Aula 06 - Geracao de Corrente Alternada - Instalacoes Eletricas

Universidade Senai Cimatec Engenharia Química Instalações Elétricas Aula 06 Geração de Corrente Alternada Moisés Araujo Oliveira Professor Assistente Sistemas Embarcados moisesoliveirabadocentesenaibr Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 1 Sumário Introdução Corrente Alternada x Corrente Contínua Fasores Elementos de Circuitos Exercícios Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 2 Introdução Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 3 Introdução Alternador Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 4 Geradores de Corrente Alternada Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 5 Geradores de Corrente Alternada Gerador de corrente alternada de polos girantes e armadura estacionária Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 6 Geradores de Corrente Alternada Turbina hidráulica acionando o gerador Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 7 Armadura do estator de um gerador de CA Rotor de Alta Velocidade 1200rpm Construção compacta e robusta Superfície lisa sem saliências pronunciadas Projetado para operar em altas rotações acima de 1200 rpm Geralmente usado em geradores de usinas térmicas e motores de alta velocidade Menor número de polos normalmente 2 ou 4 polos Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 8 Rotor de Polos Salientes para Baixa Velocidade 1200rpm Anéis coletores visíveis na estrutura Polos claramente definidos e salientes Construção mais robusta para baixas velocidades Usado em geradores hidrelétricos e motores de baixa rotação Maior número de polos para compensar a menor velocidade Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 9 Comparação Tipo A Rotor liso com distribuição uniforme do campo magnético Tipo B Rotor de polos salientes com concentração do campo magnético nos polos As linhas do campo magnético são representadas pelas setas verdes mostrando como o campo se comporta diferentemente em cada configuração Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 10 Corrente Alternada x Corrente Contínua Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 11 Corrente Alternada x Corrente Contínua Contínua fluxo de cargas elétricas em um só sentido Alternada fluxo de cargas elétricas varia nos dois sentidos Alternada A tensão pode facilmente ser elevada ou abaixada Contínua A energia pode ser armazenada em baterias Menor custo nas linhas de transmissão menores distâncias e menos cabo Maior custo nas subestações Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 12 Onda Senoidal Frequência e Ângulo de Fase Número de repetições de um movimento Unidade Hertz Hz Frequência do sistema elétrico no Brasil f60 Hz Em outros países se usa 50 Hz Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 13 Onda Senoidal Valores Médio e Eficaz RMS VALOR MÉDIO Ciclo completo zero 12 ciclo 0636Ipico VALOR EFICAZ OU RMS Valor médio que no mesmo período de tempo transfere a mesma energia Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 14 Onda Senoidal Valores Médio e Eficaz RMS Corrente Eficaz valor constante de corrente que no mesmo intervalo de tempo produz a mesma quantidade de calor numa mesma resistência R Para um sinal periódico o valor eficaz é a raiz do valor médio quadrático Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 15 Onda Senoidal Valores Médio e Eficaz RMS Para a tensão o raciocínio segue da mesma forma Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 16 Fasores Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 17 Fasores Um movimento giratório que descreve uma senoide e viceversa Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 18 Fasores Uma senoide pode ser descrita por um vetor radial girante com modulo igual à sua amplitude valor de pico e mesma frequência angular ω A cada período ou ciclo completo o vetor radial girante está sempre na mesma posição angular inicial θ Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 19 Fasores Considerando que o vetor radial gira a mesma frequência angular ω constante da senoide de origem possui mesma frequência f e período que a senoide de origem a cada volta se encontra na mesma posição inicial correspondente ao ângulo de fase inicial θ da senoide de origem possui um módulo constante e igual ao valor de pico Vp da senoide de origem Então este vetor girante carrega todos os parâmetros que descrevem a senoide Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 20 Fasores Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 21 Número Complexo Um número complexo z pode ser escrito na forma retangular como zxjy onde j 1 X é a parte REAL e Y a parte IMAGINÁRIA Formas do número complexo Retangular Polar Exponencial Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 22 Número Complexo Conversão das grandezas Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 23 Números Complexos Operações z x jy rφ z₁ x₁ jy₁ r₁φ₁ z₂ x₂ jy₂ r₂φ₂ Adição z₁ z₂ x₁ x₂ jy₁ y₂ Subtração z₁ z₂ x₁ x₂ jy₁ y₂ Multiplicação z₁z₂ r₁r₂φ₁ φ₂ Divisão z₁z₂ r₁r₂ φ₁ φ₂ Inverso 1z 1r φ Raiz Quadrada z rφ2 Conjugado complexo z x jy rφ reʲΦ Note que 1j j Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 24 Fasores e Número complexo Tipo e Domínio Equação da Tensão Equação da Corrente Valor Instantâneo Domínio do Tempo Forma Trigonométrica vt Vp senω t θv it Ip senω t θi Fasor Domínio Fasorial Forma Polar V Vef θv Ĩ Ief θi Fasor Domínio Fasorial Forma Retangular V Vef cosθv j Vef senθv Ĩ Ief cosθi j Ief senθi Valor Eficaz Médio Quadrático RMS Vef Vp 2 Ief Ip 2 Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 25 Elementos