Corrente alternada
Forma de onda da corrente alternada.
A corrente alternada (CA ou AC - do inglês alternating current), é uma corrente elétrica cujo sentido varia no tempo, ao contrário da corrente contínua cujo sentido permanece constante ao longo do tempo. A forma de onda usual em um circuito de potência CA é senoidal. Por ser uma forma de transmissão de energia mais eficiente, normalmente a CA é o tipo de corrente que chega nas residêncas. Entretanto, em certas aplicações, diferentes formas de ondas são utilizadas, tais como triangular ou ondas quadradas.
Enquanto a fonte de corrente contínua é constituída pelos polos positivo e negativo, a de corrente alternada é composta por fases (e, muitas vezes, pelo fio neutro).[1][2]
Índice
1 História
2 Matemática
3 Tensão alternada
3.1 Gerador de tensão alternada
4 Ver também
5 Referências
História |
A corrente alternada surgiu pela primeira vez, em 1832, quando o francês Hippolyte Pixii aplicou o princípio de indução electromagnética de Michael Faraday. Nikola Tesla e outros cientistas, anos depois da invenção da corrente alternada, melhoraram enormemente o sistema de distribuição de corrente alternada e inovações que tornaram o seu uso prático. Nikola Tesla foi contratado por J. Westinghouse para construir uma linha de transmissão entre Niágara e Buffalo, em NY. Thomas Edison, que defendia e empregava a corrente contínua em seus experimentos, fez o possível para desacreditar Tesla, mas sem sucesso. O sistema polifásico acabou por prevalecer, pelas vantagens inegáveis de custo, praticidade e eficiência em relação à corrente contínua. A Corrente Alternada é a forma mais eficiente de se transmitir uma corrente elétrica por longas distâncias, algo em que a corrente contínua é extremamente limitada, o que acarretaria custos incomparavelmente maiores para ser empregada. Na corrente alternada, os elétrons invertem o seu sentido várias vezes por segundo.
A corrente alternada foi adotada para transmissão de energia elétrica a longas distâncias devido à facilidade relativa que esta apresenta para ter o valor de sua tensão alterada por intermédio de transformadores. Além disso as perdas em CA são bem menores que em CC. No entanto, as primeiras experiências e transmissões foram feitas com Corrente contínua (CC). É hoje sabido que a transmissão de corrente alternada a longas distâncias é mais vantajosa, porém no que concerne ao funcionamento de aparelhos electrónicos é preferível a conversão para Corrente contínua (CC).
Na primeira metade do século XX havia sistemas de corrente alternada de 25 Hz no Canadá (Ontário) e no norte dos Estados Unidos. Em alguns casos, estes sistemas (por exemplo, nas Cataratas do Niágara) perduram até hoje por conveniência das fábricas industriais que não tinham interesse em trocar o equipamento para que operasse a 60 Hz. As baixas frequências facilitam a construção de motores de baixa rotação, já que esta é diretamente proporcional à frequência.
Há também sistemas de 16,67 Hz em ferrovias da Europa (Suíça e Suécia).
Sistemas CA de 400 Hz são usados na indústria têxtil, aviões, navios, naves espaciais e em grandes computadores.
Na maioria dos países da América, inclusive Brasil e EUA, a frequência da rede elétrica é de 60 Hz. Na Europa, inclusive em Portugal, é usada a frequência de 50 Hz. A frequência de 50 Hz também é usada em alguns países da América do Sul, como por exemplo a Argentina, a Bolívia, o Chile e o Paraguai.
Matemática |
A forma de onda de tensão em CA pode ser descrita matematicamente pela fórmula:
V(t)=V0sin(ω0t+δv){displaystyle V(t)=V_{0}sin(omega _{0}t+delta _{v}),}
A forma de onda de corrente em CA pode ser descrita matematicamente pela fórmula:
I(t)=I0sin(ω0t+δi){displaystyle I(t)=I_{0}sin(omega _{0}t+delta _{i}),}
O valor de pico-a-pico de uma tensão alternada é definida como a diferença entre o seu pico positivo e o seu pico negativo. Desde o valor máximo de sinx{displaystyle scriptstyle sin x}
Geralmente, a tensão CA é dada quase sempre em seu valor eficaz, que é o valor quadrático médio desse sinal elétrico (em inglês é chamado de root mean square, ou rms), sendo escrita como Vef{displaystyle scriptstyle V_{ef}}
Vef=A2=A22{displaystyle V_{mathrm {ef} }={A over {sqrt {2}}}={A{sqrt {2}} over 2}}
Vef é útil no cálculo da potência consumida por uma carga. Se a tensão CC de valor VCC transfere certa potência P para a carga dada, então uma tensão CA de valor Vef irá entregar a mesma potência média P para a mesma carga se Vef = VCC. Por este motivo, rms é o modo normal de medição de tensão em sistemas de potência.
