Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa CatarinaGerência Educacional de Eletrônica

Fundamentos de Eletricidade

GeraGeraçção de ão de Corrente AlternadaCorrente Alternada

FlorianFlorianóópolis, novembro de 2006.polis, novembro de 2006.

Clóvis Antônio Petry, professor.

BibliografiaBibliografiaGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

http://www.cefetsc.edu.br/~mussoi/sistemas_digitais/Apostila_Eletromagnetismo_v32.pdf

Agradecemos ao Prof. FernandoL. R. Mussoi pela permissão deusar sua apostila para as aulasde Fundamentos de Eletricidade.

Nesta aulaNesta aula

SeqSeqüüência de conteência de conteúúdos:dos:1. Revisão dos pontos principais da aula de eletromagnetismo;2. Geração de corrente alternada:

• Indução eletromagnética;• Princípio de funcionamento do gerador de CA;• Tensão e freqüência do gerador;• Geradores de corrente alternada.

GeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Parte 1Parte 1

Revisão Revisão EletromagnetismoEletromagnetismo

GeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Campo magnCampo magnééticoticoGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

DefiniDefiniçção:ão:Define-se como campo magnético como toda região do espaço

em torno de um condutor percorrido por corrente ou de um imã.

Linhas de indução (ou de força)

Campo magnético uniforme:• Vetor B tem mesmas direção, sentido e intensidade.

Campo magnCampo magnééticoticoGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Vetor induVetor induçção magnão magnéética:tica:Caracteriza cada ponto do campo magnético. Também chamado

de vetor campo magnético.

Bur

Unidade de medida: Tesla [T]

B Hμ= ⋅B – intensidade do vetor indução magnética, em

H – intensidade de campo magnético, em

μ – permeabilidade magnética do meio em

ampères espira/metro [Ae/m]⋅

tesla mestro/ampères espira [Tm/Ae]⋅ ⋅

tesla [T]

Campo magnCampo magnéético de uma espira circulartico de uma espira circularGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Lei de Lei de BiotBiot--SavartSavart- A direção do vetor indução é perpendicular à corrente i;- Intensidade determinada por:

( )24

o i L senB

rμ α

π⋅ ⋅Δ ⋅

Δ =⋅

7 24 10 /o N Aμ π −= ⋅

Campo magnCampo magnéético de uma bobinatico de uma bobinaGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

oN iBLμ⋅ ⋅

=

Campo magnCampo magnéético de um condutor retotico de um condutor retoGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Caracterização do campomagnético

Campo gerado Vista superior Vista lateral

ForForçça magna magnéética sobre uma carga mtica sobre uma carga móóvelvelGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

( )F B q v sen θ= ⋅ ⋅ ⋅

F – força magnética agente na carga, em newtons [N]

B – indução magnética, [T]

q – valor da carga elétrica, em coulombs [C]

v – velocidade da carga elétrica em [m/s]

ForForçça magna magnéética sobre uma carga mtica sobre uma carga móóvelvelGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Regra da mão direita

ForForçça magna magnéética sobre uma carga mtica sobre uma carga móóvelvelGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Corrente induzidaCorrente induzidaGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Para se obter corrente induzida num condutor, é importante o movimento relativo

entre o circuito e o campo magnético.

Necessidade do movimento relativo

Fluxo magnFluxo magnééticoticoGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

DefiniDefiniçção:ão:Quantidade de linhas de indução que atravessam a área A de

uma espira imersa num campo magnético de indução B.

( )cosB Aφ θ= ⋅ ⋅

Ф – fluxo magnético, em weber [Wb]

B – indução magnética, em tesla [T]

A – área da superfície atravessada pelas linhasde indução, em [m2]

InduInduçção eletromagnão eletromagnééticaticaGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Toda vez que o fluxo magnético através de um circuito varia, surge,neste circuito, uma fem induzida.

Fem – força eletromotriz.

• I – variação de B;• II – variação de Ф;• III – variação de B;• IV – variação de A.

