Eletricidade II. Aula 1. Resolução de circuitos série de corrente contínua

Transcrição

1 Eletricidade II Aula 1 Resolução de circuitos série de corrente contínua

2 Livro ELETRICIDADE II Avaliações Provas pontos lesp-ifmg.webnode.com 2

3 Conexão de um circuito série Um circuito série contém apenas um caminho para a corrente fluir da fonte de tensão através das cargas e retornar à fonte 3

4 Identificação das grandezas de circuito 4

5 Determinação da corrente A corrente é a mesma em todos os pontos em um circuito série 5

6 Determinação da tensão A tensão total aplicada a um circuito série é dividida entre cada uma das cargas 6

7 Determinação da resistência 7

8 Determinação da potência 8

9 Eletricidade II Aula 2 Resolução de circuitos série de corrente contínua

10 Resolução de circuitos série CC Características de tensão, corrente, resistência e potência de circuitos série CC 10

11 Resolução de circuitos série CC Encontre todos os valores desconhecidos de E, I, R e P para o circuito abaixo: 11

12 Resolução de circuitos série CC Encontre todos os valores desconhecidos de E, I, R e P para o circuito abaixo: 12

13 Polaridade de circuitos série CC Cada componente em um circuito série CC terá um lado de polaridade positiva e um lado de polaridade negativa O lado do componente mais próximo do terminal positivo da fonte de tensão é o lado positivo e o lado mais próximo do terminal negativo da fonte é o lado negativo 13

14 Fontes de tensão série aditiva e série subtrativa 14

15 Fontes de tensão série aditiva e série subtrativa 15

16 Eletricidade II Aula 3 Resolução de circuitos paralelo de corrente contínua

17 Conexão de um circuito paralelo Um circuito paralelo contém dois ou mais caminhos para o fluxo de corrente. A tensão aplicada a cada carga paralela é igual à tensão da fonte. 17

18 Determinação da corrente A corrente total em um circuito paralelo é igual à soma das correntes dos ramos. 18

19 Determinação da tensão A tensão através de cada ramos de um circuito paralelo é igual à tensão aplicada da fonte 19

20 Determinação da resistência Para dois resistores em paralelo: Para mais de dois resistores em paralelo: A resistência total de um circuito paralelo é sempre menor do que o valor de qualquer dos resistores nos ramos do circuito 20

21 Determinação da potência A potência total consumida em um circuito paralelo é a soma da potência consumida pelos componentes individuais do circuito ou o produto da corrente total pela tensão da fonte 21

22 Eletricidade II Aula 4 Resolução de circuitos paralelo de corrente contínua

23 Resolução de circuitos paralelo CC As características dos circuitos paralelos podem ser escritas na forma de equação da seguinte maneira: 23

24 Resolução de circuitos paralelo CC Encontre todos os valores desconhecidos de E, I, R e P 24

25 Resolução de circuitos paralelo CC Encontre todos os valores desconhecidos de E, I, R e P 25

26 Resolução de circuitos paralelo CC Encontre todos os valores desconhecidos de E, I, R e P 26

27 Resolução de circuitos paralelo CC Encontre todos os valores desconhecidos de E, I, R e P 27

28 Fonte de tensão em paralelo A conexão de fontes em paralelo tem o efeito de aumentar a corrente e a energia fornecida mantendo a mesma tensão de saída de uma única fonte Fontes de valores diferentes jamais devem ser conectadas em paralelo, senão uma corrente fluirá da fonte de maior tensão para a de menor tensão. 28

29 Eletricidade II Aula 5 Resolução de circuitos série-paralelo de corrente contínua

30 Circuito série-paralelo Consiste em combinações de caminhos de corrente série e paralelo 30

31 Determinação do fluxo de corrente Lei de Kirchhoff das correntes: A soma das correntes que entram em um ponto em um circuito é igual à soma das correntes que deixam esse mesmo ponto 31

32 Determinação do fluxo de corrente 32

33 Determinação da tensão Lei de Kirchhoff das tensões: Em torno de um caminho fechado, a soma algébrica de todas as tensões é zero 33

34 Determinação da tensão 34

35 Determinação da resistência 35

36 Determinação da potência A potência total fornecida a um circuito resistivo CC, seja ele série, paralelo ou uma combinação série-paralelo, é igual à soma da potência dissipada pelos resistores individuais 36

