08-Eletricidade Básica

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ampères o circuito permaneceria funcionando.

O resultado poderia ser o mesmo se R tivesse entrado em “curto”.

1

ou R

3

A resistência total, em todo caso, cairia para 50 ohms. Disto, pode ser afirmado que, quando ocorre um “curto”num circuito em série-paralelo, a resistência total diminuirá e a corrente total aumentará. Um “curto”, normalmente causará uma interrupção no circuito, seja queimando o fusível ou danificando um componente do circuito. E, no caso de uma interrup-

ção, um “curto” num circuito em série-paralelo pode ser detectado tanto com um ohmímetro quanto com um voltímetro.

CORRENTE ALTERNADA E VOLTAGEM

A corrente alternada tem substituído largamente a corrente contínua nos sistemas de energia comercial, por uma série de motivos.

Pode ser transmitida a longas distâncias mais rápida e economicamente do que a corrente contínua, já que as voltagens de C.A. podem ser aumentadas ou diminuídas por meio de transformadores.

Porquanto, mais e mais unidades estão sendo operadas eletricamente em aeronaves; a demanda de energia é tal, que consideráveis vantagens podem ser obtidas pelo uso de C.A.

Peso e espaço podem ser economizados, já que os equipamentos de C.A., especialmente os motores, são menores e mais simples do que os dispositivos de C.C.

Na maior parte dos motores de C.A. não são necessárias escovas, e o problema de comutação em altitude elevada é eliminado.

Circuit-breakers” opera satisfatoriamente sob carga num sistema de C.A. em altitudes elevadas, enquanto que o centelhamento é mais intenso nos sistemas C.C., obrigando a trocas freqüentes de “ circuit-breakers”.

Finalizando, a maior parte das aeronaves, usando sistema de corrente contínua de 24 volts, têm equipamentos específicos que requerem certa quantidade de corrente alternada com

400 ciclos.

C.A e C.C. comparadas

Muitos dos princípios, características e efeitos da corrente alternada são similares aos da corrente contínua. Também existem diferen-

ças que ainda serão explanadas.

A corrente contínua flui constantemente, numa única direção com uma polaridade constante. Modifica a intensidade somente quando o circuito é aberto ou fechado, conforme mostrado na forma de onda de C.C., na figura 8-160.

A corrente alternada muda de direção a intervalos regulares, aumenta em valor a razão definida, de zero à máxima intensidade positiva e diminui até zero.

Formas de ondas C.A. e C.C. são comparadas na figura 8-160.

Figura 8-160 Curvas de voltagem de C.C. e de C.A.

Posto que a corrente alternada muda constantemente a intensidade e direção, dois

Princípios do gerador

efeitos que não ocorrem nos circuitos de C.C., ocorrem nos de C.A. São eles a reatância indutiva e a reatância capacitiva. Ambos serão discutidos adiante, neste capítulo.

Após a descoberta de que uma corrente elétrica fluindo cria um campo magnético em torno do condutor, havia considerável especula-

ção científica sobre a possibilidade de um cam-

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po magnético poder criar um fluxo de corrente num condutor.

Em 1831, o cientista inglês Michael Faraday demonstrou que isto poderia ser realizado.

Esta descoberta é a base do funcionamento do gerador, que assinalou o início da “Era da Eletricidade”. Para mostrar como uma corrente elétrica pode ser criada por um campo magnético, uma demonstração semelhante à ilustrada na figura 8-161 pode ser usada. Várias voltas de um condutor são enroladas em torno de um miolo cilíndrico, e as extremidades do condutor são conectadas juntas, para formar um circuito completo que inclui um galvanômetro.

Se um imã simples em barra for inserido no cilindro, pode-se observar que o galvanômetro deflexiona da sua posição zero numa direção

(A da figura 8-161).

Quando o imã está imóvel dentro de cilindro, o galvanômetro mostra uma leitura zero, indicando que não há corrente fluindo (B da figura 8-161).

Figura 8-161 Induzindo um fluxo de corrente.

Em “C” da figura 8-161, o galvanômetro indica um fluxo de corrente na direção oposta,

Quando um condutor é movido através de um campo magnético, conforme mostrado na quando o imã é puxado do cilindro.

Os mesmos resultados podem ser obtidos conservando-se o imã imóvel e movendo-se o cilindro sobre o imã, indicando que uma correnfigura 8-162, uma força eletromotriz (f.e.m.) é induzida no condutor. te flui quando há o movimento relativo entre a bobina de fio e o campo magnético.

Estes resultados obedecem a uma lei estabelecida pelo cientista alemão Heinrich

Lenz.