Lei de Lei de LenzLenzGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

O sentido da corrente induzida é tal que, por seus efeitos, opõe-se àcausa que lhe deu origem.

Sentido da corrente induzida

Lei de Lei de FaradayFaraday--NeumannNeumannGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

metφΔ

= −Δ

em – é a fem induzida, [V]

∆Ф – variação no fluxo magnético, [Wb]

∆t – intervalo de tempo em que ocorre a variação, [s]

A fem induzida média em um circuito é igual ao quociente da variação do fluxo magnético pelo intervalo de tempo em que ocorre,

com sinal trocado.

AutoAuto--InduInduççãoãoGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

a L iφ = ⋅

Фa – é o fluxo auto-induzido através da espira, [Wb]

i – corrente elétrica que percorre a espira, [A]

L – coeficiente que depende da configuração do circuito e do meio, chamado de indutância e medido em Henrys [H].

AutoAuto--InduInduççãoãoGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

a L iφΔ = ⋅Δaae

tφΔ

= −Δ

(L é uma constante)

aie Lt

Δ= −

Δ

ea – fem auto-induzida, [V]

L – indutância do circuito, [H]

∆i – variação da corrente elétrica, [A]

∆t – intervalo de tempo em que ocorre a variação, [s]

Circuito e corrente resultante

Parte 2Parte 2GeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

GeraGeraçção de ão de Corrente AlternadaCorrente Alternada

Tensão e corrente alternadas senoidaisTensão e corrente alternadas senoidaisGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

InduInduçção eletromagnão eletromagnééticaticaGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Lei de Faraday-Neumann:

Lei de Lenz:

InduInduçção eletromagnão eletromagnééticaticaGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

InduInduçção eletromagnão eletromagnééticaticaGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Movimento de um condutor dentrode um campo magnético

Influência do ângulo do condutorem relação às linhas de força

Influência da direção do movimentodo condutor ou a polaridade do campo

PrincPrincíípio de Funcionamento do Gerador de CApio de Funcionamento do Gerador de CAGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Gerador de corrente alternada elementar:

PrincPrincíípio de Funcionamento do Gerador de CApio de Funcionamento do Gerador de CAGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

PrincPrincíípio de Funcionamento do Gerador de CApio de Funcionamento do Gerador de CAGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

PrincPrincíípio de Funcionamento do Gerador de CApio de Funcionamento do Gerador de CAGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Síntese da geração de uma onda senoidal:

PrincPrincíípio de Funcionamento do Gerador de CApio de Funcionamento do Gerador de CAGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Gráfico da corrente produzida pelo gerador:

Tensão e FreqTensão e Freqüüência do Geradorência do GeradorGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Para um gerador de dois pólos: Para um gerador de p pólos:

Tensão e FreqTensão e Freqüüência do Geradorência do GeradorGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Freqüência da corrente gerada:

Tensão e FreqTensão e Freqüüência do Geradorência do GeradorGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Influência do númerode pólos do gerador

na freqüência da tensãogerada.

Tensão e FreqTensão e Freqüüência do Geradorência do GeradorGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Símbolos de fontes de tensão e corrente alternadas senoidais:

Geradores de Corrente AlternadaGeradores de Corrente AlternadaGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Geradores de Corrente AlternadaGeradores de Corrente AlternadaGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Gerador de corrente alternada de pólos girantes e armadura estacionária:

Geradores de Corrente AlternadaGeradores de Corrente AlternadaGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Armadura do estator de um gerador de CA:

Geradores de Corrente AlternadaGeradores de Corrente AlternadaGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Turbina hidráulica acionando o gerador:

Geradores de Corrente AlternadaGeradores de Corrente AlternadaGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

PrPróóximo assuntoximo assuntoGeraGeraçção de Corrente Alternadaão de Corrente Alternada

Parâmetros da Forma de Onda daParâmetros da Forma de Onda daTensão e da Corrente Alternada SenoidalTensão e da Corrente Alternada Senoidal