Eletricidade Aplicada - Introdução à Eletricidade: Átomos, Carga Elétrica e Corrente

ESAMC Eletricidade Aplicada ESAMC Módulo A ESAMC MÓDULO A INTRODUÇÃO À ELETRICIDADE A estrutura do átomo Os átomos são constituídos por elétrons prótons e nêutrons Os elétrons são as cargas negativas fundamentais da eletricidade os prótons são as cargas positivas e os nêutrons são as cargas neutras A carga elétrica Certos átomos são capazes de ceder elétrons e outros capazes de receber elétrons Por isso é possível produzir uma transferência de elétrons de um corpo para o outro Quando isso ocorre um corpo fica com excesso de elétrons por isso carregado negativamente e o outro terá um excesso de prótons por isso carregado positivamente Cargas iguais se repelem cargas opostas se atraem O Coulomb A quantidade de carga elétrica que um corpo possui é determinada pela diferença entre o número de prótons e o número de elétrons que o corpo contém O símbolo de carga elétrica é representado pela letra Q e sua unidade é o Coulomb C Exemplo Q 625x1018 Isso significa que a carga de um Coulomb negativo possui 625x1018 elétrons a mais que prótons O campo eletrostático A característica fundamental de uma carga elétrica é sua capacidade de exercer uma força Esta força está presente no campo eletrostático que envolve cada corpo carregado Quando dois corpos de polaridade opostas são colocados próximos um do outro o campo eletrostático se concentra na região compreendida entre eles Diferença de potencial Em virtude dessa força do campo eletrostático uma carga é capaz de realizar trabalho ao deslocar uma outra carga por atração ou repulsão A capacidade de uma carga realizar trabalho é chamada de potencial Quando uma carga for diferente da outra haverá uma diferença de potencial ddp A soma de todas as ddps é conhecida como força eletromotriz fem A unidade fundamental da ddp é o volt V Em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta A ddp é chamada de tensão elétrica Corrente elétrica O movimento ou fluxo de elétrons é chamado de corrente Para se produzir a corrente elétrica os elétrons devem se deslocar pelo efeito de uma diferença de potencial A corrente é representada pela letra I e a sua unidade é o ampère A Em homenagem ao físico francês AndréMarie Ampère Um ampère é definido como o deslocamento de um coulomb durante o intervalo de um segundo Corrente elétrica Num condutor de cobre por exemplo os elétrons livres são cargas que podem ser deslocadas com relativa facilidade ao ser aplicada uma diferença de potencial Elas são deslocadas no sentido negativo para o positivo sentido real Para analises de circuitos elétricos a corrente pode ser analisada no sentido convencional que é do positivo para o negativo Resistência elétrica A resistência elétrica é a oposição ao fluxo de corrente É medida em ohms e é representada pela letra R Seu símbolo é o Ω Definese ohm como a quantidade de resistência que limita a corrente num condutor a um ampère quando a tensão aplicada for um volt Relação Tensão corrente e resistência A relação entre essas três grandezas pode ser ilustrada pela figura abaixo Fontes de eletricidade Para se gerar eletricidade existem alguns meios que serão descritos abaixo a Bateria química Consiste numa combinação de materiais que produz cargas opostas em dois metais diferentes que servem como terminais negativo e positivo Exemplo pilhas baterias automotivas e etc b Gerador É uma máquina na qual se usa a indutância eletromagnética para produzir uma tensão por meio da rotação de bobinas de fio através de um campo eletromagnético estacionário Exemplo hidrelétricas termoelétricas nucleares geradores industriais à diesel Tensões e correntes Tensão e corrente CC corrente contínua É a corrente que flui em apenas um sentido As fontes de tensão e corrente contínua mantém a mesma polaridade da tensão de saída A medida que o tempo passa a tensãocorrente mantêmse na mesma polaridadesentido Esse tipo de tensão e corrente é utilizado em equipamentos e circuitos eletrônicos Tensões e correntes Tensão e corrente CA corrente alternada A tensãocorrente alternada inverte ou alterna periodicamente a sua polaridade e seu sentido também alterna periodicamente Esse tipo de tensão e corrente é usado largamente na distribuição de energia elétrica feita pelas concessionárias ELETROMAGNETISMO A natureza do magnetismo A maioria dos equipamentos eletroeletrônicos dependem do magnetismo O fenômeno do magnetismo foi descoberto pelos chineses por volta de 2637 aC que chamavam os imãs usados nas bússolas primitivas de pedrasguias Os imãs são pedaços de minério de ferro conhecidos como magnetita Como no seu estado natural a magnetita apresenta propriedades magnéticas esses pedaços de minério eram classificados como imãs naturais O único imã natural que existe além da magnetita é o próprio planeta terra Os demais são imãs artificiais Todo imã tem dois pontos opostos que atraem prontamente pedaços de ferro Esses pontos são chamados de polos sendo o polo norte e o polo sul MAGNETISMO Exatamente da mesma maneira que cargas elétricas iguais se repelem e as opostas se atraem os polos magnéticos iguais se repelem e os opostos se atraem O imã atrai um pedaço de ferro graças a força do campo magnético que embora invisível é possível evidenciar com o experimento da limalha de ferro conforme figura abaixo MAGNETISMO Fluxo magnético É o conjunto de linhas do campo magnético que emergem do polo norte para o polo sul do imã A unidade de fluxo magnético é Weber Wb e o símbolo é a letra grega Φ fi Um Weber é igual a 1x108 linhas de campo magnético Por ser um valor muito alto é muito comum se expressar em microweber μWb Exemplo Um fluxo magnético tem 3000 linhas Calcular o nº de Webers Φ 3000 linhas 1x108 3x103 108 30x106 Wb 30 μWb MAGNETISMO Densidade de fluxo magnético A densidade de fluxo magnético é o número de linhas de indução por unidade de área A unidade B é o tesla MAGNETISMO Materiais magnéticos Os materiais magnéticos são aqueles que são atraídos ou repelidos pelo imã e que podem ser magnetizados por eles mesmos O ferro e o aço são os materiais magnéticos mais comuns Os imãs permanentes são materiais magnéticos que conseguem manter o magnetismo quando o elemento magnetizador se afasta Os imãs temporários não tem essa capacidade A permeabilidade é a capacidade do material magnético de concentrar o fluxo magnético Materiais magnéticos Materiais ferromagnéticos Ferro aço níquel cobalto e algumas ligas comerciais O ferrite apesar de não ser magnético possui as propriedades ferromagnéticas do ferro e tem uma permeabilidade na faixa de 50 a 3000 e uma aplicação comum como núcleo de transformadores de radiofrequência Materiais paramagnéticos Alumínio platina manganês e cromo Tem uma permeabilidade relativa ligeiramente maior que 1 Materiais diamagnéticos Bismuto antimônio cobre zinco mercúrio ouro e prata Tem uma permeabilidade relativa menor que 1 ELETROMAGNETISMO Em 1819 o cientista dinamarquês Oersted descobriu a relação entre magnetismo e a