37 Eletricidade II Aula 6 Resolução de circuitos série-paralelo de corrente contínua

38 Resolução de circuitos CC série-paralelo Encontre todos os valores desconhecidos de E, I, R e P 38

39 Resolução de circuitos CC série-paralelo Encontre todos os valores desconhecidos de E, I, R e P 39

40 Resolução de circuitos CC série-paralelo Encontre todos os valores desconhecidos de E, I, R e P 40

41 Resolução de circuitos CC série-paralelo Encontre todos os valores desconhecidos de E, I, R e P 41

42 Resolução de circuitos CC série-paralelo Encontre todos os valores desconhecidos de E, I, R e P 42

43 Resolução de circuitos CC série-paralelo Encontre todos os valores desconhecidos de E, I, R e P 43

44 Resolução de circuitos CC série-paralelo Encontre todos os valores desconhecidos de E, I, R e P 44

45 Eletricidade II Aula 7 Teoremas de rede

46 Fonte de tensão ideal Fontes de tensão e corrente 46

47 Fonte de tensão real Fontes de tensão e corrente 47

48 Fonte de corrente ideal Fontes de tensão e corrente 48

49 Fonte de corrente real Fontes de tensão e corrente 49

50 Transformação de fontes Fontes de tensão e corrente E R I S S S 50

51 Teorema da superposição Em um circuito com duas ou mais fontes, a corrente ou a tensão através de um componente é a soma algébrica da corrente ou tensão devida a cada fonte 51

52 Passos: Teorema da superposição 1. Zerar todas as fontes de tensão ou corrente, exceto uma 2. Determinar a corrente ou tensão desejada 3. Repetir os passos 1 e 2 para toas as outras fontes 4. Para encontrar uma corrente ou tensão específica, combinar as corrente ou as tensões produzidas pelas fontes individuais 52

53 Teorema da superposição Calcule a corrente e a tensão nos resistores 53

54 Teorema da superposição 54

55 Teorema da superposição 55

56 Teorema da superposição 56

57 Teorema da superposição 57

58 Teorema da superposição 58

59 Teorema da superposição 59

60 Teorema da superposição 60

61 Teorema da superposição 61

62 Eletricidade II Aula 8 Teoremas de rede

63 Teorema de Thévenin Qualquer circuito complexo pode ser substituído por uma fonte de tensão equivalente em série com uma resistência equivalente e uma carga 63

64 Teorema de Thévenin Passos: 1. Remover a carga do circuito. 2. Calcular a tensão entre os pontos onde estava a carga (Tensão de Thévenin). 3. Remover todas as fontes do circuito. 4. Calcular a resistência equivalente (Resistência de Thévenin). 5. Criar um circuito série com uma fonte de valor igual a Tensão de Thévenin, a Resistência de Thévenin e a carga. 6. Calcular a tensão e a corrente através da carga. 64

65 Teorema de Thévenin Determine os valores de corrente e de tensão na carga. 65

66 Teorema de Thévenin 66

67 Teorema de Thévenin 67

68 Teorema de Thévenin 68

69 Teorema de Thévenin 69

70 Teorema de Norton 70

71 Teorema de Norton Determine os valores de corrente e de tensão na carga. 71

72 Teorema de Norton 72

73 Teorema de Norton 73

74 Teorema de Norton 74

75 Teorema de Norton 75

76 76

77 Eletricidade II Aula 9 Corrente contínua e corrente alternada

78 Corrente contínua (CC) Qualquer circuito complexo pode ser substituído por uma fonte de tensão equivalente em série com uma resistência equivalente e uma carga 78

79 Corrente contínua (CC) 79

80 Corrente alternada (CA) O sentido e a amplitude do fluxo de corrente muda em intervalos regulares. A polaridade de uma fonte de tensão CA muda em intervalos regulares, resultando em uma reversão do fluxo de corrente do circuito. 80

81 Geração de CA 81

82 Geração de CA O valor da tensão induzida depende: 1. Da intensidade do campo magnético, quanto maior a intensidade, maior a tensão 2. A velocidade na qual o condutor corta o fluxo, quanto maior a velocidade, maior a tensão 3. O ângulo no qual o condutor corta o fluxo, a máxima tensão é induzida quando condutor corta o fluxo em um ângulo de 90º 4. O comprimento do condutor no campo magnético, quanto maior o comprimento, maior a tensão 82

83 Onda CA senoidal 83

84 Onda CA senoidal Ciclo: onda completa de tensão ou corrente 84

85 Onda CA senoidal Período: tempo necessário para produzir um ciclo completo 85

86 Onda CA senoidal Frequência: número de ciclos por segundo, medida em Hertz (Hz). A frequência padrão no Brasil é de 60 Hz. 86

