Apresentação Elaborada de Corrente alternada.pptx

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Aperfeiçoamento Profissional Em
Transformador Elétrico
SENAI IPATINGA – UNIDADE INTEGRADE RINALDO CAMPOS SOARES

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INSTRUTOR: FILIPE AQUINO
CARGA HORÁRIA: 16h.
INTERVALOS: manhã, tarde e almoço.
ATENÇÃO: Haverá lista de presença do treinamento.
COMUNICAÇÃO: expor experiências vividas, sugestões e
dúvidas sempre que necessário.
CRITÉRIO APROVAÇÃO: 75% de frequência e 60% de
aproveitamento.
CUIDADO!!!!
ORGANIZAÇÃO

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 Nome:
 Cargo/função/area:
 Tempo de experiência
profissional:
 Em que nível
profissional você se vê hoje?

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Introdução (1/6)
 O transformador é comumente utilizado em sistemas de conversão
de energia e em sistemas elétricos.
 Seu princípio de funcionamento é baseado nas leis desenvolvidas
para análise de circuitos magnéticos.
 Transformadores são utilizados para transferir energia elétrica
entre diferentes circuitos elétricos através de um campo
magnético, usualmente com diferentes níveis de tensão.

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Introdução (2/6)
 As principais aplicações dos transformadores são:
 Isolar eletricamente sistemas de controle e eletrônicos do circuito de potência principal
(toda a energia é transferida somente através do campo magnético).
 Adequar os níveis de tensão em sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia
elétrica.
 Realizar casamento de impedância de forma a maximizar a transferência de potência.
 Evitar que a corrente contínua de um circuito elétrico seja transferida para o outro
circuito elétrico.
 Realizar medidas de tensão e corrente. Um transformador pode fornecer isolação entre
linhas de distribuição e dispositivos de medição.

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Introdução (3/6)
Isolação elétrica entre dois dispositivos existe quando não existe
conexão física entre eles através de condutores elétricos. Na figura
abaixo, o transformador evita que a corrente contínua de um circuito
elétrico seja transferida para o outro circuito elétrico.

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Introdução (4/6)
Um transformador pode fornecer isolação entre linhas de distribuição
e dispositivos de medição (e.g., voltímetro.)

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 O transformador tem a função de transformar energia elétrica em c.a. de um determinado nível
de tensão para um outro nível de tensão através da ação de um campo magnético.
 Esse dispositivo consiste de duas ou mais bobinas enroladas em um núcleo
ferromagnético.
 Normalmente, a única conexão entre essas bobinas é o fluxo magnético que circula pelo
núcleo ferromagnético (com exceção do autotransformador).
Introdução (5/6)
Símbolo

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Introdução (6/6)
núcleo envolvido

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Transformador
utilizado para realizar
casamento de
impedância em
circuito impresso.

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Transformador utilizado em sistemas de distribuição (alimentação
da rede secundária)

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Transformador Trifásico

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Transformadores
Trifásicos

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Transformadores Trifásicos

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Fotos Corte em um transformador
(bobinas, buchas, radiador)

23:15
Transformadores utilizado em sistemas de transmissão
Fotos

23:15
Transformador utilizado
em sistemas de
transmissão

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Fotos
Transformador utilizado em
subestação de sistemas
industriais

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Transformador utilizado em subestação de sistemas de distribuição
(cerca de 3,5 metros de altura)

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O fenômeno da indução faz
com que o comportamento dos
indutores seja diferente
comportamento dos resistores
em um circuito de CC.
Esse atraso se deve à
indução.
Transformador Elétrico (Fenômenos de indução e autoindução)

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Chave aberta – Não há campo
magnético, pois não há corrente.
Chave fechada – Surgi o campo
magnético, pois há corrente.

23:15
A medida que a corrente cresce
em direção ao valor máximo, o
campo magnético nas espiras se
expande.
Cada espira do indutor induz
uma tensão elétrica nas espiras
vizinhas.
Desse modo, a aplicação de
tensão em um indutor provoca o
aparecimento de um campo
magnético em variação.
Que gera no próprio indutor uma
tensão induzida.
Chamamos isso de autoindução.

