Os temas serão apresentados com um exemplo curto:
Situação:

Cortando, utilizando um cortador de grama elétrico. O cortador é ligado através de uma extensão flexível sobre uma bobina de cabo a uma tomada elétrica (tensão U=230 V).  Comprimento do cabo da bobina de cabo é de 100 m.

Pergunta:

Será possível, que a queda de tensão no cabo é tão grande que a tensão de alimentação do motor fique muito baixa?

A tomada de parede está conectada para rede em uma tensão de:

U _{TOTAL =} 230V

Circuito em paralelo, Potência Elétrica

Três cargas elétricas podem ser ligadas a uma tomada de parede, que é protegida por um fio fusível de I = 10A.

As classificações de placas mostram os seguintes valores para a potência de entrada:
misturador   P1 = 1000 W
Aquecedor   P2 = 1500 W
Holofote       P3 = 500 W

A potência elétrica é calculada multiplicando a tensão sobre a carga com seu consumo de corrente:

Em um circuito paralelo, há a mesma tensão para todas as cargas:

A Corrente Total é igual a soma de todas as correntes individuais.

O recíproco valor de resistência é igual a soma dos valores recíprocos de todos os resistores.

Os trabalhos de eletricidade (Energia), efeito térmico da corrente
   

Energia é a capacidade de realizar trabalho
Usando um motor elétrico de uma carga com um peso de F = 4,186 N deve ser elevado por S = 1 m:

Para elevar a carga do gerador, que é a alimentação do motor, deve abastecer o motor com uma: U = tensão de 230 V e uma corrente de I = 1 A para uma duração de t = 18,2 s

Utilizando a mesma quantidade de energia (Wel 4186 = Ws), também é possível aquecer a quantidade de água de 1 kg
por 1 K. O calor usado para esse processo de aquecimento é 1kcal ou 4186 Joule.

Capacitância, capacitor

Um capacitor é formado por duas diferentes cargas de corpos geométricos, que estão localizados um ao outro em um distância definida. Na maioria dos casos, os “corpos ” são duas placas paralelas.
A capacidade do capacitor depende do tamanho das placas e da distância e material entre
as placas.
Ao aplicar a CC para o capacitor só um carregamento de corrente flui através dela.
Após o carregamento ser concluído o capacitor possui a mesma tensão da fonte de alimentação.

Em termos de tempo, tensão e corrente estão em direções opostas um ao outro durante este processo.
A Corrente é a principal na fase!

Eletromagnetismo

Campos magnéticos são produzidos através do movimento das cargas elétricas e pela corrente nos condutores. O campo magnético circula o condutor formando um anel.

Então se o condutor é paralelo á bobina, um campo magnético similar a um imã é gerado.

Dois condutores paralelos ambos transportando uma corrente produzirão em efeito – força.

Entre condutores com a mesma direção, nasce uma força de atração entre condutores com fluxos de corrente opostos um para o outro, nasce forças de repulsão (separação).

Efeito do campo magnético entre dois condutores de transporte de corrente paralelos.

Transformação, Transformadores

Fluxo magnético
Em todo condutor de transporte de corrente é produzido um fluxo magnético.
A grandeza do fluxo magnético, fluxo magnético ф [phi] é calculada como segue:

Tensão Induzida

A tensão é induzida em uma bobina sempre que o fluxo magnético na bobina [ф] muda.

Efeito – força em condutores de passagem de corrente em campos magnéticos.

Os condutores de passagem de corrente são defletidos nos campos magnéticos.

Deslocamento dos condutores de passagem de corrente

Geração de Corrente

Se um condutor está sendo movido perpendicularmente para o campo magnético uma tensão é gerada (induzida)

Geração de tensão através da movimentação de um condutor no campo magnético.

Geração de corrente alternada senoidal (C.A.)

A forma mais importante para gerar uma tensão senoidal é dada pelo princípio da tensão dinâmica,
onde o trabalho mecânico pode ser convertido em energia elétrica. Para conseguir isso, um condutor tem de ser girado em um campo magnético.

Equipamento para produzir tensão alternada senoidal (Esquemático)

Se uma blindagem enrolada é girada continuamente num campo magnético homogêneo a tensão induzida e a altura da indução da corrente estão mudando em relação ao ângulo de rotação.

Tensão induzida relacionado com o ângulo de rotação do enrolamento da brindagem

Valores característicos de tensão e corrente alternada

Valores de Pico e valores instantâneos de C.A. senoidal.

O valor de pico (Valor Máximo) é definido como o maior valor de uma senoide.
Este valor especial é usualmente marcado com “û”.

O valor instantâneo (Momentâneo) é o valor exato mensurado num dado momento. É obvio que os valores momentâneos estão mudando muito rapidamente, os valores momentâneos são marcados com pequenas letras.

Um Ciclo (período) e duração de um ciclo em C.A. senoidal.

Um curso completo da senoide, consiste em ambos, meias-onda positivas e negativas, é chamado de “um ciclo” (você também pode encontrar: um período). O tempo usado para completar um ciclo é chamado período de “T” [s].

Frequência

A freqüência indica o número de ciclos que se completam dentro de um segundo.
Sua unidade é o “Hertz” (abreviado Hz).