87 Onda CA senoidal Valor de pico: valor máximo da onda 87

88 Onda CA senoidal Valor de pico a pico: valor de um pico até o outro 88

89 Onda CA senoidal Valor instantâneo: valor em qualquer instante de tempo da onda senoidal 89

90 Onda CA senoidal 90

91 Onda CA senoidal Valor eficaz: valor CA é equivalente a uma CC que tem o mesmo efeito I E I Pico E RMS RMS 2 2 Pico 91

92 Onda CA senoidal Valor médio: é a média de todos os valores instantâneos durante um semiciclo 92

93 Eletricidade II Aula 10 Corrente contínua e corrente alternada

94 Sistemas CA monofásicos e trifásicos 94

95 Sistemas CA monofásicos e trifásicos 95

96 Sistemas CA monofásicos e trifásicos 96

97 Sistemas CA monofásicos e trifásicos I I E 3E linha fase linha fase 97

98 Sistemas CA monofásicos e trifásicos 98

99 Sistemas CA monofásicos e trifásicos 99

100 Sistemas CA monofásicos e trifásicos E E I 3I linha fase linha fase 100

101 Sistemas CA monofásicos e trifásicos 101

102 Geração CC Basicamente o mesmo que a tensão CA 102

103 Geração CC Quanto maior o número de espiras do gerador, mais planificada é a forma de onda da tensão 103

104 Circuitos resistivos CA A tensão e a corrente estão em fase entre si As duas formas de onda passam por zero e alcançam seus valores máximos ao mesmo tempo 104

105 Circuitos resistivos CA Um fasor é análogo a um vetor, é uma linha que indica o ângulo e o módulo (amplitude) de uma grandeza elétrica O tamanho do fasor indica o valor da grandeza O ângulo indica o defasamento de uma grandeza em relação a outra 105

106 Circuitos resistivos CA Circuitos puramente resistivos se comportam da mesma maneira para CA ou CC Todas as leis e fórmulas que se aplicam a circuitos CC também se aplicam a circuitos CA A menos que seja especificado o contrário, todos os valores de tensão e corrente CA são dados como valores eficazes 106

107 Circuitos resistivos CA 107

108 Circuitos resistivos CA 108

109 Circuitos resistivos CA 109

110 Circuitos resistivos CA 110

111 Circuitos resistivos CA 111

112 Circuitos resistivos CA Para circuitos trifásicos resistivos com cargas equilibradas (cargas iguais nas três fases) e potência é dada por: 112

113 Circuitos resistivos CA 113

114 Circuitos resistivos CA 114

115 Circuitos resistivos CA Wattímetro usado para medir a potência trifásica de uma fase A potência total é a leitura do wattímetro multiplicada por 3, já que a carga está equilibrada 115

116 Circuitos resistivos CA Método dos dois wattímetros: a potência total do circuito será igual à soma das duas leituras dos wattímetros 116

117 Eletricidade II Aula 11 Indutância e capacitância

118 Indutor: bobina de fio Indutores Indutor de núcleo de ar: utilizado em circuitos de comunicação de alta frequência Indutor de núcleo de ferro: utilizados em circuitos de filtro de fontes de alimentação 118

119 Podem ser fixos ou variáveis Indutores Os indutores variáveis são utilizados em circuitos de sintonia 119

120 Indutância A indutância (L) expressa a capacidade de um componente elétrico se opor a qualquer variação no fluxo de corrente. A capacidade de um componente indutivo de se opor a variações na corrente se deve à sua capacidade de armazenar e liberar a energia que ele armazena em um campo magnético 120

121 Indutância 121

122 Indutância 122

123 Indutância O efeito indutivo está presente somente quando a corrente varia Em um circuito CC, isso ocorre cada vez que o circuito é ligado ou desligado Nos circuitos CA, o campo magnético cresce e decresce com a corrente, o que resulta em um efeito indutivo contínuo 123

124 Indutância A corrente em um indutor gera um campo magnético que armazena energia Um indutor ideal não dissipa energia, ele apenas armazena energia Quando uma tensão CA é aplicada a um indutor, a energia é armazenada no indutor durante um parte do ciclo, em seguida, a energia armazenada é devolvida para a fonte durante outra parte do ciclo. 124

125 Indutância O valor de um a indutância de uma bobina é medido em henry (H) A indutância só pode ser medida com medidores especiais 125

126 Indutância A ação básica do indutor é desenvolver uma tensão que se opõe a uma variação em sua corrente Assim, a corrente não pode variar instantaneamente em um indutor Um certo tempo é necessário para a corrente variar de um valor para outro A taxa na qual a corrente varia é determinada pela constante de tempo T: 126