Para ilustrar estes conceitos, considere a tensão de 220 V CA, usada em alguns estados brasileiros e em Portugal. Ela é assim chamada porque seu valor eficaz (rms) é, em condições normais, de 220 V. Isto quer dizer que ela tem o mesmo efeito joule, para uma carga resistiva, que uma tensão de 220 V CC. Para encontrar a tensão de pico (amplitude), podemos modificar a equação acima para:
A=Vef⋅2{displaystyle A=V_{mathrm {ef} }cdot {sqrt {2}}}
Para 220 V CA, a tensão de pico VP ou A é, portanto, 220 V × √2 = 311 V (aprox.). O valor de pico-a-pico VP-P de 220 V CA é ainda mais alta: 2 × 220 V × √2 = 622 V (aprox.)
Note que para tensões não senoidais, temos diferentes relações entre seu pico de magnitude valor eficaz. Isso é de fundamental importância ao se trabalhar com elementos do circuito não lineares que produzem correntes harmônicas, como retificadores.
Tensão alternada |
Diagrama de circuito para uma fonte ideal de tensão alternada (esquerda) e representação da tensão da rede elétrica pública na Europa (direita).
Uma tensão alternada é um sinal senoidal:
V=Vmáxcos(ωt+φ){displaystyle V=V_{text{máx}}cos(omega ,t+varphi )}
os diagramas de circuito, uma fonte ideal de tensão alternada representa-se pelo símbolo
na figura abaixo. Junto do diagrama indica-se a tensão máxima e a frequência. Os valores
apresentados na figura são os que estão em uso na rede elétrica pública da União Europeia:
frequência f{displaystyle scriptstyle f}
O instante em que arbitramos t=0{displaystyle scriptstyle t=0}
diferença de potencial que o fasor representa: o potencial do terminal identificado com o sinal + menos o potencial do terminal com o sinal. Os sinais indicados nos terminais da
fonte indicam que o terminal positivo está a maior potencial que o negativo, no instante
t=0{displaystyle scriptstyle t=0}
terminal negativo.
Se usarmos uma ligação a terra no circuito, como no lado direito da figura acima, o fasor da
tensão representará a diferença de potencial entre o terminal que não está ligado à terra e a
terra. Nesse caso não será necessário indicar sinais nos terminais da fonte.
Gerador de tensão alternada |
Ver artigo principal: Alternador
Gerador de tensão alternada.
Um gerador de tensão alternada (figura ao lado), consiste numa bobina que se faz rodar dentro de um campo magnético; o fio onde começa a bobina está soldado a um anel condutor
e o fim do fio, depois de ser enrolado na bobina, solda-se a outro anel condutor; esses dois anéis mantêm o contato com duas escovas, enquanto a bobina roda, de forma que a diferença de potencial entre as escovas é igual à diferença de potencial na bobina toda.
O fluxo através da bobina é:
Φm=BAcosθ{displaystyle Phi _{mathrm {m} }=B,A,cos theta }
Onde A é a área da bobina, B o campo médio, e θ{displaystyle scriptstyle theta }
Se a bobina roda com velocidade angular constante, ω{displaystyle scriptstyle omega }
Assim, a derivada do fluxo magnético, em função do tempo, será igual a:
V=Vmáxsin(ωt+θ0){displaystyle V=V_{text{máx}},sin(omega ,t+theta _{0})}
Onde Vmáx=NBAω{displaystyle scriptstyle V_{text{máx}}=N,B,A,omega }
A frequência da tensão alternada, f=ω/(2π){displaystyle scriptstyle f=omega /(2,pi )}
O gerador de tensão alternada, também denominado alternador, usa-se para transformar energia mecânica em energia elétrica. A fonte da energia mecânica, que faz rodar a
bobina, pode ser o vento, nas centrais de energia eólica, a corrente de água, nas centrais hidroelétricas, o fluxo de vapor de água evaporada por combustão de carvão, o movimento
do motor, no alternador usado para recarregar a bateria num automóvel, etc.
Ver também |
- Corrente contínua
- Corrente elétrica
- Máquina de corrente contínua
- Onda quadrada
- Onda triangular
- Oscilador eletrónico
- Senoide
- Tensão elétrica
Referências
↑ N. N. Bhargava & D. C. Kulshreshtha (1983). Basic Electronics & Linear Circuits. [S.l.]: Tata McGraw-Hill Education. p. 90. ISBN 978-0-07-451965-3
↑ National Electric Light Association (1915). Electrical meterman's handbook. [S.l.]: Trow Press. p. 81
↑ [ Eletricidade e Magnetismo. Porto: Jaime E. Villate, 20 de março de 2013. 221 págs]. Creative Commons Atribuição-Partilha (versão 3.0) ISBN 978-972-99396-2-4. Acesso em 16 jun. 2013. Link: http://www.villate.org/pt/docs.html
[AC Power History and Timeline] http://edisontechcenter.org/AC-PowerHistory.html
[Pixii Machine] - https://nationalmaglab.org/education/magnet-academy/watch-play/interactive/pixii-machine
http://mentalfloss.com/article/12861/5-reasons-michael-faraday-cool-tesla
https://www.forbes.com/sites/alexknapp/2012/05/18/nikola-tesla-wasnt-god-and-thomas-edison-wasnt-the-devil/#3306484c1a21
