Princípios de Corrente Alternada

ELETRICIDADE APLICADA

PROF. ANDERSON JOSÉ MARTINS VIEIRA

Aula 1

Princípios de Corrente Alternada

Uma forma de onda de um sinal de tensão ou corrente alternada é aquela onde a intensidade e a polaridade alteram-se ao longo do tempo. Em geral são sinais periódicos como as formas de onda apresentadas na figura abaixo:[pic 2]

Figura 1 – Formas de onda alternada e periódica

Uma Corrente Alternada (ICA) é aquela que:

• Inverte periodicamente o sentido no qual está circulando
• Varia a intensidade continuamente no tempo

Uma Tensão Alternada (VCA) é aquela que:

• Inverte periodicamente a polaridade da tensão

Já Tensão ou Corrente Alternada Senoidal é aquela cuja forma de onda é representada por uma senóide. Dizemos que é um sinal senoidal.

A forma de tensão e corrente usual é a senoidal, sendo esta a forma de geração e distribuição difundida. A onda senoidal é de mais fácil criação e distribuição, principalmente pela facilidade de elevação e redução de freqüência e corrente, o que permite adequações necessárias à redução de perdas principalmente no transporte. A freqüência usual na maior parte dos países do mundo é de 50Hz ou 60Hz. Estas freqüências são definidas devido à iluminação. A percepção humana para a intermitência da luz é de 50Hz de freqüência, abaixo da qual notaríamos a luz “piscando”.

Outra importante razão do emprego de ondas senoidais é a característica típica de comportamento dos circuitos elétricos e seus elementos passivos (R, L e C) quando submetidos a estes sinais. O tratamento matemático permite que os mesmos teoremas de análise de circuitos de corrente contínua (CC) possam ser aplicados à análise de circuitos com sinais alternados senoidais. Além disto, esta forma de onda é altamente estudada, já que diferentes freqüências e amplitudes combinadas podem ser usadas como base para geração de outras formas de onda.

Indução Eletromagnética

Princípio da Indução eletromagnética:

Se um condutor atravessar linhas de força magnética ou se linhas de força atravessarem um condutor, induz-se uma força eletromotriz (fem) ou uma tensão nos terminais do condutor.

[pic 3]

Figura 2 – Indução e fem à partir do movimento de um condutor em linhas de campo magnético. Fonte: PLT – Eletricidade Básica, Milton Gussow, 2. Ed.

Resumindo:

1. A movimentação do condutor nas linhas de força (ou o oposto) é condição para o surgimento da fem
2. O sentido do movimento determinará o sentido da fem gerada
3. Se o sentido do movimento é invertido, o sentido da fem também será invertido

Lei de Faraday da tensão induzida

A Lei de Faraday diz que a Fem (tensão) induzida média em um circuito é igual ao resultado da divisão da variação do fluxo magnético numa bobina com N espiras pelo intervalo de tempo em que ocorre. Ou seja, quanto mais o fluxo variar num intervalo de tempo, tanto maior será a tensão induzida.

[pic 4]

Onde:

• e ➔ fem ou tensão induzida, dada em [V]
• N ➔ Número de espiras da bobina
• ΔΦ/Δt ➔ velocidade com que o fluxo intercepta o conudutor, dado em [Wb/s]

Portanto, a fem ou tensão induzida é determinado por três fatores:

1. Intensidade do fluxo ➔ Quanto mais linhas de força interceptam o condutor, mais alto será o valor da tensão induzida
2. Número de espiras ➔ Quanto mais espiras houver na bobina, mais alta será a tensão induzida
3. Velocidade de interseção ➔ Quanto mais rápido o fluxo interceptar o condutor ou o condutor interceptar o fluxo, mais alta será a tensão induzida, porque um número maior de linhas de força interceptará o condutor num dado intervalo de tempo

Exemplo 10.9 (pág. 228 – PLT)

Exemplo 10.10 (pág. 228 – PLT)

Lei de Lenz

A Lei de Lenz determinará a polaridade da tensão induzida. Esta diz que o sentido da corrente induzida é tal que origina um fluxo magnético induzido, que se opõe à variação do fluxo magnético indutor.

[pic 5]

Figura 3 – Indução eletromagnética. Fonte: Apostila “Sinais Senoidais: Tensão e Corrente Alternadas” do Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina

Por exemplo, na figura 3 acima, a aproximação do imã provoca um aumento do fluxo magnético próximo à bobina. Esta aproximação gera uma corrente circular na bobina, que cria por sua vez um campo magnético com polaridade inversa ao do imã. O campo criado tenta impedir a aproximação do imã, tenta parar o imã, de modo a manter o fluxo magnético constante (variação de fluxo nula). Quando o ímã se afasta, o efeito é contrário e a corrente induzida tem o seu sentido alternado, como pode ser visto nas figuras b e c.

De forma semelhante, um condutor em movimento num campo magnético também produz variação de fluxo magnético e sofre, por conseqüência, indução magnética de corrente.

Existem três condições que devem existir para que uma tensão possa ser produzida por magnetismo:

1. Deve existir um CONDUTOR no qual a tensão será induzida
2. Deve existir um CAMPO MAGNÉTICO na vizinhança do condutor
3. Deve existir MOVIMENTO relativo entre o campo e o condutor

De acordo com estas condições, quando o condutor se MOVER através de um campo magnético de maneira que as linhas de campo o atravesse, elétrons DENTRO DO CONDUTOR serão estimulados em uma direção ou outra. Assim, uma força eletromotriz, ou tensão elétrica, é induzida.

Unidades de Medida de Magnetismo no SI:

[pic 6]

Exemplo 10.11 (pág. 229 – PLT)

Sentido de Fluxo (Regra da mão direita – Fleming)

O sentido da corrente induzida num condutor em movimento dentro de um campo magnético pode ser dado pela Regra da Mão Direita (Regra de Fleming), como indica a figura 4 abaixo:

[pic 7]

Figura 4 – Determinação do sentido da corrente induzida com o uso da Regra da Mão Direita. Fonte: Apostila “Sinais Senoidais: Tensão e Corrente Alternadas” do Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina