08-Eletricidade Básica

08-Eletricidade Básica

Num circuito conduzindo grande corrente, quanto mais rápido o circuito é aberto, menor será o centelhamento no relé, e os contatos queimarão menos.

Os relés, usados em circuitos com grandes motores, têm fortes molas de retorno para abrir o circuito rapidamente.

A maior parte dos relés usados nos circuitos de corrente alternada de uma aeronave é energizada por corrente contínua. Estes dispositivos serão abordados, como necessário, em outros tópicos a respeito dos dispositivos de corrente alternada.

INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO DE C.C.

Compreender o objetivo funcional e o funcionamento dos instrumentos de medição elétrica é muito importante, eles são utilizados em reparos, manutenção e pesquisa de panes

(troubleshooting) de circuitos elétricos.

Embora alguns medidores possam ser usados concomitantemente para medição de circuito de C.C. e C.A., apenas os usados para

C.C. serão abordados nesta seção.

Os outros serão discutidos adiante, oportunamente.

Efeitos da corrente

Os efeitos da corrente podem ser classificados como a seguir: químico, psicológico, fotoelétrico, piezoelétrico, térmico e eletromagnético.

Químico

Quando uma corrente elétrica atravessa certas soluções, ocorre uma reação, formando um depósitio sobre um eletrodo.

A quantidade desse depósito é proporcional a intensidade da corrente. Industrialmente, este processo é útil em eletrodeposição e eletrólise.

Embora o efeito químico seja proveitoso pela definição do padrão de amperagem (a intensidade da corrente causa a deposição de

0,001118 gramas de prata, em um segundo, de uma solução 15% de nitrato de prata), ela não é considerável no uso de medidores.

Fisiológico

O efeito fisiológico da corrente refere-se

à reação do corpo humano a uma corrente elétrica. Um choque elétrico, embora doloroso às vezes, é muito difícil de avaliar quantitativamente e, por conseguinte, sem uso prático para uso de medidores.

Fotoelétrico

Quando elétrons golpeiam certos materiais uma incandescência aparece no ponto de contato.

O tubo de imagem de uma TV e o "sco-

pe" de um equipamento de radar ilustram este efeito.

Usar a intensidade da luz, produzida como um meio de medir a intensidade da corrente, não é preciso nem prático.

Piezoelétrico

Certos cristais como quartzo e sal de Rochelle ficam deformados quando é aplicada uma voltagem através de duas de suas faces.

Este efeito não é visível pelo olho humano, é pois, impraticável quanto ao uso de medidores.

Térmico

Quando flui corrente através de um resistor, produz-se calor. A quantidade de calor produzida é igual a I

2

R.

Esta relação estabelece que o calor varia de acordo com o quadrado da corrente. São comuns os medidores que empregam o efeito térmico no seu funcionamento.

Eletromagnético

Sempre que os elétrons fluem através de um condutor é criado um campo magnético proporcional à corrente. Este efeito é útil para medir corrente e empregado em muitos medidores práticos.

Os quatro primeiros efeitos abordados, aqui, não têm importância prática para os medidores elétricos. Os dois últimos efeitos, térmico e magnético, são de uso prático em medidores.

Como a maioria dos medidores em uso tem movimentos D'Arsonval, operando devido

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ao efeito magnético, somente este tipo será discutido em detalhes.

Medidor d’Arsonval

O mecanismo básico de um medidor de

C.C. é conhecido como D'Arsonval porque foi empregado pela primeira vez pelo cientista francês, D'Arsonval, para fazer medição elétrica.

Este tipo de mecanismo é um dispositivo medidor de corrente, que é empregado em amperímetros, voltímetros e ohmímetros.

Basicamente, ambos, amperímetro e voltímetro são instrumentos medidores de corrente.

A principal diferença é a maneira pela qual cada um é conectado no circuito.

O ohmímetro, que é basicamente um medidor de corrente, difere dos outros dois (voltímetro e amperímetro), porque contém a sua própria fonte de força e outros circuitos auxiliares.

Amperímetro

O amperímetro D'Arsonval é um instrumento destinado à medição da corrente contínua fluindo num circuito, e consiste das seguintes partes: um imã permanente, um elemento móvel, mancal e um estojo que inclui terminais, um mostrador e parafusos.

Cada parte e suas funções serão abordadas a seguir.

O imã permanente fornece o campo magnético, que reagirá, provocado pelo elemento móvel.

