O que é frequência Elétrica?

O que é frequência Elétrica?

Você conhece bem a definição do que é a frequência elétrica?

Este termo é muito utilizado pelos profissionais do ramo da elétrica, principalmente no que se refere à corrente alternada e eletrônica analógica, mas o que é realmente este conceito físico, como definir realmente o que é à frequência e seus impactos nos circuitos?

Como calcular essa grandeza e como a medir?

Você conhece a importância da frequência elétrica dentro do conceito de máquinas elétricas?

O que é frequência?

Em contexto geral quando tratamos do conceito físico do que é a frequência temos como definição que frequência é uma grandeza capaz de medir em um determinado período de tempo, o número de ocorrências de um evento. Esse evento se repete na linha do tempo, podendo ser oscilações, voltas, ciclos, grandeza e etc. O número dessas repetições denominamos frequência.

Outra grandeza importante quando tratamos de frequência, é o período, que nada mais é do que o tempo em que se repete um ciclo completo de repetições. A relação matemática da frequência em relação ao período se da através da seguinte verdade, a frequência é o inverso do período.

Relação de frequência elétrica e período de comprimento de onda.

Frequência Elétrica características.

A frequência elétrica é uma grandeza dada em Hertz (Hz), em homenagem ao físico alemão Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894). Ela corresponde ao número de oscilações, ondas ou ciclos por segundo que ocorre na corrente elétrica alternada.

Essa oscilação da corrente é medida no período de um segundo, sendo assim, quando dizemos que estamos em uma rede de 60hz estamos dizendo que o valor de pico da rede varia entre pico positivo á pico negativo 60 vezes em um segundo.

Se tivermos uma tensão de pico de 127 v em uma frequência de 60hz entendemos que no período de um segundo, a tensão oscilou de 127 v a -127 v, sessenta vezes.

A frequência elétrica é diretamente responsável por um efeito conhecido como impedância, este efeito não é encontrado em circuitos de corrente contínua onde não existe a frequência, pois a tensão permanece constante na carga, sendo assim, existe somente a resistência elétrica do circuito.

No caso da corrente alternada, onde temos presença da frequência, além da resistência real do circuito também encontramos o efeito da impedância que é a resistência elétrica, que a frequência impõe a corrente elétrica, desta forma podemos dizer que a resistência em um circuito de corrente alternada é resistência (parte real) mais a impedância (parte imaginaria).

Onda de uma corrente alternada e frequência de oscilação de sinal.

A frequência elétrica e uma variável tão importante dentro dos sistemas elétricos que os impactos das oscilações da frequência dentro dos sistemas de distribuição de energia elétrica e as instalações de geração, causam uma gigantesca alteração no trabalho realizado pelos equipamentos elétricos principalmente motores e transformadores, essas oscilações podem gerar grandes distúrbios nos harmônicos da rede, devido à variação da impedância, que também varia com a frequência da rede.

Em condições normais de operação e em regime permanente, o fornecimento de energia elétrica no Brasil está padronizado para operar dentro dos limites de frequência situados entre 59,9 Hz e 60,1 Hz.

A frequência da rede elétrica está diretamente ligada à velocidade de rotação dos geradores, denominamos essa velocidade de velocidade angular das bobinas do rotor. 

Geralmente as oscilações de frequência fora da faixa determinada estão ligadas a severas faltas no corpo principal do sistema de transmissão, elas podem causar grandes blocos de carga sendo desligados (um bairro inteiro, por exemplo) ou queda de geradores de alguma usina, causando grande impacto no sistema de geração, transmissão e distribuição de energia.

Cálculo da Frequência.

Para o cálculo da frequência dispomos de muitas maneiras, porém vamos destacar duas maneiras mais utilizada dentro da área da elétrica para cálculo de frequência.

Uma maneira muito comum de calcularmos a frequência é através do período ou tempo de uma determinada onda, que representa uma corrente elétrica. Como já abordamos a frequência é o tempo de variação de um sinal em um segundo, e o período é o tempo levado para o término de uma única oscilação completa, a relação básica diz que as duas grandezas são inversamente proporcionais. Para realizar o cálculo através deste método utilizamos a seguinte fórmula: f = 1 / T.

Nessa fórmula, f representa a frequência e T representa o período de tempo requerido para que se complete uma única oscilação de onda observe o exemplo abaixo:

Modelo matemático para cálculo da frequência em função do tempo ou período.

Outra maneira muito comum que utilizarmos, é o cálculo através da frequência angular de geração da onda. Quando a frequência angular de geração de uma onda for conhecida, por exemplo, conhecemos a velocidade angular de um pequeno gerador caseiro, porém a frequência de saída do sinal gerado não é conhecida, para realizarmos o cálculo da frequência normal basta utilizarmos a seguinte forma f = ω / 2π, observe o exemplo:

Nessa fórmula, f representa a frequência da onda e ω representa a frequência angular. Como em qualquer problema matemático, π simboliza a constante matemática pi.

Modelo matemático para cálculo da frequência em função da velocidade angular.

A compreensão do conceito de frequência elétrica é muito importante no contexto dos circuitos de corrente alternada, pois a variável frequência é responsável pela impedância e distorções nos harmônicos dos circuitos elétricos, entender esse conceito é o primeiro passo para evoluir dentro da teoria e conceitos importantes dentro da corrente alternada.

Como profissionais da área elétrica, necessitamos  da compreensão dos conceitos abordados, estes conceitos se tornam imprescindíveis para a evolução e para compreensão de conceitos mais complexos dentro da área elétrica.

O tema corrente alternada envolve a frequência, que é  responsável diretamente por vários fenómenos como a velocidade de rotação dos motores elétricos trifásicos, em maquinas elétricas de geração ela esta relacionada à velocidade de rotação dos rotores bobinados.

Outro fenómeno importante dentro de corrente alternada é a impedância ocasionada pela frequência, à impedância é a oposição da frequência a corrente elétrica para cálculos de circuitos em corrente alternada a compreensão do conceito é fundamental.

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