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Eletrotécnica II
Não pode ser reproduzido, por qualquer meio, sem autorização por escrito do SENAI Itajaí/SC.
Eletrotécnica II
Equipe Técnica:
Organizador:
José Vanderley Machado
Coordenação:
Rogério Oliveira de Mattos
Solicitação d...
Eletrotécnica II
SUMÁRIO
1.1 – Resistor 5
1.1.1 – Características dos resistores 6
1.1.1.1 – Simbologia do resistor 6
1.1....
Eletrotécnica II
1.3.5 – Indutores no circuito C.C 22
1.3.5.1 – Constante de tempo para indutor 23
1.3.6 – Indutor no circ...
Eletrotécnica II
2.19.2.1 – Adição e subtração com números complexos 75
2.19.2.2 – Multiplicação e divisão com números com...
Eletrotécnica II
1 - Componentes:
1.1 – Resistor
Um resistor (chamado de resistência em alguns casos) é um dispositivo elé...
Eletrotécnica II
Nos últimos anos a eletrônica têm evoluído de forma avassaladora diminuindo
cada vez mais o tamanho dos c...
Eletrotécnica II
e) ± 01% (resistores de 05 faixas)
f) ± 0.5% (resistores de 05 faixas)
g) ± 0.25% (resistores de 05 faixa...
Eletrotécnica II
1.1.3.3 – Resistores variáveis
São resistores que permitem a atuação sobre o seu valor ôhmico, sendo
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Eletrotécnica II
Resistores de Cinco anéis
O código é composto da seguinte forma:
.
1° anel = 1° número significativo ;
2°...
Eletrotécnica II
1.1.6 – Termistor PTC (Coeficiente de temperatura positivo)
É um resistor termicamente sensivel, feito de...
Eletrotécnica II
1.2 – Capacitor ou condensador
Um capacitor é um componente que armazena energia num campo elétrico, esta...
Eletrotécnica II
capacitor é uma fonte limitada de energia, a alimentação desta carga não perdurará
muito tempo.
Mesmo não...
Eletrotécnica II
1.2.2 – Unidade de medida
A unidade de medida da capacitância é o “Farad” que é representado pela letra
“...
Eletrotécnica II
1.2.4.2 – Capacitores ajustáveis
São capacitores que permitem ajuste em sua capacitância, alterando-a den...
Eletrotécnica II
1.2.5.2 – Capacitor de poliester
1° anel 2° anel 3° anel 4° anel 5° anelCor
Valor Valor Multiplicador Tol...
Eletrotécnica II
Temos que o mesmo é carregado por um surto de corrente. Uma vez terminado
este surto, não haverá mais cir...
Eletrotécnica II
Podemos observar através dos desenhos ao
lado como um capacitor controla a absorção de
corrente no circui...
Eletrotécnica II
2 x 3,14 x 400 x 0,01 x 10-6
- Qual é a reatância de um capacitor de 0,005 µF em 400 Hz?
1
XC = ---------...
Eletrotécnica II
CT = C1 + C2 + C3 + outros...
Só que a reatância capacitiva destes capacitores é tratada como resistência...
Eletrotécnica II
1
XC2 = ---------------------------------------------- 530,78 Ω
2 x 3,14 x (1 x 103
) x (0,3 x 10-6
)
100...
Eletrotécnica II
indutância é o resultado da tensão induzida no condutor. Os fatores de determinação da
indutância são os ...
Eletrotécnica II
1.3.4.1 – Indutor de núcleo de Ar
Este indutor é o mais básico de todos, pois é constituído de um pedaço ...
Eletrotécnica II
- Ao conectarmos um indutor em um circuito C.C. a corrente sobe mais
lentamente no circuito, devido à fce...
Eletrotécnica II
1.3.6 – Indutor no circuito C.A.
SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 25
Eletrotécnica II
Podemos observar através dos desenhos ao
lado como um indutor controla a absorção de
corrente no circuito...
Eletrotécnica II
XL = 2πfL
Exemplo de cálculo de reatância indutiva.
- Qual é a reatância de um indutor de 3H em 120 Hz?
X...
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1 1
LT = ------------------------------------- XLT = ---------------------------------------
1 1 1 1 1 1
...
Eletrotécnica II
Através da interação do fluxo magnético entre duas ou mais bobinas temos um
transformador com ou sem núcl...
Eletrotécnica II
Um trafo misto Conforme o tap selecionado a tensão de saída do secun-
dário pode tanto ser inferior ou su...
Eletrotécnica II
Quando um corpo ferro-magnético é colocado sob a ação de um campo
magnético, ao aumentarmos este, a densi...
Eletrotécnica II
1.4.3.3 – Perdas no enrolamento
Esta perda é diretamente proporcional a resistência no condutor, então pa...
Eletrotécnica II
Se uma conexão no enrolamento primário for realizada de forma incorreta, tanto
na ligação estrela ou na t...
Eletrotécnica II
Um transformador típico de saída pode chegar a ter mais de 10000 voltas de fio
fino como 0 32, que além d...
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Levando-se em conta que as chapas do transformador são finas e que na
aglomeração para formação do núcleo...
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sobreaquecimento com a consequente queima do componente. Do mesmo modo,
devemos considerar que a espessur...
Eletrotécnica II
SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 37
Eletrotécnica II
Para pequenos transformadores usam-se fios redondos até o n° 10 AWG, além
do qual se prefere o emprego de...
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2 – Corrente alternada
2.1 - Formas de onda
Uma forma de onda elétrica é representada por uma linha em um...
Eletrotécnica II
2.1.1 - Tipos de formas de onda CA
O tipo mais comum de forma de onda é a onda seno, mostrada na figura a...
Eletrotécnica II
2.2 - Freqüência
Quando uma onda de corrente alternada, varia de zero até alcançar o máximo
positivo, ret...
Eletrotécnica II
Os múltiplos do Hz são:
1 kiloHertz (kHz) = 1000 Hz
1 megaHertz (MHz) = 1.000.000 Hz
.000.000.000 Hz
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Já que a velocidade da corrente é de 300.000.000 metros por segundo e o
período T = 1 / f, então a equaçã...
Eletrotécnica II
Do que foi dito anteriormente, pode-se deduzir que o termo fase se utiliza para
expressar relações de tem...
Eletrotécnica II
O valor de pico a pico é a amplitude total da onda de C.A., considerando tanto os
valores positivos como ...
Eletrotécnica II
Para uma onda senoidal pura, o valor médio de um semiciclo será 0,637 do valor
máximo. Para a tensão, est...
Eletrotécnica II
O valor efetivo ou eficaz também se denomina raiz média ao quadrado ou valor
RMS, devido à forma em que s...
Eletrotécnica II
Cálculo de valores de corrente
Iméd.. = 0,637 x Imáx.
Ief. = 0,707 x Imáx.
Imáx. = 1,52 x Iméd.
Para trab...
Eletrotécnica II
A próxima figura mostra as quatro combinações possíveis do movimento e
polaridade do condutor.
O sentido ...
Eletrotécnica II
geração de uma onda senoidal é ilustrada na figura abaixo. Na posição 1, o condutor
está se movendo paral...
Eletrotécnica II
graus elétricos. A alternação de uma onda senoidal contém 180º elétricos; um ciclo
contém 360º elétricos....
Eletrotécnica II
2. erador CA
Na seção precedente vimos como um condutor se movimentando dentro de um
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9 - G
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Eletrotécnica II
2.9.1 - Tensão gerada
Como previamente determinado, a tensão induzida em um condutor rotativo é
determina...
Eletrotécnica II
2 orrente alternada trifásica
A eletricidade é produzida em uma instalação de geração de potência (usina)...
Eletrotécnica II
O desenho da figura acima representa o início (grau elétrico zero da fase 1) das
formas de onda da figura...
Eletrotécnica II
Na conexão delta, as três fases são conectadas em uma malha contínua.
Nenhuma corrente circula pela malha...
Apostila de eletrotécnica II
Apostila de eletrotécnica II
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Apostila de eletrotécnica II

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O eletrotécnico pode realizar tarefas relativas a manutenção, operação, planejamento e teste em sistemas elétricos. Ele pode instalar e operar elementos de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, bem como projetar, elaborar, desenvolver e assinar projetos de instalações elétricas de até 800 KVA assumindo assim toda e quaisquer responsabilidade por ele.

Este profissional pode trabalhar em empresas de produtos eletro-eletrônicos, empresas de concessão de energia, indústrias de metalurgia, assistência técnica, telecomunicações, construção civil, hospitais e clínicas.

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Apostila de eletrotécnica II

  1. 1. Eletrotécnica II Não pode ser reproduzido, por qualquer meio, sem autorização por escrito do SENAI Itajaí/SC.
  2. 2. Eletrotécnica II Equipe Técnica: Organizador: José Vanderley Machado Coordenação: Rogério Oliveira de Mattos Solicitação de Apostilas : SENAI SC : Eletrotécnica II Itajaí: SENAI/SC, 2008. 116 páginas Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial www.sc.senai.br Henrique Vigarani, 163 Barra do rio CEP 88305-555 Itajaí – SC Fone (47) 3341-2900 SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 2
  3. 3. Eletrotécnica II SUMÁRIO 1.1 – Resistor 5 1.1.1 – Características dos resistores 6 1.1.1.1 – Simbologia do resistor 6 1.1.1.2 – Resistência ôhmica 6 1.1.1.3 – Potência 6 1.1.1.4 – Percentual de tolerância 6 1.1.2 – Tipos de resistores 7 1.1.2.1 – Resistor de filme de carbono 7 1.1.2.2 – Resistor de carvão 7 1.1.2.3 – Resistores de fio 7 1.1.3 – Resistores conforme construção 7 1.1.3.1 – Resistores fixos 7 1.1.3.2 – Resistores ajustáveis 7 1.1.3.3 – Resistores variáveis 8 1.1.4 – Código de cores para resistores 8 1.1.4.1 – Interpretação do código de cores 8 1.1.5 – Varistor 9 1.1.6 – Termistor PTC 10 1.1.7 – Termistor NTC 10 1.1.8 – LDR 10 1.2 – Capacitor ou condensador 11 1.2.1 – Capacitância 12 1.2.2 – Unidade de medida 13 1.2.3 – Tensão de trabalho 13 1.2.4 – Tipos de capacitores 13 1.2.4.1 – Capacitores fixos despolarizados 13 1.2.4.2 – Capacitores ajustáveis 13 1.2.4.3 – Capacitores variáveis 13 1.2.4.4 – Capacitores eletrolíticos 13 1.2.5 – Identificação de capacitores 14 1.2.5.1 – Capacitor cerâmico 14 1.2.5.2 – Capacitor de poliéster 14 1.2.6 – Capacitor nos circuitos C.C. 15 1.2.6.1 – Constante de tempo do capacitor 15 1.2.7 – Capacitores nos circuitos C.A. 16 1.2.8 – Reatância capacitiva 17 1.2.9 – Associação de capacitores 17 1.2.9.1 – Capacitores em série 17 1.2.9.2 – Capacitores em paralelo 18 1.2.10 – Capacitância indesejada 19 1.3 – Indutor 20 1.3.1 – Indutância 20 1.3.2 – Unidade de medida 20 1.3.3 – Tensão de trabalho 20 1.3.4 – Tipos de indutores 21 1.3.4.1 – Indutor de núcleo de Ar 21 1.3.4.2 – Indutor com núcleo de ferrite ou ferro pulverizado 21 1.3.4.3 – Indutor com núcleo toroidal 21 1.3.4.4 – Indutor moldado 21 1.3.4.5 – Indutor protegido 21 1.3.4.6 – Indutor de ferro laminado 22 1.3.4.7 – Indutor filtro de choque 22 1.3.4.8 – Indutor (bobina ou choques para radiofreqüência RF) 22 SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 3
  4. 4. Eletrotécnica II 1.3.5 – Indutores no circuito C.C 22 1.3.5.1 – Constante de tempo para indutor 23 1.3.6 – Indutor no circuito C.A. 24 1.3.7 – Reatância indutiva 24 1.3.8 – Associação de indutores 25 1.3.8.1 – Indutores em série 25 1.3.8.2 – Indutores em paralelo 25 1.3.8.3 – Indutância indesejada 26 1.4 – Transformadores 27 1.4.1 – Símbolos de transformadores 27 1.4.2 – Enrolamentos primário e secundário 27 1.4.3 – Rendimento de transformador 28 1.4.3.1 – Perdas por histerese 28 1.4.3.2 – Perdas por correntes parasitas ou corrente de Foucault 29 1.4.3.3 – Perdas no enrolamento 30 1.4.4 – Transformadores trifásicos 30 1.4.5 – Enrolamento de pequenos transformadores e bobinas, calculo simplificado 31 1.4.5.1 – Escolha do núcleo 32 1.4.5.2 – Determinação do número de espiras de cada enrolamento 33 1.4.5.3 – Espessura do fio 33 2 – Corrente alternada 37 2.1 – Formas de onda 37 2.1.1 – Tipos de formas de onda CA 39 2.2 – Freqüência 40 2.3 – Período 41 2.4 – Comprimento de onda 41 2.5 – Fase 42 2.5.1 – Diferença de fase ou defasagem 43 2.6 – Outros termos que caracterizam uma corrente alternada 43 2.7 – Valores típicos de corrente alternada 44 2.7.1 – Valor médio 44 2.7.2 – Valor eficaz 45 2.7.3 – Conversão de valores 46 2.8 – A onda senoidal (tensão e correntes induzidas) 47 2.8.1 – Gerando a onda senoidal 48 2.8.2 – Graus mecânicos e graus elétricos 49 2.9 – Gerador CA 51 2.9.1 – Tensão gerada 52 2.9.2 – Freqüência de geração 52 2.10 – Vantagens da corrente alternada 52 2.11 – Corrente alternada trifásica 52 2.11.1 – Geração da corrente alternada trifásica 53 2.11.2 – Conexão delta ou triângulo 54 2.11.3 – Conexão estrela ou Y 56 2.11.3.1 – Sistema estrela a quatro fios 58 2.12 – Vantagens de um sistema trifásico 59 2.13 – Potência em circuitos resistivos CA 60 2.14 – Potência em circuitos defasados 61 2.15 – Fasores 63 2.16 – Funções trigonométricas no triângulo retângulo 66 2.17 – Potência ativa e potência aparante 70 2.18 – Fator de potência 72 2.19 – Números complexos 74 2.19.1 – Conversão entre as formas retangular e polar 75 2.19.2 – Operações com números complexos 75 SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 4
  5. 5. Eletrotécnica II 2.19.2.1 – Adição e subtração com números complexos 75 2.19.2.2 – Multiplicação e divisão com números complexos 75 3 – Circuitos RLC 77 3.1 – Impedância 77 3.2 – Adição de fasores 77 3.3 – Resolução de circuitos 78 3.3.1 – Circuitos RC série 78 3.3.2 – Circuitos RC paralelo 83 3.3.3 – Circuitos RL série 86 3.3.4 – Circuitos RL paralelo 88 3.3.5 – Circuitos RLC série 89 3.3.6 – Circuitos RLC paralelo 91 3.4 – Admitância 93 3.5 – Condutância 94 3.6 – Suscpetância 94 4 – Fator de potência 95 4.1 – Características especiais das cargas indutivas 95 4.2 – Fundamentos do fator de potência 96 4.3 – Por que preocupar-se com o fator de potência 96 4.4 – O que fazer para melhorar o fator de potência 97 4.5 – Quanto é possível economizar instalando capacitores 98 4.5.1 – Redução nas contas de energia elétrica 99 4.5.2 – Tarifa binômia ou convencional 99 4.5.3 – Tarifas horo-sazonais 99 4.5.4 – Tarifa horo-sazonal com fator de potência mensal 100 4.5.5 – Tarifa horo-sazonal com fator de potência horário 100 4.5.6 – Aumento na capacidade elétrica do sistema 100 4.5.7 – Indústrias com baixo fator de potência são as mais beneficiadas pelos capacitores 100 4.5.8 – Melhoria nos níveis de tensão 101 4.5.9 – Diminuição de perdas elétricas 101 4.6 – Como escolher os capacitores certos para a minha aplicação 102 4.6.1 – Instalação individual versus instalação em bancos 102 4.6.2 – Considere as necessidades especificas da sua instalação 102 4.6.3 – Tipo de carga 103 4.6.4 – Tamanho da carga 103 4.6.5 – Regularidade da carga 103 4.6.6 – Capacidade da carga 103 4.7 – Quantos kVAr eu preciso 104 4.7.1 – Dimensionando capacitores para cargas individuais 104 4.7.2 – Dimensionando capacitores para instalações internas 104 4.8 – Onde devo instalar os capacitores 106 4.8.1 – Junto à carga 106 4.8.2 – Junto ao transformador 106 4.8.3 – Instalação de capacitores em motores de velocidade variável e tensão reduzida 107 4.9 – Como utilizar capacitores em circuitos com ambiente não linear, com harmônicas 107 4.9.1 – Banco de capacitores e transformadores podem criar ressonância 108 4.9.2 – Reduzindo a distorção harmônica 109 4.10 – Quais são as exigências de manutenção dos capacitores 109 5 – Teoremas (Thévenin e Norton) 110 5.1 – Teorema de Thévenin 110 5.2 – Teorema de Norton 113 6 – Referências bibliográficas 116 7 – Identificação das alterações 116 SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 5
  6. 6. Eletrotécnica II 1 - Componentes: 1.1 – Resistor Um resistor (chamado de resistência em alguns casos) é um dispositivo elétrico muito utilizado em eletrônica, com a finalidade de limitar a corrente em um circuito que tem como consequência a transformação da energia elétrica em energia térmica (chamado efeito joule), a partir do material empregado, que pode ser de filme de carbono, carvão ou fio. A medição crítica de um resistor é a resistência, que serve como relação da tensão para corrente e que é medida em ohms (Ω), uma unidade SI. Vamos exemplificar: - Um componente tem uma resistência de 1 ohm se a tensão aplicada a seus terminais fizer percorrer uma corrente de intensidade de 1 ampere, o que é equivalente à circulação de 1 coulomb de carga elétrica, aproximadamente 6.241506 x 1018 elétrons por segundo. A relação entre tensão, corrente e resistência, através de um objeto é dada por uma simples equação, Lei de Ohm: Onde V é a tensão em volts, I é a corrente que circula através de um objeto em amperes, e R é a resistência em ohms. Se V e I tiverem uma relação linear -- isto é, R é constante - - ao longo de uma gama de valores, o material do objeto é chamado de ohmico. Um resistor ideal é um componente com uma resistência elétrica que permanece constante independentemente da tensão, frequência ou corrente elétrica que circular pelo mesmo. Mas os resistores reais introduzem alguma indutância e capacitância quando utilizados em circuitos que apresentam variação de frequência, mudando o comportamento dinâmico do resistor na equação ideal. Os resistores podem ser fixos ou variáveis. No caso dos variáveis são chamados de potenciometros, trimpot, trimmer ou reostados. O valor nominal é alterado ao girar um eixo ou deslizar uma alavanca. No caso do potenciometros rotativos, você pode ter uma limitação de angulo de operação inferior a 360° ou ter um multi-voltas. Apresentam valor ohmico de forma linear ou logaritimica. O valor de um resistor de carbono pode ser facilmente determinado de acordo com as cores que apresenta na cápsula que envolve o material resistivo, ou então usando um ohmímetro. Alguns resistores são longos e finos, com o material resistivo colocado ao centro, e uma perna de metal ligada em cada extremidade. Este tipo de encapsulamento é chamado de encapsulamento axial. Resistores de potência maior são feitos mais robustos para dissipar calor de maneira mais eficiente, mas eles seguem basicamente a mesma estrutura. Ver foto abaixo. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 6
  7. 7. Eletrotécnica II Nos últimos anos a eletrônica têm evoluído de forma avassaladora diminuindo cada vez mais o tamanho dos circuitos. Diminuição no tamanho físico de um circuito significa diminuição do tamanho dos componentes que compõem o mesmo. Por esta razão todos os equipamentos eletrônicos atuais usam os minúsculos componentes denominados SMD (superficial monting device) ou dispositivos de montagem superficial. Tais componentes são soldados do mesmo lado das trilhas da placa de circuito impresso. Um resistor SMD, por exemplo, é três vezes menor que um convencional. Já um transistor é duas ou três vezes menor. Desta forma o tamanho de uma placa de circuito impresso fica metade de uma placa para componentes convencionais. Porém os componentes convencionais ainda são usados trabalhando em conjunto com os do tipo SMD. A maioria dos resistores usa um padrão de listras coloridas para indicar sua resistência. Os SMD seguem um padrão numérico. As cápsulas geralmente são marrons, azuis ou verdes, embora outras cores sejam encontradas ocasionalmente, como o vermelho escuro ou cinza escuro. 1.1.1 - Características dos Resistores Os resistores possuem características elétricas importantes, através das quais se distinguem uns dos outros: 1.1.1.1 – Simbologia do resistor 1.1.1.2 - Resistência Ôhmica É o valor específico de resistência do componente. Os resistores são fabricados em valores padronizados, estabelecido por norma, nos seguintes valores base: 10 - 12 - 15 - 18 - 22 - 27 - 33 - 39 - 47 - 56 - 62 - 68 – 82 A faixa completa de valores de resistência se obtém multiplicando-se os valores base por: 0,01 - 0,1 - 1 - 10 - 100 - 1K - 10K - 100K 1.1.1.3 – Potência Define a capacidade de dissipação de calor do resistor , sendo esse valor um produto da tensão e da corrente a que ele está submetido, podendo ser desde ⅛ Watts até alguns bons Watts. Caso não seja devidamente observado está dissipação teremos mudanças drásticas e até em alguns casos a ruptura do elemento resistivo (queima). 1.1.1.4 – Percentual de tolerância Os resistores estão sujeitos a diferenças no seu valor específico de resistência, devido ao processo de fabricação, o percentual de tolerância indica a variação que o componente pode apresentar em relação ao valor padronizado impresso em seu corpo. Estas diferenças resultam em inúmeras faixas, como podemos constatar a seguir: a) ± 20% (resistores de 04 faixas) b) ± 10% (resistores de 04 faixas) c) ± 05% (resistores de 04 faixas) d) ± 02% (resistores de 05 faixas) SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 7
  8. 8. Eletrotécnica II e) ± 01% (resistores de 05 faixas) f) ± 0.5% (resistores de 05 faixas) g) ± 0.25% (resistores de 05 faixas) h) ± 0.1% (resistores de 05 faixas) Os resistores com 20%, 10% e 5% de tolerância são considerados comuns, os abaixo de 2% são considerados de precisão. 1.1.2 – Tipos de resistores Existem três tipos de resistores quanto a constituição: a) Resistores de filme de carbono; b) Resistores de carvão; c) Resistores de fio. 1.1.2.1 – Resistor de filme de carbono Também é conhecido como resistor de película, sendo constituído por um corpo cilíndrico cerâmica, cujo o qual é depositado uma fina camada espiral de material resistivo que determina seu valor ôhmico. Após o deposito da camada de filme de carbono, o mesmo recebe um revestimento que dá acabamento na fabricação e isola o filme da ação da umidade. Umas das principais características deste tipo de resistor são a precisão e estabilidade do valor resistivo. 1.1.2.2 – Resistor de Carvão É constituído por um corpo de porcelana. No interior deste são comprimidas partículas de carvão que definem a resistência do componente. Os valores deste tipo de resistor não são precisos. 1.1.2.3 – Resistores de fio Constitui-se de um corpo de porcelana que serve de base. Sobre este corpo é enrolado um fio especial (níquel-cromo) cujo a seção e o comprimento determinam o valor do resistor. Devido este tipo de construção podemos trabalhar com maiores valores de corrente, produzindo assim uma grande quantidade de calor quando em funcionamento. 1.1.3 – Resistores conforme construção 1.1.3.1 – Resistores fixos São resistores cujo valor ôhmico já vem definido de fábrica, não sendo possível altera-los. 1.1.3.2 – Resistores ajustáveis São resistores que permitem a atuação sobre seu valor ôhmico, possibilitando a mudança de valore conforme nossa necessidade em sua faixa de utilização. Uma vez definido o valor, o resistor é lacrado e não se atua mais sobre o mesmo. É utilizado em pontos de ajuste ou calibração em equipamentos específicos. Em baixa potência temos também esse tipo de resistor, sendo denominado de trimpot ou trimmer, podendo ser de uma ou várias voltas, ângulo superior a 360°. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 8
  9. 9. Eletrotécnica II 1.1.3.3 – Resistores variáveis São resistores que permitem a atuação sobre o seu valor ôhmico, sendo utilizados onde se necessite de um constante ajuste da resistência. A classificação utilizada para estes é de potenciômetro. Estes resistores são empregados em controle de volume de equipamentos, ajustes de ganhos em instrumentos e outros. 1.1.4 – Código de cores para resistores O valor ôhmico dos resistores e sua tolerância conforme modelo de fabricação vem impresso em forma de anéis coloridos. A cor de cada anel, espaçamento entre anéis e a sua posição de impressão, nos fornece dados pelo qual conseguimos distinguir os resistores. 1.1.4.1 – Interpretação do código de cores Temos atualmente no mercado resistores de quatro e cinco anéis, a leitura dos mesmos é realizada da seguinte forma, independente do modelo. O primeiro anel a ser lido é aquele que estiver mais próximo de uma das extremidades e demais na seqüência. Resistores de Quatro Anéis O código é composto da seguinte forma: 1° anel = 1° número significativo ; 2° anel = 2° número significativo; 3° anel = multiplicador (número de zeros); 4° anel = tolerância. 1° anel 2° anel 3° anel 4° anel Cor Valor ôhmico Valor ôhmico Multiplicador Tolerância Preto 0 0 X 1 Marrom 1 1 X 10 Vermelho 2 2 X 100 Laranja 3 3 X 1K Amarelo 4 4 X 10K Verde 5 5 X 100K Azul 6 6 Violeta 7 7 Cinza 8 8 Branco 9 9 Ouro X 0,1 ± 5% Prata X 0,01 ± 10% Sem cor ± 20% Exemplo: Amarelo, violeta, vermelho, ouro = 4700 ohms com tolerância de ± 5% SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 9
  10. 10. Eletrotécnica II Resistores de Cinco anéis O código é composto da seguinte forma: . 1° anel = 1° número significativo ; 2° anel = 2° número significativo; 3° anel = 3° número significativo; 4° anel = multiplicador (número de zeros); 5° anel = tolerância. 1° anel 2° anel 3° anel 4° anel 5° anelCor Valor ôhmico Valor ôhmico Valor ôhmico Multiplicador Tolerância Preto 0 0 0 X 1 Marrom 1 1 1 X 10 ± 1% Vermelho 2 2 2 X 100 ± 2% Laranja 3 3 3 X 1K Amarelo 4 4 4 X 10K Verde 5 5 5 X 100K ± 0,5% Azul 6 6 6 ± 0,25% Violeta 7 7 7 ± 0,1% Cinza 8 8 8 ± 0,05% Branco 9 9 9 Ouro X 0,1 Prata X 0,01 Sem cor Exemplo: Amarelo, violeta, laranja, azul, vermelho = 473000000 ohms com tolerância de ± 2% 1.1.5 – Varistor (Metal Oxido Varistor ou M.O.V) É um tipo especial de resistor que apresenta dois valores de resistência muito diferentes. Um valor muito alto de resistência quando se encontra operando na tensão nominal ou abaixo desta que foi especificado. Um valor baixo de resistência se submetido a tensão superior a especificação. Com isto servindo como supressor de surtos de tensão no sistema, comumente chamado de para-raios de linha. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 10
  11. 11. Eletrotécnica II 1.1.6 – Termistor PTC (Coeficiente de temperatura positivo) É um resistor termicamente sensivel, feito de material cerâmico a base de titanato de bário. A elevação de sua resistência elétrica é fortemente influenciada pelas condições de dissipação de potência do componente, assim como pela variação da temperatura ambiente (normalmente adota-se a temperatura de 25°C como referência). Algumas aplicações do PTC: - Sensores de temperatura. - PTC de aquecimento, utilizado em equipamentos de aquecimento como desumidificador de papel, chapas para cabelo. - Proteção de motores e transformadores, usado junto ao enrolamento das bobinas, indicando assim a temperatura cujo ao qual estão submetidos. - Para surtos de corrente, quando acontece um curto-circuito ou uma condição de elevação da corrente, o PTC sofre uma mudança do valor de sua resistência, elevando a mesma, com isto limitando o fluxo de corrente no circuito. 1.1.7 – Termistor NTC (Coeficiente de temperatura negativo) É um resistor termicamente sensivel, feito de material cerâmico a base de titanato de bário. A diminuição de sua resistência elétrica é fortemente influenciada pelas condições de dissipação de potência do componente, assim como pela variação da temperatura ambiente (normalmente adota-se a temperatura de 25°C como referência). 1.1.8 – LDR (Light Dependent Resistor – Resistor variável conforme incidência de luz) É um tipo de resistor cujo valor ôhmico varia conforme a intensidade da incidência de radiação eletromagnética do espectro da luz, sendo sensível as seguintes faixas deste espectro: Infravermelho (IR), Luz visível e Ultravioleta (UV). É constituído de sulfeto de cádmio (CdS) ou seleneto de cádmio (CdSe). Quando temos uma boa intensidade luminosa sua resistência é de aproximadamente 100 ohms e quando temos a ausência da mesma a sua resistência gira em torno de 1 Mega ohms. O LDR é utilizado em sensores foto-elétricos (fotocélulas) que controlam o acendimento de poste de iluminação e luzes em residencias. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 11
  12. 12. Eletrotécnica II 1.2 – Capacitor ou condensador Um capacitor é um componente que armazena energia num campo elétrico, esta energia armazenada é proveniente de um desequilíbrio interno de carga elétrica. A primeira forma de capacitor foi a Jarra de Leyden, esta jarra foi inventada na Universidade de Leiden na Holanda. A mesma era composta de um recepiente de vidro coberto com metal. A cobertura interna era conectada a uma vareta que saia da jarra e terminava em uma bola de metal. Quanto a forma construtiva, os capacitores se consistuem de duas placas que armazenam cargas opostas. Estas duas placas são condutoras e são separadas por um material isolante (dielétrico). A carga é armazenada na superfície das placas, no limite com o dielétrico. Devido ao fato das placas armazenarem cargas iguais, porém opostas, a carga total no dispositivo é sempre zero. Por melhor que seja a qualidade do material do capacitor em função do tempo teremos uma pequena corrente de fuga, com isto diminuindo a carga armazenada. Como podemos observar na figura acima, o que ocorre com o campo elétrico estabelecido no capacitor é uma analogia das linhas de fluxo que atuam entre os pólos magnéticos de um imã. O campo elétrico exerce sua força em qualquer carga dentro de seu campo de atuação. Uma partícula carregada negativamente, como um elétron, é forçada contra a placa positiva do capacitor. Fazendo com isto que o isolante (dielétrico) fique sobre uma pressão causada pela força do campo eletromagnetico. Desta forma temos uma orientação da direção dos elétrons em relação a placa positiva, afastando-os da placa negativa. Com este caminho orbital modificado do elétron, temos um aumento do nível energetico do mesmo. É desta forma que o capacitor consegue armazenar sua energia (carga). A corrente cessa, uma vez que o capacitor está carregado. Desta forma temos uma nova fonte de energia. Um capacitor carregado pode ser desconectado da sua fonte original de alimentação DC e usado como uma nova fonte de energia. Caso seja conectado um voltimetro aos terminais do capacitor, ele indicará a tensão. Se um resistor for conectado a este capacitor, a corrente circulará através do mesmo. Contudo, como o SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 12
  13. 13. Eletrotécnica II capacitor é uma fonte limitada de energia, a alimentação desta carga não perdurará muito tempo. Mesmo não sendo uma fonte de grande autonomia o capacitor pode provocar um choque elétrico a um usuário, que dependendo da tensão armazenada e capacitância pode ser muito severo, inclusive levando a obito o usuário. Na eletrônica os capacitores por nos permitirem a separação de sinais de corrente alternada, mas bloquearem corrente contínua, são utilizados para acoplamento AC. 1.2.1 – Capacitância A capacitância de um capacitor é determinada por quatro fatores: a) Área das placas; b) Distância entre as placas; c) Tipo de material dielétrico; d) Temperatura. Em aplicações cotidianas a temperatura no capacitor é a menos significante das quatro relacionadas acima, mas na maioria das aplicações críticas, tal qual nos circuitos com osciladores, é muito importante esta característica. A capacitância do capacitor é diretamente proporcional à area de suas placas. Se todos os demais fatores permanecerem os mesmo e dobrarmos a area das placa, teremos a capacitância dobrada. Mas a capacitância é inversamente proporcional a distância entre as placas. Caso a distância entre as placas seja dobrada, a força do campo eletromagnetico é consideravelmente diminuida, com isto a quantidade de energia armazenada no capacitor decresce, por consequência a capacitância também. Um elemento fundamental na determinação da capacitância do capacitor é o material isolante (dielétrico) cujo o qual o mesmo é fabricado. Alguns materiais quando sujeitos a um campo elétrico apresentam menores distorções moleculares que outros, com isto tornando-se melhores acumuladores de energia. Exemplo a MICA apresenta uma constante dielétrica 5 (cinco) vezes superior ao AR. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 13
  14. 14. Eletrotécnica II 1.2.2 – Unidade de medida A unidade de medida da capacitância é o “Farad” que é representado pela letra “ F ”, mas a unidade “Farad” é muito grande para aplicações cotidianas, o que nos leva a utilizar seus submúltiplos, tais como micro, nano e pico Farad: Valores típicos de capacitores: 1.0F 1.1F 1.2F 1.3F 1.5F 1.6F 1.8F 2.0F 2.2F 2.4F 2.7F 3.0F 3.3F 3.6F 3.9F 4.3F 4.7F 5.1F 5.6F 6.2F 6.8F 7.5F 8.2F 9.1F Para obter os demais valores basta multiplicar por: 10-6 ,10-9 ou 10-12 . 1.2.3 – Tensão de trabalho É a máxima tensão de trabalho (em Volts) que o capacitor pode suportar entre suas placas sem deteriorar seu dielétrico. Se a tensão no capacitor for elevada além do valor de projeto, o dielétrico pode não se romper imediatamente. Contudo, sua expectativa de vida será consideravelmente diminuída. 1.2.4 – Tipos de capacitores Os capacitores podem basicamente serem classificados em 04 famílias. 1.2.4.1 – Capacitores fixos despolarizados Apresentam capacitância fixa, como são despolarizados podem tanto ser utilizados em C.A. como em C.C. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 14
  15. 15. Eletrotécnica II 1.2.4.2 – Capacitores ajustáveis São capacitores que permitem ajuste em sua capacitância, alterando-a dentro de uma determinada faixa. São utilizados em alguns controles remotos, calibração de osciladores de recepção e transmissão de ondas de rádio. 1.2.4.3 – Capacitores variáveis São capacitores que permitem ajuste em sua capacitância, mais diferentemente dos ajustáveis, o usuário pode constantemente regula-lo. São utilizados nos sintonizadores de rádio. 1.2.4.4 – Capacitores eletrolíticos São capacitores de alto valor de capacitância mais com volume compacto. Há grande diferença entre os capacitores eletrolíticos dos demais é que o mesmo tem seu material isolante (dielétrico) em um preparo químico chamado de eletrólito que oxida pela aplicação de tensão elétrica. Não podemos nos esquecer que este tipo de capacitor é polarizado, caso haja inversão teremos a danificação do mesmo e o usuário estará sujeito a ferimentos. Sendo assim estes capacitores não podem ser utilizados em circuitos alimentados em C.A. sem a devida despolarização. 1.2.5 – Identificação de capacitores Temos no mercado uma grande gama de capacitores variando deste alguns pF até alguns F e desde baixa tensão até alguns milhares de volts. Em geral, quanto mairo a a capacitância e a tensão elétrica, maior o tamanho físico do capacitor (como consequência o preço também). A tolerância em geral para os capacitores comuns de mercado é de 5% ou 10%. Os capacitores são frequentemente classificados pelo tipo de material dielétrico utilizado. São estes: - Cerâmica (valores aproximadamente abaixo de 1µF) - Poliestireno (geralmente em pF) - Poliéster (valores aproximadamente entre 1nF até 1µF) - Polipropileno (baixas perdas e resistentes a avarias) - Tântalo (valores aproximadamente abaixo de 100µF) - Eletrolíticos (aproximadamente de 0,1µF até 24000µF) 1.2.5.1 – Capacitor cerâmico SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 15
  16. 16. Eletrotécnica II 1.2.5.2 – Capacitor de poliester 1° anel 2° anel 3° anel 4° anel 5° anelCor Valor Valor Multiplicador Tolerância Tensão Preto 0 0 20% Marrom 1 1 X 10 250V Vermelho 2 2 X 100 Laranja 3 3 X 1K 400V Amarelo 4 4 X 10K Verde 5 5 X 100K 630V Azul 6 6 X 1000K Violeta 7 7 Cinza 8 8 Branco 9 9 10% 1.2.6 – Capacitores nos circuitos C.C. Num circuito C.C. contendo somente a capacitância do capacitor ligado de forma direta aos terminais da fonte de alimentação sem um resistor em série a este capacitor, como imagem abaixo: SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 16
  17. 17. Eletrotécnica II Temos que o mesmo é carregado por um surto de corrente. Uma vez terminado este surto, não haverá mais circulação de corrente. O capacitor, um vez carregado, será para a fonte de alimentação como uma carga desaclopada. A amplitude deste surto de corrente é basicamente controlada pela resistência interna dos componentes do circuito, tanto fonte como capacitor. Este surto permanece por um período de tempo extremanente pequeno. Devido ao seguinte efeito: 1.2.6.1 – Constante de tempo do capacitor O tempo solicitado para um capacitor ficar carregado ou descarregado é determinado pela sua resistência interna e capacitância. Temos então a seguinte formula para esta constante de tempo: Constante de tempo (T) = resistência interna (R) x capacitância (C) Quando um capacitor está carregando, a constante de tempo representa o tempo requerido para o capacitor carregar a 63,2% da tensão da fonte de alimentação em cada ciclo . Durante a próxima constante de tempo, o capacitor carrega outros 63,2% da tensão residual disponivel da fonte. Com isto verificamos que ao fim de duas constantes de tempo, o capacitor está com 86,5% da carga [primeira constante 63,2% + segunda constante (63,2% x 36,8 % da tensão restante da fonte) = 86,5%]. Ao fim da terceira constante, o capacitor está com 95% da carga [segunda constante 86,5% + terceira constante (63,2% x 13,5% da tensão restante da fonte) = 95,0%]. E assim até a quinta ou sexta constante, cuja as quais o capacitor é considerado totalmente carregado . Na descarga do capacitor temos a mesma lógica, só que inversa. E assim até a quinta ou sexta constante, cuja as quais o capacitor é considerado totalmente descarregado . 1.2.7 – Capacitores nos circuitos C.A. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 17
  18. 18. Eletrotécnica II Podemos observar através dos desenhos ao lado como um capacitor controla a absorção de corrente no circuito, adiantando a mesma em 90° em relação a tensão. A forma de onda cheia representa a tensão da fonte de alimentação aplicada aos terminais do capacitor. A forma de onda pontilhada representa a corrente drenada e descarregada pelo capacitor na fonte de alimentação e lida no amperímetro. No primeiro quarto de ciclo da onda de tensão, devido ao fato do capacitor estar totalmente descarregado e o máximo fluxo magnético, temos a máxima absorção de corrente pelo mesmo. Quando atingimos o valor máximo de tensão neste ¼ de ciclo, não temos fluxo magnético, por consequência temos nenhuma drenagem de corrente da fonte e também devido a equalização da tensão da fonte com a do capacitor. No segundo quarto de ciclo da onda de tensão, devido a redução da tensão da fonte, temos uma DDP entre ela e o capacitor. Com isto provocando a descarga da energia armazenado no capacitor a fonte, neste momento o capacitor é uma fonte de energia. Quando atingirmos a tensão zero, teremos a máxima absorção de corrente pela fonte de alimentação fornecida pelo capacitor, provocando assim a total descarga do mesmo. O que ocorre nos próximos dois quartos de ciclo (terceiro e quarto) é a mesma analogia que os dois primeiros quartos de ciclo (primeiro e segundo). Só que em sentido reverso de polarização, como desenhos acima. 1.2.8 – Reatância capacitiva A oposição que o capacitor apresenta a passagem da corrente alternada é chamada de reatância capacitiva, que simbolicamente é representada por XC. Como a reatância é uma oposição a passagem da corrente a unidade base dela é também o ohm (Ω). Apesar de ser expressa em ohm (Ω) a mesma não pode ser medida com um ohmímetro. Deve sim ser calculada usando a formula da lei de Ohm ou a de reatância capacitiva. Na formula da lei de Ohm substituimos o R por XC, então temos: VC VC XC = ------ IC = ------ VC = IC x XC IC XC Fórmula da reatância capacita: 1 XC = ------------ 2πfC Exemplo de calculo de reatância capacitiva. - Qual é a reatância de um capacitor de 0,01 µF em 400 Hz? 1 XC = ------------------------------------ 39808 Ω SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 18