Consequentemente:

Valor Efetivo (RMS)

O RMS (valor eficaz) da C.A. é o valor atual, que produz um efeito de aquecimento comparável a uma C.C. com o mesmo valor.
É calculado com a potência média do C.A da onda de corrente. A corrente produzida em uma resistência R é:

O quadro seguinte apresenta uma ilustração gráfica usando uma resistência R = 1 W e um intervalo t = T.

Alimentação em Circuito-CA, COS φ

Um transformador ideal com uma eficiência de 100% (sem perdas térmicas), uma relação de n=100 e cós φ = 0,84 está ligado a uma fonte de alimentação com U =100V.

A energia elétrica que é convertida em térmica na resistência do circuito secundário pode ser calculada da seguinte forma:

O consumo de energia de transformadores (primário) é:

Devido ao fato de que o transformador não possui perdas de calor, tem que haver outra razão para a diferença entre consumo e produção.

A energia fornecida pela rede é utilizada para gerar o campo magnético da bobina. A potência que é dada volta aos resultados da rede a partir do campo magnético em colapso.

Portanto a energia oscila continuamente entre o gerador e a carga. Este tipo de potência que pode não ser utilizada de forma eficaz (tais como a produção de calor, luz, etc.) é chamada “potência reativa indutiva” . A média aritmética da curva de potência é 0.   Isto significa que, o consumo da potência real é 0.

Carga em potência ativa e resistência indutiva

Usando o exemplo de um transformador alimentado com 100V da rede são carregados por potência ativa e reativa.
O consumo de energia resultante é denominado.

potência aparente.

Ainda aqui a corrente e a tensão não estão em fase.

A corrente está atrasada em relação a tensão por uma mudança de fase

of 0º < φ < 90º.

A potência da curva mostra áreas positivas com diferentes tamanhos. Os rendimentos da curva de energia principalmente na área   positiva do diagrama. Portanto, potência ativa e relativa pode ser encontrada calculando a média aritmética da potência por parte de potência ativa a qual é obtida.

Cálculo da potência:

Neste triângulo o ângulo φ, para ser mais preciso, cosφ, tem um significado especial. Esse valor é chamado de fator de potência do circuito.

Devido ao fato de que a potência ativa é (ideal) igual a potência de soldagem e que a potência aparente é igual a potência de ligação da fonte de alimentação, um cosφ, de cerca de uma licença de utilização da rede de alimentação.

No exemplo do transformador alimentado com 100 V o cos φ é:

este valor resulta em uma mudança de fase entre corrente e tensão:
cosφ = 0,84 = φ = 32°

Corrente tri-fase

Ao girar um campo magnético, em três bobinas deslocadas a 120°, três tensões-CA senoidais deslocadas a 120° entre si são gerados.

Em um circuito tri-fase, de tensão alternada inicialmente 6 fios devem ser utilizados, isto é chamado de circuito tri-fase desencadeado ou aberto.

Concatenando (interligação) os fios de uma estrela de conexão são formados. O qual requer apenas 3 ou 4 fios.

• Todas as três fases têm a mesma frequência
• Todas as três fases têm o mesmo valor de pico
• Todas as três fases têm um deslocamento de fase de 120° entre si.

Diodo e retificador

retificador de meia onda

este é o mais simples circuito retificador. apenas a meia onda positiva é alimentada com a carga, enquanto que o negativo de meia onda é completamente suprimido.

Retificador de onda completa, retificador de ponte

Na retificação de onda completa a meia onda negativa da CA é “dobrada” e, portanto, se transforma em um positivo, área do diagrama de tempo atual.

Enquanto o fator de onda W (razão entre o valor Rms do componente da CA para a CC valor médio) de uma ponte de retificação é W=48% em uma ponte de retificação tri-fase, este valor só é W=4,2%.  

Retificação de onda completa, retificação tri-fase da ponte

Tiristor e transistor

Tiristor (Retificador controlado de silício:SCR)

Como Tiristores diodos podem ser comparados com válvulas de ponta, mas tem a capacidade de controlar o fluxo de corrente. Portanto, eles são semicondutores com uma  função desativada.

O mecanismo usual para iniciar a condução e a aplicação de um pulso de corrente na passagem catódico durante o circuito de Meia onda positiva.O negativo meia onda é sempre bloqueado.

Quando a condução tiver iniciado a passagem perde-se todo o controle até que  corrente seja reduzida a aproximadamente zero.

É obvio, que através da utilização de SCRs o valor rms de energia elétrica pode ser controlada rapidamente, continuamente variável e quase sem perdas.

Alimentação da tensão UCA, registro de pulso IG, carga de corrente IL

TRANSISTOR

Transistores podem ser comparados a extremamente rápido ajustável a

               Válvulas hidráulicas. Elas são semicondutoras controláveis que são capazes de mudar até 30A em um período de poucos microssegundos (por transistor). Eles também podem ser utilizados como resistência variável.

Em fontes de transistores de potência são usadas ligando tão rapidamente como chaves ON /OFF.

Alimentação de tensão UDC, corrente base IB, carga de corrente IL

Esse texto foi traduzido por alunos da fatec-sp
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