A Lei de Lenz estabelece que a corrente induzida causada pelo movimento relativo de um condutor e um campo magnético sempre flui de acordo com a direção em que seu campo magnético se opõe ao movimento.

Figura 8-162 Induzindo uma F.E.M. em um condutor.

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A direção (polaridade) da f.e.m. induzida

é determinada pelas linhas de força magnética e a direção na qual o condutor é movimentado dentro do campo magnético.

A regra-da-mão-esquerda para geradores

(não confundir com a regra-da-mão-esquerda aplicável a bobinas) pode ser usada para indicar a direção da f.e.m. induzida, conforme mostrado na figura 8-163.

O primeiro dedo (indicador) da mão esquerda é apontado na direção das linhas de força magnética (norte ou sul), o polegar é apontado na direção de movimento do condutor através do campo e o segundo dedo aponta na direção da f.e.m. induzida.

Figura 8-163 Aplicação da regra da mão esquerda para geradores.

Quando dois destes três fatores são conhecidos, o terceiro pode ser determinado usando-se esta regra. trárias com relação aos dois lados da curvatura do condutor.

Se os lados “A” e “B” são girados meia volta, e os lados do condutor tenham trocado de posição, a f.e.m. induzida em cada fio inverte sua direção, desde que o fio cortando as linhas de força na direção ascendente seja agora movimentado na descendente.

O valor de uma f.e.m. induzida depende de três fatores:

(1) A quantidade de fios, movendo-se através do campo magnético;

(2) A intensidade do campo magnético;

(3) A velocidade de rotação.

Geradores de corrente alternada

Os geradores usados para produzir corrente alternada são chamados de geradores de

C.A. ou alternadores. O gerador simples, mostrado na figura 8-165, constitui um meio de geração de uma voltagem alternada. Consiste numa volta de fio (loop) com marcações “A” e

“B”, rotativa, colocada entre dois pólos magnéticos, “N” e “S”.

Figura 8-164 Voltagem induzida em um condutor em curva.

Quando um condutor dobrado é girado num campo magnético (ver figura 8-164), uma voltagem é induzida em cada lado da curva.

Os dois lados cortam o campo magnético em direções opostas, e embora o fluxo de corrente seja contínuo, move-se em direções con-

Figura 8-165 Gerador simples.

As extremidades do “ loop” são conectadas a dois anéis metálicos deslizantes (anéis coletores), C e C

2

. A corrente é retirada dos anéis coletores por escovas de carvão. Se o “

lo-

op” for considerado como fios “A” e “B” separados, e a regra-da-mão-esquerda para geradores

(não confundir com a regra-da-mão-esquerda para bobinas) é aplicada, então pode ser observado que, quando o fio “A” move-se para cima através do campo, é induzida uma voltagem que causa o fluxo para dentro do “loop”.

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Quando o fio “B” move-se para baixo, dentro do campo, é induzida uma voltagem que causa o fluxo para fora do “ loop”.

Quando o enrolamento de fio se move no interior do campo, as voltagens induzidas nos dois lados do fio são cumulativas. Portanto, para propósitos expositivos, a ação de ambos os condutores, “A” e “B”, enquanto girando no campo magnético, é semelhante à ação do “loop”.

A figura 8-166 ilustra a geração de corrente alternada com um “ loop” simples, de condutor girando num campo magnético.

Como é girado na direção anti-horária, valores variantes de voltagens são induzidos nele.

Figura 8-166 Geração de uma onda senoidal.

Na posição 1, o condutor “A” move-se paralelo às linhas de força, - já que não corta linhas de força, a voltagem induzida é zero.

O condutor avançando da posição 1 para a posição 2, aumenta a voltagem induzida gradualmente.

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Na posição 2, o condutor move-se perpendicularmente ao fluxo e corta o número máximo de linhas de força, proporcionando a indu-

ção da voltagem máxima.

O condutor, movendo-se além da posi-

ção 2, corta uma quantidade decrescente de linhas de força a cada instante, e a voltagem induzida diminui.

Na posição 3, o condutor completou meia revolução e novamente move-se paralelo

às linhas de força, e não há indução de voltagem no condutor.

Como o condutor “A” passa pela posição

3, a direção da voltagem se inverte, já que o condutor “A” move-se, agora, para baixo, cortando o fluxo na posição oposta.

O condutor “A” movendo-se através do pólo sul, diminui gradualmente a voltagem induzida, na direção negativa, até que na posição

4 o condutor mova-se perpendicularmente ao fluxo novamente, e seja gerada a voltagem negativa máxima.

Da posição 4 para a 5, a voltagem induzida decresce gradualmente até que atinja o valor zero, e o condutor e a onda estejam prontos para começar um outro ciclo.