corrente elétrica A corrente elétrica ao circular por um material condutor produz um campo magnético em torno do condutor A intensidade do campo magnético depende da intensidade da corrente elétrica A regra da mão direita é uma forma conveniente de se determinar a relação entre o fluxo da corrente e o sentido das linhas de força do campo magnético em volta do condutor INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA Em 1831 Michael Faraday descobriu o princípio da indução eletromagnética Esse princípio diz que se um condutor atravessar linhas de força magnética ou se as linhas de força magnética atravessarem um condutor vai ser induzida uma força eletromotriz fem ou uma tensão nos terminais do condutor Quando as linhas de força atravessam ou condutor ou viceversa é induzida uma tensão no condutor É preciso existir movimento relativo entre o condutor e as linhas de força Mudando o sentido do movimento mudase o sentido da tensão induzida LEI DE FARADAY DA TENSÃO INDUZIDA O valor da tensão induzida depende do número de espiras da bobina e da velocidade com que o condutor atravessa as linhas de força Vind Tensão induzida em Volts N número de espiras da bobina ΔΦΔt velocidade com que o fluxo atravessa o condutor em Wbs LEI DE FARADAY DA TENSÃO INDUZIDA Exemplo O fluxo de um eletroímã é de 6 Wb O fluxo aumenta uniformemente até 12 Wb em 2 segundos Qual a tensão induzida numa bobina de 10 espiras Vind 10 3 30V Vind Tensão induzida em Volts N número de espiras da bobina ΔΦ 6 Wb Δt 2s ΔΦΔt 3 Wbs GERAÇÃO TRANSMISSÃO DISTRIBUIÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA NOÇÕES COMO A ENERGIA ELÉTRICA CHEGA EM SUA CASA LAGO OU RIO REPRESADO BARRAGEM COMPORTA ÁGUA SOB PRESSÃO GERADOR TURBINA SUBESTAÇÃO TRANSFORMADORA ELEVADORA LINHA DE TRANSMISSÃO RIO SUBESTAÇÃO TRANSFORMADORA REBAIXADORA REDE ELÉTRICA DO MUNICÍPIO PADRÃO SUA CASA A barragem repres a água do rio A água move as turbinas gerando energia Esta energia é aumentada na Subestação Elevadora e vai para os fios cabos condutores nas torres Linha de Transmissão levam essa energia grande até as Subestações Rebaixadoras perto das cidades que diminuem a energia para enviar para os postes da rede municipal Os postes levam esta energia até o padrão da sua casa ou escola hospital fábrica etc GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A eletricidade dividese em duas formas clássicas a eletrostática parte da eletricidade que estuda as cargas elétricas em repouso ou que não registram qualquer movimento fluidez ou escoamento e a eletrodinâmica parte da eletricidade que estuda as cargas elétricas em movimento em fluidez ou escoamento Na natureza entretanto somente encontramos a eletrostática que surge a rigor a partir de descargas atmosféricas promovidas a partir de diferenças de potencial entre duas massas de potenciais diferentes que nesse caso será entre nuvens ou entre nuvens e o solo A eletrodinâmica só pode existir em nível artificial ou seja não existe gerada por fenômenos naturais apenas pela intervenção humana A eletrodinâmica é o tipo de eletricidade produzida para fins comerciais Empresas que possuem a concessão estatal para produção transmissão e distribuição de energia elétrica conhecidas como concessionárias de energia elétrica podem ser de iniciativa privada ou de propriedade do Estado GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A geração transmissão e distribuição de energia elétrica são o princípio de funcionamento de qualquer sistema elétrico existente seja uma simples lâmpada na sala de casa ou até mesmo complexos industriais com grandes máquinas e equipamentos Se a energia elétrica não for gerada transportada e distribuída para os centros de utilização não é possível movimentar a tecnologia atual A norma NBR 54601992 define essa arquitetura como SEP Sistema Elétrico de Potência O SEP é o conjunto de equipamentos e instalações destinadas à geração transmissão e distribuição de energia elétrica até a medição inclusive GERAÇÃO Usina Hidroelétrica Transformador TRANSMISSÃO Subestação Transmissora CONSUMIDORES COMERCIAIS E INDUSTRIAIS DISTRIBUIÇÃO Subestação Distribuidora DISPOSITIVOS DE AUTOMAÇÃO DA DISTRIBUIÇÃO COMSUMIDORES RESIDENCIAIS GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A energia elétrica é gerada através do princípio do eletromagnetismo onde um condutor elétrico gira dentro de um campo eletromagnético produzido por um gerador O funcionamento do gerador é baseado na indução de força eletromotriz o modelo mais simples é composto por uma espira tipo de circuito elétrico que produz um campo magnético e eletricidade Uma turbina é responsável por fazer a espira girar gerando uma corrente elétrica Em geral a corrente alternada consegue atingir uma tensão maior que a corrente contínua conseguindo chegar mais longe sem perder a força Apesar de ser mais vantajosa no que diz respeito à economia a corrente alternada é considerada mais perigosa justamente por trabalhar com tensões elevadas O gerador de energia é uma máquina elétrica que converte energia mecânica em energia elétrica Essa produção de energia elétrica pode ocorrer por meio de diversas fontes de geração dentre elas termelétricas eólicas hidrelétricas fotovoltaicas termonucleares etc Nas grandes usinas geradoras o nível de tensão na saída dos geradores está normalmente na faixa de 6000V a 25000V Exemplo de usina hidrelétrica Exemplo de usina termoelétrica Exemplo de usina de queima de combustível Exemplo de usina nuclear Exemplo de usina eólica Exemplo de usina marítima Em alternativa à conversão de energia mecânica em elétrica pode ser utilizada a energia solar Esta energia é obtida por meio de placas fotovoltaicas de material semicondutor que ao receber luz produz corrente elétrica Essa corrente é contínua e é convertida em alternada por um inversor Sua aplicação está crescendo no mercado É muito comum em residências e pequenas edificações TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Após a energia ser gerada nas centrais geradores ela é transmitida aos centros urbanos Em função das centrais geradoras ficarem longe dos centros urbanos essa energia gerada tem que ser transmitida em altas tensões para reduzir as perdas no caminho que normalmente são da ordem de centenas de quilômetros As redes de transmissão de energia propiciam o transporte da eletricidade produzida pelas usinas geradoras às diversas subestações de alteração de tensão elétrica por meio de cabos aéreos fixados em grandes torres de metal Decorrida a travessia de longas distâncias a eletricidade irá se aproximar dos centros de consumo onde outras subestações irão diminuir a tensão elétrica para que seja iniciado o processo de distribuição O processo de transmissão é parte integrante do Sistema Interligado Nacional SIN que utiliza a malha de transmissão para transferir a energia entre os diversos subsistemas TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A evolução da instalação de linhas de transmissão constitui tema da maior relevância para o setor