Este PRA está em construção permanente

Este PRA está em construção permanente

Corrente alternada é mais um modulo em que tive o Professor Luís Batista como formador, penso que um modulo tanto ou mais interessante de que o de corrente contínua, é um modulo em que não é fácil resumir o que aprendi pela quantidade nova de informação como Leis, circuitos e Potencias de que nunca tinha ouvido falar e que despertaram o meu interesse pelo modulo contando com o dinamismo e a quantidade de informação disponibilizada pelo Professor Luís Batista como já nos habituou, neste modulo alem dos exercícios práticos em laboratório também resolvemos muitos exercícios no quadro e vimos alguns Power Points elucidativos dos conteúdos do modulo. Aprendi o que é o electromagnetismo e associação de Bobines em Serie e em Paralelo, mas o mais importante, foi sem dúvida, perceber que a corrente alternada, ou CA (em inglês AC - alternating current), é uma corrente eléctrica cujo sentido varia no tempo, ao contrário da corrente contínua cujo sentido permanece constante ao longo do tempo. A forma de onda usual em um circuito de potência CA é sinodal por ser a forma de transmissão de energia mais eficiente. Entretanto, em certas aplicações, diferentes formas de ondas são utilizadas, tais como triangular ou ondas quadradas. Enquanto a fonte de corrente contínua é constituída pelos pólos positivos e negativo, a de corrente alternada é composta por fases (e, muitas vezes, pelo fio neutro). Neste módulo tive o primeiro contacto com o osciloscópio, aparelho de medida muito importante deste curso em que mais tarde com o Professor Monteiro da Costa voltei a aprofundar o seu funcionamento e a ter mais prática, no entanto aqui deixo o que aprendi sobre este aparelho e a importância e cuidados do uso dele.

Campo Magnético

Campo Magnético – espaço sobre o qual um determinado íman exerce a sua acção magnética.

Espectro Magnético – conjunto das linhas de força do campo magnético.

Propriedades das linhas de força • São fechadas • Entram no pólo S e saem pelo pólo N • Saem e entram perpendicularmente aos pólos • Não se podem cruzar • Seguem o caminho mais permeável • Não há isoladores magnéticos para as linhas de força

Um Gerador Eléctrico é um dispositivo que produz uma Força Electromotriz (f.e.m.) pela variação do número de Linhas de Fluxo (Linhas de Força) Magnético, Φ, que atravessam uma Bobina de Fio. A Figura 1 é um tipo de Gerador. Accionando a manivela, a Bobina gira entre os Pólos do Íman e uma Tensão de CA (AC) é produzida.

A Força Electromotriz, Efem, induzida numa Bobina é proporcional ao número de espiras, N, da Bobina, e à Taxa Temporal de Variação, dΦ / dt, do número de Linhas de Fluxo Magnético, Φ, que atravessam a superfície (A) limitada pela Bobina.

Correntes variáveis. Contrariamente ao que acontece com a corrente contínua, existem geradores cuja tensão não se mantém constante com o decorrer do tempo, mas sofre variações para mais e para menos, podendo, inclusive, mudar de sentido. São os chamados geradores de tensão (ou corrente) variáveis. Esses geradores são muito importantes em eletrônica. Graças a eles é que podemos transmitir informações de som e imagem. As tensões e as correntes variáveis mais importantes são: dente-de-serra, quadrada ou retangular e alternada - sinosoidal, veja os desenhos da figura 4. Falaremos sobre a corrente alternada. O gerador de tensão alternada é muito utilizado, tanto em eletrônica como em eletrotécnica, pois, dadas as propriedades extraordinárias desse tipo de gerador, as usinas de força elétrica da atualidade geram exclusivamente, tensões alternadas. Por outro lado, os transmissores das emissoras de rádio e TV, como veremos mais tarde, possuem o circuito oscilador, que nada mais é que um gerador eletrônico de ondas alternadas.

Corrente Alternada Sinusoidal

Corrente Alternada Sinusoidal

Agradeço aqui os ensinamentos teóricos e práticos do Professor Luís Batista e do Professor Monteiro da Costa sobre o funcionamento do Osciloscópio.

Uma corrente alternada sinusoidal é caracterizada por diversas grandezas. A análise do gráfico vai ajudar-te a identificá-las. Após a situação inicial (I = 0; t = 0), verifica-se que a intensidade de corrente adquire, em cada instante, determinados valores.

Legenda da imagem de uma onda

Instante t1 – valor instantâneo da corrente (positivo);

Instante t2 – valor máximo da corrente (positivo);

Instante t4 – valor nulo;

Instante t6 - valor máximo da corrente (negativo); e assim sucessivamente.

