AULA CORRENTE CONTÍNUA E ALTERNADA

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1 APOSTILA ELÉTRIA PARA AULA 11 MÓDULO - 1 ORRENTE ONTÍNUA E ALTERNADA Induçã Eletrmagnética Geraçã de crrente cntínua e alternada Frmas de nda - icl - Períd - Frequência lts de pic e pic-a-pic Tensã eficaz da tensã alternada mviment figura 1 flux Tensã induzida crrente ndutr mã esquerda rrente induzida N S Tensã induzida ELETRIIDADE - ATOMOS - TENSÃO - ORRENTE - RESISTÊNIA - ORRENTE ALTERNADA E ONTÍNUA - FORMAS DE ONDA - APAITORES - ANÁLISE DE DEFEITOS SÉRIE-PARALELO - POTÊNIA - LEI DE OHM 19

2 APOSTILA ELÉTRIA PARA MÓDULO - 1 A figura figura 2 direçã da rtaçã 4 t3 t4 B t5 t6 t 3 N arga Aneis Escvas Armadura S 2 1 t3 t4 t5 t6 t t3 t4 D t5 t6 t t3 t4 E t5 t6 t t3 t4 t5 t6 t 11 ELETRIIDADE - ATOMOS - TENSÃO - ORRENTE - RESISTÊNIA - ORRENTE ALTERNADA E ONTÍNUA - FORMAS DE ONDA - APAITORES - ANÁLISE DE DEFEITOS SÉRIE-PARALELO - POTÊNIA - LEI DE OHM

3 APOSTILA ELÉTRIA PARA MÓDULO - 1 figura t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 1 t figura 5 O sentid da crrente muda peridicamente + A TENSÃO _ + B TENSÃO A figura 6 direçã da rtaçã TENSÃO A + N S A plaridade da tensã muda peridicamente ELETRIIDADE - ATOMOS - TENSÃO - ORRENTE - RESISTÊNIA - ORRENTE ALTERNADA E ONTÍNUA - FORMAS DE ONDA - APAITORES - ANÁLISE DE DEFEITOS SÉRIE-PARALELO - POTÊNIA - LEI DE OHM 111

4 APOSTILA ELÉTRIA PARA MÓDULO - 1 A crrente cntínua (figura 7) e geradr de crrente alternada (figura 8) é cletr, parte que cntata s enrlaments d rtr cm s terminais externs d mtr. N geradr de crrente cntínua ele é segmentad, send um terminal d enrlament ligad a um lad e utr terminal ligad a utr lad. Já, para geradr de crrente alternada, existem dis cletres independentes, cada um ligad a um ds fis d enrlament. figura 7 figura 8 Apesar de cmentar sbre cm é gerada a energia, fica clar que necessitams girar rtr n mei d camp magnétic. Essa rtaçã pde ser btida pr diverss meis: uma queda d'água (muit utilizad n Brasil em usinas hidrelétricas), pr mtres a gaslina u a diesel e ainda pr mei de vapr, cm crre em usinas termelétricas. O fenômen respnsável pela presença de tensã num geradr A é a induçã eletrmagnética. UM SIMPLES GERADOR DE ORRENTE ALTERNADA B D Pdems cnstruir um geradr de A bastante simples, cm mstra a figura 9 (lad direit da página). O geradr é cnstituíd pr uma espira, chamada de armadura, que gira n interir de um camp eletrmagnétic. Este camp apresenta as linhas de frça ind d pól nrte para pól sul. ems que s extrems da espira acaba ind à cletres, u seja, anéis nde vã ligadas escvas que transferirã a energia induzida para fra. ems que sentid de rtaçã é sempre mesm, mas vems que a espira que está n lad superir vai da esquerda para a direita (n mesm sentid das linhas de frça). Depis que essa espira se deslcar ind para baix, vems que seu sentid muda ind da direita para a esquerda, clcand um ptencial invers em seu cletr. Para medir que está send gerad em tensã, vams tmar cm base a frma de nda mstrada abaix, seguind as figuras mstradas em A, B, e assim pr diante: E F + vlts B D figura 9 G A E I H - vlts F H G 1/2 cicl 1 cicl I 112 ELETRIIDADE - ATOMOS - TENSÃO - ORRENTE - RESISTÊNIA - ORRENTE ALTERNADA E ONTÍNUA - FORMAS DE ONDA - APAITORES - ANÁLISE DE DEFEITOS SÉRIE-PARALELO - POTÊNIA - LEI DE OHM