  19. 19. Eletrotécnica II 2 x 3,14 x 400 x 0,01 x 10-6 - Qual é a reatância de um capacitor de 0,005 µF em 400 Hz? 1 XC = ------------------------------------ 79617 Ω 2 x 3,14 x 400 x 0,005 x 10-6 - Qual é a reatância de um capacitor de 0,01 µF em 800 Hz? 1 XC = ------------------------------------ 19904 Ω 2 x 3,14 x 800 x 0,01 x 10-6 1.2.9 – Associação de capacitores 1.2.9.1 – Capacitores em série Quando os capacitores são ligados em série, a sua capacitância total é menor do que a capacitância do menor capacitor no circuito, observe as fórmulas abaixo: Fórmula para vários capacitores ligados em série com valores variados de capacitância: 1 CT = ------------------------------------------- 1 1 1 ------ + ------- + ------- + outros... C1 C2 C3 Fórmula somente com dois capacitores: C1 x C2 CT = ---------------- C1 + C2 Fórmula com inumeros capacitores ligados em série com mesmo valor de capacitância: C CT = ------ n Exemplo: - Qual é a capacitância totla de um capacitor de 0,001 µF em série com um capacitor de 2000 pF? (0,001 x 10-6 ) x (2000 x 10-12 ) CT = ---------------------------------------------- 0,667 nF (0,001 x 10-6) + (2000 x 10-12) A reatância dos capacitores ligados em série é calculada conforme fórmula abaixo: XCT = XC1 + XC2 + XC3 1.2.9.2 – Capacitores em paralelo Quando os capacitores são ligados em paralelo, a sua capacitância total é somatoria da capacitância de todos os capacitores nos circuito, observe a fórmula abaixo: SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 19
  20. 20. Eletrotécnica II CT = C1 + C2 + C3 + outros... Só que a reatância capacitiva destes capacitores é tratada como resistências em paralelo, observe fórmulas abaixo: Fórmula para várias reatâncias ligadas em paralelo: 1 XCT = ------------------------------------------- 1 1 1 ------ + ------- + ------- + outros... XC1 XC2 XC3 Fórmula somente com duas reatâncias: XC1 x XC2 XCT = ---------------- XC1 + XC2 Fórmula com inumeras reatâncias ligadas em paralelo com mesmo valor: XC XCT = ------ n Exemplo: - Determine a corrente total, a corrente em C1, a capacitância total e a reatância em cada capacitor e a total do circuito abaixo: CT = 0,2 µF + 0,3 µF 0,5 µF 1 XCT = --------------------------------------------- 318, 47 Ω 2 x 3,14 x (1 x 103 ) x (0,5 x 10-6 ) 1 XC1 = ---------------------------------------------- 796,17 Ω 2 x 3,14 x (1 x 103 ) x (0,2 x 10-6 ) SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 20
  21. 21. Eletrotécnica II 1 XC2 = ---------------------------------------------- 530,78 Ω 2 x 3,14 x (1 x 103 ) x (0,3 x 10-6 ) 100V IT = -------------- 314 mA 318,47Ω 100V IC1 = -------------- 125,6 mA 796,17Ω 1.2.10 – Capacitância indesejada Quando temos duas superfícies condutoras separadas por um isolante existe a formação de uma capacitância. Neste caso todo circuito elétrico ou eletrônico tem alguma capacitância intrínseca, por exemplo: a) Um condutor isolado e um chassi de metal; b) Dois condutores num cabo elétrico; c) Os terminais de entrada e saída de um transistor; d) Duas espiras de uma bobina e outras... Dependendo do valor da capacitância e da freqüência de funcionamento do circuito, está capacitância pode ou não influenciar no bom funcionamento do circuito. Em circuitos de baixa freqüência não temos influencias perceptíveis, mas nos de alta podemos ter. 1.3 – Indutor O indutor é geralmente construído como uma bobina (em forma espiral) de material condutor, seu núcleo pode ser de ar ou qualquer outro material não-magnético ou pode ter um núcleo de material magnético. Existem outros nomes para os indutores conforme sua aplicação, como choque, reatores e bobinas. 1.3.1 – Indutância O indutor apresenta uma propriedade elétrica que é chamada de indutância, esta se opõe a mudança na amplitude da corrente do circuito cujo ao qual está inserida. A SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 21
  22. 22. Eletrotécnica II indutância é o resultado da tensão induzida no condutor. Os fatores de determinação da indutância são os seguintes: a) O número de espiras do condutor; b) O espaçamento entre as espiras do condutor; c) O diâmetro do núcleo da bobina; d) O tipo do material do núcleo; e) Resistência do condutor em corrente continua; f) Corrente do condutor; g) Tensão de serviço. O núcleo do indutor é o material que ocupa o espaço interno formado pelas espiras do indutor. A indutância sofre uma interferência direta da intensidade de corrente percorrida no núcleo, devido as propriedades magnéticas do mesmo. 1.3.2 – Unidade de medida A unidade base para a indutância é o henry, esta é definida em termos da fcem produzida quando a corrente está variando sua intensidade em um condutor. O símbolo que representa a indutância é a letra “ L ”. Valores típicos de indutores: 1.0H 1.1H 1.2H 1.3H 1.5H 1.6H 1.8H 2.0H 2.2H 2.4H 2.7H 3.0H 3.3H 3.6H 3.9H 4.3H 4.7H 5.1H 5.6H 6.2H 6.8H 7.5H 8.2H 9.1H Para obter os demais valores basta multiplicar por: 10-3 ou 10-6 . 1.3.3 – Tensão de trabalho Devemos observar a especificação da tensão indicada no indutor para que não mudemos muito a relação Volts/espira e também para que não ocorra o sobre aquecimento do indutor, pois conforme a lei de Ohm [ I = V/R ] e a potência dissipada é [ P = R x I2 ], a medida que a tensão sobe, temos a subida da corrente no indutor de forma proporcional. Mas a potência dissipada fica em função do quadrado da corrente. Com esta elevação podemos mudar as características isolantes do verniz no condutor e ocorrer o curto entre espiras ou contra o núcleo. Quando temos indutores com núcleo laminados principalmente temos que ter cuidado redobrado, pois o núcleo é um componente físico e eletricamente conectado ao chassi do equipamento que muitas vezes está aterrado. 1.3.4 – Tipos de indutores A classificação dos indutores é feito pelo tipo de material utilizado no seu núcleo, que pode ser formado de material magnético ou não magnético. Os indutores também são classificados em fixos ou variáveis. A maneira mais simples de variar a indutância é através do ajuste da posição do material no núcleo da bobina. Teremos o melhor rendimento da indutância quando o tarugo magnético for exatamente posicionado no interior da bobina. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 22
  23. 23. Eletrotécnica II 1.3.4.1 – Indutor de núcleo de Ar Este indutor é o mais básico de todos, pois é constituído de um pedaço de fio com inúmeras voltas, apresenta geralmente valores de indutância não superiores a 5mH. São utilizados em freqüências altas (radiofreqüências) ou em equipamento especial, em que se deseja evitar os efeitos de temperatura associados com os núcleos magnéticos. 1.3.4.2 – Indutor com núcleo de ferrite ou ferro pulverizado Estes indutores apresentam uma indutância inferior a 200mH, seu núcleo é reto, com isto o fluxo magnético se estende através do ar bem como através do material de que ele é constituído e geralmente são utilizados em freqüências acima da faixa audível (20 kHz). 1.3.4.3 – Indutor com núcleo toroidal A grande vantagem deste indutor, está no fato de seu fluxo magnético ficar somente concentrado dentro do núcleo, é o indutor ideal. Pelo seu formato circular as espiras tem que ser enroladas manualmente no núcleo. Este tipo de indutor apresenta elevado valor de indutância em comparação com seu tamanho compacto. 1.3.4.4 – Indutor moldado Com o objetivo de proteção mecânica do enrolamento, este indutor tem o formato semelhante ao resistor. Pode apresentar ou não núcleo magnético. 1.3.4.5 – Indutor protegido Este indutor após sua fabricação é encapsulado em material magnético (capa protetora), criando assim uma gaiola de Faraday, evitando desta forma a interferência de outros campos magnéticos sobre este indutor. 1.3.4.6 – Indutor de ferro laminado É basicamente o mais conhecido todos, pois este sistema é o utilizado nos transformadores desde baixa até extra alta-tensão na nossa freqüência industrial (60 Hz). Estes indutores apresentam uma faixa aproximadamente entre 0,1 a 100H. 1.3.4.7 – Indutor filtro de choque É utilizado em uma ampla gama de equipamentos como filtro de fonte de potência. Existem basicamente dois tipos de filtros: o alisante e o oscilante. 1.3.4.8 – Indutor (bobina ou choques para radiofreqüência RF) Como o próprio nome já especifica este indutor é muito utilizado em radiofreqüência. O seu núcleo ser não magnético ou magnético e também pode ser um indutor fixo ou variável dependendo da aplicação. 1.3.5 – Indutores no circuito C.C. Quando utilizamos um indutor em um circuito C.C. puro, o mesmo trata este indutor como uma resistência, pois em corrente continua não temos reatância indutiva. Vamos explicar melhor este fenômeno: - Ao conectarmos um resistor em um circuito C.C. a corrente atinge seu valor máximo em uma pequena fração de tempo e quando realizamos a abertura do mesmo, a corrente cessa instantaneamente, criando uma fcem muito pequena, ver figura abaixo. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 23
  24. 24. Eletrotécnica II - Ao conectarmos um indutor em um circuito C.C. a corrente sobe mais lentamente no circuito, devido à fcem (força contra eletro motriz) do indutor e esta corrente fica limitada pela resistência em corrente continua do condutor do indutor. Geralmente o tempo de carga é inferior a 1 segundo dependendo da indutância. Quando realizarmos a abertura do circuito a fcem do indutor impede a corrente de ir a zero instantaneamente. O indutor provoca um fenômeno chamado, golpe indutivo, este golpe ocorre devido ao fato da fcem do indutor torna-se muito maior do que a tensão da fonte de alimentação. Devido a esta grande diferença de potencial (DDP) entre os terminais da chave, ocorre a ionização e por conseqüência o arco elétrico e a queima dos contatos. Podemos amenizar esta queima colocando vários contatos desta chave ou equipamento em série com isto diminuindo a tensão induzida em cada jogo de contato ou podemos colocar um capacitor em paralelo com o contato da chave ou equipamento para diminuir os transitórios de interrupção do circuito. 1.3.5.1 – Constante de tempo para indutor O que vamos abordar agora é uma analogia do item 1.2.6.1 que abordava carga e descarga no capacitor, agora vai ser carga e descarga em um indutor. O tempo solicitado para um indutor ficar carregado ou descarregado é determinado pela sua resistência interna e indutância. Temos então a seguinte formula para esta constante de tempo: Indutância (L) Constante de tempo (T) = --------------------------------- Resistência interna (R) Esta constante de tempo para um circuito RL é definida como o tempo necessário em que a corrente vai demorar para atingir 63,2% de sua corrente total. Durante a próxima constante de tempo, o indutor carrega outros 63,2% da corrente total. Com isto verificamos que ao fim de duas constantes de tempo, o indutor está com 86,5% da corrente total [primeira constante 63,2% + segunda constante (63,2% x 36,8% da corrente total restante) = 86,5%]. Ao fim da terceira constante, o indutor está com 95% da carga [segunda constante 86,5% + terceira constate (63,2% x 13,5% da corrente total restante) = 95%]. E assim até a quinta ou sexta constante, cuja quais o indutor é considerado totalmente carregado. Na descarga do indutor temos a mesma lógica, só que inversa. E assim até a quinta ou sexta constante, cuja quais o indutor é considerado totalmente descarregado. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 24
  25. 25. Eletrotécnica II 1.3.6 – Indutor no circuito C.A. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 25