O elemento móvel é montado de tal forma, que fica livre para girar quando energizado pela corrente que irá medir, através de um ponteiro que se movimenta sobre uma escala calibrada, e é fixado no elemento móvel.

Um mecanismo de bobina móvel é mostrado na figura 8-121.

O elemento de controle é uma mola, ou molas, cuja função principal é manter uma posi-

ção inicial do ponteiro, e retorná-lo à posição de descanso.

Em geral, duas molas são usadas; elas são enroladas em direções opostas para compensar a expansão e contração do material, devido à variação de temperatura.

Figura 8-121 Elemento de bobina móvel com ponteiro e molas.

As molas são feitas de material nãomagnético e conduzem corrente para a bobina móvel em alguns medidores.

O elemento móvel consiste de um eixo

4para conduzir a bobina móvel ou outro elemento móvel (figura 8-121).

Os pivôs pontiagudos são montados em contato com rubis polidos, ou mancais de vidro muito claro, para que o elemento móvel possa girar com pouca fricção.

Um outro tipo de montante foi concebido, em que as pontas de pivô são invertidas e os mancais ficam dentro do conjunto da bobina móvel, conforme mostrado na figura 8-122.

Os mancais são pedras preciosas altamente polidas, tais como safiras ou pedras sintéticas, ou ainda, vidro muito rígido.

Tais pedras são normalmente arredondadas e têm uma cavidade cônica, na qual os pivôs giram.

São ajustadas em porcas roscadas que permitem regulagem. Isto limita a área de contato das superfícies e proporciona um mancal que, quando operando seco, certamente tem menor fricção constante do que qualquer outro tipo conhecido.

O estojo protege os movimentos do instrumento, bem como contra danos e exposição.

Também tem visor para observação do ponteiro sobre a escala.

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No sentido de entender como o medidor trabalha, admite-se que a bobina do elemento móvel está colocado no campo magnético, como mostrado na figura 8-124.

Figura 8-122 Método de montagem dos elementos móveis.

O mostrador tem impressas as informa-

ções, como: escala, unidades de medida e modos de uso. Os terminais são feitos de material com pequeníssima resistência elétrica. Sua fun-

ção é conduzir a corrente necessária através de medidor ou daquilo que será medido.

Funcionamento da indicação do medidor

As unidades maiores são montadas conforme mostrado na figura 8-123. É observado que a parte da bobina do elemento móvel está no campo magnético do imã permanente.

Figura 8-123 Movimento do medidor.

Figura 8-124 Efeito de uma bobina num campo magnético.

A bobina é fixada pelo pivô, e é capaz de girar para os dois lados dentro do campo magnético provocado pelo imã. Quando a bobina é conectada em um circuito, a corrente flui através dela na direção indicada pelas setas, e provoca um campo magnético por dentro.

Este campo tem a mesma polaridade que os pólos adjacentes do imã. A internação dos dois campos causa a rotação da bobina para uma posição de alinhamento dos campos.

Esta força de rotação (torque) é proporcional à interação entre os pólos iguais da bobina e do imã e, por conseguinte, à quantidade do fluxo de corrente na bobina.

Como resultado, um ponteiro fixado na bobina indicará a quantidade de corrente fluindo no circuito, movendo-se através de uma escala graduada.

Dentro do que acaba de ser exposto, observa-se que qualquer torque suficiente para superar a inércia e a fricção das partes móveis, provoca a rotação da bobina até que os campos se alinhem.

Esta deflexão descontrolada causaria leituras de corrente incorretas. Então são utilizadas duas molas para evitar movimentos de retorno da bobina.

O valor da corrente fluindo através da bobina determina a força rotativa dela mesma.

Quando a força rotativa fica igual a de oposição das molas, a bobina pára, e o ponteiro indica a leitura da corrente sobre a escala graduada.

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Em alguns medidores as molas são feitas de material condutor, e fazem a corrente passar pela bobina.

Para obter uma rotação no sentido dos ponteiros do relógio, o pólo norte do imã permanente e o correspondente da bobina precisam ser adjacentes. A corrente fluindo através da bobina deve, então, ser sempre na mesma dire-

ção.

O mecanismo D’Arsonval pode ser utilizado somente para medições de C.C., e a correta polaridade deve ser observada. Se a corrente fluir na direção errada, através da bobina, o ponteiro deflexionará no sentido anti-horário e danificará o ponteiro.