de Circuitos Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 26 Fasores Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 27 Resistor Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 28 Indutor e Reatância Indutiva XL É a oposição à passagem de corrente alternada devido à indutância do circuito XL reatância Indutiva Ω f frequência Hz L Indutância H Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 29 Indutor e Reatância Indutiva XL Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 30 Impedância Indutiva ZL Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 31 Capacitor e Reatância Capacitiva Xc É a oposição à passagem de corrente alternada devido à capacitância do circuito XC reatância Capacitiva Ω f frequência Hz C Capacitância F Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 32 Capacitor e Reatância Capacitiva Xc Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 33 Impedância Capacitiva Zc Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 34 Impedância indutiva e capacitiva Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 35 Impedância indutiva e capacitiva Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 36 Exercícios 1 Uma instalação apresenta defeito em dois circuitos principais conectados ao painel elétrico Circuito do aquecedor R1 20Ω sistema de aquecimento de água Circuito de iluminação R2 100Ω conjunto de lâmpadas LED e fluorescentes Ambos os circuitos são alimentados em paralelo pela rede elétrica residencial de 120V 60Hz a Para verificar a capacidade do circuito determine a corrente total ITotalque passa em cada circuito a resistência equivalente vista pelo quadro Req e a potência total consumida pela instalação PTotal Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 37 Exercícios 1 b Para análise técnica da instalação Desenhe as formas de onda das tensões e correntes em cada circuito Construa o diagrama fasorial mostrando as correntes de cada circuito e a corrente total Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 38 Exercícios 2 Uma empresa possui um sistema de aquecimento que consiste em Um resistor de aquecimento de 50Ω Uma bobina indutiva choke de 70Ω de reatância indutiva Este circuito é alimentado por uma tensão alternada de 120V valor eficaz da rede elétrica industrial Este tipo de configuração é comum em fornos industriais onde o resistor fornece o aquecimento direto e a bobina indutiva ajuda a filtrar harmônicos e controlar a corrente Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 39 Exercícios 2 a Para dimensionar adequadamente o sistema e calcular o consumo energético determine A impedância total do circuito Z O ângulo de defasagem entre tensão e corrente θ A corrente que circula pelo sistema I A tensão sobre o elemento resistivo de aquecimento VR A tensão sobre a bobina indutiva VL b Para análise técnica do comportamento do circuito Desenhe as formas de onda da tensão aplicada e da corrente resultante Construa o diagrama fasorial mostrando as tensões e corrente Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 40 Exercícios 3 Uma empresa de iluminação está desenvolvendo uma luminária LED comercial que utiliza um circuito de correção do fator de potência O sistema é composto por Resistor de proteção R1 50Ω limita a corrente de partida e protege os LEDs Capacitor de correção XC 120Ω corrige o fator de potência indutivo natural dos drivers dos LEDs O circuito opera com uma corrente eficaz de 1A quando conectado à rede elétrica Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 41 Exercícios 3 a Para certificação do produto junto aos órgãos reguladores determine O ângulo de defasagem entre tensão e corrente θ A tensão sobre o resistor de proteção VR A tensão sobre o capacitor de correção VC A tensão total de alimentação necessária VT b Para documentação técnica do produto Desenhe as formas de onda da tensão de alimentação e corrente consumida Construa o diagrama fasorial mostrando as tensões e corrente Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 42 Exercícios 4 Uma indústria instalou um sistema de correção do fator de potência para otimizar o consumo de energia elétrica O sistema é composto por Carga resistiva 4Ω perdas nos condutores e equipamentos Reator indutivo XL 195Ω indutância dos motores e transformadores da fábrica Banco de capacitores XC 12Ω capacitores para correção do fator de potência Estes elementos estão conectados em série e a corrente de pico medida no sistema é de 2A Este tipo de configuração é fundamental na indústria para redução de custos e otimizar o dimensionamento da instalação elétrica Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 43 Exercícios 4 a Para avaliar a eficiência do sistema de correção calcule O ângulo de defasagem entre tensão e corrente θ A tensão sobre os elementos resistivos VR A tensão sobre o banco de capacitores VC A tensão total aplicada ao sistema VT b Para análise técnica do comportamento do circuito Desenhe as formas de onda da tensão total e corrente Construa o diagrama fasorial mostrando todas as tensões e a corrente Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 44 Referências NAHVI Mahmood EDMINISTER Joseph A Schaums Outline Of Theory And Problems Of Electric Circuits McGrawHill 2003 ALEXANDER Charles K SADIKU Matthew NO Fundamentos de circuitos elétricos AMGH Editora 2013 HAYT JR William H KEMMERLY Jack E DURBIN Steven M Análise de Circuitos em Engenharia AMGH Editora 2014 Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 45 Obrigado Dúvidas Contato moisesoliveirabadocentesenaibr Prof Moises Oliveira SENAI CIMATEC Instalações Elétricas Aula 6 Corrente Alternada 46