elétrico brasileiro em razão dos altos investimentos envolvidos e da alta demanda A medida de evolução empregada é a de quilômetros de linhas de energia Km Junto às usinas subestações elevadoras transformam a energia para um nível de tensão adequado o qual é função da potência a transportar e às distâncias envolvidas O transporte de energia é realizado por diferentes segmentos da rede elétrica que são definidos com base na função que exercem Transmissão redes que interligam a geração aos centros de carga Interconexão interligação entre sistemas independentes Subtransmissão rede para casos onde a distribuição não se conecta a transmissão havendo estágio intermediário de repartição da energia entre várias regiões TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA As tensões usuais de transmissão adotadas no Brasil em corrente alternada podem variar de 138 kV até 765 kV incluindo neste intervalo as tensões de 230 kV 345 kV 440 kV e 500 kV Os sistemas ditos de subtransmissão contam com níveis mais baixos de tensão tais como 345 kV 69 kV ou 88 kV e 138 kV e alimentam subestações de distribuição cujos alimentadores primários de saída operam usualmente em níveis de 138 kV DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA As empresas distribuidoras de energia concessionárias são responsáveis pela entrega de energia e assim como acontece com o sistema de transmissão a distribuição é constituída por fios condutores postes transformadores e equipamentos de medição controle e proteção das redes elétricas O sistema de distribuição é muito mais amplo e ramificado que o de transmissão pois tem por objetivo chegar aos domicílios e empresas de todos os consumidores finais A composição das redes de distribuição possui linhas de média e baixa tensão A potência da energia distribuída e entregue pode ser dividida em Redes elétricas primárias Redes de distribuição de média tensão que além do papel de distribuição pelos centros urbanos e áreas rurais atendem a médias e grandes empresas e indústrias Qualquer instalação elétrica que tenha carga instalada acima de 75kW já é obrigatoriamente atendida pela rede elétrica primária Essa rede elétrica opera na tensão nominal normalmente 13800V em algumas regiões pode variar DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Redes elétricas secundárias Redes de distribuição de baixa tensão que atendem consumidores residenciais pequenos estabelecimentos comerciais e industriais com carga instalada máxima de 75kW além da iluminação pública UTILIZAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Depois de distribuída a energia elétrica chega até os consumidores que podem ser residenciais comerciais e industriais onde a energia elétrica é transformada em energia mecânica para girar alguma máquina energia térmica para aquecimento de água em iluminação e em circuitos eletroeletrônicos para controle automação e conforto das atividades cotidianas Com base no gráfico acima e nas atividades de sua família trace metas para diminuir o consumo de energia elétrica em sua residência UTILIZAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A utilização da energia elétrica no campo profissional requer pessoas qualificadas para operar e fazer manutenções adequadas a fim de se garantir a segurança dos usuários e o uso consciente e racional da energia elétrica CHOQUE ELÉTRICO httpwww1papacaiocombrspawimages choquegif O que fazer Características da eletricidade sob o ponto de vista da segurança do trabalho I VR CAMINHO DE MENOR RESISTÊNCIA INVISÍVEL LESÕES GRAVES OU MORTE PERIGOSA PREGUIÇOSA Choque elétrico Choque elétrico Conjunto de perturbações de natureza e efeitos diversos que se manifesta no organismo humano ou animal quando este é percorrido por uma corrente elétrica Choque estático Descarga eletrostática ou descarga de um capacitor Choque dinâmico Contato com algum elemento energizado parte viva direta ou indiretamente Choque elétrico Contato direto falha de isolação ou remoção das partes isolantes com toque acidental da pessoa em parte energizada fase terraPE Contato indireto através do contato da pessoa com a parte metálica carcaça do aparelho que estará energizada por falha de isolação com interrupção ou inexistência do condutor de proteção terraPE Choque elétrico Gráfico com zonas tempo x corrente e os efeitos sobre as pessoas IEC 604791 percurso mão esquerda ao pé Zonas Limites Efeitos Fisiológicos AC1 Até 05 mA Curva a Percepção possível mas geralmente não causa reação AC2 05 mA até curva b Provável percepção e contrações musculares involuntárias porém sem causar efeitos fisiológicos AC3 A partir da curva b para cima Fortes contrações musculares involuntárias dificuldade respiratória e disfunções cardíacas reversíveis Podem ocorrer imobilizações e os efeitos aumentam com o crescimento da corrente elétrica normalmente os efeitos prejudiciais podem ser revertidos AC4 Acima da curva c1 Efeitos patológicos graves podem ocorrer inclusive paradas cardíacas paradas respiratórias e queimaduras ou outros danos nas células A probabilidade de fibrilação ventricular aumenta com a intensidade da corrente e do tempo c1c2 AC41 Probabilidade de fibrilação ventricular aumentada até aproximadamente 5 c2c3 AC42 Probabilidade de fibrilação ventricular de aproximadamente 50 Além da curva c3 AC43 Probabilidade de fibrilação ventricular acima de 50 Choque elétrico Tensão de contato V Duração máxima seg 50 Infinito 50 5 75 060 90 045 110 036 150 027 220 017 280 012 Duração máxima da tensão de contato CA Tensão de contato V Duração máxima seg 120 infinito 120 5 140 1 160 05 175 02 200 01 250 005 310 003 Duração máxima da tensão de contato CC Choque elétrico httpwwwmetrospgovbrturmadometroconhecametrobrincandosegurancanometroredeeletricaredeeletricashtml Choque elétrico Mortes por choque elétrico em 2019 Região sudeste Fonte anuário estatístico de acidentes de origem elétrica 20192020 abracopel Módulo B ESAMC MÓDULO B CIRCUITOS DE CORRENTE CONTÍNUA SÉRIE PARALELO E MISTO Momento TBL Item 21 ESAMC A LEI DE OHM Conhecer a Lei de Ohm uma lei básica da eletricidade mesmo com toda tecnologia atual é de fundamental importância para compreender os circuitos eletroeletrônicos 1ª Lei de ohm A 1ª Lei de ohm estabelece uma relação matemática entre a corrente tensão e resistência Corrente elétrica O movimento ordenado ou fluxo ordenado de elétrons por um condutor Tensão elétrica A capacidade de uma carga realizar trabalho Força eletromotriz Resistência A oposição ao fluxo de corrente 1ª Lei de ohm A relação matemática entre essas três grandezas é representada pelas seguintes fórmulas A corrente é igual a tensão aplicada ao circuito dividida pela resistência I V R 1ª Lei de ohm A resistência é igual a tensão aplicada ao circuito dividida pela corrente R V I A tensão é igual a corrente que passa pelo circuito multiplicada pela resistência do circuito V R x I I AMPERES CURRENT R OHMS RESISTANCE E VOLTS ELECTROMOTIVE FORCE R E I E I x R I E R ESAMC 1ª Lei de ohm POTENCIA ELÉTRICA A primeira lei de