Como o movimento da bobina é diretamente proporcional ao fluxo de corrente através dela, a escala é normalmente linear.

Amortecimento

No sentido de que as leituras do medidor são mais rápidas e exatas, é desejável que o ponteiro móvel ultrapasse sua correta posição apenas um pouco, e venha a se estabilizar após não mais do que uma ou duas oscilações.

O termo “ damping” é aplicado a métodos usados para estabilizar o ponteiro de um medidor elétrico, quando ele se movimenta durante a medição. O “ damping” (amortecimento) pode ser obtido por meios elétricos, mecânicos ou ambos combinados.

Amortecimento elétrico

Um método comum de “ damping” por meios elétricos é enrolar a bobina sobre uma armação de alumínio. Como a bobina se movimenta no campo de um imã permanente, surgirão correntes parasitas na armação de alumínio.

O campo magnético produzido por tais correntes se opõem ao movimento da bobina. O ponteiro, então, oscilará pouco, estabilizando-se mais rapidamente na marcação.

Amortecimento mecânico

O amortecimento a ar (“ Air damping”) é um método comumente empregado por meios mecânicos. Conforme mostrado na figura 8-125, a palheta é fixada no eixo do elemento móvel, ficando no interior de uma câmara de ar.

Figura 8-125 Amortecedor a ar.

O movimento do eixo é retardado por causa da resistência que o ar oferece à palheta.

O efetivo amortecimento é obtido, se a palheta movimenta-se bem próximo às paredes da câmara.

Sensibilidade do medidor

A sensibilidade de um medidor é expressa como a quantidade de corrente necessária para dar a deflexão total na escala.

Adicionalmente, a sensibilidade pode ser expressa como o número de milivolts fluindo através do medidor sob fluxo de corrente na escala total.

Esta queda de voltagem é obtida pela multiplicação da escala total pela resistência do mecanismo do medidor.

Se tiver uma resistência de 50 ohms e demandar 1 miliampère (ma) para leitura da escala total, pode ser designado como um medidor de 0-1 miliampère e 50 milivolts.

Extensão da faixa de um amperímetro

Um mecanismo de miliamperímetro 0-1 pode ser usado para medir correntes maiores do que 1 ma, desde que se coloque um resistor em paralelo com ele.

O resistor é, então, chamado de “ shunt

(derivação) porque permite o desvio de uma parte da corrente por fora do instrumento, estendendo a faixa do amperímetro.

Um desenho esquemático de um medidor com um “shunt” é mostrado na figura 8-126.

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R

S

pode ser encontrada pela aplicação da lei de

Ohm:

R

S

=

E

RS

= =

I

RS

O valor do resistor “shunt” (5,55

Ω) é muito pequeno, mas este valor é crítico. Resistores usados como “ shunts” devem ter tolerâncias limitadas, normalmente a 1%.

Figura 8-126 Movimento de medidor com derivação.

Determinação do valor de um “Shunt

O valor de um resistor “shunt” pode ser calculado com a aplicação das regras para circuitos paralelos. Se um miliamperímetro 0-1 e

50 milivolts são para ser usados para medir corrente acima de 10 miliampères.

Alguns procedimentos podem ser empregados, como desenhar um esquema de um medidor com resistor “shunt” designado como

R

S

, conforme mostrado na figura 8-127.

Figura 8-128 Circuito medidor equivalente.

Shunt” universal para multímetro

.

O desenho esquemático na figura 8-129 mostra uma disposição por meio da qual duas ou mais faixas são providas de derivações com resistores shunt em determinados pontos.

Figura 8-127 Circuito esquemático para resistor de derivação.

Desde que a sensibilidade do medidor seja conhecida, a sua resistência pode ser calculada. O circuito é, então, redesenhado como mostrado na figura 8-128, e as correntes ramificadas podem ser calculadas, já que um máximo de 1(um) ma é o que pode fluir através do medidor.

A queda de voltagem através de R

S mesma através do medidor, R m

:

é a

E = IR

= 0,001 x 50

= 0,050 volt

Figura 8-129 Amperímetro universal de deriva-

ção.

Neste arranjo, um instrumento de 0-5 ma com uma resistência de 20 ohms recebe “shunt” para prover uma faixa de 0-25m e uma de 0-50 ma.

Amperímetros que possuem “shunts” internos são chamados “ multirange” (várias faixas).

Existe uma escala para cada faixa no mostrador (figura 8-130). Em alguns multíme-

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