5 APOSTILA ELÉTRIA PARA MÓDULO - 1 AMPO MAGNÉTIO vlts D D E A B G B IA I rtaçã F O figura 1 E H K D E18 A I/A F H G M 1/2 cicl G 1 cicl ELETRIIDADE - ATOMOS - TENSÃO - ORRENTE - RESISTÊNIA - ORRENTE ALTERNADA E ONTÍNUA - FORMAS DE ONDA - APAITORES - ANÁLISE DE DEFEITOS SÉRIE-PARALELO - POTÊNIA - LEI DE OHM 113

6 APOSTILA ELÉTRIA PARA MÓDULO - 1 figura 14 figura 11 RETANGULAR TRIANGULAR figura 12 DENTE-DE-SERRA figura 13 SENOIDAL figura ELETRIIDADE - ATOMOS - TENSÃO - ORRENTE - RESISTÊNIA - ORRENTE ALTERNADA E ONTÍNUA - FORMAS DE ONDA - APAITORES - ANÁLISE DE DEFEITOS SÉRIE-PARALELO - POTÊNIA - LEI DE OHM

7 APOSTILA ELÉTRIA PARA MÓDULO - 1 diferentes de frma, que representa cicl cm mstra a figura 16 figura 16 PERÍODO É temp necessári para excursã cmpleta de um cicl da frma de nda, u seja, é temp que cicl demra para se cmpletar. figura 18 Na figura 18, vems que períd de temp é mesm que a medida d cicl send interpretada em segunds. O períd de temp é representad pela letra "T" e sua unidade de medida é segund (s). FREQUÊNIA Será a quantidade de cicls que crrem n períd de temp de 1 segund. É representada pela letra "f" e sua unidade de medida é Hertz. eja na figura 19 que a frma de nda apresentu 4 variações cmpletas u 4 cicls n interval de temp de 1 segund, nde pdems afirmar que sua freqüência é de 4Hz. figura 19 Um cicl de uma frma de nda em crrente alternada é cmpst pr dis semi-cicls, send um psitiv e utr negativ cm vems na figura 17. figura 17 Através d que fi mencinad anterirmente, pdems perceber que quant mair fr períd de temp para um cicl, menr será sua freqüência, pis mens cicls desse sinal caberã em 1 segund. As duas grandezas, períd e freqüência, cmprtam-se de maneira inversamente prprcinal. Pdems entã definir a frequência cm send invers d períd e períd cm send invers da frequência, de acrd cm as fórmulas: f = 1 / T Pdems ter alguns cicls de determinad sinal pr segund, da mesma frma que pdems ter centenas, milhares, milhões u bilhões de cicls pr segund. A palavra Hertz, u simplesmente Hz, significa cicls pr segund, nde s sinais u variações de tensã u crrente, pderã ser representads em ELETRIIDADE - ATOMOS - TENSÃO - ORRENTE - RESISTÊNIA - ORRENTE ALTERNADA E ONTÍNUA - FORMAS DE ONDA - APAITORES - ANÁLISE DE DEFEITOS SÉRIE-PARALELO - POTÊNIA - LEI DE OHM e T = 1 / f 115

8 APOSTILA ELÉTRIA PARA MÓDULO - 1 SENOIDAL t t3 figura 2 figura 22 figura 23 +p figura 21 pp -p 116 ELETRIIDADE - ATOMOS - TENSÃO - ORRENTE - RESISTÊNIA - ORRENTE ALTERNADA E ONTÍNUA - FORMAS DE ONDA - APAITORES - ANÁLISE DE DEFEITOS SÉRIE-PARALELO - POTÊNIA - LEI DE OHM