A curva mostrada na posição 5 é chamada de onda senoidal. Representa a polaridade e intensidade dos valores instantâneos das voltagens geradas.

A linha base horizontal é dividida em graus, ou tempo, e a distância vertical acima ou abaixo da linha base representa o valor da voltagem em cada ponto particular, na rotação do enrolamento (loop).

Ciclo e freqüência

Sempre que uma voltagem ou corrente passam por uma série de mudanças, retorna ao ponto de partida e, então, reinicia a mesma série de mudanças, a série é chamada ciclo.

O ciclo é representado pelo símbolo (~).

No ciclo de voltagem mostrado na figura 8-167, a voltagem aumenta de zero ao valor positivo máximo e cai para zero; então, aumenta para o valor máximo negativo e novamente cai a zero.

Neste ponto, está em condições de iniciar nova série.

Existem duas alterações num ciclo completo, a positiva e a negativa. Cada qual é meio ciclo.

Figura 8-167 Freqüência em ciclos por segundo.

O número de vezes, em que cada ciclo ocorre num período de tempo, é chamado de freqüência. A freqüência de uma corrente elétrica ou voltagem indica o número de vezes em que um ciclo se repete em 1 segundo.

Num gerador, a voltagem e a corrente passam por um ciclo completo de valores, cada vez que um enrolamento ou condutor passa sob o pólo norte e o pólo sul do imã.

O número de ciclos para cada revolução de enrolamento ou condutor é igual ao de pares de pólos.

A freqüência, então, é igual ao número de ciclos em uma revolução, multiplicado pelo número de revoluções por segundo. Expresso em equação fica:

F = x r.p.m.

60 2 onde P/2 é o número de pares de pólos e r.p.m./60 o número de revoluções por segundo.

Se num gerador de 2 pólos, o condutor é girado a 3.600 r.p.m., as revoluções por segundo são:

r.p.s = 3600

60

= 60 revoluções por segundo

Como existem 2 pólos, P/2 é igual a 1 e a freqüência é de 60 c.p.s..

Num gerador de 4 pólos, com uma velocidade do induzido de 1.800 r.p.m., substitui-se na equação:

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F =

P

2 x r.p.m.

60

F =

4 x

1800

2 60

F = 60 c.p.s.

=

2 x 30

A par da freqüência e ciclagem, a voltagem e a corrente alternada também têm uma característica chamada “fase”.

Num circuito alimentado por um alternador, deve haver uma certa relação de fase entre a voltagem e a corrente para que o circuito funcione eficientemente. Tal relação não somente deve haver num sistema alimentado por dois ou mais alternadores, mas também entre as voltagens e correntes individuais. Dois circuitos separados podem ser comparados pelas características de fase de cada um.

Quando duas ou mais ondas senóides passam por 0º e 180º simultaneamente, e alcan-

çam seus picos, existe uma condição “em fase”, conforme mostrado na figura 8-168.

Os valores de pico (magnitudes) não têm que ser os mesmos para que a condição em fase exista.

Figura 8-169 Condição de “fora de fase” da corrente e da voltagem.

Valores de corrente alternada

Existem três valores de corrente alternada que precisam ser considerados. São eles: instantâneo, máximo e efetivo.

Um valor instantâneo de voltagem ou corrente é a voltagem induzida ou corrente fluindo em qualquer momento. A onda senóide é uma série destes valores. O valor instantâneo da voltagem varia de zero em 0º, para máximo a

90º, volta a zero a 180º, vai para o máximo na direção oposta em 270º e a zero novamente em

360º. Qualquer ponto de uma onda senóide é considerado um valor instantâneo de voltagem.

O valor máximo é o instantâneo mais alto. O mais elevado valor positivo isolado ocorre quando a voltagem da onda senóide está a

90 graus, e o valor negativo isolado mais alto ocorre quando está a 270 graus. Estes são chamados valores máximos. O valor máximo é 1,41 vezes o valor efetivo (ver figura 8-170).

Figura 8-168 Condição “em fase” da corrente e da voltagem.

Quando as ondas senóides passam por 0º e 180º em tempos diferentes, uma condição “fora-de-fase” existe, conforme mostrado na figura

8-169.

Na medida em que as duas ondas senóides estão fora de fase, elas são indicadas pelo número de graus elétricos entre os picos correspondentes das ondas senóides.

Na figura 8-169, a corrente e a voltagem estão 30º fora de fase.

Figura 8-170 Valores efetivos e máximos de voltagem.

O valor efetivo da corrente alternada é o mesmo valor da corrente contínua, que possa produzir um igual efeito térmico. O valor efetivo é menor do que o valor máximo, sendo igual a 0,707 vezes o valor máximo. Então, os 110

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