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Eletricidade A - ENG04474

Eletricidade A - ENG04474. AULA I. Modelos Físicos de Fenômenos Naturais. Ferramentas Matemáticas. Combinar. Engenharia Elétrica. Ramo da Engenharia relativo à: Produção, Transformação, Transmissão e Medição de Sinais Elétricos. Atividade:. Sistemas de Comunicação Sistemas de Computação

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Presentation Transcript

  1. Eletricidade A - ENG04474 AULA I

  2. Modelos Físicos de Fenômenos Naturais Ferramentas Matemáticas Combinar Engenharia Elétrica • Ramo da Engenharia relativo à: • Produção, Transformação, Transmissão e Medição de Sinais Elétricos. • Atividade: • Sistemas de Comunicação • Sistemas de Computação • Sistemas de Controle • Sistemas de Geração e Transmissão • Sistemas de Processamento de Sinais Sistemas de Interesse Prático

  3. Sistemas Elétricos • Sistemas de Comunicação • Gerar, Transmitir e Distribuir Informações

  4. Sistemas Elétricos • Sistemas de Computação • Processar Informações

  5. Vazão Desejada Controlador Vazão Real Sensor de Vazão Válvula Sistemas Elétricos • Sistemas de Controle • Regulação de Processos

  6. Sistemas Elétricos • Sistemas de Controle • Regulação de Processos • Automação Industrial • Robótica

  7. Sistemas Elétricos • Sistemas de Geração e Transmissão • Gerar e Distribuir Energia Elétrica Geradora Termelétrica a Gás Geradora Hidroelétrica Geradora Eólica Geradora Termelétrica Nuclear Geradora Termelétrica a Carvão Central de Controle de Distribuição Rede de Distribuição

  8. Sistemas Elétricos • Sistemas de Processamento de Sinais • Transformação de Sinais

  9. Interação Entre os Sistemas Elétricos Sistemas de Processamento de Sinais Sistemas de Comunicação Sistemas de Computação Sistemas de Transmissão Sistemas de Controle

  10. Projetos em Engenharia Elétrica Necessidade • Etapas Especificações de Projeto Visão Geral Protótipo Circuito Circuito que atende as Especificações de Projeto Concepção Análise de Circuitos Medidas em Laboratório Aperfeiçoamento com base na Análise Aperfeiçoamento com base nas Medidas • Análise de Circuitos • Baseia-se em Técnicas Matemáticas - Teoria de Circuitos Elétricos • Utilizada para Prever o Comportamento de Circuitos e seus componentes

  11. Teoria de Circuitos • Características • Desenvolvida a partir de medidas experimentais dos fenômenos elétricos. • Atribui-se sua concepção a Kirchhoff. • Atualmente, pode ser vista como uma simplificação da Teoria Eletromagnética (Leis de Maxwell). • É fundamentada nos conceitos de: corrente e tensão elétricas. • Bipolo • Dispositivo contendo 2 terminais condutores Nesta disciplina estudaremos os circuitos elétricos baseados em bipolos

  12. Corrente e Tensão Elétrica em Bipolos • Corrente Elétrica • Quantidade de carga elétrica deslocada por unidade de tempoi=dq/dt • Unidade de medida: Ampère (A) • A corrente elétrica possui um sentido • A corrente queentra no bipolo éigual à quesai. • Tensão Elétrica ou Diferença de Potencial Elétrico • Unidade de medida: Volt (V) • v positivo indica que o pólo + tem um potencial elétrico maior que o do pólo-

  13. v(t) v(t) t t i(t) v(t) 0 t t Corrente e Tensão Elétrica • Corrente e Tensão Elétrica em função do tempo • Podem variar com o passar do tempo • Se não variam são ditas CONTÍNUAS • Se alteram o sinal são ditas ALTERNADAS • Se variam ciclicamente são ditas CÍCLICAS Tensão cíclica Tensão contínua Tensão cíclica alternada Corrente alternada

  14. Transferência de Energia Considere a convenção para tensão e corrente mostrada na figura ao lado • A carga elétrica dq deslocada pela corrente i durante um intervalo diferencial de tempo dt é dada por :dq=idt • Energia transferida: dw=vdq (unidade Joule (J) ) • Potência instantânea: (unidade Watt (W)) Com a convenção adotada, se p = v i for positivo, diz-se que o bipolo recebe energia

  15. p(t)watts 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 t(s) Exemplo • Transferência de Energia: • Qual a Energia transferida ao bipolo X durante o intervalo de tempo 0 a 10s dado que a potência [p(t)=v(t)i(t)] é a descrita pelo gráfico abaixo.