9 APOSTILA ELÉTRIA PARA MÓDULO - 1 tensã de pic será a metade da tensã de pic-apic. Uma tensã senidal aplicada a uma carga resistiva irá gerar uma crrente também cm variaçã senidal cm mstrams na figura A figura 26 +I +2A figura 24 1W -I -2A Pdems dizer que haverá uma tensã de 4 amperes de pic-a-pic, mas na verdade a crrente máxima da malha será de 2 amperes, circuland em um sentid e mais 2 amperes circuland em sentid invers. OMPARAÇÃO ENTRE TENSÃO-ORRENTE ONTÍNUA E TENSÃO-ORRENTE ALTERNADA Quand tems uma tensã cntínua de +1 aplicada a um resistr de 1 hms, prduzirá uma crrente também cntínua, cm valr de 1A (um ampere). m a tensã mantém seu ptencial sempre cnstante (enquant a bateria estiver carregada) em +1, a crrente também se manterá cnstante em 1A. O circuit é mstrad na figura 25 e s gráfics mstram que n decrrer d temp a amplitude da tensã mantém-se cnstante em 1. Já n gráfic de baix, tems a resultante em crrente em 1A. TENSÃO ALTERNADA E TENSÃO EFIÁZ ams agra, trabalhar cm tensões alternadas e também prdut dela, que é a crrente alternada. Para ist usarems cm geradr (indicad na figura 27 figura 27 cm um círcul cm uma senide interna), circuit utilizad na figura 9 desta aula, que gerará uma tensã alternada. A ser aplicada uma tensã senidal a resistr d circuit anterir, irá circular também uma crrente de frma senidal ircuit d mtr A cm geradr figura 28 figura 25 Pdems também cnsiderar de maneira fácil qual seria a dissipaçã de ptência sbre resistr para cas anterir, mstrad na figura 25. Quand tems valr da tensã aplicada de +1 (cnstante) e também a crrente circulante (cnstante) de 1A, terems uma ptência dissipada também cnstante de 1W. A figura 26, mstra detalhadamente cm iss se prcessa, pis tems 3 gráfics, tds eles mstrand eixs hrizntais para a tensã, crrente e também a dissipaçã de pstência, que se mantém cnstante à medida que temp passa. cm mstra a figura 28. m a tensã e a crrente variam de frma senidal, fica clar que a ptência dissipada irá variar da mesma frma. m tems pnts em que a tensã aplicada a resistr é zer vlt, nã gerand crrente, fica clar que a ptência dissipada também será mmentaneamente de zer watt. A figura 29, ilustra bem as frmas de nda senidal, crrente e dissipaçã de ptência. Ntem que a dissipaçã de ptência nã sfre inversã, simplesmente prvcand aqueciment n resistr, nã imprtand sentid da crrente. Assim gráfic de dissipaçã de ptência será uma manifestaçã em funçã d temp, crrend sempre que existe tensã e crrente circulante pel resistr, nã pdend ter plaridade negativa u psitiva (cm na tensã) u ainda sentid para um lad u utr (cm na crrente). ELETRIIDADE - ATOMOS - TENSÃO - ORRENTE - RESISTÊNIA - ORRENTE ALTERNADA E ONTÍNUA - FORMAS DE ONDA - APAITORES - ANÁLISE DE DEFEITOS SÉRIE-PARALELO - POTÊNIA - LEI DE OHM 117

10 APOSTILA ELÉTRIA PARA gráfic de tensã P I MÓDULO - 1 gráfic de crrente gráfic de ptência figura 29 figura 3a 1 figura 3b 1 mair dissipaçã de ptência menr dissipaçã de ptência figura ELETRIIDADE - ATOMOS - TENSÃO - ORRENTE - RESISTÊNIA - ORRENTE ALTERNADA E ONTÍNUA - FORMAS DE ONDA - APAITORES - ANÁLISE DE DEFEITOS SÉRIE-PARALELO - POTÊNIA - LEI DE OHM