  26. 26. Eletrotécnica II Podemos observar através dos desenhos ao lado como um indutor controla a absorção de corrente no circuito, atrasando a mesma em 90° em relação a tensão. A forma de onda cheia representa a tensão da fonte de alimentação aplicada aos terminais do indutor. A forma de onda pontilhada representa a corrente drenada e descarregada pelo indutor na fonte de alimentação e lida no amperímetro. No início do primeiro quarto de ciclo da onda da tensão é quando a mesma está com seu valor máximo, observar figura, neste instante não temos variação de fluxo magnético, por consequência não temos nenhuma drenagem de corrente da fonte. A medida que a tensão diminui, temos variação do fluxo, por consequência corrente no sistema. Quando a tensão passa pelo zero, temos a maior variação de fluxo no sistema, em contra partida temos o pico máximo de corrente drenada. No segundo quarto de ciclo da onda de tensão, devido inversão do ciclo da tensão, temos uma mudança no sentido do fluxo de eletrons entre a fonte e o indutor. Com isto provocando a descarga da energia magnética armazenado no indutor a fonte, neste momento o indutor é uma fonte de energia. Quando atingirmos a tensão máxima negativa, teremos a máxima absorção de corrente pela fonte de alimentação fornecida pelo indutor, provocando assim a total descarga do mesmo. O que ocorre nos próximos dois quartos de ciclo (terceiro e quarto) é a mesma analogia que os dois primeiros quartos de ciclo (primeiro e segundo). Só que em sentido reverso de polarização. 1.3.7 – Reatância indutiva A oposição que o indutor apresenta a passagem da corrente alternada é chamada de reatância indutiva, que simbolicamente é representada por XL. Como a reatância é uma oposição a passagem da corrente a unidade base dela é também o ohm (Ω). Apesar de ser expressa em ohm (Ω) a mesma não pode ser medida com um ohmímetro. Deve sim ser calculada usando a formula da reatância indutiva e devemos ficar atentos que a mesma é diretamente proporcional à frequência e à indutância. Caso seja dobrado algum destes valores, automática a reatância dobra. Isto ocorre pelos seguintes fatos: - Com uma variação maior da frequência, consequentemente temos uma rápida variação da corrente. Aonde teremos uma maior fcem e reatância. - Com uma reatância maior, maior variação do fluxo. Fórmula da reatância indutiva: SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 26
  27. 27. Eletrotécnica II XL = 2πfL Exemplo de cálculo de reatância indutiva. - Qual é a reatância de um indutor de 3H em 120 Hz? XL = 2 x 3,14 x 120 x 3 2260,8 Ω - Qual é a reatância de um indutor de 6H em 120 Hz? XL = 2 x 3,14 x 120 x 6 4521,6 Ω - Qual é a reatância de um indutor de 3H em 240 Hz? XL = 2 x 3,14 x 240 x 3 4521,6 Ω 1.3.8 – Associação de indutores 1.3.8.1 – Indutores em série Os indutores quando estão associados em série tanto sua indutância e reatância indutiva tem o mesmo comportamento que as resistências. As fórmulas ficam da seguinte maneira: LT = L1 + L2 + L3 + outras... XLT = XL1 + XL2 + XL3 + outras. XLT = 2πfLT Tensão sobre indutores em série: L1 L2 L3 VL1 = -------- VL2 = --------- VL3 = --------- + outras... LT LT LT Calcule a indutância total e reatância indutiva total em 60 Hz de uma bobina de 3H conectada em série com uma bobina de 5H. LT = 3 + 5 8H XLT = (2 x 3,14 x 60 x 3) + (2 x 3,14 x 60 x 5) 3014,4 Ω ou XLT = 2 x 3,14 x 60 x 8 3014,4 Ω 1.3.8.2 – Indutores em paralelo Os indutores quando estão associados em paralelo tanto sua indutância e reatância indutiva tem o mesmo comportamento que as resistências. As fórmulas ficam da seguinte maneira: - Para dois indutores: L1 x L2 XL1 x XL2 LT = -------------- XLT = ------------------ L1 + L2 XL1 + XL2 - Para vários indutores iguais em paralelo: L XL LT = ------ XLT = --------- n n - Para vários indutores com valores diversos em paralelo: SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 27
  28. 28. Eletrotécnica II 1 1 LT = ------------------------------------- XLT = --------------------------------------- 1 1 1 1 1 1 ---- + ---- + ---- + outros... ----- + ------ + ------ + outros... L1 L2 L3 XL1 XL2 XL3 Calcule a indutância total e reatância indutiva total, corrente total e a corrente dos indutores do circuito cujo qual temos um indutor de 0,4H conectado em paralelo com um indutor de 600mH com uma frequência de 20 kHz e tensão da fonte de alimentação 40V. 0,4 x 0,6 LT = ---------------- 0,24H 0,4 + 0,6 XL1 = 2 x 3,14 x 20000 x 0,4 50240Ω XL2 = 2 x 3,14 x 20000 x 0,6 75360Ω 50240 x 75360 XLT = ------------------------ 30144Ω 50240 + 75360 40V IT = -------------- 1,3269 mA 30144Ω 40V I1 = ---------------- 0,7961 mA 50240Ω 40V I2 = --------------- 0,5307 mA 75360Ω 1.3.8.3 – Indutância indesejada Todo condutor em qualquer circuito elétrico ou eletrônico (inclusive trilhas de placas de circuito impresso) em forma retilínea ou em forma de bobina (resistor de fio) apresenta uma indutância intrínseca. Dependendo do valor desta indutância e da freqüência de funcionamento do circuito, está pode ou não influenciar no bom funcionamento do circuito. Em circuitos de baixa freqüência não temos influencias perceptíveis, mas nos de alta podemos ter. Para amenizarmos estes efeitos no caso dos resistores de fio podemos enrolar metade das espiras no sentido horário e a outra metade em sentido anti-horário. Com isto os efeitos dos campos magnéticos se compensaram mutuamente. 1.4 – Transformadores SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 28
  29. 29. Eletrotécnica II Através da interação do fluxo magnético entre duas ou mais bobinas temos um transformador com ou sem núcleo. Os tranformadores (trafos) podem ser de potência, medição, de sinal, de multiplos enrolamentos, isoladores e auto transformadores. Geralmente os transformadores são compostos de núcleo de ferro, carretel aonde é alojado as bobinas, bobinas primárias e secundárias e terminais ou buchas dependendo o nível de tensão, materiais isolantes e carcaça. Pelo efeito da indutância mútua é que o transformador trabalha, como podemos observar no desenho a seguir. 1.4.1 – Símbolos de transformadores Como podemos observar existem vários tipos de transformadores e seus simbolos correspondentes. Quando utilizamos um transformador em que seus enrolamentos estão protegidos com blindagem de alumínio, cobre ou outros materiais não-magnéticos, esta proteção é destinada à proteção contra campo elétrico e não magnético. 1.4.2 – Enrolamentos primário e secundário O enrolamento primário converte a energia elétrica entregue aos seus terminais em energia magnética e o secundário converte a energia magnética em energia elétrica novamente. Ambos os enrolamentos estão eletricamente isolados entre si, mas magneticamente conectados. Algumas vezes a tensão do enrolamento secundário é igual o do primário, este tipo de transformador é chamado de isolador. É utilizado em alguns casos para proteção do usuário em uma determinada máquina, evitando assim choques, pois seu secundário esta isolado e não aterrado, não permitindo assim correntes de fuga para a terra. Ou como filtro evitando alguns transitorios do sistema a máquina que esta acoplado. Conforme a configuração dos enrolamentos do transformador (trafo) o mesmo pode ser: Um trafo elevador A tensão de saída do secundário é superior a do primário. Um trafo abaixador A tensão de saída do secundário é inferior a do primário. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 29
  30. 30. Eletrotécnica II Um trafo misto Conforme o tap selecionado a tensão de saída do secun- dário pode tanto ser inferior ou superior a tensão do enrolamento primário. A relação de espiras determina se o trafo é abaixador ou elevador de tensão. Se o número de espiras do primário for maior do que a do secundário, o mesmo é abaixador. Caso o número de espiras do primário for menor do que a do secundário, o mesmo é elevador de tensão. 1.4.3 – Rendimento do transformador Um transformador em regime de trabalho aquece-se porque tanto o núcleo de ferro como as suas bobinas de cobre convertem uma pequena parcela da energia elétrica em forma de energia calorífica. O cálculo do rendimento do transformador é realizado da seguinte forma: Ps Ps = Potência secundária Rendimento (%) = --------- x 100 Pp Pp = Potência primária O transformador apresentará seu melhor rendimento, acima de 95%, quando estiver sendo utilizado em sua capacidade nominal. Quando estamos utilizando um trafo com carga reduzida, o rendimento do mesmo diminui porque a circulação de correntes parasitas e de perda não diminui na mesma proporção que a corrente da carga. E quando o mesmo esta a vazio (sem carga) atua como um simples indutor. Existem basicamente 03 (três) tipos de perdas mensuraveis no trafo: 1.4.3.1 – Perdas por histerese Esta perda é causada pelo magnetismo residual, vamos explicar melhor: Todos os corpos são compostos de partículas minúsculas, as moléculas, que podem ser tanto polares como apolares. Estas moléculas polares apresentam uma força magnética, ou seja, comportam- se como se fossem pequenos imãs, por este motivo este tipo de material é chamado de ferro-magnético. Quando o entreferro do transformador esta sujeito a ação do campo magnético das bobinas adquire características magnéticas, ou seja, fica magnetizado ou imantado. Isto vem a acontecer devido à orientação em um único sentido dada às moléculas pelo campo magnético. Desta forma, o campo magnético do corpo será a soma dos campos de todas as moléculas. Para uma melhor compreensão observemos a ilustração abaixo que representa o comportamento de material do tipo ferro-magnético e não ferro-magnético. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 30
  31. 31. Eletrotécnica II Quando um corpo ferro-magnético é colocado sob a ação de um campo magnético, ao aumentarmos este, a densidade do fluxo magnético também é elevada. Ao aumentarmos a intensidade do campo, a densidade do fluxo aumenta segundo o trecho “0-a”. Ao diminuirmos o campo, ao invés do fluxo diminuir progressivamente até atingir o ponto “0”, este diminui pelo trecho “a-b”. Ao ser invertido a polaridade do campo, o fluxo continuará a diminuir até atingir o ponto “c”, e assim sucessivamente. Caso a intensidade do campo esteja dentro do limite “x-y” da curva, a magnetização do corpo poderá ser retirada totalmente, neste intervalo o processo é reversível e a perda por histerese é considerada normal. Mas caso a intensidade do campo esteja fora deste limite “x-y” da curva, teremos uma acentuada perda por histerese, devido a saturação ou magnetização permanente do núcleo provocada por uma corrente excessiva nos enrolamentos do transformador. 1.4.3.2 – Perdas por correntes parasitas ou corrente de Foucault A variação do fluxo magnético nas bobinas do transformador induz uma tensão no núcleo do mesmo. Esta tensão induzida causa a circulação de uma corrente denominada de corrente de Foucault. Caso o núcleo do transformador fosse massiço esta corrente seria de intensidade considerável, pois a resistência seria praticamente zero, por este motivo o núcleo é laminado. Estas lâminas apresentam uma fina camada de óxido, este óxido apresenta uma resistência consideravel. Fazendo com que a corrente de perda seja reduzida, com isto reduzindo a potência dissipida no núcleo. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 31
  32. 32. Eletrotécnica II 1.4.3.3 – Perdas no enrolamento Esta perda é diretamente proporcional a resistência no condutor, então para minimizarmos este tipo de perda, na medida do possivel devemos utilizar condutores de bitola tão grande quando o possível. Somente ficando limitados pela área das janelas no núcleo onde a bobina deverá ser enrolada. 1.4.4 – Transformadores trifásicos O transformador trifásico pode ser montado se associando 03 (três) transformadores monofásicos ou se construindo um especifico. A estrutura de um transformador trifásico é ilustrada abaixo. O fluxo na fase 1 (coluna 1) é igual ao fluxo na fase 2 mais o fluxo na fase 3. O fluxo da fase 2 é igual ao fluxo da fase 3 mais o fluxo da fase 1 e assim por diante. Isot porque o fluxo, como a corrente em cada fase, está defasado em 120°. Os enrolamentos primário e secundário de um transformador trifásico tanto podem ser conectados em estrela ou triângulo. O secundário não precisa obrigatoriamente ter a mesma configuração de ligação do enrolamento primário. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 32
  33. 33. Eletrotécnica II Se uma conexão no enrolamento primário for realizada de forma incorreta, tanto na ligação estrela ou na triângulo, isto provocará um aumento excessivo da corrente, podendo causar a destruição do enrolamento, caso não haja proteção de sobrecorrente. 1.4.5 – Enrolamento de pequenos transformadores e bobinas, calculo simplificado O cálculo do fio a ser usado em cada enrolamento assim como do número de espiras depende de diversos fatores, como por exemplo a tensão do primário e a potência do secundário. Quanto maior a potência que deve ser transferida para o enrolamento secundário, maior deve ser o componente. A principal dificuldade de enrolar um pequeno transformador ou choque de filtro não é propriamente o cálculo, mas sim o trabalho cansativo de enrolar milhares de voltas de fio num carretel de plástico ou outro material. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 33