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A tensão gerada por autoindução tem
polaridade oposta à da tensão que é
aplicada em seus terminais.
A autoindução gera, no indutor, uma
tensão induzida (fcem) da polaridade
oposta à da tensão aplicada
* fcem = força contra-eletromotriz

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O transformador é um equipamento amplamente utilizado nas industriais, no
comercio, distribuição de energia e nas residências.

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Vamos falar dos
transformadores
Transformador Monofásico e “Bifásico”

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Monofásico
Este transformador
é constituído de
dois enrolamentos
Enrolamento em
que se aplica a
tensão de
entrada.
Enrolamento em
que se obtem a
tensão de saída.
É o caminho
otimizado para o
fluxo magnético e o
responsável pela
transformação.

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Princípio de funcionamento

23:15
Os transformadores
usam corrente
alternada.
Pois necessitamos
de uma campo
magnético
variável.
Para produzirmos
um fluxo magnético
variável
Monofásico

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Os dois tipos de núcleo mais utilizados em transformadores monofásicos são:
Núcleo envolvente em anel “core” Núcleo envolvido “shell”

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Simbologia dos transformadores

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A tensão gerada no secundário em decorrência
do fluxo magnético variável gerado pelo
primário é denominada tensão induzida.
Se no primário do transformador for aplicada
uma corrente contínua, não será gerada tensão
no secundário, pois o fluxo magnético não será
variável ao longo do tempo.
A relação entre correntes e o número de
espiras entre enrolamento primário e
enrolamento secundário é dada por:

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Exemplo 1
Determine o número de espiras
do primário de um transformador
com 180 espiras no secundário
e uma relação de tensão de
120/12 V.
Exemplo 2
Para uma carga de 800 W, determine
as correntes nos enrolamentos
do transformador citado no
exemplo anterior.

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PRATICANDO...
1. A corrente elétrica que passa pelo enrolamento primário do transformador, que
tem 800 espiras, é iP = 15A. Calcule a corrente no enrolamento secundário do
transformador, sabendo que ele possui 100 espiras.
2. Supondo que um aparelho seja alimentado por um transformador integrado com
1500 espiras e 220V no enrolamento primário. Quantas espiras são necessárias
no enrolamento secundário para que a tensão não supere 20V?
3. Um determinado transformador é utilizado para baixar a diferença de potencial
de 3 800 V (rede urbana) para 115 V (uso residencial). Caso a corrente elétrica no
primário fosse 2A, qual seria a intensidade da corrente no secundário desse
transformador?
4. Considere que para alimentar um equipamento com potencia de 5280W em
440V, fosse utilizado um transformador alimentado em 220V com 20 espiras no
enrolamento do primário. Determine o numero de espiras do secundário e as
correntes nos enrolamentos do transformador .

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PRATICANDO...
5. A Quais os principais tipos de perdas encontradas em um transformador?
6. O primário de um transformador alimentado por uma corrente elétrica alternada
tem mais espiras do que o secundário. Nesse caso, comparado com o primário, no
secundário:
7. Quais os três tipos de transformadores a serem considerados?
8. O que difere um transformador Real de um Transformador Ideal?
9. Qual a função do núcleo de ferro nos transformadores?
10. O que acontece se ligarmos um transformador em corrente contínua?
a) A diferença de potencial é a mesma e a corrente elétrica é contínua
b) A diferença de potencial é a mesma e a corrente elétrica é alternada
c) A diferença de potencial é menor e a corrente elétrica é alternada

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PRATICANDO...

23:15
CORRIGINDO...
1. A corrente elétrica que passa pelo enrolamento primário do transformador, que tem 800 espiras, é iP =
15A. Calcule a corrente no enrolamento secundário do transformador, sabendo que ele possui 100
espiras.
2. Supondo que um aparelho seja alimentado por um transformador integrado com 1500 espiras e 220V
no enrolamento primário. Quantas espiras são necessárias no enrolamento secundário para que a
tensão não supere 20V?