11 APOSTILA ELÉTRIA PARA MÓDULO O exercíci prpst à direita pede para que seja desenhada uma frma de nda senidal cm 2 cicls cmplets. Fica fácil desenhar a nda senidal cm 2 cicls, send que prblema mair será interpretar que cada divisã equivalha a 1/8 de cicl. Respsta: pdems dizer que se cada divisã pssui 1/8 de cicl, cada cicl EXERÍIOS PROPOSTOS terá 8 divisões. Assim, cm tems que desenhar 2 cicls, desenh ttal deverá preencher 16 divisões. N cant baix da página vcê encntrá desenh cm a respsta. 2 - O exercíci prpst à direita, diz que devems desenhar uma frma senidal, cuj temp d cicl é de 12ms e sua amplitude é de 2pp. Respsta: ems que cada divisã sem sentid vertical, pssui um valr de 5, u seja, 5 pr divisã, tant para lad psitiv, quant para lad negativ. Já a escala hrizntal, que indica temp, diz que tems marcações de 1 em 1 ms, u seja, cada divisã hrizntal vale 1ms. nsiderand que a frma de nda tem 2pp, pdems dizer que ela terá 1 na direçã psitiva e mais 1 na direçã negativa. Assim a frma irá de +1 à - 1. cnsiderand que tems um períd de temp de 12ms pr cicl, a frma de nda cmeçará d zer e atingirá pnt máxim psitiv +1 em 3 divisões. Após cmeçará a decrescer, alcançand Desenhe a lad uma frma de nda senidal que cntenha 2 cicls. (ada divisã equivale a 1/8 de cicl). nvamente nível zer em mais 3 divisões (mei cicl em 6 divisões). Nvamente cmeçará a aumentar agra cm plarizaçã inversa - n gráfic aumentand para baix, atingind a tensã de -1 em 3 divisões. Lg em seguida, cmeçará nvamente a decrescer, atingind nível zer em mais 3 divisões. Desta frma, cicl cmplet é feit em 12 divisões u 12ms. A quantidade ttal de cicls que pdem ser desenhads é limitad smente pel espaç que desenh permite. 3 - Este exercíci, refere-se às telas utilizadas em equipaments de mediçã chamads OSILOSÓPIOS. Estes pssuem na tela, 1 divisões em sentid hrizntal e 8 divisões em sentid vertical (maires detalhes sbre este instrument, pde ser vista na próxima liçã). lt/div = ist indica quants vlts vale cada divisã da tela, em sentid vertical, n cas a indicaçã é de 1 e cnsiderand que sinal vai d eix zer até ptencial mais psitiv em 1,5 divisã, bastará multiplicar iss pr 1 nde bterems ttal de 15 de pic, u simplesmente +15p. Agra cnsiderand que sinal também vai para nível abaix d zer da referência e cm mesma amplitude, u seja, -15p, terems um ttal de 3pp (3 lts pica-pic). Time/Div = indica quant temp fi determinad para cada divisã na tela, em sentid hrizntal. Assim, para exercíci prpst, cada divisã valerá 1ms e agra devems visualizar qual períd de temp d cicl da frma de nda. ems que a frma de nda cmpleta seu cicl em duas divisões, resultand em um períd de temp de 2ms, u,2s. Para saberms qual é a frequência, Frma de Onda : senidal Períd de temp (d cicl) : 12ms Amplitude: 2pp deverems transfrmar temp em frequência e para ist bastará dividir 1 pr,2s, resultand em 5Hz. Há utra frma de encntrar-se a frequência a partir d períd de temp de frma muit mais simples. Esta técnica, verems na próxima liçã ms lt/div = 1 (x1) Time/Div = 1ms ELETRIIDADE - ATOMOS - TENSÃO - ORRENTE - RESISTÊNIA - ORRENTE ALTERNADA E ONTÍNUA - FORMAS DE ONDA - APAITORES - ANÁLISE DE DEFEITOS SÉRIE-PARALELO - POTÊNIA - LEI DE OHM 119