127 Indutância 127

128 Reatância Indutiva Em um circuito CC, as únicas variações na corrente ocorrem quando o circuito é fechado e ou ele é aberto. Portanto, os indutores funcionam como um curto-circuito no regime permanente Em um circuito CA, a corrente está continuamente variando. Uma vez que a indutância se opõe a uma variação na corrente, os indutores oferecem uma oposição a corrente CA que é chamada de reatância indutiva 128

129 Reatância Indutiva A reatância indutiva é medida em ohms e é representada pelo símbolo XL A reatância indutiva é diretamente proporcional ao valor da indutância e à frequência da fonte de alimentação CA 129

130 Reatância Indutiva 130

131 Reatância Indutiva 131

132 Reatância Indutiva 132

133 Defasamento em um indutor 133

134 Defasamento em um indutor 134

135 Potência reativa associada a uma indutância 135

136 Potência reativa associada a uma indutância 136

137 Potência reativa associada a uma indutância A potência associada com uma indutância é um tipo de potência magnética chamada potência reativa indutiva A potência reativa indutiva é medida em volt-ampères reativo (VAR) 137

138 Potência reativa associada a uma indutância 138

139 Eletricidade II Aula 12 Indutância e capacitância

140 Capacitância Capacitância (C): expressa a capacidade de um componente elétrico de armazenar energia na forma de um campo eletrostático. Capacitor: consiste de duas placas metálicas separadas por um isolante chamado dielétrico. 140

141 Capacitância Um capacitor é carregado ao conectar suas placas a uma fonte de tensão CC Um capacitor fica totalmente carregado quando a tensão entre suas placas é igual a tensão da fonte CC 141

142 Capacitância Uma vez carregado, o capacitor pode ser desconectado da fonte de tensão e a energia permanecerá armazenada no campo eletrostático entre as placas 142

143 Capacitância Farad (F): Unidade básica para medir a capacitância A carga armazenada em um capacitor é dada por: 143

144 Capacitância 144

145 Capacitância O valor da capacitância depende dos seguintes fatores 145

146 Capacitância Quando capacitores são conectados em paralelo, a área efetiva das placas é aumentada e, como a capacitância é proporcional à área das placas, a capacitância também aumenta. Assim, para capacitores em paralelo 146

147 Capacitância 147

148 Capacitância Capacitores em série suportam uma tensão mais elevada. A tensão nominal de um grupo de capacitores em série é igual à soma das tensões nominais da cada capacitor. O aumento da tensão nominal é obtido à custa de uma redução da capacitância total, já que a conexão em série aumenta a distância entre as placas. As fórmulas para calcular a capacitância total de capacitores em série são similares àquelas usadas para calcular a resistência total de resistores em paralelo. 148

149 Capacitância 149

150 Capacitância Constante de tempo RC: taxa de carregamento de um circuito RC série 150

151 Capacitância 151

152 Capacitância 152

153 Reatância capacitiva O fluxo de corrente em um capacitor ocorre somente durante o intervalo de tempo em que o capacitor está carregando ou descarregando Em CC o capacitor carregado funciona como um circuito aberto 153

154 Reatância capacitiva Quando um capacitor é ligado a um circuito CA, o sinal das cargas sobre as placas inverte a cada variação da polaridade da tensão aplicada. 154

155 Reatância capacitiva Reatância capacitiva (XC): oposição ao fluxo de corrente alternada oferecida por um capacitor. A reatância capacitiva é inversamente proporcional a capacitância e a frequência do circuito. 155

156 Reatância capacitiva 156

157 Reatância capacitiva 157

158 Reatância capacitiva 158

159 Reatância capacitiva 159

160 Reatância capacitiva 160

161 Reatância capacitiva 161

162 Defasamento em um capacitor 162

163 Defasamento em um capacitor O defasamento em um capacitor é exatamente o oposto do defasamento em um indutor. 163

164 Defasamento em um capacitor O defasamento em um capacitor é exatamente o oposto do defasamento em um indutor. 164

165 Potência reativa capacitiva 165

166 Potência reativa capacitiva 166

167 Potência reativa capacitiva 167

168 Potência reativa capacitiva A potência reativa para uma capacitância é oposta à de uma indutância. A potência reativa para uma capacitância é considerada negativa e a de uma indutância é considerada positiva. É comum dizer que uma indutância consome reativo, enquanto uma capacitância fornece ou produz reativo. 168

169 Eletricidade II Aula 13 Circuitos RLC série

170 Diagramas fasoriais Em CC utilizamos grandezas escalares para representar a tensão e a corrente. Grandeza escalar: expressa uma única dimensão, como o módulo, a velocidade ou a temperatura. Em CA, a tensão e a corrente, estão alternando em sentido e módulo, ou seja, elas possuem mais de uma dimensão. Fasor: representa os valores de corrente e de tensão e suas relações angulares. 170

