Eletricidade ii ca

Eletricidade II – Corrente alternada

As figuras seguintes comparam as correntes DC e AC. Pelos gráficos torna-se óbvio que a corrente DC permanece com um valor constante ao longo do tempo.Pelo contrário, a corrente AC não permanece com um valor constante, é variável. A corrente alternada é diferente, uma vez que primeiro circula numa direcção, depois inverte o sentido e circula na outra direcção.

Onda sinusoidal

Caraterísticas da onda alternada sinusoidal

Período (T) É o tempo gasto para efectuar um ciclo (duas alternâncias seguidas). Representa-se por T e expressa-se em segundos (s).

Frequência (f) É o número de ciclos efectuados num segundo. Representa-se por f e a sua unidade é o hertz (Hz).

Relação entre a Frequência e o Período

A energia eléctrica em Portugal é gerada nos alternadores com uma frequência de 50 Hz. Significa que o Período T que corresponde a esta frequência é:

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Alternância positiva

Alternância negativa


Amplitude

É o valor instantâneo máximo atingido pela grandeza (IMÁX.). Há amplitudes positivas e negativas.

Ao valor medido entre os valores máximos positivo e negativo, chama-se valor pico a pico. IPP = 2 x IMÁX.

Valor eficaz

É o valor de corrente contínua que no tempo T, produz por efeito de joule numa resistência a mesma quantidade de calor que a corrente alternada.

O valor eficaz é uma característica de CA muito utilizada. Os aparelhos de medida, amperímetros e voltímetros indicam – nos em CA, valores eficazes. Alguns aparelhos de medida têm, nas suas escalas, as iniciais de R.M.S do inglês (root mean square), para indicar valores eficazes.

Desfasamentos

Nos circuitos podemos ter simultaneamente várias correntes e várias tensões. Os receptores fazem com que as grandeza fiquem “desfasadas”.

Como I2 aparece primeiro diz-se que está em avanço em relação a I1.



Grandezas em fase

O ângulo de desfasamento é nulo φ = 0°.As duas grandezas têm ao mesmo tempo valores máximos e zeros.

Grandezas em quadratura

O ângulo de desfasamento é de φ = 90°. Quando uma grandeza atinge o valor máximo a outra anula-se. Neste caso a tensão U está em avanço relativamente a I.

Grandezas em oposição

O ângulo de desfasamento é de φ = 180°.



Análise de circuitos em C.A.

O funcionamento e a análise dos circuitos alimentados por corrente alternada depende

do tipo de receptores que constituem o circuito: resistências, bobinas e condensadores.

De facto , quando a uma bobina ou um condensador é aplicada uma tensão alternada ,

o circuito comporta-se de forma diferente se aos mesmos componentes fosse aplicada

tensão contínua. Porquê ?

Em corrente contínua, a única oposição à circulação de corrente é a resistência

óhmica R dos receptores, verificando-se a Lei de Ohm U = R x I.

Em corrente alternada CA a oposição nos circuitos chama-se Impedância Z,

que é o resultado da soma de duas parcelas de oposições: A resistência R +

Reactância X.

A reactância X é uma oposição que só aparece em CA. Nas bobinas chama-se

reactância indutiva XL e nos condensadores, reactância capacitiva XC.

Os circuitos a estudar em CA:

Circuitos puramente resistivosCircuitos só constituídos por resistências.

Circuitos puramente indutivosConstituídos por bobinas em que a sua resistência óhmica é muito baixa, R ≈ 0

Circuitos puramente capacitivosCircuitos com condensadores. Os condensadores têm um valor de R ≈ 0

Circuitos indutivos RLCircuitos constituídos por bobinas ou por bobinas e resistências.

Circuitos capacitivos RCCircuitos constituídos por condensadores ou por condensadores e resistências.

Circuitos RLCCircuitos constituídos por condensadores, bobinas e resistências.



Circuito puramente resistivo

Este circuito formado só com resistência óhmica R, temos Z = R. A lei de ohm para este circuito: U = R x I Ao aplicarmos uma tensão alternada U a uma resistência R, verifica-se que à medida que a tensão aumenta a corrente I também o fará. E se a tensão mudar de polaridade, a corrente muda de sentido.

A corrente I segue as evoluções da tensão aplicada U. As curvas representativas da tensão U e a corrente I estão em fase, isto é, os seus valores máximos e os zeros ocorrem no mesmo instante.

Circuito puramente indutivo

Neste circuito, considera-se que a resistência óhmica da bobina é zero.A única oposição à passagem da corrente alternada é efectuada pela Reactância Indutiva (XL).

Reactância indutiva (XL)Exprime-se pela expressão matemática: XL= 2π f LXL - reactância indutiva em ohms (Ω) f – frequência da tensão alternada em hertz ( Hz) L – Coeficiente de auto-indução da bobina em Henry (H) – Este valor é indicado pelo fabricante.

Num circuito indutivo puro, a corrente está em atraso de 90° relativamente à tensão aplicada.

Circuito puramente capacitivo

A resistência óhmica R do condensado considera-se igual a zero.



A única oposição à passagem da corrente alternada é efectuada pela reactância capacitiva.

A reactância capacitiva (Xc) exprime-se pela expressão matemática:

XC - reactância capacitiva em ohms (Ω) f – frequência da tensão alternada em hertz (Hz) C – Capacidade do condensador em Farads (F)

Num circuito capacitivo puro, a corrente está em avanço de 90° relativamente à tensão aplicada.

Introdução aos sistemas trifásicos

Até aqui estudamos circuitos em corrente alternada monofásica (1 Fase + Neutro), utilizada na maioria dos receptores tipo doméstico. Por motivos económicos na indústria, são usados com bastante frequência, receptores trifásicos (3 Fases + Neutro).



Nas centrais eléctricas existem alternadores trifásicos, isto é alternadores que produzem simultaneamente três tensões alternadas monofásicas e desfasadas entre si no tempo de 1/3 do período (120º).

Tensões simples e compostas

Num sistema trifásico temos dois níveis de tensões: As tensões simples (Us=230 Volt) entre qualquer Fase e o Neutro e tensões compostas entre fases (Uc=400 Volt).

Uc = Us x √3

Carga trifásica

A representação de uma carga trifásica corresponde à associação de três impedâncias (Z) ligadas em estrela ou em triângulo.



Relação da Tensão na fase (VF) com a tensão na linha (VL) e da corrente na fase (IF), com a corrente na linha (IL)

As tensões entre as duas fases não correspondem às tensões de fase: UL = 1,73 UF As correntes de linha correspondem às correntes de fase: IL = IF

As tensões de linha e de fase estão distribuídas simetricamente: UL = UF

As correntes de linha são superiores às correntes de fase numa dada relação: IL = 1,73 IF

Num receptor trifásico ligado em estrela a corrente no neutro será nula se as cargas Z1, Z2 e Z3 forem iguais.


L1

L2

L3

N

Z1Z1

Z2

Z2

Z3Z3

L1

L2

L3

L1

L2

L3

Eletricidade ii ca

Automotive

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