  34. 34. Eletrotécnica II Um transformador típico de saída pode chegar a ter mais de 10000 voltas de fio fino como 0 32, que além de ser difícil de trabalhar é extremamente delicado podendo arrebentar ao menor descuido. Para facilitar o trabalho dos enroladores de transformadores e bobinas existem máquinas simples como a bobinadeira, que além de proporcionar um movimento seguro do carretel, possibilitando assim a obtenção de bobinas sem encavalamento de fios, ainda tem como recurso adicional um contador mecânico de voltas. O contador mecânico impede que o enrolador se perca na contagem das voltas ou tenha dificuldades em caso de paradas para descanço. A máquina bobinadeira tem além disso como vantagem a possibilidade de admitir carretéis de diversas dimensões, o que significa que praticamente qualquer tipo de bobina pode ser enrolada. 1.4.5.1 – Escolha do núcleo Partimos nos nossos cálculos do núcleo em “F” ou ainda “E” e “I” que são os mais comuns, com lâminas de ferro doce (ferro-silício). A seção do núcleo, dada por S, é determinada pela potência do transformador, ou seja o valor resultante do produto da tensão pela corrente do enrolament secundário. Se tivermos mais de um enrolamento secundário devemos considerar a soma das potências. Assim, um transformador de 12 V x 2 A terá uma potência de 12x2 = 24 VA. A seção pode ser calculdad com aproximação pela fórmula: S = 1,1 x √P Onde : S é a seção do núcleo em centímetros quadrados. P é a potência em VA. Observe que a seção S é dada pelo produto a x b. Partindo do exemplo que seria um transformador de 12 V x 2 A a seção seria de S = 1,1 x √24 S = 1,1 x 4,9 S = 5,39 cm2 SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 34
  35. 35. Eletrotécnica II Levando-se em conta que as chapas do transformador são finas e que na aglomeração para formação do núcleo existe um espaço perdido entre elas, é preciso compensar isso com um certo acréscimo no valor encontrado. Recomendamos um acréscimo de 15 a 20%, o que nos possibilita “ arrendondar” o valor encontrado para 6 cm2 . 1.4.5.2 – Determinação do número de espiras de cada enrolamento Para o cálculo das espiras partimos de duas fórmulas iniciais: N1 = V1 / ( f x S x 4,4 X B x 10-8 ) N2 = V2 / ( f x S x 4,4 X B x 10-8 ) Onde : N1 número de espiras do enrolamento primário N2 número de espiras do enrolamento secundário V1 tensão do enrolamento primário V2 tensão do enrolamento secundário f frequência da rede em Hertz (60 Hz no Brasil) B indução magnética em Gauss S seção do núcleo em centímetros quadrados. A indução em Gauss é uma indicação do fluxo magnético por centímetro quadrado no núcleo. Este valor é determinado pela permeabilidade do ferro usado através da fórmula: B = µH Onde : µ é a permeabilidade do ferro usado no núcleo H é o campo magnético Se você possuir um manual de fabricante de chapas para transformadores, poderá facilmente ter as tabelas para cada tipo os valores adotados de B. No entanto, o que se sabe para o caso de aproveitamento de chapas comuns é que teremos um cálculo com boa precisão com valores em torno de 12000 Gauss. Isso ocorre porque os núcleos comuns possuem coeficientes de indução entre 8000 a 14000 Gauss, sendo os maiores os mais comuns. Se o valor adotado for muito alto, o que ocorre é uma possível saturação do núcleo com absorsão indevida de energia e perda de rendimento quando a corrente cresce. Sugerimos que, na dúvida, adote valores de 10000 ou 12000 na fórmula. Valores menores resultarão em transformadores volumosos. Apliquemos estes valores no nosso transformador exemplo de 12 V x 2 A. N1 = 110 / ( 60 x 6 x 4,4 x 12000 x 10-8 ) N1 = 110 / 0,19 N1 = 578 espiras Este será o enrolamento primário. Para o secundário teremos: N2 = 12 / ( 60 x 6 x 4,4 x 12000 x 10-8 ) N2 = 12 / 0,19 N2 = 63 espiras Obtidas as espiras dos dois enrolamentos devemos pensar na sua espessura. 1.4.5.3 – Espessura do fio A espessura dos fios usados depende diretamente da intensidade da corrente que os percorre. Esta corrente pde ser calculada facilmente a partir da tensão e da potência, caso não a tenhamos. Veja que o fio de cobre admite uma densidade máxima de corrente dada a sua própria resistividade. Assim, se tal densidade for superada, existe o perigo de SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 35
  36. 36. Eletrotécnica II sobreaquecimento com a consequente queima do componente. Do mesmo modo, devemos considerar que a espessura do fio mais o comprimento do enrolamento, dada pelo número de espiras, são responsáveis por uma resistência, a resistência do enrolamento na qual pode haver perda de potência. Podemos elaborar uma tabela aproximada em que a densidade de corrente máxima é determinada pela potência do transformador: Potência (W) Densidade máxima em Amperes por mm2 Até 50 4 50 à 100 3,5 100 à 200 3 200 à 400 2,5 Aplicamos então a seguinte fórmula para determinar a seção dos fios que devem ser usado em cada enrolamento: S = I / D Onde : S é a seção do fio em mm2 I é a intensidade da corrente em A D é a densidade de corrente (segundo tabela em A / mm2 ) Para o nosso transformador, levando em conta primeiramente o enrolamento secundário, temos: I = 2 A D = 4 A / mm2 (valor da tabela acima) S = 2 / 4 S = 0,5 mm2 Para o enrolamento primário temos de calcular a corrente. Partimos então da fórmula: P = V x I 24 = 110 x I I = 24 / 110 I = 0,218 A A seção do fio deve ser então: S = I / D S = 0,218 / 4 S = 0,05 mm2 A tabela a seguir nos permite escolher os fios que deverão ser usados a partir da numeração AWG. Temos então que o fio de seção 0,5 mm2 mais próximo é o de número 20. Já o fio de 0,05 para o enrolamento primário é o 30. Tudo isso nos permite estabelecer exatemente as condições de enrolamento do transformador: Enrolamento primário: 578 espiras de fio 30 AWG. Enrolamento secundário: 63 espiras de fio 20 AWG. Seção do núcleo: 6 cm2 Potência: 24 VA. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 36
  37. 37. Eletrotécnica II SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 37
  38. 38. Eletrotécnica II Para pequenos transformadores usam-se fios redondos até o n° 10 AWG, além do qual se prefere o emprego de condutores quadrados ou retangulares. Em certos casos, para tornar o enrolamento de mais fácil execução, substituem-se os condutores de elevada seção por 2 condutores agrupados em paralelo. Caso o carretel sobre o qual são enroladas as bobinas não seja o de plástico, podemos faze-lo em cartolina ou prespann, colado em várias camadas até alcançar a espessura desejada. Sua forma pode ser obtida por meio de molde de madeira. Entre as camadas de fios é colocada uma folha de papel isolante. A fim de garantir o isolamento das bobinas, os fios não são enrolados até a extremidade do carretel, ficando entre esta e o término da camada um pequena distância que depende das dimensões do transformador. A separação entre o enrolamento (bobina) primário e secundário é feita com uma camada de cartolina grossa ou várias camadas de cartolina fina, com espessura proporcional à tensão do enrolamento de alta tensão. Ao se executar o enrolamento das bobinas é aconselhável enrolar primeiro a bobina de alta tensão, pois esta sendo de fio fino, se adapta mais às curvas apertadas nos vértices do carretel, sendo também economicamente mais viavel, pois com o diametro menor próximo ao carretel, gastaremos menos deste fio por kilo. Porque quanto mais fino o fio, mais elevado seu valor em quilo. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 38
  39. 39. Eletrotécnica II 2 – Corrente alternada 2.1 - Formas de onda Uma forma de onda elétrica é representada por uma linha em um gráfico, figura abaixo, item a). A linha é produzida marcando pontos no gráfico e unindo-os. Os pontos representam o valor de alguma grandeza elétrica em instantes diferentes. A amplitude e a polaridade das grandezas elétricas (tensão ou corrente) são indicadas no eixo vertical do gráfico. O tempo é marcado no eixo horizontal. A forma de onda mostrada na figura acima, item a), pode representar a tensão através do resistor no item b). A única coisa a mudar seria a unidade no eixo vertical. Para a forma de onda de corrente, a unidade seria em ampères. Na figura acima, item a), a forma de onda está sempre acima da linha de referência zero. Isto significa que a polaridade da tensão é sempre positiva em relação a alguma referência. Ou, no caso da forma de onda de corrente, significa que o sentido de corrente nunca inverte. Em outras palavras, o item a) é uma forma de onda de uma corrente ou tensão contínua pura (estável). A amplitude da tensão ou corrente varia somente quando o circuito é ligado ou desligado. A figura abaixo mostra outras formas de onda comuns. A corrente contínua flutuante no item a) é a do tipo produzido por um amplificador a transistor. A forma de onda pulsativa no item b) representa o tipo de corrente ou tensão produzida por uma bateria carregada. Note que a corrente contínua pulsativa cai, periodicamente, a zero, enquanto a corrente contínua flutuante nunca chega a zero. No item c) mostra um tipo de corrente alternada. A forma de onda CA cai abaixo de zero. Isto significa que ser inverter a sua polaridade de tensão e que muda o sentido da corrente. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 39
  40. 40. Eletrotécnica II 2.1.1 - Tipos de formas de onda CA O tipo mais comum de forma de onda é a onda seno, mostrada na figura abaixo, item a). Uma corrente alternada com este tipo de forma de onda é chamada corrente alternada senoidal. (A tensão e a corrente que chegam às nossas casas e indústrias é senoidal). Uma onda senoidal pura tem um formato muito específico e pode ser definida matematicamente. As fórmulas baseadas nas ondas senoidais são usadas para resolver problemas em circuitos em que circulam a corrente alternada senoidal. No item b) ilustra uma onda quadrada – forma de onda CA que é usada extensivamente nos circuitos de computadores. Na onda quadrada, a amplitude e o sentido da corrente e da tensão não variam periodicamente. A forma de onda dente de serra do item c) é usada em receptores de televisão, receptores de radar e outros dispositivos eletrônicos. As tensões e correntes dente de serra são usadas nos circuitos que produzem a imagem na tela do televisor. Existem, ainda, outras formas de onda. De fato, a corrente alternada pode ser produzida eletronicamente em uma infinidade de formas de onda. A música eletrônica é criada pela produção e mistura de ampla variedade de formas de onda. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 40
  41. 41. Eletrotécnica II 2.2 - Freqüência Quando uma onda de corrente alternada, varia de zero até alcançar o máximo positivo, retornando a zero e crescendo em sentido negativo, para voltar novamente a zero, onde depois de passar pelo máximo negativo, diz-se que foi completado um ciclo. A freqüência de uma corrente alternada é o número de ciclos que essa corrente alternada completa em 1 segundo. A freqüência se expressa em ciclos por segundo e a unidade internacional de freqüência é o Hertz que equivale a 1 ciclo por segundo: 1 Hertz (Hz) = 1 ciclo por segundo (C/S) O conceito de freqüência, significa que quanto mais rapidamente gire a armação de um gerador, maior número de ciclos por segundo irá gerar, portanto, a freqüência da tensão de saída será mais elevada. Se o gerador elementar que conhecemos, gira a uma velocidade de 5 revoluções por segundo, a freqüência será de 5 Hz (5 C/S). Se gira a 50 revoluções por segundo, a freqüência será de 50 Hz (50 C/S). A freqüência da rede de energia elétrica de corrente alternada no Brasil é de 60 Hz. Em outros países, a freqüência tem valores que vão de 25 a 125 Hz. Em casos especiais, a freqüência das fontes de energia elétrica podem ser mais altas, como no caso de sistemas elétricos de aviões, onde a freqüência utilizada é geralmente de 400 Hz. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 41
  42. 42. Eletrotécnica II Os múltiplos do Hz são: 1 kiloHertz (kHz) = 1000 Hz 1 megaHertz (MHz) = 1.000.000 Hz .000.000.000 Hz .3 - P para cumprir um ciclo completo, se hama período e se expressa em segundos. Representa-se geralmente pela letra T. 1 gigaHertz (GHz) = 1 2 eríodo O tempo gasto por uma corrente alternada, c Se temos, por exemplo uma corrente alternada cuja freqüência é de 10 Hz, significa que em um segundo se completam 10 ciclos, portanto, o período T dessa corrente alternada será de 0,1 segundo. Se a freqüência for de 50 Hz, o período será de 1/50 segundos, isto é, 0,02 segundos. O que foi dito anteriormente, significa que para encontrar o período T de uma corrente alternada qualquer que se conhece a freqüência, basta dividir a unidade de tempo pela freqüência. Assim: 1 T = ------- (segundos) f 2.4 - Comprimento de onda Já que a corrente tem uma velocidade definida, aproximadamente 300.000.000 etros por segundo, só pode percorrer uma determinada distância em determinado período determina o tempo de demora para ocorrer um ogo, a distância que a corrente pode percorrer nesse nto de onda e de 6.000 m. se calcular da seguinte maneira: Comprimento de onda = velocidade de corrente x T m tempo. Tendo em vista, que o ciclo, pode-se calcular até onde pode chegar a corrente no tempo determinado pelo período dessa corrente alternada. Esta distância recebe o nome de comprimento de onda. Anteriormente dissemos que o período de uma corrente alternada cuja freqüência é de 50 Hz, é de 0,02 segundos. L espaço de tempo será de 6.000 quilometros. Isto é, o comprime K Tendo-se em vista, que o comprimento de onda de uma corrente alternada depende do período T e da velocidade com que o impulso elétrico percorre o condutor, pode- SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 42
