Corrente Alternada

INTRODUÇAO

Existem dois tipos de corrente elétrica: Corrente Alternada (CA) e Corrente Contínua (CC). A corrente contínua tem a característica de ser constante no tempo, com o seu valor bem definido e circulando sempre pelo mesmo sentido em um condutor elétrico. A corrente alternada possui a característica de ser variante no tempo, alternando o sentido pelo qual atravessa um condutor. Pelo fato de ser alternada, possui

algumas características como freqüência, amplitude e fase.(1)

A corrente alternada é utilizada em inúmeras aplicações, principalmente em sistemas de grandes

potências, indústrias e máquinas elétricas. Em geral, os motores elétricos que equipam os eletrodomésticos como batedeiras, geladeiras e máquinas de lavar possuem motores do tipo CA.

A corrente contínua tem uma faixa de utilização ainda muito maior, pois todos os sistemas eletrônicos como computadores, rádios, telefones, etc funcionam com CC. A CC é o tipo de corrente gerada por todos os tipos de pilhas e baterias, sem exceções.

Nas usinas de geração de energia (hidroelétricas, termoelétricas e nucleares) são utilizados geradores do tipo CA. Toda a rede de transmissão e distribuição de energia elétrica em todo o mundo é do tipo CA, sendo valores típicos de amplitude de 127 VRMS e 220 VRMS, com freqüência de 60 Hertz. Em outros lugares, como no Paraguai, o valor da freqüência é de 50 Hertz.(1)

Todos os circuitos eletrônicos precisam uma fonte de energia elétrica para os “alimentar”. Em geral, esta fonte de energia é uma fonte de tensão CC. Para sistemas portáteis, baterias podem ser utilizadas.

Porém, mais freqüentemente, os circuitos precisam ser alimentados a partir da rede energia CA local disponível. Para estes casos, uma parte deve existir uma parte do equipamento que converte a forma de onda alternada da rede energia do tipo CC. (1)

Motores Elétricos: a maior parte da energia elétrica produzida industrialmente é gerada em corrente alternada (CA) e isso justifica o amplo uso desses motores.

Motor Elétrico é uma máquina destinada a transformar energia elétrica em energia mecânica. Assim ao ligarmos um motor á rede elétrica, ele irá absorver uma dada quantidade de energia elétrica e, em troca, acionará uma carga, como por exemplo, um refrigerador, um esméril, etc. Os motores elétricos em geral compõem-se de 2 partes: rotor, que é a parte móvel e estator ou carcaça, que é a parte fixa.

Os motores elétricos podem ser Monofásicos e Trifásicos.(1)

A CORRENTE ALTERNADA

A corrente alternada surgiu quando Nikola Tesla foi contratado por J. Westinghouse para construir uma linha de transmissão entre Niágara e Búfalo, em NY. Thomas Edison fez o possível para desacreditar Tesla, mas o sistema polifásico de Tesla foi adotado. A Corrente Alternada é a forma mais eficaz de se transmitir uma corrente elétrica por longas distâncias. Nela os elétrons invertem o seu sentido várias vezes por segundo.(2)

Na primeira metade do século XX havia sistemas de Corrente Alternada de 25 Hz no Canadá (Ontário) e no norte dos EUA. Em alguns casos alguns destes sistemas (por exemplo, nas quedas de Niágara) perduram até hoje por conveniência das fabricas industriais que não tinham interesse em trocar o equipamento para que operasse a 60 Hz. As baixas freqüências facilitam construção de motores de baixa rotação, já que esta é diretamente proporcional à frequência.(2)

Há também sistemas de 16,67 Hz em ferrovias da Europa (Suíça e Suécia).Sistemas AC de 400 Hz são usados na indústria têxtil, aviões, navios, espaçonaves e em grandes computadores.

No Brasil a (freqüência) da rede elétrica é de 60 Hz. Na América do Sul, além do Brasil, também usam 60 Hz o Equador, Peru, Venezuela e a Colômbia. Em outros países, por exemplo, a Argentina, a Bolívia, o Chile e o Paraguai, bem como na Europa é usada a freqüência de 50Hz.

A Corrente Alternada foi adotada para transmissão de energia elétrica a longas distâncias devido à facilidade relativa que esta apresenta para ter o valor de sua tensão alterada por intermédio de transformadores. Além disso as perdas em CA são bem menores que em CC. No entanto as primeiras experiências e transmissões foram feitas com Corrente contínua (CC ou, em inglês, DC).(2)

A forma de onda de corrente e tensão em CA pode ser descrita matematicamente na fómula:

onde

a(t) é a função (tensão ou corrente) no domínio do tempo,

A é a amplitude ou valor máximo (também chamado de valor de pico),

ω é a freqüência angular em radianos por segundo,

t é o tempo em segundos,

φ é o ângulo de fase, em graus.

Usando frequência em hertz, esta fórmula é reescrita na fórmula:

onde

f é a freqüência em hertz.

Logo tensão e corrente podem ser descritas como

O valor de pico-a-pico de uma tensão alternada é definida como a diferença entre seu pico positivo e seu pico negativo. Desde o valor máximo de seno (x) que é +1 e o valor mínimo que é -1, uma tensão CA oscila entre + A e − A. A tensão de pico-a-pico, escrita como VP-P, é, portanto (+A) − (−A) = 2 × A.

Geralmente a tensão CA é dada quase sempre em seu valor eficaz, que é o valor quadrático médio desse sinal elétrico (em inglês é chamado de root mean square, ou rms), sendo escrita como Vef (ou Vrms). Para uma tensão senoidal:

Vef é útil no cálculo da potência consumida por uma carga. Se a tensão CC de VCC transfere certa potência P para a carga dada, então uma tensão CA de Vef irá entregar a mesma potência média P para a mesma carga se Vef = VCC. Por este motivo, rms é o modo normal de medição de tensão em sistemas de potência.(2)

Para ilustrar estes conceitos, considere a tensão de 220 V CA usada em alguns estados brasileiros. Ela é assim chamada porque seu valor eficaz (rms) é, em condições normais, de 220 V. Isto quer dizer que ela tem o mesmo efeito joule, para uma carga resistiva, que uma tensão de 220V CC. Para encontrar a tensão de pico (amplitude), podemos modificar a equação acima para:

Para 220 V