Princípios de corrente alternada. Geração, valores médios e efetivos

ETAPA 1

Aula-tema: Princípios de Corrente Alternada. Geração, Valores Médios e Eficazes.

PASSOS

Passo 1: Pesquisar, em sites e livros, sobre as diferenças entre corrente alternada e corrente contínua, e quais são os geradores que podem dar esta funcionalidade à corrente elétrica.

Corrente Alternada:

É aquela que é gerada nas usinas e percorre grandes distâncias até chegar nas tomadas de nossas casas, o fluxo de elétrons que carrega a energia elétrica dentro de um fio não segue um sentido único, ou seja, não possui um polo positivo e outro negativo definidos como ocorre na corrente contínua. Ora os elétrons vão para frente, ora para trás, mudando de rota 120 vezes por segundo. Seu sentido alterna, e seus polos são chamados de fases, porque cada um deles assume as duas condições (ocorre quando a tensão for 220 v, pois há a presença de 2 fases).

Essa variação é fundamental, pois os transformadores que existem numa linha de transmissão só funcionam recebendo esse fluxo de elétrons alternado. Dentro do transformador, a voltagem da energia transmitida é aumentada, permitindo que ela viaje longe. É usada na transmissão em longa distância porque não ocorrem perdas de energia. Na corrente alternada, podemos usar uma alta tensão para transmitir com velocidade a corrente elétrica sem perder grande energia, por isso ela é usada pra essa finalidade.

A forma de onda usual em um circuito de potência CA é senoidal 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.

O gráfico demonstra como se comporta uma fase em corrente alternada:

Cada alternância equivale a um ciclo. Cada ciclo ocorre, dependendo da região do país e do mundo, 50 ou 60 vezes por segundo. Isso é o que chamamos frequência, e é dada em Hertz.

Corrente Contínua:

Nessa, o fluxo de elétrons passa pelo fio sempre no mesmo sentido. É aquela que possui os dois pólos, um positivo e outro negativo. Como possui pólos definidos, o sentido dos elétrons se torna definido também, ou seja, partindo do pólo positivo para o negativo por convenção, já que na realidade ocorre o contrário. Como não há alternância, essa corrente não é aceita pelos transformadores e não ganha voltagem maior. Resultado: a energia elétrica não pode seguir muito longe. Por isso, a corrente contínua é usada em pilhas e baterias ou para percorrer circuitos internos de aparelhos elétricos, como um chuveiro. Mas ela não serve para transportar energia entre uma usina e uma cidade. Geralmente em tensões baixas. Ela não é usada em transmissões de alta tensão e de grande distância porque como possui um sentido único, exigiria muita força pra "empurrar" os elétrons. Isso ocasionaria grandes perdas de energia. Quando ela se alterna, fica mais "leve" pra "empurrar".

Observe no desenho abaixo como ela se comporta, e note que, nesse caso, não há a grandeza da frequência:

Geradores de Corrente Contínua e Corrente Alternada:

Um gerador de tensão alternada,

consiste numa bobina que se faz rodar dentro de um campo magnético: O fio onde começa a bobina está soldado a um anel condutor e o fim do fio, depois de ser enrolado na bobina, solda-se a outro anel condutor; esses dois anéis mantêm o contato com duas escovas, enquanto a bobina roda, de forma que a diferença de potencial entre as escovas é igual à diferença de potencial na bobina toda.

O fluxo através da bobina é:

Onde:

A é a área da bobina.

B é o campo médio.

é o ângulo entre o campo e a normal a bobina.

Se a bobina roda com velocidade angular constante, , o ângulo , em função do tempo, é representado por .

Assim, a derivada do fluxo magnético, em função do tempo, será igual a:

Onde: .

A expressão acima dá a diferença de potencial entre as duas escovas condutoras, em função do tempo e é designada tensão alternada. A diferença de potencial oscila entre um valor máximo V máx, positivo, e um valor mínimo negativo -V máx.

A frequência da tensão alternada, , é o número de oscilações por unidade de tempo.

O gerador de tensão alternada, também denominado alternador, usa-se para transformar energia mecânica em energia elétrica. A fonte da energia mecânica, que faz rodar a bobina, pode ser o vento, nas centrais de energia eólica, a corrente de água, nas centrais hidroelétricas, o fluxo de vapor de água evaporada por combustão de carvão, o movimento do motor, no alternador usado para recarregar a bateria num automóvel, etc.

Quando se trata de um gerador de corrente continua, os mesmos princípios que

formam a base de operação de maquina de corrente alternada e de corrente continua são governadas pelas mesmas leis fundamentais. Desta forma no calculo do torque desenvolvido por um dispositivo eletromecânico se aplica tanto para geradores CA, quanto para CC. À única diferença entre ambos são os detalhes de construção mecânica, isto também se aplica para força eletromotriz no rotor.

Portanto as maquinas CA não é fundamentalmente diferente das CC, ou seja, diferem somente em detalhes construtivos. Logo para que um gerador seja CC é necessário que haja uma força eletromotriz para assim produzir um campo magnético e em seguida gerar uma corrente que ao passar pelo anel comutador gere uma corrente continua.

Para que o campo magnético possa atuar com a intensidade requerida sobre os elementos do circuito elétrico, colocados em determinada zona da máquina elétrica, é necessário criar um circuito magnético, isto é um conjunto de meios materiais, formado essencialmente por substâncias ferromagnéticas, constituindo um circuito fechado, através do qual um fluxo magnético se pode estabelecer com facilidade. Numa máquina elétrica rotativa o circuito magnético será formado por uma parte colocada no estator e outra parte colocada no rotor e separadas por