23:15
CORRIGINDO...
3. Um determinado transformador é utilizado para baixar a diferença de potencial de 3 800 V (rede urbana)
para 115 V (uso residencial). Caso a corrente elétrica no primário fosse 2A, qual seria a intensidade da
corrente no secundário desse transformador?
4. Considere que para alimentar um equipamento com potencia de 5280W em 440V, fosse utilizado um
transformador alimentado em 220V com 20 espiras no enrolamento do primário. Determine o numero de
espiras do secundário e as correntes nos enrolamentos do transformador .

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CORRIGINDO...

23:15
Exercício 05
Quais os principais tipos de perdas encontradas em um
transformador?
.Perdas no cobre;
.Perdas por Histerese;
.perdas por Foulcalt.

23:15
Exercício 06
O primário de um transformador alimentado por uma corrente
elétrica alternada tem mais espiras do que o secundário. Nesse
caso, comparado com o primário, no secundário:
a) A diferença de potencial é a mesma e a corrente elétrica é contínua
b) A diferença de potencial é a mesma e a corrente elétrica é alternada
c) A diferença de potencial é menor e a corrente elétrica é alternada
Resposta: Letra C.
O enrolamento primário do transformador possui mais espiras do que o
secundário, sendo assim, o transformador é um rebaixador de tensão,
ou seja. A tensão é menor no enrolamento secundário do
transformador.

23:15
Exercício 07
Quais os três tipos de transformadores a serem
considerados?
Transformador elevador
Transformador Abaixador
Transformador Isolador.
Exercício 08
O que difere um transformador Real de um
Transformador Ideal?
A diferença entre transformador real e Ideal são as perdas, no caso do
Trafo ideal não temos perdas.

23:15
Exercício 09
Qual a função do núcleo de ferro nos transformadores?
A função do núcleo de ferro é concentrar o campo magnético, para uma dada
corrente, e orientar o campo de modo que quase todo o fluxo magnético que
passa por uma bobina passe também pela outra.
Exercício 10
O que acontece se ligarmos um transformador em
corrente contínua?
Para haver indução eletromagnética é necessário uma variação do campo
magnético ou do condutor dentro do campo. Se ligar um transformador em
corrente contínua a indução ocorrerá apenas no momento da comutação.

23:15
Circuito equivalente
Embora acoplado pelo núcleo de ferro,
uma pequena porção de fluxo disperso
(Ø1 e Ø2) é gerada nos enrolamentos do
transformador.
No primário, o fluxo disperso Ø1 gera uma
reatância indutiva X1 e no secundário o
fluxo disperso Ø2 gera uma reatância
indutiva X2.
Os parâmetros apresentados no circuito
equivalente determinam o funcionamento
correto do transformador.

23:15
Circuito equivalente

23:15
Perdas no transformador
 Perdas no cobre
As perdas no cobre podem ser divididas em:
▪ perdas na resistência ôhmica dos enrolamentos: são decorrentes da passagem de
uma corrente I pelo condutor que apresenta uma determinada resistência R, esta
perda é representada pela expressão I
2
*R;
▪ perdas parasitas no condutor dos enrolamentos: são geradas pelas correntes
parasitas induzidas nos condutores do enrolamento, dependem da grandeza da
amplitude da corrente e da geometria dos condutores das bobinas.

23:15
Perdas no transformador
 Perdas no ferro (núcleo magnético)
As perdas no ferro podem ser divididas em:
▪ perdas por histerese: são causadas pelas propriedades dos
materiais ferromagnéticos de apresentarem um atraso entre a indução magnética (b) e
o campo magnético (h);
▪ perdas por correntes parasitas: são geradas pela circulação de correntes parasitas
causadas pelo fluxo variável induzido no material ferromagnético.
Visando reduzir essas perdas, o núcleo magnético é construído de várias chapas finas de
material ferromagnético, isoladas eletricamente uma das outras. Assim, a circulação de
corrente induzida é reduzida, tendo como consequência a diminuição do aquecimento do
equipamento.

23:15
Cálculo do rendimento
Rendimento é a relação entre a potência entregue no secundário e a potência
absorvida no primário.

