Tipos de circuitos atuais alternados, aplicações, exemplos

O circuitos atuais alternados qualquer CIRCUITOS CA Eles consistem em combinações de elementos resistentes, indutivos e capacitivos, combinados com uma fonte de tensão alternativa, que geralmente é sinusoidal.

Ao aplicar a tensão, uma corrente variável é estabelecida por um curto período de tempo, chamado corrente transitória, que dá lugar à corrente estacionária sinusoidal.

Um circuito de corrente alternado

A corrente sinusoidal tem valores que alternam entre positivos e negativos, mudando para intervalos regulares determinados por uma frequência anteriormente estabelecida. A forma da corrente é expressa como:

Eu (t) = eu_m Sen (ωt --rig)

Onde eu_m É a corrente máxima ou amplitude da corrente, ω é a frequência, t É hora e φ a diferença de fase. As unidades comumente usadas para a corrente são os amplificadores (a) e seus submultiplos, como o miliamperium e o microampeio.

Por sua vez, o tempo é medido em segundos, para a frequência são os Hertzios ou Hertz, Hz abreviado, enquanto a diferença de fase é um ângulo que geralmente é medido em radianos, embora às vezes ocorra em graus. Nem esses nem os radianos são considerados unidades.

Símbolo usado para fonte de tensão alternativa

Freqüentemente a tensão alternativa é simbolizada com a onda dentro do círculo, para diferenciá -la da tensão direta, simbolizada pelos dois linhas desiguais e paralelas.

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Tipos de circuitos atuais alternados

Existem muitos tipos de circuitos atuais alternados, começando com os circuitos mais simples mostrados na figura a seguir. Da esquerda para a direita, eles têm:

-Respeito com resistência r

-Circuito com bobina l

-Circuito com condensador C.

Da esquerda para a direita: Circuito de capacidade resistiva, indutiva e final. Fonte: f. Zapata.

Circuito com elemento resistivo

No circuito com uma resistência r conectada a uma fonte de tensão alternativa, a tensão de resistência é v_R = V_m Sen ωt. Pela OHM Law, que também é válida para circuitos puramente resistivos da corrente alternada:

V_R = I_R∙ r

Portanto, a corrente máxima i_m = V_m /R.

Tanto a corrente quanto a tensão estão em fase, o que significa que eles atingem seus valores máximos, bem como 0, ao mesmo tempo.

Em um circuito de corrente alternado puramente resistivo. Fonte: f. Zapata.

Circuito de elementos indutivos

Na bobina L, a tensão é V_eu = V_m Sen ωt e está relacionado à corrente no indutor através da equação:

Integração:

Por propriedades de razões trigonométricas, eu_eu Está escrito em termos de sin ωt como:

Yo_eu = I_m sin (ωt - ½ π)

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Então, a tensão e a corrente estão desatualizadas, o último atrasado ½ π = 90º em relação à tensão (a corrente começa antes, sendo t = 0 s o ponto de partida). Isso é visto na figura a seguir em comparação com o sinusóide de i_eu e o de V_eu:

Tensão alternativa e corrente em um circuito de corrente alternado puramente indutivo. Fonte: f. Zapata.

Reatância indutiva

A reatância indutiva é definida como x_eu = Ωl, aumenta com frequência e possui dimensões de resistência, portanto, em analogia com a lei de Ohm:

V_eu = I_eu ∙ x_eu

Circuito com elemento capacitivo

Para um contador C conectado a uma fonte de corrente alternada, é cumprido que:

Q = C ∙ V_C = C ∙ V_m Sen ωt

A corrente no condensador está derivando a carga em relação ao tempo:

Yo_C= ωc ∙ v_m cos ωt

Mas cos ωt = sin (ωt + ½ π), então:

Yo_C = Ωcv_m sin (ωt+ ½ π)

Nesse caso, os avanços atuais para a tensão em ½ π, como pode ser visto no gráfico.

Tensão e corrente no circuito alternativo com elemento puramente capacitivo. Fonte: f. Zapata.

Reatância capacitiva

A reatância capacitiva pode ser escrita x_C = 1/ωc, diminui com a frequência e também possui unidades de resistência, ou seja, ohms. Dessa forma, a lei de Ohm é assim:

V_C = X_C.Yo_C

Formulários

Michael Faraday (1791-1867) foi o primeiro a obter uma corrente que mudou periodicamente seu significado, por meio de seus experimentos de indução, embora durante os primeiros dias, apenas a corrente direta tenha sido usada.

No final do século XIX, ocorreu a guerra bem conhecida das correntes, entre os Thomas para. Edison, defensor do uso da corrente direta e George Westinghouse, apoiador da corrente alternada. Finalmente, este foi o que ganhou pela economia, eficiência e facilidade de transmissão com pequenas perdas.

Por esse motivo, a corrente que vem a casas e indústrias está alternando a corrente, embora o uso da corrente direta nunca desaparecesse completamente.

A corrente alternada é usada para quase tudo e, em muitas aplicações, a constante mudança de direção da corrente alternada não é relevante, como lâmpadas, ferro ou chifre de cozinha, uma vez que o aquecimento do elemento resistivo não depende do direção do movimento de cargas.

