A invenção do sistema elétrico no final do século XIX permitiu o desenvolvimento de modernos sistemas de energia CA de tensão constante, com usinas normalmente localizadas a vários quilômetros dos centros de carga elétrica. Antes, na era da eletricidade pública, eram sistemas DC, onde a fonte de energia estava necessariamente próxima do ponto de carga.
A maior vantagem da CA em comparação com a CC é que a CA pode ser facilmente convertida de alta tensão para baixa tensão ou de baixa tensão para alta tensão. As tensões CA podem ser aumentadas ou diminuídas dependendo das necessidades em uma ampla variedade de pontos dos sistemas elétricos, como geração, transmissão e distribuição, e uso. Isso é possível usando um dispositivo estático chamado transformador. Os transformadores funcionam segundo o princípio da indução mútua. Eles transferem energia de um circuito para outro quando não há conexão elétrica entre os dois circuitos. Portanto, descreveremos o dispositivo elétrico a seguir:
Os actuais sistemas de transmissão e distribuição são, obviamente, muito mais complexos e fortemente dependentes de transformadores, que por sua vez são muito mais eficientes do que os de há um século atrás; dos grandes transformadores de gerador, como o mostrado na figura, que aumenta a produção de uma usina de energia superdimensionada no Reino Unido de até 19.000 A a 23,5 kV para 400 kV, reduzindo-a assim para 1.200 A praticamente gerenciáveis, até o milhares de unidades menores de distribuição que operam praticamente indefinidamente, 24 horas por dia, com pouca ou nenhuma atenção, para atender clientes industriais e residenciais.
Teoria dos dispositivos elétricos
A teoria dos dispositivos elétricos abrange uma ampla gama de princípios, conceitos e técnicas que explicam o comportamento e o funcionamento de vários dispositivos elétricos. Além das fórmulas e relações básicas, vários aspectos importantes devem ser levados em consideração.
Características e modelos do dispositivo
Cada dispositivo elétrico possui propriedades únicas que determinam seu comportamento dentro de um circuito. Compreender essas propriedades é fundamental para análises e projetos precisos.
Características tensão-corrente
Os dispositivos têm relações específicas de tensão-corrente que podem ser lineares, não lineares, dependentes do tempo ou dependentes da frequência. Essas propriedades são frequentemente representadas por modelos matemáticos ou diagramas.
Resposta de frequência
Dispositivos elétricos podem reagir de maneira diferente a sinais de frequências diferentes. A análise de resposta de frequência pode ser usada para determinar como os dispositivos se comportam em diferentes faixas de frequência.
Não idealidades
Dispositivos do mundo real exibem comportamento não ideal, incluindo elementos parasitas (por exemplo, capacitância, indutância), efeitos de temperatura, correntes de fuga e ruído. Modelos e técnicas são usados para dar conta dessas não-idealidades.
Aplicativos e configurações do dispositivo
Os dispositivos elétricos são usados em uma ampla variedade de aplicações e podem ter designs diferentes dependendo do uso pretendido.
Reforço
Transistores e amplificadores operacionais amplificam sistemas de áudio, sistemas de comunicação e instrumentos.
Trocar
Dispositivos de comutação, como transistores e relés, controlam o fluxo de eletricidade e permitem que circuitos e sistemas sejam ligados e desligados.
Tecnologia e medição de sensores
Sensores e dispositivos de medição registram quantidades físicas (por exemplo, temperatura, pressão, luz) e as convertem em sinais elétricos para processamento ou controle posterior.
Considerações sobre fonte de alimentação
Dispositivos elétricos interagem com fontes de energia e consomem energia. Portanto, parâmetros relacionados ao desempenho devem ser levados em consideração.
Desperdício de energia
A energia é convertida em calor através da produção de energia nos dispositivos. O gerenciamento térmico adequado é importante para evitar o superaquecimento e garantir a confiabilidade do dispositivo.
Informações de desempenho
Os dispositivos têm classificações de potência que indicam a potência máxima que podem suportar sem danos. Para uma operação segura e eficiente, é importante combinar as classificações de potência dos dispositivos com os requisitos de um circuito.
Eficiência energética
A eficiência energética é a relação entre a potência de saída e a potência de entrada. Maximizar a eficiência é fundamental para minimizar as perdas de energia em dispositivos e sistemas.
Compreender esses aspectos da teoria dos dispositivos elétricos é fundamental para engenheiros, técnicos e projetistas que trabalham com dispositivos e circuitos elétricos. Ele permite análises precisas, projeto eficiente e operação segura de sistemas elétricos em diversas áreas, incluindo eletrônica, sistemas de energia, telecomunicações e automação.
Teoria do transformador de potência
Um transformador de potência é um dispositivo importante em sistemas de energia elétrica para transferir energia elétrica entre diferentes níveis de tensão. A teoria dos transformadores de potência gira em torno do conceito de indução eletromagnética. Michael Faraday descobriu-o pela primeira vez no início do século XIX. A lei de Faraday afirma que um campo magnético variável induz uma força eletromotriz (EMF) em um condutor. Este princípio constitui a base da operação do transformador.
Um transformador de potência consiste em duas ou mais bobinas de fio isolado, chamadas enrolamentos, enroladas em torno de um núcleo magnético. O núcleo magnético fornece um caminho para o fluxo magnético criado pela corrente alternada que flui através dos enrolamentos. Quando uma corrente alternada flui através do enrolamento primário, ela cria um campo magnético que muda constantemente de direção. De acordo com a lei de Faraday, esta mudança no campo magnético induz uma força eletromotriz no enrolamento secundário. Isso transfere energia elétrica do enrolamento primário para o secundário sem conexão física.