23:15
𝑋𝑒𝑞 =
𝑄𝑐𝑐
𝐼12

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ENSAIO DE CIRCUITO ABERTO / À VAZIO

23:15
11. Um transformador de tensão nominal 440/220V, 3kVA, 60Hz apresentou os
seguintes resultados nos ensaios referentes ao lado de alta tensão: curto-circuito
(18W, 24VAr) e a vazio/aberto (36W e 24VAr). Calcule os valores dos parâmetros
do circuito equivalente aproximado referente ao primário.
PRATICANDO...
curto-circuito
18 W e 24 VAr
a vazio
36 W e 24 VAr

23:15
11. ...
PRATICANDO...
curto-circuito
18 W e 24 VAr
a vazio (aplica a tensão nominal)
36 W e 24 VAr
DADOS:
440/220 V
3,0 kVA
60 Hz
𝑋𝑚 =
𝑉12
𝑄𝑎
𝑋𝑚 =
4402
24
= 𝟖, 𝟎𝟕𝒌Ω
𝑅𝑐 =
𝑉12
𝑃𝑎
𝑅𝑐 =
4402
36
= 𝟓, 𝟑𝟖𝒌Ω
𝑋𝑒𝑞 =
𝑄𝑐𝑐
𝐼12
𝑋𝑒𝑞 =
24
6,812 = 𝟎, 𝟓𝟐 Ω
𝑰𝟏 =
𝑷𝒏
𝑽𝒏
=
𝟑𝟎𝟎𝟎𝑽𝑨
𝟒𝟒𝟎𝑽
= 𝟔, 𝟖𝟏𝑨
(aplica tensão gradativo até
alcançar a corrente nominal)
𝑅𝑒𝑞 =
𝑃𝑐𝑐
𝐼12
=
18
6,812
= 𝟎, 𝟑𝟗Ω

23:15
12. Para um transformador de tensão nominal 380/660V, 30kVA, 60Hz obteve-se os
seguintes resultados nos ensaios:
- curto-circuito (lado de BT): 370W e 830VAr
- a vazio/aberto (lado de BT): 170W e 777,5Var
Calcule os valores dos parâmetros do circuito equivalente aproximado referente ao
primário.
PRATICANDO...
Respostas:
Xm = 185,7Ω
Rc = 849,4Ω
Xeq = 0,133 Ω
Req = 0,059 Ω

23:15
13. Para um transformador de tensão nominal 2400/240V, 50kVA, 60Hz obteve-se os
seguintes resultados nos ensaios:
- curto-circuito (lado de BT): 617W e 787,4VAr
- a vazio/aberto (lado de BT): 186W e 1311,5VAr
Calcule os valores dos parâmetros do circuito equivalente aproximado referente ao
primário.
PRATICANDO...
Respostas:
Xm = 43,92Ω
Rc = 309,68Ω
Xeq = 0,0182Ω
Req = 0,0142Ω

23:15
Os transformadores
trifásicos podem ser
vistos como um conjunto
de três monofásicos.
Então temos três enrolamentos
primários e três enrolamentos
secundários. Que devem trabalhar
juntos.

23:15
Os terminais do primário
geralmente são identificados
com a letra H (alta tensão), o
secundário com a letra X (baixa
tensão).
Com isso estabelecemos padrões
de ligação de um transformador
trifásico.
Para trabalharem juntos,
existem alguns cuidados
a serem tomados e
observações a serem
feitas.

23:15
O esquema de ligação de um
transformador é fornecida pelo
fabricante.
As bobinas componentes das fases são
identificadas com a numeração
normalizada.
Fase R: (1;4),(7;10)
Fase S: (2;5);(8;11)
Fase T: (3;6);(9:12)
//www.youtube.com/watch?v=1yJo
8mDuwbs

23:15

23:15
Em um transformador
trifásico sempre teremos que
tomar o cuidado de dissipar,
de alguma maneira o calor
desenvolvido pelo
equipamento em trabalho.
Para dissipar o calor em
transformadores de grande e médio
porte, geralmente o enrolamento
permanece mergulhado em óleo
isolante que está em contato com as
aletas externas
Transformadores menores
têm seus enrolamentos em
contato com o ar, que é
suficiente para dissipar o
calor gerado.
Normalmente os transformadores
trifásicos possuem uma caixa de ligação
ou bornes. Em transformadores de alta e
media tensão, os bornes de ligação são
sustentados por isoladores que os
mantem a uma distância adequada da
carcaça do transformador.