ohm também pode ser aplicada na potência elétrica relacionandoa à tensão e à corrente V P I P V x I I P V 2ª LEI DE OHM A 2ª Lei de ohm estabelece que a resistência elétrica de um condutor homogêneo de secção transversal constante é diretamente proporcional ao seu comprimento e inversamente proporcional à sua área de secção transversal e depende do material do qual ele é feito A resistividade é uma característica do material usado na constituição do condutor A seguir temos a resistividade de alguns metais mais utilizados nas industrias eletroeletrônicas Cobre 00173 Ωmm²m Alumínio 00278 Ωmm²m Ouro 0024 Ωmm²m Prata 00158 Ωmm²m Tungstênio 005 Ωmm²m Estanho 01195 Ωmm²m Bronze 00670 Ωmm²m Grafite 1300 Ωmm²m 2ª LEI DE OHM Pegando um condutor cilíndrico de comprimento L e de secção transversal A veremos que sua resistência elétrica será maior quando o comprimento L for maior e a secção A for menor e a resistência elétrica será menor quando o comprimento L for menor e a secção A for maior e depende do material do qual é constituído o condutor EXERCÍCIOS 1ª LEI DE OHM 1 Calcule a corrente quando a tensão for 120V e a resistência for 30Ω 2 Calcule a resistência quando a tensão for 220V e a corrente for 11A 3 Calcule a tensão quando a corrente for 35A e a resistência for 20Ω EXERCÍCIOS 2ª LEI DE OHM 1 Calcule a resistência de um circuito de cobre com 10 metros de comprimento e seção de 25mm² 2 Calcule a resistência do mesmo circuito substituindo o cobre por alumínio 3 Qual o percurso máximo para um condutor de cobre de 05mm² apresentar uma resistência de 200mΩ Um circuito série é aquele que permite somente um percurso para a passagem da corrente elétrica Num circuito série a corrente I é a mesma em todos os pontos do circuito Isso quer dizer que a corrente que passa pelo resistor 1 é a mesma que passa pelo resistor 2 pelo resistor 3 e assim por diante Circuitos SÉRIE de corrente contínua Quando as resistências são ligadas em série a resistência total equivalente do circuito é igual a soma de todas as resistências RT R1 R2 R3 Rn Exemplo R1 50Ω R2 75Ω R3 100Ω Circuitos SÉRIE de corrente contínua Circuitos SÉRIE de corrente contínua A tensão total através de um circuito em série é igual a soma das tensões de cada resistor Podese dizer também que a soma das tensões nos resistores é igual a tensão da fonte VT V1 V2 V3 Vn Circuitos SÉRIE de corrente contínua Resolução de circuitos série de corrente contínua Calcular a corrente do circuito e as tensões em cada resistor R1 50Ω R2 75Ω E 15V Circuitos PARALELO de corrente contínua Um circuito paralelo é aquele que no qual dois ou mais componentes estão ligados na mesma fonte de tensão Num circuito paralelo a corrente I é se divide nos componentes e a tensão é a mesma em todos eles A corrente total do circuito em paralelo é igual a soma das correntes de cada resistor IT I1 I2 I3 In Circuitos PARALELO de corrente contínua Quando as resistências são ligadas em paralelo a resistência total equivalente do circuito é igual ao inverso da soma dos inversos todas as resistências 1 1 1 1 1 RT R1 R2 R3 Rn Circuitos PARALELO de corrente contínua Resolução de circuitos paralelo de corrente contínua Calcular as correntes em cada resistor e a corrente total Circuitos MISTO de corrente contínua Um circuito misto é a combinação das duas associações anteriores série e paralelo no mesmo circuito sendo necessário entender e aplicar as duas associações para resolução do problema Circuitos MISTO de corrente contínua Resolução ir eliminando o circuito por meio de resistores equivalentes parciais até chegar no resistor equivalente total para encontrar a corrente total do circuito Circuitos MISTO de corrente contínua Resolução ir eliminando o circuito por meio de resistores equivalentes parciais até chegar no resistor equivalente total para encontrar a corrente total do circuito Circuitos MISTO de corrente contínua Resolução ir eliminando o circuito por meio de resistores equivalentes parciais até chegar no resistor equivalente total para encontrar a corrente total do circuito Circuitos MISTO de corrente contínua Resolução ir eliminando o circuito por meio de resistores equivalentes parciais até chegar no resistor equivalente total para encontrar a corrente total do circuito Circuitos MISTO de corrente contínua Resolução ir eliminando o circuito por meio de resistores equivalentes parciais até chegar no resistor equivalente total para encontrar a corrente total do circuito ASSOCIAÇÃO DE GERADORES Muitas vezes se faz necessário associar geradores para poder atingir um certo valor de tensão ou um certo valor de corrente Isso depende do tipo de associação Na associação série de geradores é possível aumentar o nível de tensão porém a corrente máxima disponível no circuito será a nominal do gerador Na associação paralelo de geradores é possível aumentar o nível de corrente injetada no circuito porém a tensão máxima disponível no circuito será a nominal do gerador Associação SÉRIE de Geradores 1 150 2 300 Associação PARALELO de Geradores 1 150 3 150 Momento Peer to peer Item 24 Módulo C MÓDULO C CIRCUITOS DE CORRENTE ALTERNADA CIRCUITOS MONOFÁSICOS Momento TBL Item 31 TENSÃOCORRENTE ALTERNADA Uma tensão alternada CA é aquela cujo módulo varia continuamente e cuja polaridade é invertida periodicamente O eixo zero é uma linha horizontal que passa pelo centro As variações na onda de tensão mostram as variações do módulo As tensões acima do eixo horizontal são positivas e as tensões abaixo do eixo horizontal são negativas TENSÃOCORRENTE ALTERNADA Ciclo é a parte da onda que não se repete acima temos um ciclo começando em A e terminando em A Frequência É o número de ciclos por segundo Unidade de medida Hertz Hz Exemplo Um sinal com 60Hz possui 60 ciclos em 1 segundo Período É o tempo em segundos de cada ciclo da onda senoidal TENSÃOCORRENTE ALTERNADA Cálculo da frequência F 1 T F Frequência em Hz T Período em segundos Cálculo do período T 1 F F Frequência em Hz T Período em segundos TENSÃOCORRENTE ALTERNADA Exemplo 1 Qual o período de um sinal que tem 60 ciclos por segundo F 60 Hz T 1F T 160 T 0016667s ou 16667 ms Exemplo 2 Qual a frequência de um sinal que tem um período tempo de 45ms T 45 ms F 1T F 145x103 F 2222 Hz Tensão de pico A tensão de pico ou simplesmente Vp ou também Amplitude é uma forma de onda de tensão que é medida a partir do eixo horizontal na marca de referência de 0 altura até a parte superior da forma de onda chamada de crista da forma de onda Tensão de pico a pico A tensão de pico a pico ou simplesmente Vpp é uma forma de onda de tensão que é medida a partir da parte inferior da forma de onda até a parte superior da forma de onda Muitas vezes a tensão de pico e a tensão de pico a pico são confundidas devendose prestar atenção na forma de onda Portanto a tensão de pico a pico é o dobro do valor da forma de onda de tensão de pico Vpp 2 Vp Tensão eficaz ou tensão RMS Em matemática a raiz do valor quadrático médio ou RMS do inglês Root Mean Square ou valor eficaz é uma medida estatística da magnitude de uma quantidade variável Um valor eficaz ou RMS de uma onda periódica de tensão ou corrente está relacionado com a potência dissipada em uma resistência O valor eficaz ou RMS representa o valor de uma tensão ou corrente contínua que produz a mesma dissipação de potência que a tensão periódica O valor eficaz ou RMS representa 707 do valor de pico Portanto para se calcular a tensão eficaz utilizase a seguinte fórmula Vef 0707Vp ou Vef Vp 2 Tensão média O valor médio de uma onda periódica de tensão ou corrente está relacionado com a componente contínua desta onda e sua importância se dá com o resultado do sinal após uma filtragem O valor médio ou Vmed representa 636 do valor de pico Portanto para se calcular a tensão média utilizase a seguinte fórmula Vmed 0636Vp ou Vmed 2Vp π rms 0707 do valor de pico média 0636 do valor de pico Valor médio Valor rms Valor de pico Valor de pico picoapico Amplitude v ou i 0 90 180 270 360 TABELA DE CONVERSÃO PARA CORRENTE E TENSÃO SENOIDAL CA TENSÃOCORRENTE ALTERNADA Uma tensão alternada CA é gerada pelo alternador conforme imagem abaixo Vídeo httpswwwyoutubecomwatchvCeEf1Csdaic RESISTÊNCIA EM CIRCUITOS DE CORRENTE ALTERNADA Num circuito CA somente com resistências as variações na corrente ocorrem em fase com a tensão aplicada Isso significa que para circuitos somente resistivos as análises podem ser feitas pelos mesmos métodos usados para os circuitos CC CIRCUITOS INDUTIVOS Um indutor ou bobina consiste num fio enrolado helicoidalmente sobre um núcleo que pode ser ar ferro ou ferrite Simbolo L Representação O fio enrolado tem a capacidade de induzir tensão em si mesmo quando a corrente varia Essa capacidade é chamada de indutância e sua unidade de medida é o Henry H Um henry é quantidade de indutância que 1A por segundo consegue induzir com 1V A indutância armazena energia na forma de campo magnético Se numa tensão CA a tensão aplicada VT for somente para um circuito puramente indutivo a corrente CA resultante que passa pela indutância IL estará atrasada 90º com relação à tensão da indutância VL CIRCUITOS INDUTIVOS REATÂNCIA INDUTIVA A reatância indutiva XL é a oposição que o indutor oferece à corrente A unidade de XL é o ohm e sua fórmula é dada por REATÂNCIA INDUTIVA Exemplo Um circuito é formado por uma bobina de 20mH à uma frequência de 950kHz Qual a reatância indutiva XL 628 950x103 20x103 XL 1193 kΩ CIRCUITO RL SÉRIE Quando uma bobina tem uma resistência em série a corrente é limitada tanto por R quando for XL O valor da corrente é o mesmo Já a tensão no resistor é VR R x I e a tensão no indutor é VL XL x I CIRCUITO RL SÉRIE Obs Na indutância corrente está atrasada 90 com relação a tensão VL A tensão total é a soma fasorial de VR e VT e formam de um triângulo retângulo Para encontrar a tensão total aplicase o teorema de Pitágoras e portanto IMPEDÂNCIA RL SÉRIE A oposição que o indutor associado a um resistor oferece à passagem da corrente depende do valor de R e do valor de XL Essa oposição chamase impedância dada em Ω e representada pela letra Z EXEMPLO a Um circuito RL série tem uma bobina de 557 mH e um resistor de 6Ω Qual a corrente total para uma tensão de 110V e 60Hz b Um circuito RL série tem corrente total de 1A uma bobina de 13269mH e um resistor de 50Ω com frequência de 60 Hz Calcule VR VL VT e ZT CIRCUITO RL PARALELO No circuito RL paralelo a tensão total VT é a mesma em R e em XL Porém a corrente fornecida é dividida entre R e XL e a corrente total é a soma vetorial de IR e IL IMPEDÂNCIA RL PARALELO No caso geral de impedância quando se tem IT considerar ZT VT IT EXEMPLO Um circuito RL paralelo tem uma tensão de 100V num resistor de 20Ω e num resistor de 20Ω de XL Calcule IR IL IT e ZT Exercícios propostos 1 Uma fonte de 60V em 1500 Hz é aplicado aos terminais de um alto falante com 5kΩ de resistência e 22H de indutância em série Qual corrente consumida e a impedância total 2 Um resistor de 20Ω e uma bobina de 4777mH são dispostos em paralelo numa linha de 120V em 50Hz Calcule as correntes nos ramos a corrente total e a impedância total CIRCUITOS CAPACITIVOS O capacitor é um dispositivo elétrico formado por duas placas condutoras de metal separadas por um material isolante chamado dielétrico O capacitor armazena a carga elétrica no dielétrico As duas placas do capacitor são eletricamente neutras e portanto o capacitor não possui carga ao ligar o capacitor à uma fonte de eletricidade a carga negativa de uma placa é atraída para o terminal positivo da fonte e a carga positiva da outra placa é atraída para o terminal negativo da fonte Após carregado o capacitor permanece nesta condição até que a fonte seja retirada CIRCUITOS CAPACITIVOS Capacitância Eletricamente a capacitância é a capacidade de armazenamento de carga elétrica A capacitância é igual à quantidade de carga que pode ser armazenada num capacitor dividida pela tenção aplicada às placas A unidade de capacitância é o farad F O farad é a capacitância que armazena um coulomb de carga no dielétrico quando a tensão aplicada aos terminais do capacitor é de um Volt CIRCUITOS CAPACITIVOS Reatância Capacitiva XC A reatância capacitiva XC é a oposição que o capacitor oferece ao fluxo de corrente CA A unidade de reatância capacitiva é o ohm Podese calcular a reatância capacitiva através da equação CIRCUITOS CAPACITIVOS Reatância Capacitiva XC Exemplo Um capacitor num circuito de telefone tem uma capacitância de 3 µF Que corrente passa através dele com 15V em 800Hz Se numa tensão CA a tensão aplicada VT for somente para um circuito puramente capacitivos a corrente CA resultante que passa pela capacitância IC estará adiantada 90º com relação à tensão da capacitância VC CIRCUITOS CAPACITIVOS CIRCUITOS RC SÉRIE Exatamente como nos circuitos indutivos a associação de resistência com a reatância capacitiva é chamada de impedância Num circuito série contendo R e XC a corrente é a mesma A queda de tensão em R é VRI e a queda de tensão em XC é VXCI A tensão em XC é 90 atrasada A tensão total é a soma da tensão VR e da tensão VC Porém como forma um triângulo retângulo usase Pitágoras CIRCUITOS RC SÉRIE Exemplo Calcule a tensão total CIRCUITOS RC SÉRIE Impedância RC Série A oposição que o capacitor oferece à corrente depende de R e de XC Essa combinação é a impedância CIRCUITOS RC PARALELO No circuito RC paralelo a tensão do gerador é a mesma no resistor e no capacitor mas a corrente se divide entre eles e a corrente total é a soma fasorial da corrente no resistor e da corrente no capacitor CIRCUITOS RC PARALELO No circuito RC paralelo a tensão do gerador é a mesma no resistor e no capacitor mas a corrente se divide entre eles e a corrente total é a soma fasorial da corrente no resistor e da corrente no capacitor CIRCUITOS RC PARALELO No circuito RC paralelo a tensão do gerador é a mesma no resistor e no capacitor mas a corrente se divide entre eles e a corrente total é a soma fasorial da corrente no resistor e da corrente no capacitor CIRCUITOS RC PARALELO EXEMPLO O circuito a seguir calcule IR IC IT e Z IR 120 R5 8A IC 120 20 6A IT 8² 6² 10A ZT 120 10 12Ω R 15Ω XC 20Ω VT 120 Ω Exercícios propostos 1 Uma capacitância de 353μF e uma resistência de 40Ω estão ligadas em série através de uma fonte de 110V e 15kHz Calcule XC Z I VR VC 2 Um resistor de 20Ω e um capacitor de 795μF estão ligados em paralelo a uma fonte 100V e 2kHz Calcule as correntes nos ramos corrente total a impedância CIRCUITOS RLC SÉRIE O circuito RLC associa os três parâmetros básicos anteriores resistor indutor e capacitor CIRCUITOS RLC SÉRIE VL e VC estão 180 fora de fase e agem em sentido oposto por isso se somam algebricamente Quando XL for maior que XC o circuito é indutivo Quando XC for maior que XL o circuito é capacitivo CIRCUITOS RLC SÉRIE Para o cálculo da tensão total devese saber quem é maior XL ou XC Quando XL for maior que XC a tensão total será CIRCUITOS RLC SÉRIE Para o cálculo da tensão total devese saber quem é maior XL ou XC Quando XC for maior que XL a tensão total será CIRCUITOS RLC SÉRIE Para a impedância Z em série CIRCUITOS RLC SÉRIE EXEMPLO Calcule as tensões VR VL VC e VT e a impedância CIRCUITOS RLC PARALELO O circuito RLC associa os três parâmetros básicos anteriores resistor indutor e capacitor CIRCUITOS RLC PARALELO Para o cálculo da corrente total devese saber quem é maior IL ou IC CIRCUITOS RLC PARALELO Para o cálculo da impedância total ZT CIRCUITOS RLC PARALELO EXEMPLO Determine as correntes nos ramos a corrente total e a impedância do circuito Momento Peer to peer Item 34 Módulo D MÓDULO D CIRCUITOS DE CORRENTE ALTERNADA SISTEMAS TRIFÁSICOS Momento TBL Item 41 SISTEMAS TRIFÁSICOS Um sistema trifásico é uma combinação de três sistemas monofásicos Num sistema trifásico balanceado a potência é fornecida por um gerador CA que produz três tensões iguais mas separadas cada uma delas defasada em 120º Embora os sistemas monofásicos sejam amplamente usados a maior parte da geração transmissão e distribuição de energia elétrica é feita em sistemas trifásicos A vantagem dos sistemas trifásicos são que estes sistemas por terem um valor de corrente menor comparado ao um sistema monofásico de mesma potência exigem menores condutores promovem flexibilidade na escolha de tensões e também atendem as cargas monofásicas SISTEMAS TRIFÁSICOS httpswwwyoutubecomwatchvdiEQzf8gAQA SISTEMAS TRIFÁSICOS As três fases de um sistema trifásico podem ser ligadas de duas formas a ligação estrela e a ligação triângulo ou delta Ligação estrela A ligação estrela tem três terminais de cada fase ligados num ponto em comum chamado de neutro Os outros três terminais são ligados à linha Ligação triangulo ou delta A ligação triângulo tem os três terminais de cada fase ligados em série formando um percurso fechado SISTEMAS TRIFÁSICOS EQUILIBRADOS Uma carga equilibrada tem a mesma impedância em cada enrolamento do secundário SISTEMAS TRIFÁSICOS EQUILIBRADOS Ligação triângulo Em uma ligação triângulo equilibrada a tensão de linha VL e a tensão de fase Vf são iguais e a corrente da linha IL é 3 vezes a corrente de fase If Ligação estrela Em uma ligação estrela equilibrada a corrente de linha IL e a corrente de fase If são iguais e a tensão da linha VL é 3 vezes a tensão de fase Vf httpswwwyoutubecomwatchvZov8DB4BPIw SISTEMAS TRIFÁSICOS EQUILIBRADOS Como as impedâncias de fase são iguais e equilibradas e por isso com correntes iguais a potência de cada fase é 13 da potência total A potência aparente S em VoltAmpères VA e a potência reativa Q em VoltAmpère Reativo VAR estão relacionadas com a potência ativa real P em Watts Para um sistema trifásico equilibrado as potências são dadas pelas equações Fator de potência O fator de potência de um circuito é o seu cosseno do ângulo Φ cos Φ Ele determina que parcela da potência aparente é realmente transformada em potência ativa potência real SISTEMAS TRIFÁSICOS EQUILIBRADOS SISTEMAS TRIFÁSICOS EQUILIBRADOS Exemplo 1 Qual a potência fornecida por um sistema trifásico equilibrado com corrente de linha igual a 20A e tensão de linha igual a 220V com fator de potência igual a 1 2 Cada fase de um gerador trifásico ligado em triângulo alimenta uma carga de 100A em 240V com FP indutivo de 060 Qual a tensão de linha a corrente de linha a potência aparente e a potência ativa SISTEMAS TRIFÁSICOS NÃO EQUILIBRADOS Uma propriedade muito importante de um sistema trifásico equilibrado é que o fasor soma das tensões das 3 fases é zero e o fasor soma das correntes das três fases é zero conforme soma por números complexo abaixo SISTEMAS TRIFÁSICOS NÃO EQUILIBRADOS Quando as impedâncias não forem iguais entre si não equilibradas o fasor soma e a corrente de neutro não serão nulas e poderá ocorrer um desbalanceamento quando aparecer na carga um circuito aberto ou um curtocircuito Se um sistema trifásico tiver uma fonte de alimentação não equilibrada e a carga também não for equilibrada os métodos para solução serão muito complexos Neste estudo será considerada uma fonte equilibrada para as cargas não equilibradas Exemplo Seja um sistema trifásico em estrela tensão nominal 120208V à quatro fios Ligase duas lâmpadas entre fase A e neutro cinco lâmpadas entre a fase B e neutro e quatro lâmpadas entre a fase C e neutro Cada lâmpada consume 2A Qual a corrente em cada fase e a corrente de neutro SISTEMAS TRIFÁSICOS NÃO EQUILIBRADOS Secundário do transformador 3φ equilibrado Caixa de fusíveis Fase A 2 lâmpadas Fase B 5 lâmpadas Fase C 4 lâmpadas Neutro SISTEMAS TRIFÁSICOS NÃO EQUILIBRADOS Cada lâmpada consome 2A portanto a corrente em cada fase será IA 2 lâmpadas x 2A 4A IB 5 lâmpadas x 2A 10A IA 4 lâmpadas x 2A 8A Por ser sistema não equilibrado existirá corrente circulando pelo neutro O módulo da corrente de neutro IN é o fasor soma das três correntes de fase Ix é a soma dos fasores das correntes no eixo x e Iy é a soma dos fasores das correntes no eixo y SISTEMAS TRIFÁSICOS NÃO EQUILIBRADOS Para encontrar a corrente no neutro IN devese construir o diagrama de fasores das correntes e calcular os valores de suas componentes ao longo do eixo Ao longo do eixo x IA 4A IB 10cos60º 5A IC 8cos60º 4A Ao longo do eixo y IA 0A IB 10sen60º 866A IC 8sen60º 693A Logo Ix 4 5A 4 5A Iy 0 866 693 173A IN Ix² Iy² IN 5² 173² IN 529A Momento Peer to peer Item 44 Módulo E ESAMC MÓDULO E TRANSFORMADORES E MOTORES ELÉTRICOS Momento TBL Item 51 ESAMC TRANSFORMADORES ESAMC TRANSFORMADORES O transformador básico é formado por duas bobinas isoladas eletricamente e enroladas em torno de um núcleo comum Para se transferir a energia elétrica de uma bobina para outra usase o acoplamento magnético A bobina recebe energia de uma fonte CA chamada primário e fornece energia para uma carga CA chamada de secundário O núcleo dos transformadores usados em baixa frequência é feito normalmente de material magnético como por exemplo o aço O núcleo dos transformadores usados em alta frequência é feito normalmente de ferro em pó e cerâmica ou de materiais não magnéticos Se assumir um transformador ideal a transferência de