  16. Convenção para Tensão e Corrente • Convenção passiva para bipolos • p=vi > 0 bipolo recebe energia • p=vi < 0 bipolo fornece energia • Um bipolo é caracterizado pela relação existente entre sua tensão e sua correntev=f(i) ou i=f(v)

  17. i4 i5 i3 i2 + + + - - - - + + + + v5 v3 v4 v2 i8 i7 i1 v7 v1 v8 - - - + i6 v6 - Circuitos Elétricos • Circuito Elétrico é um Modelo Matemático que descreve aproximadamente o comportamento de um sistema elétrico real (formado por bipolos conectados). • AEnergia Total Fornecida é IGUAL a Energia Total Recebida pelos bipolos de um circuito elétrico (PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA). • As Leis de Kirchhoff associadas às relações entre tensão e corrente nos bipolos constituem a Teoria de Circuitos Elétricos.

  18. i3 i4 + + - - + + v4 v3 i1 i7 v7 v1 - - i2 i5 - - + + v2 v5 - + i8 i6 v8 v6 - + Exemplo • Conservação de Energia • Em um circuito real foram feitas medidas das tensões e correntes de seus bipolos de acordo com as indicações feitas no circuito abaixo. Verifique se estas medidas concordam com o princípio da conservação de energia (isso é um indicativo de que essas medidas podem estar corretas).  R - Bipolorecebe energia F- Bipolo fornece energia Esse circuito obedece o princípio da conservação da energia Para ter certeza absoluta verifique se o circuito obedece as leis de Kirchhoff .

  19. i4 i5 i2 i3 + + + + - - - - + + + + v4 v3 v2 v5 i8 i6 i1 i7 v6 v7 v8 v1 - - - - Leis de Kirchhoff • Lei das Correntes(1ª Lei de Kirchhoff) • A soma algébrica das correntes que entram em um nó é nula(Nó: Ponto de ligação entre 2 ou mais bipolos). • Para um circuito com n nós, pode-se escrever n-1equações de corrente independentes. B C D A E 5 Nós  4 Equações de Nó Combinação linear das outras equações de Nó

  20. i2 i3 i4 i5 + + + + - - - - + + + + v2 v5 v3 v4 i8 i1 i6 i7 v7 v1 v6 v8 - - - - Leis de Kirchhoff • Lei das Tensões (2ª Lei de Kirchhoff) • A soma algébrica das tensões nos bipolos pertencentes a um laço é nula.(Laço: Qualquer percurso fechado formado por bipolos que não passe duas vezes pelo mesmo nó). • Para um circuito com b bipolos e n nós, pode-se escrever b-(n-1)equações independentes de tensão. Laço 3 Laço 4 Laço 5 Laço 2 Laço 1 8 bipolos e 5 Nós  4 Equações de Laço Combinação linear das outras equações de Laço

  21. i3 i2 i5 16 + + + - - - - + + + + 2 v4 8 v5 -10 i7 20 v8 v1 -6 L2 - - - C L3 + -20 4 - E Exemplo • Leis de Kirchhoff • No circuito abaixo foram feitas algumas medidas de tensões e correntes. Utilizando as Leis de Kirchhoff determine os valores das correntes e tensões que não foram medidas. B C D A L1 L4 E

  22. Super Nó • Nó • Ponto de ligação entre 2 ou mais bipolos. • Super Nó • Combinação de vários Nós • A lei de Kirchhoff das correntes também vale para Super Nó i3 Super Nó i2 i1 i5 Nó i7 i6 i4

  23. Super NóX i5 16 10 i3 + + + - - - - + + + + 8 v5 v4 2 i7 -10 20 v8 v1 -6 - - - B C D A + -20 4 - E Exemplo Super NóX: 10 - (-20) - i7 - 20 = 0 i7 = 10 A

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