23:15
Que é construído por dois algarismos, o primeiro da tabela 1 e segundo da tabela 2.
Classes de proteção
Temos duas tabelas referentes as classes de proteção indicadas pelo índice de
proteção IP.

23:15
1) Descreva o funcionamento do transformador.
2) Por que o transformador não funciona se alimentado com tensão contínua?
3) Por que o núcleo dos transformadores não é de ferro maciço?
4) Cite algumas aplicações do transformador trifásico.
5) Utilize as tabelas de classe de proteção e defina que tipo de proteção possui um
transformador com IP62?
6) Para que serve o óleo no transformador?
7) Quais as condições para que seja possível ligar dois transformadores trifásicos
em paralelo?
8) Explique autoindução.
Exercícios

23:15
Corrente Alternada
A tensão alternada muda
constantemente de polaridade.
Com a mudança das polaridades da
tensão, a corrente muda o sentindo e
assim transformando em corrente
alternada.

23:15
Não há ddp ( Tensão = 0V )
Há ddp ( Tensão = - )
Corrente Alternada

23:15
Há ddp ( Tensão = + )
Corrente Alternada

23:15
A torradeira vai
funcionar nesta tensão.
Com esta frequência de corrente
(unidade de medida em hertz.
E a potência na qual
vai esquentar o pão.
Corrente Alternada

23:15
Isso significa que a
tensão/corrente que
chega na tomada da
sua casa é alternada.
Que é fornecida por uma
empresa concessionaria de
distribuição de energia elétrica.
Corrente Alternada

23:15
Primeira: A corrente alternada faz
quase tudo o que a corrente continua
faz.
Tecnicamente, existem duas razões
para que se prefira a corrente
alternada.
Segunda: A transmissão elétrica em
corrente alternada é mais fácil e
econômica, devido a ajuda dos
transformadores as correntes podem
ser aumentadas ou reduzidas
praticamente sem perdas
Corrente Alternada

23:15
Para isso, será necessário saber como funciona um gerador.
Como uma corrente alternada é gerada.
Corrente Alternada
Esse gerador elementar, consiste em uma espira disposta de tal
forma em um campo magnético estacionário.
Dessa forma, o condutor da espira corta as linhas do campo
eletromagnético, produzindo a força eletromotriz (fem).

23:15
Inicialmente a espira ou condutor começa na posição 0º.
Plano da espira perpendicular ao campo magnético.
Corrente Alternada
Nesse caso, os condutores não cortam as linhas de força.
E por isso a fem não é gerada.

23:15
Corrente Alternada
Em seguida a espira se movimenta rotacionando 45º.
Com essa movimentação inicia-se a variação de fluxo magnético no interior da
espira. Fazendo surgir uma fem induzida.

23:15
Corrente Alternada
Em seguida a espira se movimenta rotacionando 90º.
Conforme a espira gire, aumentando o seu ângulo em relação às linhas de força
do campo, maior é o seu fluxo magnético no seu interior.
Atingindo o valor máximo quando a espira estiver a 90º, devido a isso ocorrerá a
geração máxima da fem induzida.

23:15
Corrente Alternada
Ao girar até a posição de 135º, o fluxo de campo magnético
diminuirá e com isso diminui fem induzida.

23:15
Corrente Alternada
E chegando a posição de 180º. Estará na mesma situação que
a posição inicial.
Não gera a fem.

23:15
Corrente Alternada
Quando a espira ultrapassa a posição de 180º, fem induzida que
nela surgira terá seu sentindo invertido, respeitando a Lei de Lenz.

23:15
Corrente Alternada
Curva senoidal (ou senoide)

23:15
Corrente Alternada
Quando o gráfico
resulta em uma
curva senoidal .
A quantidade de ciclos
produzidos em uma
unidade de tempo é
chamado de frequência (f).
O período (T) é o tempo
necessário para completar
um ciclo.

23:15
Corrente Alternada
Uma corrente CA varia ao longo de um ciclo completo em 1/100 s. Qual é o
período e qual é a frequência?

