Teoria do circuito Ac (parte 3): valores de pico, média e rms

Esta série de circuitos AC nos levou a uma jornada que nos viu discutir o que AC realmente é, como ele é gerado, algumas histórias, conceitos por trás de AC, sua forma de onda, características e algumas propriedades. Hoje iremos repassar alguns termos e quantidades associados à Corrente Alternada.

Valor de pico de uma forma de onda AC

Uma das principais propriedades de uma forma de onda AC, além da frequência e do período, é a Amplitude, que representa o valor máximo de uma forma de onda alternada ou, como mais conhecido, o valor de pico.

Pico, como a palavra denota, é o valor mais alto alcançado por uma forma de onda de corrente alternada (ou tensão) durante um meio ciclo da forma de onda medida a partir do ponto inicial da linha de base em zero. Isso nos dá uma das principais diferenças entre CA e CC, pois os sinais baseados em CC são sinais de estado estacionário, portanto, eles mantêm uma amplitude constante que é sempre igual à magnitude da corrente ou tensão CC. Em ondas senoidais puras, o valor de pico é sempre o mesmo para os semiciclos positivos e negativos que fazem um ciclo completo (+ Vp = -Vp), mas isso não é verdadeiro para outras formas de onda não senoidais usadas na representação de corrente, pois diferentes meios ciclos tendem a ter diferentes valores de pico.

Valores instantâneos de tensão e corrente

O valor instantâneo de uma tensão ou corrente alternada é o valor da corrente ou tensão em um determinado instante de tempo durante o ciclo da forma de onda.

Considere a imagem abaixo.

O valor instantâneo da tensão é dado pela equação;

V = Vpsin2πFt

Onde Vp = valor da tensão de pico

O valor instantâneo da corrente também é obtido por uma expressão semelhante

I = Ipsin2πFt

Valor médio de uma forma de onda AC

O valor médio ou valor médio de uma corrente alternada é a média de todos os valores instantâneos durante um meio ciclo. É a razão de todos os valores instantâneos para o número de valores instantâneos selecionados durante um meio ciclo.

O valor médio de uma forma de onda AC é fornecido pela equação;

Onde V1… Vn é o valor instantâneo da tensão durante o meio ciclo.

O valor médio também é dado pela equação;

Vavg = 0,637 * Vp

Onde Vp é o valor máximo / pico da tensão nesse ciclo.

Esta mesma equação também é verdadeira para a corrente e tudo o que temos que fazer é trocar a tensão na equação pela corrente.

O valor médio de uma onda AC só é medido durante meio ciclo por uma razão singular; quando medido ao longo de um ciclo completo, o valor médio resultante é sempre igual a zero porque o valor médio do meio ciclo positivo cancelará o do meio ciclo negativo e, como resultado, a expressão baseada na equação dada acima será avaliada como zero.

Valor do quadrado médio da raiz (RMS) de uma forma de onda AC

A raiz quadrada da soma dos quadrados dos valores médios de uma corrente alternada ou tensão é referida como a raiz quadrada média ou valor RMS da tensão ou corrente. É dado pela relação;

Onde i1 para representar valores instantâneos de corrente.

Ou

Onde Ip é a corrente máxima ou de pico.

O mesmo conjunto de equações vale para a tensão e precisamos apenas substituir a corrente pela tensão nas equações.

É aconselhável que os valores RMS de tensão e corrente sejam usados ​​tanto quanto possível ao fazer cálculos relacionados à corrente alternada, exceto ao realizar cálculos relacionados à potência média. A razão para isso é o fato de que a maioria dos instrumentos de medição (multímetros) usados ​​para medir tensão e corrente alternadas fornecem suas saídas em valores rms. Assim, tanto quanto possível para evitar erros, deve-se apenas usar Vp para encontrar Ip e Vrms para encontrar Irms e vice-versa, pois essas quantidades são completamente diferentes umas das outras.

Fator de forma

Uma outra grandeza associada a uma corrente alternada que precisamos observar é o fator de forma.

O fator de forma é um parâmetro usado na descrição das formas de onda CA e é fornecido pela razão entre o valor RMS da quantidade alternada e o valor médio.

Onde Vp é o pico ou a tensão máxima.

Uma das maneiras de determinar se uma onda senoidal é pura é por meio do fator de forma, que para uma onda senoidal pura sempre dará um valor de 1,11.

Também podemos derivar Irms da equação acima, como:

Fator de forma = (0,707 x Vp) / (0,637 x Vp) 1,11 = Irms / Vavg Irms = 1,11 x Vavg

Uma outra aplicação de fatores de forma é encontrada em multímetros digitais usados ​​na medição de corrente alternada ou tensão. A maioria desses medidores são geralmente dimensionados para exibir o valor RMS das ondas senoidais que eles são projetados para obter calculando o valor médio e multiplicando pelo fator de forma de uma sinusóide (1,11), pois pode ser um pouco difícil calcular digitalmente o valores rms. Assim, às vezes, para formas de onda CA que não são puramente senoidais, a leitura de um multímetro pode ser um pouco imprecisa.

Fator de crista

A última grandeza associada à corrente alternada da qual falaremos neste artigo é o fator de crista.

O fator de crista é a relação entre o valor de pico de uma corrente alternada ou tensão e a raiz quadrada média da forma de onda. Matematicamente, é dado pela equação;

Onde Vpeak é a amplitude máxima da forma de onda.

Para uma onda senoidal pura, semelhante ao fator de forma, o fator de crista é sempre fixado em 1,414.

Também podemos derivar Irms da equação acima, como:

1,414 = Vpico / (0,707 x Vpico) Vrms = V pico / 1,414 Vrms = 0,707 x Vpico

O fator de crista é principalmente uma indicação de quão altos são os picos de uma quantidade alternada. Em corrente contínua, por exemplo, o fator de crista é sempre igual a 1, o que é uma indicação da falta de picos na forma de onda de uma corrente contínua.

Para servir como uma espécie de ponto-chave abaixo, está uma tabela que mostra os fatores de forma e os fatores de crista de diferentes tipos de formas de onda usadas na representação de formas de onda CA.