Corrente alternada

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Forma de onda da Corrente Alternada.

A corrente alterna ^{(português europeu)} ou corrente alternada ^{(português brasileiro)} (CA ou AC - do inglês alternating current), é uma corrente elétrica cujo sentido varia no tempo, ao contrário da corrente contínua cujo sentido permanece constante ao longo do tempo. A forma de onda usual em um circuito de potência CA é senoidal por ser a forma de transmissão de energia mais eficiente. Entretanto, em certas aplicações, diferentes formas de ondas são utilizadas, tais como triangular ou ondas quadradas. Enquanto a fonte de corrente contínua é constituída pelos pólos positivo e negativo, a de corrente alternada é composta por fases (e, muitas vezes, pelo fio neutro).

História

A corrente alternada surgiu quando Nikola Tesla foi contratado por J. Westinghouse para construir uma linha de transmissão entre Niágara e Buffalo, em NY. Thomas Edison fez o possível para desacreditar Tesla, mas o sistema polifásico de Tesla foi adotado. A Corrente Alternada é a forma mais eficaz de se transmitir uma corrente elétrica por longas distâncias. Nela os elétrons invertem o seu sentido várias vezes por segundo.

Na primeira metade do século XX havia sistemas de Corrente Alternada de 25 Hz no Canadá (Ontário) e no norte dos Estados Unidos. Em alguns casos alguns destes sistemas (por exemplo, nas Cataratas do Niágara) perduram até hoje por conveniência das fabricas industriais que não tinham interesse em trocar o equipamento para que operasse a 60 Hz. As baixas freqüências facilitam construção de motores de baixa rotação, já que esta é diretamente proporcional à frequência.

Há também sistemas de 16,67 Hz em ferrovias da Europa (Suíça e Suécia).

Sistemas AC de 400 Hz são usados na indústria têxtil, aviões, navios, espaçonaves e em grandes computadores.

Na maioria dos países da América, inclusive Brasil e EUA, a frequência da rede elétrica é de 60 Hz. Na Europa, inclusive em Portugal, é usada a frequência de 50 Hz. A frequência de 50 Hz também é usada em alguns países da América do Sul, como por exemplo a Argentina, a Bolívia, o Chile e o Paraguai.

A Corrente Alternada foi adotada para transmissão de energia elétrica a longas distâncias devido à facilidade relativa que esta apresenta para ter o valor de sua tensão alterada por intermédio de transformadores. Além disso as perdas em CA são bem menores que em CC. No entanto as primeiras experiências e transmissões foram feitas com Corrente contínua (CC).

Matemática

A forma de onda de corrente e tensão em CA pode ser descrita matematicamente através da fórmula:

<math>

v(t)=V \cdot \sin(2 \pi f t + \phi_{v})\, </math>

<math>

i(t)=I \cdot \sin(2 \pi f t + \phi_{i})\, </math>

O valor de pico-a-pico de uma tensão alternada é definida como a diferença entre o seu pico positivo e o seu pico negativo. Desde o valor máximo de <math>\sin x</math> que é +1 e o valor mínimo que é -1, uma tensão CA oscila entre <math>+A</math> e <math>-A</math>. A tensão de pico-a-pico, escrita como <math>V_{p-p}</math>, é, portanto (+<math>A</math>) − (−<math>A</math>) = <math>2A</math>.

Geralmente a tensão CA é dada quase sempre em seu valor eficaz, que é o valor quadrático médio desse sinal elétrico (em inglês é chamado de root mean square, ou rms), sendo escrita como <math>V_{ef}</math> (ou <math>V_{rms}</math>). Para uma tensão sinusoidal:

<math>

V_{\mathrm{ef}}={A \over {\sqrt 2}}={A{\sqrt 2} \over 2} </math>

V_ef é útil no cálculo da potência consumida por uma carga. Se a tensão CC de valor V_CC transfere certa potência P para a carga dada, então uma tensão CA de valor V_ef irá entregar a mesma potência média P para a mesma carga se V_ef = V_CC. Por este motivo, rms é o modo normal de medição de tensão em sistemas de potência.

Para ilustrar estes conceitos, considere a tensão de 220 V CA usada em alguns estados brasileiros e em Portugal. Ela é assim chamada porque seu valor eficaz (rms) é, em condições normais, de 220 V. Isto quer dizer que ela tem o mesmo efeito joule, para uma carga resistiva, que uma tensão de 220 V CC. Para encontrar a tensão de pico (amplitude), podemos modificar a equação acima para:

<math>

A=V_{\mathrm{ef}} \cdot \sqrt 2 </math>

Para 220 V CA, a tensão de pico V_P ou A é, portanto, 220 V × √2 = 311 V (aprox.). O valor de pico-a-pico V_P-P de 220 V CA é ainda mais alta: 2 × 220 V × √2 = 622 V (aprox.)

Note que para tensões não senoidais, temos diferentes relações entre seu pico de magnitude valor eficaz. Isso é de fundamental importância ao se trabalhar com elementos do circuito não lineares que produzem correntes harmônicas, como retificadores.

Ver também

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• Corrente elétrica
• Máquinas de corrente contínua
• Corrente contínua
• Onda quadrada
• Onda triangular
• Oscilador
• Senóide