A passagem, no gráfico, de valores positivos para valores negativos significa, na pratica que a corrente varia de sentido.

Um Ciclo é formado por duas meias ondas ou alternâncias: uma positiva e outra negativa.

Período, define-se período de uma corrente alternada sinusoidal como sendo tempo que decorre até se formar um ciclo. Representa pela letra (t) e exprime-se em segundos (s).

Frequência, é o número de ciclos que se repetem num segundo.

Representa-se pela letra (f) e exprime-se em ciclos por segundo (c/s) ou Hertz (Hz). O respectivo instrumento de medida chama-se frequencimetro. 1 c/s = 1 Hz

Múltiplos mais utilizados

Megaciclo /s = Megahertz (MHz) = 1 000 000 Hz

Kilociclo /s = Kilohertz (KHz) = 1 000 Hz.

A frequência e o período estão relacionados de forma inversa: quando um atinge valores muito elevados, o outro tem valores baixos, o cálculo da frequência em função do período obtêm-se através da expressão:

f = 1/T

A frequência da rede eléctrica no nosso país, como em toda a Europa, é de 50 Hz, este valor pode ser observado nas chapas das características de qualquer aparelho eléctrico de corrente alternada.Como já mostrei a equação da frequência: f = 1/T , resolvendo esta em ordem a (t) terá t = 1/f , como f = 50Hz, substituindo, virá; t = 1/50 = 0.02s.

Assim a frequência de 50 Hz corresponde a um período de 0.02s.

NOTA: Em cada segundo, a corrente na rede eléctrica em Portugal varia de sentido e anula-se 100 vezes.

Valor instantâneo da Corrente (I)

O valor instantâneo da intensidade de corrente é o valor que ela atinge em determinado momento. A intensidade instantânea representa-se pela letra I, exprime-se em amperes (A) e será positiva na semionda ou alternância positiva e negativa na semionda ou alternância negativa.

Valor Máximo

O valor máximo ou o valor de pico da intensidade de corrente corresponde ao máximo valor instantâneo que ela atinge.

Representa-se por Imax e exprime-se em amperes (A). O valor máximo positivo de uma grandeza sinusoidal é atingido no tempo de ¼ de período. Como se pode verificar no gráfico em baixo.


Valor Eficaz (I)


Uma pergunta pertinente feita assiduamente por quem estuda pela primeira vez corrente alternada, variando a intensidade de corrente de valor a cada momento, qual desses valores deve ser considerado na pratica? Por outras palavras: quando se diz que a intensidade de corrente que percorre um circuito alternado é por exemplo, 3A, que intensidade é essa?
A resposta resulta de experiencias realizadas e baseadas no efeito de Joule (efeito calorífico da corrente). O valor da corrente alternada que consideramos na prática é aquele que, percorrendo uma resistência, liberta a mesma quantidade calor, caso essa mesma resistência, nas mesmas condições de funcionamento, fosse percorrida por uma corrente contínua. Representa-se pela letra I e, é possível determina-lo, caso se conheça o valor máximo e vice-versa.


Circuitos de Corrente Alternada

A análise de circuitos de corrente alternada (c.a.), ao contrário dos circuitos de corrente contínua (c.c.), vai depender do tipo de componentes (receptores) que fazem parte do circuito.

Devido às características da corrente alternada, vão resultar alguns novos conceitos e termos que importa, sumariamente, recordar e compreender.

Impedância (Z)

Em circuitos de c.c. a oposição criada pelos receptores á passagem da corrente eléctrica traduzia a resistência desses receptores. Em circuitos de c.a. a essa nova oposição chama-se Impedância e representa-se pela letra (Z), e tal como a resistência, exprime-se em ohms cujo símbolo é (Ω).

A impedância de um circuito, depende do tipo de receptores intercalados, apresentados para cada caso valores e desempenhos muito próprios.

Desfasamento entre Corrente e Tensão


O desfasamento é outra nova noção que embora não fazendo parte do “vocabulário” da corrente contínua, assume grande importância em circuitos de corrente alternada.
Nestes, verifica-se que a intensidade de corrente (I) e a tensão (U) nem sempre estão em fase, isto é, nem sempre atingem ao mesmo tempo os seus valores máximos e nulos (não esquecer que a tensão também é uma grandeza sinusoidal). Quando isso acontece diz-se que estão desfasadas de um certo ângulo ∡ tal como os ponteiros de um relógio quando não estão coincidentes, na corrente contínua nada disto acontece, não existe desfasamento pois a intensidade e a tensão estão sempre em fase (∡=0º).