Por outro lado, o fato de que a corrente muda o significado de uma certa frequência é a base de motores elétricos e várias aplicações mais específicas, como as seguintes:

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Circuitos de pelfming

Os circuitos que consistem em uma fonte alternativa conectada a uma resistência e a um capacitor em série são conhecidos como circuitos da série RC e são usados ​​para eliminar Lasks indesejados em outro circuito, ou também adicionam algum efeito especial a isso.

Eles também servem como divisores de tensão e sintonizam as estações de rádio (consulte o Exemplo 1 na próxima seção).

Circuitos do tipo de ponte

Os circuitos de ponte alimentados com corrente alternada podem ser usados ​​para medir a capacidade ou indutância, da mesma maneira que a ponte Wheatstone é usada, um circuito de corrente direta bem conhecido capaz de medir o valor de uma resistência desconhecida.

Exemplos de circuitos atuais alternados

Nas seções anteriores, foram descritos os circuitos de corrente alternados mais simples, embora, é claro, os elementos básicos descritos acima, bem como outros um pouco mais complexos como diodos, amplificadores e transistores, para citar alguns, podem ser combinados para obter vários efeitos.

Exemplo 1: Circuito RLC

Um dos circuitos mais comuns em AC É o que inclui uma resistência r, uma bobina ou indutor L e um capacitor ou uma série C Condenser com uma fonte de corrente alternada.

Circuito RLC em série alimentada com uma fonte de corrente alternada. Fonte: f. Zapata.

Os circuitos da série RLC respondem particularmente à frequência da fonte alternativa com a qual são alimentados. É por isso que uma das aplicações mais interessantes é como circuitos ajustados por rádio.

Um sinal de rádio gera frequentemente uma corrente com a mesma frequência em um circuito especialmente projetado para servir como receptor, e a amplitude dessa corrente é máxima se o receptor for ajustado com essa frequência, através de um efeito chamado ressonância.

O circuito receptor serve como sintonizador porque é projetado para que os sinais de frequências indesejadas gerem correntes muito pequenas, que não são detectadas pelos alto -falantes de rádio e, portanto, não são audíveis. Por outro lado, para a frequência de ressonância, a amplitude da corrente atinge um máximo e o sinal é claramente ouvido.

A frequência de ressonância ocorre quando as reações indutivas e capacitivas do circuito são equalizadas:

X_eu = X_C

1/ωc = ωl

Ω² = 1/LC

Diz -se que a estação de rádio com o sinal de frequência ω está "sintonizada", e os valores de L e C são escolhidos para essa certa frequência.

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Exemplo 2: Circuito RLC em paralelo

Os circuitos de RLC em paralelo também têm certas respostas de acordo com a frequência da fonte, o que depende da reatância de cada um dos elementos, definidos como a razão entre a tensão e a corrente.

Circuito RLC em paralelo conectado a uma fonte de corrente alternada. Fonte: f. Zapata.

Exercício resolvido

No circuito LRC na série 1 da seção anterior, a resistência vale 200 ohm, indutância 0.4 h e o condensador é de 6 μF. Por sua parte, a fonte de alimentação é uma tensão de amplitude alternativa igual a 30 V, geralmente 250 rad/s. É solicitado a encontrar:

a) as reatâncias de cada elemento

b) o valor do módulo de impedância do circuito.

c) a amplitude da corrente

Solução para

As respectivas reatâncias são calculadas com as fórmulas:

X_C = 1/ωc = 1/(250 rad/s x 6 x10^-6 F) = 666,67 ohm

X_eu = Ωl = 250 rad/s x 0.4 h = 100 ohm

E a reatância de resistência é equivalente ao seu valor em ohms:

X_R = R = 200 ohm

Solução b

A impedância Z é definida como o motivo entre a tensão e a corrente no circuito, em série ou em paralelo:

Z = v_m / Yo_m

A impedância é medida em ohms, bem como uma resistência ou reatância, mas refere -se à oposição à passagem da corrente de indutâncias e capacitores, considerando que, além de seus efeitos particulares, como atrasar ou avançar para a tensão, também eles também ter uma certa resistência interna.

Pode -se demonstrar que, para o circuito da série RLC, o módulo de impedância é dado por:

Ao avaliar os valores fornecidos na declaração, é obtido:

Solução c

De:

Z = v_m / Yo_m

Se tem que;

Yo_m = V_m / Z = 30V / 601 Ohms = 0.05 a.

Assuntos de interesse

Diferenças entre corrente alternada e direta

Referências

1. Alexander, c. 2006. Fundações de circuito elétrico. 3º. Edição. Mc Graw Hill.
2. Boylestad, r. 2011. Introdução à análise do circuito.2º. Edição. Pearson.
3. Figueroa, d. (2005). Série: Física para Ciência e Engenharia. Volume 6. Eletromagnetismo. Editado por Douglas Figueroa (USB).
4. Sears, Zemansky. 2016. Física da Universidade com Física Moderna. 14º. Ed. Volume 1. Pearson.
5. Serway, r., Jewett, J. (2008). Física para Ciência e Engenharia. Volume 1. 7º. Ed. Cengage Learning.