energia de uma tensão para outra não tem perdas Para transformadores reais existem as perdas como em qualquer outra máquina TRANSFORMADORES Núcleo de ferro Alimentação ca Linhas magnéticas Bobina do primário Bobina do secundário Vp Vs RL Carga PERDAS NOS TRANSFORMADORES Os transformadores reais apresentam perdas no cobre e perdas no núcleo As perdas no cobre são representadas pela potência perdida no enrolamento do primário e do secundário devido à resistência ôhmica dos enrolamentos A perda no cobre dada em Watts é calculada através da fórmula Ip Corrente no primário A Is Corrente no secundário A Rp Resistência do enrolamento do primário Ω Rs Resistência do enrolamento do secundário Ω PERDAS NOS TRANSFORMADORES As perdas no núcleo ou perdas à vazio têm origem em dois fatores Perdas por histerese Perdas por correntes parasitas ou corrente de Foucault As perdas por histerese se referem à energia perdida pela inversão do campo magnético no núcleo à medida que a corrente alternada de magnetização aumenta e diminui e muda de sentido As perdas por correntes parasitas Foucault resultam das correntes induzidas que circulam no material do núcleo PERDAS NOS TRANSFORMADORES As perdas no cobre podem ser medidas com um wattímetro O wattímetro é inserido no circuito primário enquanto o secundário é curtocircuitado A tensão aplicada ao primário aumenta até que a corrente especificada como nominal no secundário comece a circular pelo secundário com ele curtocircuitado A perda no núcleo pode ser medida com um wattímetro colocado no primário e com o secundário em aberto ou à vazio É aplicada a tensão nominal no primário A eficiência de um transformador pode ser calculada pela seguinte fórmula Potência de saída Vs Is FP Potência de entrada Potência de saída Perda no cobre Perda no núcleo PERDAS NOS TRANSFORMADORES Exemplo 1 Um transformador de 5 kVA tem corrente no secundário de 50A e corrente no primário de 5A As perdas no cobre são 100W e a resistência do primário é de 06Ω Calcule a resistência e a perda no cobre do secundário PERDAS NOS TRANSFORMADORES Exemplo 2 Um teste com circuito com circuito aberto no secundário do transformador do exemplo 1 fornece uma leitura de 70W Considerando fator de potência 085 qual a eficiência deste transformador com carga máxima Potência de saída 5kVA FP 085 Potência de saída 425kW PERDAS NOS TRANSFORMADORES Exemplo 3 Um transformador consome 160W de uma linha de 120V e libera 24V e 5A Calcule sua eficiência considerando FP10 Potência de entrada 160W Potência de saída Vs Is FP Potência de saída 24 5 1 Potência de saída 120W POLARIDADE DE TRANSFORMADORES O símbolo usado para o transformador não dá indicação sobre a fase da tensão através do secundário uma vez que a fase dessa tensão na verdade depende do sentido dos enrolamentos em volta do núcleo Para resolver esse problema são usadas pintas de polaridades para indicar a fase dos sinais do primário e do secundário As tensões estão em fase ou 180º fora de fase com relação à tensão do primário RELAÇÃO DE TENSÃO A tensão nas bobinas de um transformador é diretamente proporcional ao número de espiras das bobinas Esta relação é expressa em Vp Tensão no primário Vs Tensão no secundário Np Número de espiras no primário Ns Número de espiras no secundário Comentário Uma relação de 60 por exemplo significa que a tensão no primário é 60 vezes maior que a tensão no secundário Uma relação de 001667 por exemplo significa que a tensão no secundário é 60 vezes maior que a tensão no primário RELAÇÃO DE TENSÃO Exemplo 1 Um transformador tem 120V e 500 espiras no primário e 100 espiras no secundário Qual a tensão no secundário Exemplo 2 Calcule a relação de tensão deste transformador do exemplo 1 Significa que a tensão no primário é 5 vezes maior que a tensão no secundário RELAÇÃO DE CORRENTE A corrente que passa pelas bobinas de um transformador é inversamente proporcional à tensão nas bobinas Essa relação é expressa pela equação Ip Número de espiras no primário Is Número de espiras no secundário Exemplo 3 Quando o enrolamento do primário de um transformador funciona com 120V a corrente neste enrolamento é 2A Calcule a corrente no secundário quando a tensão no secundário for 600V ESPECIFICAÇÃO DE UM TRANSFORMADOR A capacidade do transformador é dada em quilovoltampère kVA Como a potência no circuito CA depende do fator de potência FP e da corrente de carga uma especificação de saída em quilowatts kW deve se referir ao fator de potência A corrente do transformador sempre é calculada pela capacidade em kVA Exemplo Qual a saída em kW de um transformador de 5kVA com fator de potência 080 e qual a corrente de saída com um secundário em 127V AUTOTRANSFORMADOR O autotransformador constitui um tipo especial de transformador que possui apenas um único enrolamento Fazendo as derivações ao longo do comprimento do enrolamento podem ser obtidas tensões diferentes O autotransformador é de simples construção e o torna mais econômico e de dimensões reduzidas porém com a desvantagem de não fornecer isolação elétrica entre o primário e secundário AUTOTRANSFORMADOR Exemplo Um autotransformador contendo 200 espiras é ligado em 120V Querse obter 24V na saída Qual o número de espiras necessários para 24V 200 espiras 40 espiras 160 espiras Como as espiras do secundário incluem o primário o terminal B deve estar onde o número de espiras é de 160 20040 APLICAÇÕES DE TRANSFORMADORES Transportam a mesma potência com corrente mais baixa diminuindo as perdas Podem abaixar a tensão para valores mais seguros para ser utilizada Só funcionam com corrente alternada APLICAÇÕES DE TRANSFORMADORES Subestação de energia Linhas de transmissão Substação de transmissão Usina de energia Transformador Transformador de distribuição Postes de energia MOTORES ELÉTRICOS MOTORES ELÉTRICOS Um motor é uma máquina que converte energia elétrica em energia mecânica de rotação Os motores são responsáveis pelo funcionamento de máquinas de lavar secadoras ventiladores ar condicionado e a grande maioria das máquinas industriais Os geradores elétricos tem basicamente o mesmo princípio de funcionamento porém por sua vez é uma máquina que converte energia mecânica de rotação em energia elétrica A energia mecânica pode ser fornecida por queda dágua vapor vento combustível ou por outro motor elétrico Motor elétrico Gerador elétrico Motores elétricos são dispositivos que convertem energia elétrica em energia mecânica geralmente operando de maneira eletromagnética De maneira geral os motores elétricos são divididos em duas grandes classes Motores de Corrente Contínua DC Motores de Corrente Alternada AC MOTORES ELÉTRICOS DE CORRENTE CONTÍNUA Embora a construção mecânica de motores e geradores CC seja muito parecida as suas funções são diferentes A função do gerador é de gerar tensão quando os condutores se deslocam através de um campo magnético enquanto um motor serve para produzir esforço para rotação ou torque para produzir rotação mecânica Os motores de corrente contínua são dispositivos que operam