  43. 43. Eletrotécnica II Já que a velocidade da corrente é de 300.000.000 metros por segundo e o período T = 1 / f, então a equação para determinar o comprimento de onda é: c λ = ------ f O comprimento de onda λ tem uma relação inversa com a frequência, a velocidade de repetição de qualquer fenómeno periódico. O comprimento de onda é ual à dade da onda dividida pela frequência da onda. Quando se lida com radiação electromagnética no vácuo, essa velocidade é igual à velocidade da luz 'c', para sinais ( ig veloci ondas) no ar,essa velocidade é a velocidade a que a onda viaja. Esta relação é dada por: λ = comprimento de onda de uma onda sonora ou onda electromagnética; c = velocidade da luz no váculo = 299.792,458 km/s ~ 300.000 km/s = 300.000.000 m/s ou c = velocidade do som no ar = 343 m/s a 20 °C (68 °F); mprimento da onda não tem importância nas aplicações de potênci cações. comprimento de onda, por intermédio da letra grega lâmbda (λ). f = frequência da onda 1/s = Hz. O conhecimento do co a de corrente alternada, porém, tem muito, em telecomuni Geralmente se representa o termo 2.5 - Fase Sabemos que a tensão de saída de um gerador de corrente alternada varia em forma senoidal. Quando se colocam dosi geradores de C.A. para funcionar, cada um irá erar uma tensão senoidal ou ciclo completo, depois de cada resolução. Se ambos na mesma velocidade e começam a funcionar no mesmo instante, as duas rmas g funcionam fo de onda começarão e terminarão ao mesmo tempo, passando simultaneamente pelos valores de zero e máximo. Diz-se, então, que as formas de onda coincidem entre si e que as duas tensões estão em fase. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 43
  44. 44. Eletrotécnica II Do que foi dito anteriormente, pode-se deduzir que o termo fase se utiliza para expressar relações de tempo entre tensão e corrente alternada. Quando duas correntes ou tensões estão em fase, não quer dizer que seus valores são iguais que os valores de zero e máximos (em um sentido ou em outro), se alcançam no mesmo instante. A relação de fase entre duas tensões alternadas, enter duas correntes alternadas o entre a tensão e a corrente correspondente, expressa-se em graus (º). 2.5.1 - Diferença de fase ou defasagem Se o par de geradores que colocamos antes, como exemplo, não funcionam ao mesmo tempo, ainda que suas velocidades sejam iguais, as formas de suas tensões de saída não passarão de forma simultânea pelos valores zero e máximo. Diz-se então, que ambas tensões estão defasadas, ou que existe uma diferança de fase entre elas. A magnitude da diferença de fase depende do atraso entre uma e outra. A diferença de fase se mede em graus, e já que um período ou ciclo completo mede 360º, uma diferença de fase, com meio ciclo, terá uma defasagem de 180º e uma diferença de fase de um quarto de ciclo, terá uma defasagem de 90º. A defasagem pode ser adiante ou atraso, segundo a posição relativa de uma forma de onda, em outra no gráfico. Assim, por exemplo, diz-se que uma corrente atrasa 90º em relação à tensão, quando esta passa por todos os valores do ciclo, um quarto do ciclo antes que a corrente. 2.6 - Outros termos que caracterizam uma corrente alternada A esta altura de nosso estudo a maioria dos termos utilizados na prática, para expressar as características de uma tensão ou uma corrente alternada. No entanto, além das expressões ciclo, período frequência, comprimento de onda, diferença de fase, existem outros termos que também se utilizam com muita frequência e que devemos conhecer. Por exemplo, à metade de um ciclo de corrente alternada pode ser chamar uma alternância, semiciclo, ou também, semiperíodo. Um termo de grande importância é a amplitude. Utiliza-se para designar o valor cada ciclo. Logo, amáximo positivo ou negativo que a corrente alternada alcança em amplitude de uma C.A. é a distância enter o eixo de zero até o ponto mais alta da onda sobre o eixo. A amplitude também se conhece como valor de pico. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 44
  45. 45. Eletrotécnica II O valor de pico a pico é a amplitude total da onda de C.A., considerando tanto os valores positivos como os negativos. E evidente que este valor é o dobro do valor de ico.p 2.7 - Valores típicos de corrente alternada O valor de uma tensão ou corrente alternada está em mudança constante, por este motivo não é nada fácil explicá-lo. Existe uma série de valores que podem-se expressar relacionados com uma onda de corrente alternada. O valor mais evidente é o valor máximo ou amplitude da onda, tanto em sentido egativo como positivo. onda de C.A, tomando em um instante medida que avançamos no estudo deste assunto. n Em todo caso, um valor qualquer da qualquer, será um valor instantâneo. Existem vários instantâneos que é interessante conhecer, que iremos descobrindo à 2.7.1 - Valor médio O valor médio de uma C.A., é sempre igual a zero. Isto é sempre verdade quando se considera um ciclo completo, isto é, a alternância positiva e negativa de um ciclo de C.A. Porém, se fizermos a média de todos os valores instantâneos de uma só alternância, por exemplo, a positiva, o valor obtido não será zero. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 45
  46. 46. Eletrotécnica II Para uma onda senoidal pura, o valor médio de um semiciclo será 0,637 do valor máximo. Para a tensão, esta relação se expressa dessa maneira: Eméd = 0,637 x Emáx. Por exemplo, se a tensão máxima em um circuito de C.A. é de 100 V, a tensão média será: Eméd = 0,637 x 100 63,7 volts A corrente méda é calculada da mesma forma. e corresponde ao ciclo édio, que é o que temos calculado, com o valor médio do ciclo completo. Já que mbos to que têm sinais opostos, razão pela qual a média de um ciclo completo é .7.2 - Iméd = Imáx. x 0,637 Deve-se ter cuidado de não confudir o valor médio qu m a semiciclos são idêntics, porém de sentido oposto, o valor médio de ambos é o mesmo, exce igual a zero. 2 Valor eficaz O valor eficaz ou valor efetivo de uma corrente alternada, é aquele valor que em um circuito com uma só resistência, produz a mesma quantidade de calor que produziria uma corrente continua com o mesmo valor. Suponhamos, por exemplo, uma corrente alternada cujo valor eficaz é de 1 ampére, que flui por uma resistência de 10 Ohms. O valor gerado será exatamente o esmo que o produzido por uma corrente contínua de 1 ampére, ao circular pela mesmam resistência. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 46
  47. 47. Eletrotécnica II O valor efetivo ou eficaz também se denomina raiz média ao quadrado ou valor RMS, devido à forma em que se obtem. O valor eficaz ou Vrms, é a raiz quadrada da média das raizes quadradas de todos os valores instantâneos de meio ciclo de uma onda de C.A. No caso de uma onda senoidal pura, o valor é igual a 0,707 vezes o valor máximo. Isto se expressa pela seguinte relação: Eef = 0,707 x Emáx. Por exemplo, para uma tensão alternada, cujo valor máximo é de 100 volts, o valor eficaz será de 70,7 volts. Isto indica que uma resistência ligada a uma fonte que proporciona 100 volts C.A. máx., produzirá a mesma quantidade de calor, quando se liga uma fonte de C.C de 70,7 volts. O valor eficaz é o mais utilizado em aplicações de C.A., por exemplo, a tensão da rede de energia elétrica que se utiliza em todos os lugares, é de 220 volts eficazes. Logo, o valor máximo da rede será de 220 / 0,707, isto é, 311 volts. 2.7.3 - Conversão de valores Quando se trabalha com circuitos de C.A., será necessário, às vezes, converter os valores de tensão ou correntes medidas, em outros valores que nos interessam. Por exemplo, os instrumentos comuns de medida indicam o valor eficaz da tensão alternada, portanto, se desejamos conhecer o valor de pico ou máximo de uma tensão, teremos que fazer um cálculo aritmético para encontrar o valor que nos interessa. Logo abaixo, algumas fórmulas que permitem a conversão dos valores tipicos ca C.A. em outros Cálculo de valores de tensão Eméd..= 0,637 x Emáx. Eef. = 0,707 x Emáx. Emáx. = 1,52 x Eméd. Emáx. = 1,41 x Eef. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 47
  48. 48. Eletrotécnica II Cálculo de valores de corrente Iméd.. = 0,637 x Imáx. Ief. = 0,707 x Imáx. Imáx. = 1,52 x Iméd. Para trabalhar com valores de pico a pico, deve-se recordar que uma tensão ou corrente, tem um valor pico a pico que é o dobro do valor máximo ou pico a pico. x. .8 - A onda senoidal (Tensão e Corrente Induzidas) Quando um conduto ma tensão é induzida neste circulação da corrente se o circuito estiver fechado. orrente é induzida no condutor. induzida é função da quantidade de fluxo cortado pelo po, que é, por sua vez, determinada pelos seguintes fatores: 1) A velocidade do condutor. guir, item a) nenhuma tensão ou corrente é induzida quando o ao fluxo porque nenhuma linha de fluxo o corta. to o fluxo, como no item b), alguma tensão é induzida orque algum fluxo é cortado pelo condutor. Para determinada velocidade do condutor, relação ao fluxo, mo m Imáx. = 1,41 x Eef. Assim: Epp. = 2 x Emá Ipp. = 2 x Imáx. 2 r corta um campo magnético, u condutor. Esta tensão causa a Portanto, podemos dizer que a c A amplitude da tensão condutor por unidade de tem 2) A densidade do fluxo. 3) O ângulo no qual os condutores cortam o fluxo magnético. Na figura a se condutor se move paralelamente Quando o movimen é de 45º com p há uma corrente induzida máxima quando o movimento é 90º em co ostra o item c). O sentido da corrente induzida (ou a polaridade de uma tensão induzida) é determinada por dois fatores: 1) A direção na qual o condutor está se movendo. 2) A polaridade do campo magnético ou da direção do fluxo. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 48
  49. 49. Eletrotécnica II A próxima figura mostra as quatro combinações possíveis do movimento e polaridade do condutor. O sentido da corrente induzida pode ser determinado usando-se a regra da mão direita, ilustrada na figura abaixo. Nesta figura, o dedo polegar indica a direção do movimento do condutor, o dedo indicador (apontando diretamente) está alinhado com a direção do fluxo e o dedo médio, a 90º dos outros dois dedos, indica a direção de circulação da corrente. Aplicando a regra da mão direita a figura anterior, seu dedo médio apontará para dentro da página para todos os diagramas com um X no condutor. 2.8.1 - Gerando a onda senoidal Uma onda senoidal é gerada quando um condutor é movimentado em sentido giratório num campo magnético. O condutor deve girar em um circulo perfeito e numa velocidade constante. O campo magnético deve ter uma densidade de fluxo uniforme. A SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 49
  50. 50. Eletrotécnica II geração de uma onda senoidal é ilustrada na figura abaixo. Na posição 1, o condutor está se movendo paralelamente ao fluxo e nenhuma tensão é induzida nele. A direção stantânea do condutor é indicada pela seta. Como o condutor gira da posição 1 para a posição 2, ele começa a cortar o fluxo em um pequeno ângulo. Então, uma pequena tensão é induzida no condutor. A corrente produzida por esta tensão está circulando para fora desta página, em nossa direção, como indicado pelo ponto (.) no condutor. Quando o condutor gira para as posições 3 e 4, o fluxo no condutor aumenta. Na posição 4, o condutor está se movendo perpendicularmente ao fluxo. O condutor, agora, corta o máximo fluxo por unidade de tempo. Portanto, está sendo produzida a tensão máxima, neste instante, como mostra o item b). É produzido o pico positivo da onda senoidal. À medida que o condutor se move para as posições 5 e 6, menos fluxo corta este condutor. Isto porque a direção do movimento do condutor faz o ângulo diminuir e então o condutor corta menos linhas de fluxo por unidade de tempo. Quando o condutor atinge a posição 7, nenhuma tensão está sendo produzida. Foi produzida a primeira alternação (meio ciclo positivo) da onda senoidal. Note no item a) que a direção na qual o condutor corta o fluxo é invertida quando o condutor deixa a osição 7. Então, a polaridade da tensão induzida é invertida e se inicia o ciclo negativo. zida a tensão de pico negativo no condutor. Finalmente, in p Na posição 10, está sendo produ quando o condutor retorna à posição 1, a tensão induzida cai para zero. O primeiro ciclo é completado; foi produzida uma onda senoidal. Cada rotação completa do condutor produz um ciclo de onda senoidal. 2.8.2 - Graus mecânicos e graus elétricos Na figura acima, item a), o condutor gira 360º (uma revolução), produzindo umaonda senoidal de um ciclo. O eixo horizontal, portanto, deve ser indicado em graus em vez de unidades de tempo. Isto é feito na próxima figura para doze posições do condutor na figura anterior. Pode ser visto que a onda senoidal atinge seu valor máximo entre 90º e 270º. Seu valor é zero em 0º (ou 360º) e 180º. Quando os graus são empregados para marcar o eixo horizontal de uma forma de onda, eles são chamados SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 50