171 Diagramas fasoriais 171

172 Diagramas fasoriais 172

173 Diagramas fasoriais 173

174 Diagramas fasoriais 174

175 Diagramas fasoriais 175

176 Diagramas fasoriais 176

177 Diagramas fasoriais 177

178 Diagramas fasoriais 178

179 Diagramas fasoriais 179

180 Números complexos Permite determinar o módulo e o ângulo de fase de grandezas elétricas por meio da soma, subtração, multiplicação ou divisão de fasores. Há duas formas básicas de notação de números complexos: polar e retangular. Na forma retangular são realizadas as operações de adição e subtração e na forma polar são realizadas as operações de multiplicação e divisão 180

181 Números complexos 181

182 Números complexos 182

183 Números complexos Na notação retangular, o fasor é expresso por suas componentes horizontal e vertical. O fasor resultante é tomado como a hipotenusa de um triângulo retângulo. Para distinguir as dimensões horizontal e vertical, a componente vertical é acompanhada de um prefixo j. 183

184 Números complexos 184

185 Números complexos 185

186 Números complexos 186

187 Números complexos 187

188 Números complexos 188

189 Eletricidade II Aula 14 Circuitos RLC série

190 Circuitos RL série A combinação de um resistor e um indutor em série com uma fonte CA é chamada circuito RL série. 190

191 Circuitos RL série A oposição total ao fluxo de corrente em um circuito CA é chamada impedância. O símbolo para impedância é Z e ela é medida em ohms. 191

192 Circuitos RL série 192

193 Circuitos RL série 193

194 Circuitos RL série O fator de potência (FP) é a razão entre a potência ativa e a potência aparente. O FP varia de zero até 1. Quanto maior o FP maior é a potência ativa e menor é a potência reativa. Para circuitos RL diz-se que o FP está atrasado, pois a corrente está atrasada em relação a tensão por causa do indutor. 194

195 Circuitos RL série 195

196 Circuitos RL série 196

197 Circuitos RC série A combinação de um resistor e um capacitor em série com uma fonte CA é chamada circuito RC série. 197

198 Circuitos RC série Para circuitos RC diz-se que o FP está adiantado, pois a corrente está adiantada em relação a tensão por causa do capacitor. 198

199 Circuitos RC série 199

200 Circuitos RC série 200

201 Eletricidade II Aula 15 Circuitos RLC série

202 Circuitos LC série A combinação de um indutor e um capacitor em série com uma fonte CA é chamada circuito LC série. 202

203 Circuitos LC série 203

204 204

205 Circuitos RLC série 205

206 206

207 207

208 Eletricidade II Aula 16 Circuitos RLC paralelo

209 Circuitos RL paralelo 209

210 210

211 211

212 Circuitos RC paralelo 212

213 213

214 214

215 Circuitos LC paralelo 215

216 Eletricidade II Aula 17 Circuitos RLC paralelo

217 Circuitos RLC paralelo 217

218 Circuitos RLC paralelo 218

219 Circuitos RLC paralelo 219

220 Circuitos Ressonantes Circuitos nos quais a reatância indutiva é igual à reatância capacitiva 220

221 Circuitos Ressonantes 221

222 Eletricidade II Aula 18 Correção do fator de potência

223 Correção do fator de potência Processo de alterar o fator de potência de um circuito para chegar a um valor próximo de 1 223

224 Correção do fator de potência O fator de potência é a razão entre a potência ativa e a potência aparente. Quando o fator de potência é menor que 1, o circuito é menos eficiente a tem um custo operacional maior, porque nem toda a potência aparente absorvida é utilizada para a realização de trabalho útil. Toda vez que o fator de potência diminui para menos do que 0,85, considera-se que o circuito tem um fator de potência baixo. 224

225 Correção do fator de potência Benefícios da correção do fator de potência: Liberação de capacidade do sistema elétrico, que pode ser utilizado para alimentar cargas adicionais Aumento da vida útil de componentes devido à redução do aquecimento Menores contas de luz através da redução das perdas Eliminação de multas de fator de potência pela concessionária Minimização dos afundamentos de tensão induzidos por corrente 225

226 Correção do fator de potência 226

227 Correção do fator de potência 227

228 228

229 229

230 230

231 231

232 Eletricidade II Aula 19 Combinação de circuitos RLC

233 Combinação de circuitos RLC 233

234 Combinação de circuitos RLC 234

235 Combinação de circuitos RLC 235