aproveitando as forças de atração e repulsão geradas por eletroímãs e imãs permanentes Conforme sabemos se fizermos passar correntes elétricas por duas bobinas próximas os campos magnéticos criados poderão fazer com que surjam forças de atração ou repulsão MOTORES ELÉTRICOS DE CORRENTE CONTÍNUA A ideia básica de um motor é montar uma bobina entre os polos de um imã permanente ou então de uma bobina fixa que funcione como tal MOTORES ELÉTRICOS DE CORRENTE CONTÍNUA MOTORES ELÉTRICOS DE CORRENTE CONTÍNUA Partindo então da posição inicial em que os polos da bobina móvel rotor ao ser percorrida por uma corrente estão alinhados com o imã permanente temos a manifestação de uma força de repulsão Esta força de repulsão faz o conjunto móvel mudar de posição httpswwwyoutubecomwatchv5s07bQcpEnA VANTAGENS DOS MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA São muitas as vantagens dos motores de corrente contínua Controle de velocidade para uma ampla faixa de valores acima e abaixo do valor nominal Possibilidade de acelerar frear e reverter o sentido de rotação de forma rápida Não está sujeito à harmônicos e não possui potência reativa FP Permite variar a sua velocidade mantendo seu torque constante Possui um alto conjugado de partida que também conhecido como torque ou força de arranque Os conversores necessários para o seu controle são menos volumosos DESVANTAGENS DOS MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA Possui maior manutenção devido aos desgastes entre as escovas com o comutador exceto para os motores brushless Em relação aos motores de indução CA de mesma potência possuem um preço e tamanho maiores Por causa da centelha que ocorre entre suas escovas e os comutadores com exceção dos motores brushless os motores de corrente contínua não podem operar em ambientes explosivos APLICAÇÕES DOS MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA Os motores de corrente contínua são muito usados e possuem diversas aplicações como por exemplo brinquedos eletrodomésticos máquinas industriais veículos elétricos entre outros Motor de passo Os motores de passo são de corrente contínua e possuem várias bobinas que quando são energizadas de acordo com uma sequência fazem com que o seu eixo se mova de acordo com ângulos exatos submúltiplos de 360 Os motores de passo são usados em aplicações que exigem uma alta precisão como exemplo de aplicação podemos citar as impressoras tradicionais impressoras 3D e em muitos outros sistemas de controle de posição Apesar do motor de passo ter uma alta precisão ele possui um torque muito baixo sendo que quanto maior sua precisão menor será o seu torque APLICAÇÕES DOS MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA Os motores de corrente contínua são muito usados e possuem diversas aplicações como por exemplo brinquedos eletrodomésticos máquinas industriais veículos elétricos entre outros Servomotor Conhecidos como servo o servo motor é muito utilizado em aplicações de robótica Ele é basicamente um motor que podemos controlar a sua posição angular através de um sinal PWM utilizado para posicionar e manter um objeto em uma determinada posição Diferentemente dos motores de passo que podem ser rotacionados livremente o eixo de um servo motor não costuma ter tanta liberdade em seus movimentos que geralmente é de apenas 180º MOTORES ELÉTRICOS DE CORRENTE ALTERNADA O motor de indução é o tipo de motor CA mais comumente usado pela construção simples e resistente e boas características de funcionamento Ele consiste em duas partes o estator parte estacionária e o rotor parte rotativa O estator está ligado à fonte de alimentação CA O rotor não está ligado eletricamente à alimentação O tipo mais importante é o motor trifásico Quando o enrolamento do estator é energizado através de uma alimentação trifásica criase um campo magnético rotativo À medida que o campo varre os condutores do rotor é induzida uma força eletromotriz nesses condutores ocasionando o aparecimento de um fluxo de corrente nos condutores Os condutores do rotor transportando corrente no campo do estator possuem um torque exercido sobre eles que fazem o rotor girar MOTORES ELÉTRICOS DE CORRENTE ALTERNADA httpswwwyoutubecomwatchvxhfCtXtLdk httpswwwyoutubecomwatchvxGW3RHVGBmA httpswwwyoutubecomwatchvtinXAu5N2c Tipos de Motores AC Motores AC Monofásicos Indução Gaiola Fase dividida Capacitor de Partida Capacitor Perm Duplo Capacitor Pólos Sombreados Bobinado Síncronos Histerese Relutância Imã Permanente Polifásicos Indução Gaiola Bobinado Síncronos Vantagens e Desvantagens Vantagens Baixo custo de aquisição Baixo custo de manutenção Torque de partida não nulo Robustez Disponível em potências de ¼ HP a mais de 30000 HP Desvantagens Controle de velocidade difícil Corrente de partida elevada Fator de potência baixo e sempre indutivo MOTORES ELÉTRICOS DE CORRENTE ALTERNADA Os motores de indução trifásicos são classificados em gaiola e rotor bobinado Os dois tipos tem o estator construído da mesma forma mas diferem pela construção do rotor O rotor de um motor de gaiola tem núcleo de lâminas de aço com condutores dispostos paralelamente ao eixo e entranhados nas fendas em volta do perímetro do núcleo Os condutores do rotor não são isolados do núcleo Em cada terminal do rotor os condutores são todos curtocircuitados através de anéis terminais contínuos MOTORES ELÉTRICOS DE CORRENTE ALTERNADA O rotor bobinado é envolvido por um enrolamento isolado semelhante ao rotor Os enrolamentos de fase do rotor são trazidos para o exterior aos três anéis coletores montados no eixo do motor O enrolamento do rotor não está ligado à fonte Os anéis coletores e as escovas servem para ligar um reostato ao circuito do rotor que controla a corrente na prática e a velocidade do motor VELOCIDADE E ESCORREGAMENTO A velocidade do campo magnético girante é chamada de velocidade síncrona dada pela fórmula N velocidade síncrona rom f frequência da rede Hz p número de pólos A velocidade do rotor é ligeiramente inferior à velocidade síncrona a fim de que seja induzida uma corrente no rotor para permitir a rotação A diferença entre a velocidade síncrona e a velocidade do rotor é o escorregamento dado em porcentagem MOTORES MONOFÁSICOS Os motores monofásicos são assim chamados porque seus enrolamentos de campo são ligados diretamente a uma fonte monofásica Os motores monofásicos são classificados em Motor comutador Motor CA série ou universal série Motor de repulsão Motor de indução Motor de fase dividida com capacitor e com capacitor de partida Motor de indução com partida de repulsão Motor com polo sombreado Motor síncrono SISTEMAS DE PARTIDA DE MOTORES CA Partida direta Relação IpIn até 8 x In Partida estrelatriângulo Relação IpIn igual a 13 de Ip Chave compensadora Utiliza um transformador para reduzir a tensão na partida inicial a 64 da nominal Inversor de frequência controla a frequência e velocidade do motor Softstart controla a rampa de aceleração deixando a partida com corrente suave Momento Peer to peer Item 54 ESAMC