  51. 51. Eletrotécnica II graus elétricos. A alternação de uma onda senoidal contém 180º elétricos; um ciclo contém 360º elétricos. A vantagem em marcar o eixo horizontal em graus em vez de unidades de tempo que os graus elétricos independem da frequência. Enquanto um ciclo tem 360º, o e o tempo são totalmente dependentes dela. campo produz dosi ciclos por rotação do condutor. A cada 45º de rotação (posição 1 para a posição 2, por exemplo), produzem-se 90º elétricos. O condutor na figura corta o fluxo sob o pólo sul e o pólo norte para cada 180º de rotação. Isto produz um ciclo (360º elétricos) para cada 180º mecânicos. é independente de sua frequência, o períod Quando o eixo horizontal é marcado em segundos, os números são diferentes para cada frequência. Então, o uso de graus elétricos é muito mais conveniente e prático. Na figura anterior o número de graus elétricos é igual ao número de graus mecânicos. Isto é, o condutor gira 360º mecânicos para produzir 360º elétricos da onda senoidal. Esta estreita relação entre os graus mecânicos e elétricos não é essencial. De fato, a maioria dos geradores CA produz mais de um ciclo por rotação. A próxima figura mostra um campo magnético produzido por dois pares de de pólos magnéticos. Este SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 51
  52. 52. Eletrotécnica II 2. erador CA Na seção precedente vimos como um condutor se movimentando dentro de um campo ma 9 - G gnético produz uma tensão CA. Agora, observaremos como esta tensão pode a figura abaixo, em a) a é composto de muitas obinas (bobinas da armadura). ser conectada à carga. As partes elétricas essenciais de um gerador CA são mostradas n it . Este tipo de gerador é chamado gerador elementar e é composto de uma única espira formada por dois condutores. O gerador comercial consiste em muitas espiras em série e em paralelo formando uma bobina. O conjunto de bobina é chamado enrolamento, que é confeccionado em torno de um núcleo de aço silício, e a esse conjunto dá-se o nome de armadura. O enrolamento da armadur b Na figura acima, item a), a espira é formada pelos condutores ab e cd e se move induzida na parte superior (condutor ab) da condutor ab e saindo no condutor cd e usa as identificações negativa e assim permanece enquanto o condutor cd estiver sob influência do pólo sul. Então ela permanece negativa nos próximos 180º. Após esses 180º, a escova se torna novamente positiva enquanto o condutor se move sob a influênca do pólo norte. Então a polaridade dos terminais de um gerador CA de dois pólos se inverte em cada 180º elétricos. No item a), o campo magnético do gerador é criado por um ímã permanente. Nos geradores comerciais, o campo magnético e criado por um eletroimã. O enrolamento de campo é alimentado através de uma fonte CC, de modo que a polaridade do campo nunca muda. Nos geradores de elevada potência, as bobinas (enrolamentos) são fixas. Em vez de rotativas, elas são estacionárias e o campo magnético gira em torno delas. O resultado final é o mesmo: a tensão é induzida nestes enrolamentos. através de um campo magnético. A tensão espira auxilia a tensão induzida na parte inferior (condutor cd) da espira. Ambas as tensões formam a corrente na mesma direção através da carga. O item b), mostra a corrente entrando no desenvolvidas nas seções anteriores. Novamente, um esboço mostra que as tensões e correntes induzidas nos condutores da espira rotativa se reforçam entre si. Note no item a), que o condutor cd sempre faz contato com o anel coletor 1, que é soldado ao terminal do condutor cd e gira com ele. Note ainda que a escova 1 está apoiada em cima do anel coletor 1 e é positiva em relação à outra escova quando a espira está na posição mostrada. Ela permanece positiva até que a espira gire mais 90º. Após isso, a escova 1 se torna SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 52
  53. 53. Eletrotécnica II 2.9.1 - Tensão gerada Como previamente determinado, a tensão induzida em um condutor rotativo é determinada pela densidade de fluxo e pela velocidade de rotação. No gerador, o enrolamento rotativo consiste em bobinas de várias espiras ligadas em série e/ou paralelo. A tensão induzida em cada espira da bobina auxilia a tensão induzida em outras espiras. Então, a tensão de saída do gerador é dependente de: 1) O número de espiras das bobinas rotativas (armadura). 2) A velocidade na qual as bobinas se movimentam. 3) A densidade de fluxo do campo magnético. 2.9.2 - Frequência de geração A velocidade na qual as bobinas do gerador giram influencia a frequência bem como a tensão de saída do gerador. A frequência da onda senoidal produzida pelo gerador é determinada pelo número de pólos do campo magnético e pela velocidade tacional das bobinas (rotações por minuto do eixo do gerador).ro Um gerador de dois pólos, com o da figura anterior, produz um ciclo a cada rotação. Se este gerador gira a 60 rotações por minuto (rpm), que é igual a 1 rps, a frequência é de 1 Hz (um ciclo por segundo). Um gerador de quatro pólos, numa velocidade de 60 rpm, produz uma frequência de 2 Hz. A formúla para calcular a frequência de saída de um gerador é: rpm Frequência = ---------- x par de pólos 60 Onde a frequência f é da em hertz. Qual é a frequência de um gerador de seis pólos girando numa velocidade de 1200 rpm? Dado : Par de pólos = 3 e velocidade = 1200 rpm Calcular : f rpm Conhecido : f = ----------- x par de pólos 60 1200 Solução : f = ----------- x 3 60 Hz 60 Resposta : A freqüência de saída do gerador é de 60 Hz. .10 - Vantagens da corrente a2 lternada ansformar corrente alternada de um nível de tensão para outro do enos comple é construída sem escovas e omutadores. Isto reduz, acentuad anutenção nos motores CA. É mais fácil tr que transformar corrente contínua. Esta é a principal razão por que a energia elétrica é distribuída na forma de corrente alternada. Nas áreas rurais, as linhas de transmissão de potência pode ser operadas em alta tensão ( mais de 500.000 Volts). Quando a linha de transmissão se aproxima do centro de consumo, a tensão deve ser reduzida (por um transformador) para uns poucos milhares de volts. Esta tensão mais baixa é então distribuída a alguns consumidores. motores CA são mOutra vantagem da corrente alternada é que os CAxos que os motores CC. A maioria dos motores amente, a incidência de mc SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 53
  54. 54. Eletrotécnica II 2 orrente alternada trifásica A eletricidade é produzida em uma instalação de geração de potência (usina) elétrica na forma de corrente alternada trifásica. A fase é muitas vezes abreviada com a notaçãoΦ. Portanto, trifásico é algumas vezes escrito como 3Φ. .11 - C Num sistema trifásico, figura abaixo, cada fase é uma onda senoidal. Cada fase é defasada em 120º elétricos das outras duas fases. A fase 2 na figura inicia seu ciclo positivo 120º depois da fase 1 mas 120º antes da fase 3. Uma inspeção da figura acima mostra que a soma algébrica das três fases em qualquer instante é zero. Por exemplo, em 60º, a fase 1 tem +8,66V, a fase 2 tem -8,66V e a fase 3 é zero. Em 150º, a fase 1 e a fase 2 tem +5V, enquanto a fase 3 tem -10V. Novamente a soma algébrica é zero. Em 260º as tensões positivas das fases 2 e 3 somadas são iguais em módulo, mas de sinal contrário à tensão da fase 1. Tome ualquer instante de tempo que você deseje e compare as três fases. Você concluirá queq a soma de duas das três fases é sempre igual em amplitude à terceira fase, mas de sinal contrário. 2.11.1 - Geração da corrente alternada trifásica Na figura abaixo, suponha três condutores afastados de 120º girando num campo magnético. Se cada condutor está eletricamente isolado dos outros dois e tem seu próprio anel coletor e escovas, então cada um produz uma onda senoidal. As três ondas noidais estão defasadasse gerador trifásico. em 120º elétricos entre si. Em outras palavras, temos um SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 54
  55. 55. Eletrotécnica II O desenho da figura acima representa o início (grau elétrico zero da fase 1) das formas de onda da figura anterior. Na figura acima o terminal reticulado de uma espira é considerado como ponto de referência para esta fase. Note que cada fase tem seu próprio ponto de referência. Então, a fase 2 é agora negativa e ficará mais negativa quando o gerador girar mais uns poucos graus. A fase 1 é agora zero e ficará positiva, e a fase 3 é positiva, mas decrescerá em valor. Note como isto concorda com a figura anterior. Quando a fase 1 na figura anterior se torna positiva, a fase 3 torna-se menos positiva e a fase 2 torna-se mais negativa. Na figura acim gerador girar 90º, a fase 1 estará no seu pico positivo, a fase 3 será negativa (e umentando em valor) e a fase 2 estará menos negativa. um a, após o a As três fases de um gerador podem ser conectadas, e, então, a carga pode ser conectada somente a três condutores. E somente três condutores são necessários para transportar a potência trifásica da geração para o local de consumo. As três fases de gerador são conectadas em delta, triângulo ou estrela. 2.11.2 - Conexão delta ou triângulo Uma conexão delta é mostrada na figura abaixo. Nesta, cada símbolo do gerador representa uma das fases do gerador trifásico. O ponto no terminal do símbolo do erador representa o terminal de referência do enrolamento de fase. Note que nesta unca são conectados juntos. A discussão g conexão os terminais de referência do gerador n seguinte supõe um sistema balanceado. Isto é, toas as tensões de fase são iguais e todas as cargas conectadas nos terminais são também equilibradas. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 55
  56. 56. Eletrotécnica II Na conexão delta, as três fases são conectadas em uma malha contínua. Nenhuma corrente circula pela malha até que uma carga seja aplicada aos terminais do gerador. Isto porque a soma de duas tensões quaisquer é igual em amplitude e oposta em sinal à outra fase. Por exemplo, as tensões nas fases 1 e 2 se somam entre si e a soma é 10 V, o que é exatamente igual aos 10 V da terceira fase, ou seja, da fase 3. Ainda que as tensões trifásicas se compensem entre si dentro de uma malha contínua, cada tensão de fase individual é prontamente disponível. A tensão senoidal completa produzida pela fase 1 do gerador está disponível entre as linhas 1 e 3, observe figura acima. A fase 2 está disponível entre 1 e 2, e a fase 3 entre as linhas 2 e 3. Então, as três fases podem servir uma carga em três linhas. Note na figura acima que a tensão entre qualquer duas linhas é exatamente igual a qualquer uma das tensões de fase. Em outras palavras, as tensões de linha e as de fase são as mesmas. Para uma conexão delta. Vlinha = Vfase Quando se conecta a carga em um gerador em delta, como na figura abaixo, a corrente elétrica circula na carga, linhas e enrolamentos de fase. Contudo, as correntes de linha e de fase não são iguais. Com cargas iguais conectadas, a corrente de linha é √3 vezes maior do que a corrente em cada fase. Para uma conexão delta Ilinha = √3Ifase As correntes de fase e as de carga são iguais. Portanto, as correntes de linha são também √3 vezes maiores do que as de carga. As correntes de linha não são iguais às de ase porque cada linha drena a corrente de duas fases. As cof fa rrentes de quaisquer duas zes estão defasadas 120º entre si. Note, na figura acima, que não está indicada nem a polaridade da tensão nem a direção da corrente, porque, num sistema CA, a polaridade e a direção se invertem periodicamente. Supõe-se que a corrente e a tensão estão em valores eficazes porque elas não são especificadas de outro modo. Lembre-se dos seguintes pontos sobre uma conexão delta equilibrada: 1) Nenhuma corrente circula no enrolamento de fase antes da conexão da carga. 2) A tensão de linha e a de fase são iguais. 3) A corrente de linha é √3 vezes maior do que a corrente de fase ou do que a corrente de carga. SENAI de Itajaí (SC) – A indústria do conhecimento Página 56

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