23:15
Corrente Alternada
Chama-se valor de pico o valor máximo atingindo por uma onda senoidal,
podendo ser esse valor positivo ou negativo.
Vpp = 2Vp

23:15
Corrente Alternada (Valor eficaz)
Valor eficaz da corrente alternada é o valor da corrente alternada que
efetivamente corresponde ao da corrente contínua.
Existe uma relação constante entre o valor eficaz (ou valor RMS) de uma CA senoidal
e seu valor de pico.
Essa relação auxilia no calculo da tensão/corrente eficazes e é expressa de com as
seguintes equações:

23:15
Corrente Alternada
Para um valor de pico de 14,14 V, a tensão eficaz será de quanto?

23:15
Corrente Alternada (Defasagem)
Sabe-se que a corrente alternada e a tensão variam em ambos
os sentidos, durante um determinado intervalo de tempo,
descrevendo um ciclo.
Os valores máximos da corrente e da tensão durante um ciclo podem ou não coincidir.
Quando coincidem, diz-se que ambas estão em fase, se não coincidem, estão
defasadas.

23:15
Corrente Alternada (Defasagem)
A corrente alternada, passando através de um resistor, estará em fase com a
tensão, isto é, o ângulo da fase é nulo
Quando passa no indutor, devido ao fenômeno de autoindução da bobina, a corrente
estará atrasada em relação à tensão de ângulo 90º.
Com isso temos um efeito indutivo.
Num capacitor, a corrente
se adianta de 90º.
Com isso temos o efeito
capacitivo.

23:15
Corrente Alternada (Reatância Indutiva)
Em CA, como os valores de tensão e corrente estão em constante modificação,
o efeito da indutância se manifesta permanentemente.
Esse fenômeno de oposição permanente à circulação de uma corrente variável é
chamado de reatância indutiva:

23:15
1) Em um circuito, qual é a reatância de um indutor de 600mH aplicado a uma
rede CA de 220V, 60 Hz?
2)Determine a corrente que circula em uma
bobina de 400mH, quando ligada a uma fonte de
380V, cuja frequência é de 60 Hz.
Corrente Alternada (Reatância Indutiva)

23:15
Corrente Alternada (Reatância Capacitiva)
Quando um capacitor é alimentado com tensão CA, a corrente que circula por
esse capacitor será limitada pela reatância capacitiva.
Sendo assim, a reatância capacitiva é a grandeza que se opõe à passagem de
corrente CA por um capacitor, a unidade de medida é ohms (Ω ).

23:15
Calcule a corrente absorvida por um capacitor de 16µF quando ligado a uma
fonte de 120V, 60 Hz.
Corrente Alternada (Reatância Capacitiva)

23:15
Impedância é a combinação de duas oposições:
Corrente Alternada (Impedância)
1 – Resistência ôhmica (pura)
2 – Reatância capacitiva ou
indutiva, ou ainda a soma
vetorial da reatância
capacitiva e indutiva.
Resistência, como sendo a oposição
total à corrente contínua.
Impedância, como sendo a oposição
total à corrente alternada.
Em resumo:

23:15

23:15
Em circuitos alimentados por CA, com cargas resistivas-indutivas ou resistivas-
capacitivas, a resistência total do circuito será a soma quadrática da resistência
pura (R) com as reatâncias indutivas (XL) ou capacitivas (XC).
Esse somatório quadrático é chamado de
Impedância, sendo representado pela letra Z.
Mas, para o calculo de impedância de
um circuito, não se pode
simplesmente somar valores de
resistências com reatâncias, pois tais
valores não estão em fase.

23:15
Nos circuitos em série temos:

23:15
Nos circuitos em paralelo temos:

23:15
1) Um circuito RC série, composto de uma capacitância de 25µF e uma resistência de
80Ω, é submetido a uma tensão de 110 V na frequência de 60Hz. Determine a corrente
e as quedas de tensão.
Corrente Alternada (Exercícios)
2) Calcule a corrente, as quedas de tensão em um circuito RL série, em que R = 100Ω e
L = 0,4 H. A tensão da fonte é igual a 120V, na frequência de 60 Hz.
3) Um circuito RLC serie é composto de uma resistência de 250

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