12 APOSTILA ELÉTRIA PARA MÓDULO lt/div = ist indica quants vlts vale cada divisã da tela, em sentid vertical, n cas a indicaçã é de 1 e cnsiderand que sinal vai d eix zer até ptencial mais psitiv em 2 divisões, bastará multiplicar iss pr 1 nde bterems lt/div = 1 (x1) Time/Div = 1ms ttal de 2 de pic, u simplesmente +2p. Agra, cnsiderand que sinal também vai para nível abaix d zer da referência e cm mesma amplitude, u seja, -2p, terems um ttal de 4pp (4 lts pic-a-pic). Time/Div = indica quant temp fi determinad para cada divisã na tela, em sentid hrizntal. Assim, para exercíci prpst, cada divisã valerá 1ms e agra devems visualizar qual períd de temp d cicl da frma de nda. ems que a frma de nda cmpleta seu cicl em 6,5 divisões, resultand em um períd de temp de 65ms, u,65s. Para saberms qual é a frequência, deverems transfrmar temp em frequência e para ist bastará dividir 1 pr,65s, resultand em 15,4Hz. 5 - lt/div = ist indica quants vlts vale cada divisã da tela, em sentid vertical, n cas a indicaçã é de 2. Mas, há uma indicaçã entre parenteses dizend que esta tensã deve ser multiplicada pr 1 (x1). Este é um recurs que a mairia das pntas de scilscópi trazem permitind atenuar sinal em 1x, fazend cm que cada divisã passa a valer mais 1x (veja mais detalhes na próxima liçã). nsiderand que sinal vai d eix zer até ptencial mais psitiv em 2 divisões, bastará multiplicar iss pr 2 e também pr 1 (x1), nde bterems ttal de 4 de pic, u simplesmente +4p. Agra, lt/div = 2 (x1) Time/Div = 5ms cnsiderand que sinal também vai para nível abaix d zer da referência e cm mesma amplitude, u seja, -4p, terems um ttal de 8pp (8 lts pic-a-pic). Time/Div = indica quant temp fi determinad para cada divisã na tela, em sentid hrizntal. Assim, para exercíci prpst, cada divisã valerá 5us e agra devems visualizar qual períd de temp d cicl da frma de nda. ems que a frma de nda cmpleta seu cicl em 4 divisões, resultand em um períd de temp de 2us, u,2s. Para saberms qual é a frequência, deverems transfrmar temp em frequência e para ist bastará dividir 1 pr,2s, resultand em 5.Hz, u 5kHz (substituíms 3 zers pel k, que vale 1). 6 - lt/div = ist indica quants vlts vale cada divisã da tela, em sentid vertical, n cas a indicaçã é de 2. nsiderand que sinal vai d eix zer até ptencial mais psitiv em 3 divisões, bastará multiplicar iss pr 2, nde bterems ttal de 6 de pic, u lt/div = 2 (x1) Time/Div =,5ms simplesmente +6p. Agra, cnsiderand que sinal também vai para nível abaix d zer da referência e cm mesma amplitude, u seja, - 6p, terems um ttal de 12pp (12 lts pic-a-pic). Time/Div = indica quant temp fi determinad para cada divisã na tela, em sentid hrizntal. Assim, para exercíci prpst, cada divisã valerá,5us e agra devems visualizar qual períd de temp d cicl da frma de nda. ems que a frma de nda cmpleta seu cicl em 4 divisões, resultand em um períd de temp de 2us, u,2s (,2ms). Para saberms qual é a frequência, deverems transfrmar temp em frequência e para ist bastará dividir 1 pr,2s, resultand em 5.Hz, u 5kHz (substituíms 3 zers pel k, que vale 1). pesquisas na internet sbre geradres e crrente cntínua e alternada: captaçã de energia aeólica: ELETRIIDADE - ATOMOS - TENSÃO - ORRENTE - RESISTÊNIA - ORRENTE ALTERNADA E ONTÍNUA - FORMAS DE ONDA - APAITORES - ANÁLISE DE DEFEITOS SÉRIE-PARALELO - POTÊNIA - LEI DE OHM

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