Corrente e Tensão Sinusoidal num Condensador Ideal: corrente adiantada de 90o da tensão

Corrente e Tensão Sinusoidal num Condensador Ideal: corrente adiantada de 90o da tensão

Reactância Indutiva

O coeficiente de auto-indução (L) da bobina e a frequência (f) da corrente que o atravessa vão determinar uma nova grandeza, denominada reactância indutiva, que se representa por XL, exprime-se em ohms (Ω) e obtém-se através da seguinte expressão:

XL = 2 * π * f * L, em que XL é a reactância indutiva da bobina (Ω) F a frequência da corrente alternada (HZ) e L o coeficiente de auto-indução da bobina (H).

Quando uma bobina é considerada pura, ou seja, uma bobina ideal sem resistência (situação inexistente na pratica) e apenas se considera a oposição da corrente da reactância indutiva XL, estamos em presença de um circuito puramente indutivo.

Z = XL ou Z = 2 * π * f * L


Circuitos Puramente Capacitivos


O termo “capacitivo”, em electricidade, aparece relacionado com condensador. Os condensadores são dispositivos que, quando intercalados num circuito, conseguem armazenar carga eléctrica, podendo depois restitui-la se for necessário. Essa possibilidade de armazenamento determina, na prática, a capacidade de um condensador, que é uma das suas características fundamentais.


A capacidade representa-se pela letra C e exprime-se em Farad (F). O farad é uma unidade muito grande, dai ser vulgar usarem-se os submúltiplos.


Os submúltiplos mais usados são:


Microfarad (µF), sendo 1 µ F = 0.000 001F = 〖10〗^(-6) F


Nanofarad (nF) , sendo 1 nF = 〖10〗^(-9) F


Picofarad (pF), sendo 1 pF = 〖10〗^(-12) F


Nota de atenção


Se ligarmos um condensador em série com uma lâmpada, num circuito de c.c., verificamos que a lâmpada não acende. O condensador apenas fica carregado, mas não deixa passar a corrente, funcionado como isolador.
Se ligarmos um condensador em série com uma lâmpada, num circuito de c.a., pelo facto de esta variar periodicamente de sentido faz com que o condensador fique constantemente carregado e descarregado, resultando dai um funcionamento intermitente da lâmpada.
A capacidade de um condensador e a frequência da corrente vão determinar uma nova grandeza, denominada reactância capacitiva, que se representa por XC e exprime-se em Ohms (Ω) e obtém-se através da seguinte expressão:
XC =1/(2* π *f*C ) , em que XC é a reactância capacitiva (Ω) e f a frequência da corrente alternada (Hz) e C a capacidade do condensador (F).

Circuitos série RL

Circuitos série RL

Os circuitos série RL são assim designados por comportarem uma resistência e uma bobina. São circuitos bastantes e frequentes, na prática, pois basta que os respectivos receptores neles envolvidos possuam bobinas, motores, campainhas, etc.

O estudo destes circuitos obriga á análise conjunta dos circuitos puramente resistivos e puramente indutivos.

Impedância do circuito

A impedância (Z) de um circuito serie RL terá, necessariamente, que englobar a resistência (R) e a reactância indutiva (XL) da bobina.

Em termos matemáticos, o cálculo dessa impedância resulta da construção de um triângulo, chamado triangulo das impedâncias, onde a resistência e a reactância indutiva formam os catetos e a impedância a hipotenusa: Teorema de Pitágoras

Pelo Teorema de Pitágoras

Pelo Teorema de Pitágoras

Conhecida esta nova expressão pelo Teorema de Pitágoras, os restantes cálculos continuam a obedecer aos principios estabelecidos pela lei de Ohm para os circuitos série.

No próximo módulo de circuitos RLC vou aprofundar estes circuitos mas deixo para já umas ideias base, que são de muita importância saber. Relativamente aos valores XL e XC, três hipóteses se colocam, resultando dai designações especiais para os circuitos:


Se XL > XC – estamos na presença de um circuito predominantemente indutivo (prevalece o efeito da bobina)


Se XC > XL - estamos na presença de um circuito predominantemente capacitivo (prevalece o efeito do condensador)


Se XC = XL - estamos na presença de um circuito ressonante (a reactância total é nula, a impedância é igual á resistência e o circuito comporta-se como puramente resistivo. Isto verifica-se para uma dada frequência, denominada frequência de ressonância).

Agradeço aqui os ensinamentos teóricos e práticos do Professor Luís Batista e do Professor Monteiro da Costa sobre o funcionamento do Osciloscópio.

Páginas

OPERAÇÃO BÁSICA DE UM TRANSFORMADOR

Power Point exibido e explicado minuciosamente pelo Professor Luís Batista