mais economicamente que a corrente contínua, sem grandes perdas. Para isso, é preciso elevar e diminuir a tensão, o que é feito por meio de transformadores. Em outras palavras, a tensão alternada pode ser manipulada (elevada e abaixada) mais facilmente e de maneira mais eficiente do que a tensão contínua.

7 Como? Geração de energia elétrica longe dos grandes centros consumidores Transporte através de linhas de transmissão Condutores a grandes distâncias apresentam elevada resistência P dissipada R.I P V. I 2 A potência transmitida deve ser a mesma, então para reduzir as perdas Utiliza-se o transformador para elevar a tensão Pela lei de Faraday, só existe tensão induzida se houver variação de fluxo portanto não é possível utilizar tensão contínua

8 Porque Tensão Alternada? Os motores de corrente alternada são construtivamente menos complexos que os motores de corrente contínua. Isto é uma grande vantagem pois, reduz custos e cuidados com a manutenção. Outra importante razão é a característica típica de comportamento dos circuitos elétricos e seus elementos passivos (R, L e C) quando submetidos a sinais senoidais.

9 Corrente Alternada A corrente elétrica é uma consequência da diferença de potencial, portanto, se a tensão é contínua, a corrente também será... Se a tensão for alternada, a corrente também será...

10 Características de um sinal senoidal Amplitude N de repetições (ciclos) t Valor eficaz Simbologia utilizada em circuitos elétricos: Unidade: Continua sendo o Volt (V)

11 Características de um sinal senoidal O Valor de Pico é a amplitude da forma de onda que corresponde ao máximo valor (ou mínimo) no eixo vertical. O máximo valor da corrente é a Corrente de Pico (Ip) e o máximo valor da tensão é a Tensão de Pico (Vp) O Valor de Pico a Pico de tensão e corrente (Vpp e Ipp) é o valor correspondente entre o pico superior (amplitude máxima positiva) e o pico inferior (amplitude máxima negativa) e é exatamente o dobro do valor de pico (soma em módulo) numa forma de onda senoidal, em razão da simetria. V pp 2. V p Um ciclo é o formato da onda que se repete. A partir de um ponto, o ciclo termina quando a forma de onda repetir o mesmo formato (e valores) a partir do ponto de início.

12 Características de um sinal senoidal PERÍODO (T) É o tempo necessário para a ocorrência de um ciclo completo de uma função periódica. A unidade do Período é o segundo (s). FREQUÊNCIA (f) A velocidade na qual os ciclos são produzidos é chamada frequência. É o número de ciclos por unidade de tempo (a cada segundo). Relacionando, obtemos: f 1 T No Sistema Internacional (SI) a unidade da frequência, ciclos por segundo, é chamada Hertz (Hz).

13 Características de um sinal senoidal O valor médio de uma função matemática é a sua média aritmética dada pela relação entre a somatória algébrica dos valores da função e o número de valores, ou seja: n No caso de uma função qualquer o valor médio é Vi dado pela soma das áreas positivas e negativas i Vmed 1 que são descritas periodicamente ao longo do tempo. n Vmédio = 0 t

14 Características de um sinal senoidal VALOR EFICAZ ou RMS O valor eficaz de uma função representa a capacidade de produção de trabalho efetivo de uma grandeza variável no tempo entre as excursões positivas e negativas de uma função. Matematicamente, o valor eficaz de uma função discreta é sua média quadrática, dada pela raiz quadrada do somatório dos quadrados dos valores dos eventos dividido pelo número de eventos: V eficaz n i 1 V n 2 i Para função senoidal: V eficaz V p 2 O valor eficaz corresponde à altura de um retângulo de base igual a um semiciclo e área equivalente a esse semiciclo

15 Características de um sinal senoidal Para entendermos o significado físico do valor eficaz, analisaremos a potência elétrica fornecida a um resistor, tanto em corrente alternada como em corrente contínua. Vcc icc Pcc R V(t) i(t) PcA R O valor da tensão eficaz ou da corrente eficaz é o valor que produz numa mesma resistência o mesmo efeito (calor dissipado) que uma tensão/corrente contínua constante desse mesmo valor.

16 Parâmetros tensão senoidal Resumo:

17 Características de um sinal senoidal Parâmetros: Ciclo Semi-Ciclo Período (T) Frequência (f) Valor RMS Valor de pico (Vp) Valor pico a pico (Vpp) Unidade: Segundo (s) Hertz (Hz) Volts (V) ou Ampères (A) Volts (V) ou Ampères (A) Volts (V) ou Ampères (A)

18 Exemplos 1) a) Determine o período (T) e a frequência de cada sinal. b) Determine os valores RMS (eficaz) e os valores de pico a pico 2) Respostas: 1) a) T = 20ms = 0,02s e f = 50Hz b) Vrms = 14,14V e Vpp = 40V 3) 2) a) T = 40ms = 0,04s e f = 25Hz b) Vrms = 28,28V e Vpp = 80V 3) a) T = 20ms = 0,02s e f = 50Hz b) Vrms = 7,07V e Vpp = 20V