Relatório - Análise de Circuitos em Corrente Alternada - 2023-2

2023.2 Laboratório III – Análise de Circuitos em Corrente Alternada Este roteiro é parte integrante do componente eletricidade aplicada – ECT2414–semestre 2023.2. O pré-laboratório deve ser impresso, respondido e preenchido antes dolaboratório. Deve ser levado e entregue no dia e horário agendados para a sua subturma. Aluno: ________________________________________________________________________________________________________________________________________ Matrícula: ______________________________Data: ___________________________ Turma: _____________Subturma: _____________ Analisar teoricamente e verificar experimentalmente a defasagem entre tensão e corrente em circuitos RLC. Como também, verificar o cálculo das impedâncias. Ao final do laboratório, espera-se que o estudante tenha: 1. Fixado o conceito de impedância; 2. percebido com clareza o conceito de defasagem entre sinais senoidais; 3. entendido a forma de ligação do cossefímetro; 4. aplicado corretamente as técnicas de análise de circuito em CA; e 5. comprovado experimentalmente os conceitos estudados. O laboratório consiste na análise e na montagem de um circuito RLC alimentado por fonte de tensão alternada. O estudante deve analisar o circuito previamente, identificando quais as tensões e correntes nos elementos do circuito, assim como a defasagem entre eles. No laboratório ele deve utilizar os instrumentos de medição de tensão, corrente e ângulo para verificar se estão de acordo com os valores calculados. A fonte necessária terá o valor 220 VRMS, que configura aligação Fase-Fase na bancada. A medição de tensão e corrente serão feitas por instrumentos de medição CA que fornecem valores RMS. A medição do ângulo será feita por meio de cossifímetro, o qual apresenta dois conjuntos de terminais para medição, um para tensão (u1 e u2) e outro para corrente (i1 e i2). Os terminais de tensão devem ser ligados como um voltímetro, em paralelo, e os de corrente como um amperímetro, em série. O resultado da medição do cossifímetro é o cosseno do ângulo. A Figura mostra a representação e a imagem de um cossifímetro comum analógico.  Objetivo UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE ESCOLA DE CIÊNCIAS & TECNOLOGIA Jossana Ferreira Alexandre Guimarães Pré Laboratório Eletricidade Aplicada  Descrição da prática Eletricidade Aplicada ECT - UFRN O cossifímetro tem como finalidade a medição da defasagem entre a tensão e corrente de um determinado circuito com forma de onda senoidal. A indicação será indutiva quando a corrente estiver atrasada em relação à tensão e capacitiva quando a corrente estiver adiantada em relação a tensão. Para o circuito abaixo, calcule o que se pede considerando que a frequência é de 60 Hz e que as tensões são dadas em volts RMS e todos as respostas devem ser em RMS também. Considere que a fonte de tensão é a referência e tem fase zero graus. 1  Cálculo das variáveis Eletricidade Aplicada ECT - UFRN Encontre:  Impedância Z1  Impedância Z2  Impedância equivalente de carga (vista pela fonte) ZTotal Z1 Z2 Módulo Fase *Após calcular os valores, digite-os também na tabela do procedimento experimental que será usado no dia do laboratório. 2 Impedâncias Eletricidade Aplicada ECT - UFRN Encontre:  Corrente I1  Corrente I2  Corrente vista da fonte IS I1 I2 IS Módulo Fase *Após calcular os valores, digite-os também na tabela do procedimento experimental que será usado no dia do laboratório. 3 Correntes Eletricidade Aplicada ECT - UFRN O que ocorre com o circuito analisado se ele for submetido a uma tensão de entrada com frequência zero? O que ocorre com a impedância equivalente? O que ocorre com o circuito analisado se ele for submetido a uma tensão de entrada com frequência muito alta (tendendo a infinito)? O que ocorre com a impedância equivalente? 4 Frequência muito baixa 5 Frequência muito alta Eletricidade Aplicada ECT - UFRN Represente no diagrama as correntes IS, I1,I2 e a tensão da fonte. Considerando os fasores IS, I1 e I2, prove que a lei de Kirchhoff para as correntes é satisfeita. 6 Diagram fasorial 7 Lei de Kirchhoff para correntes Nicole Rufino | www.meuguru.net 1 Resolução - Eletricidade Aplicada Questão 1 Resolução Fala aí galera! Bora lá. Considerando que Iremos calcular primeiro a impedância , que é formada por dois resistores e um indutor. Para isso precisamos encontrar o valor da reatância indutiva, com a fórmula: ( )( )( ) Como há dois resistores em paralelo, temos ( ) A impedância é ( ) Agora iremos calcular a impedância , que é formada por um resistor e um capacitor. Para isso precisamos encontrar o valor da reatância capacitiva, com a fórmula: ( )( )( ) A impedância é ( ) Nicole Rufino | www.meuguru.net 2 A impedância equivalente de carga é a associação em paralelo das impedâncias e , logo ( )( ) ( ) ( ) Passando para forma polar Vocês sabem que a corrente se divide em paralelo, assim precisamos calcular primeiro para depois dividi-la em duas e . Corrente vista da fonte é A corrente é A corrente é Resposta Nicole Rufino | www.meuguru.net 3 Questão 4 O que ocorre com o circuito analisado se ele for submetido a uma tensão de entrada com frequência zero? O que ocorre com a impedância equivalente? Pelos cálculos acima, podemos perceber que as reatâncias do indutor e do capacitor dependem do valor da frequência. Quando menor a frequência do sinal aplicado, maior será a reatância capacitiva, logo para frequências muito baixas o capacitor se torna um circuito aberto. Quanto menor a frequência do sinal aplicado, menor será a reatância indutiva, logo para frequências muito baixas o indutor se torna um curto-circuito. Sendo assim, a impedância equivalente será igual ao valor da associação em paralelo dos resistores de , ou seja, . Questão 5 O que ocorre com o circuito analisado se ele for submetido a uma tensão de entrada com frequência muito alta (tendendo a infinito)? O que ocorre com a impedância equivalente? Quanto maior a frequência do sinal aplicado, menor será a reatância capacitiva. Para frequências muito altas o capacitor se torna um curto-circuito. Quanto maior a frequência do sinal aplicado, maior será a reatância indutiva. Para frequências muito altas o indutor se torna um circuito aberto. Sendo assim, a impedância equivalente será igual ao valor do resistor de , ou seja, . Questão 6 Representação das correntes e da tensão da fonte. Tensão da fonte está em vermelho em . Corrente está em azul em . Corrente está em amarelo em . Corrente está em verde em . Nicole Rufino | www.meuguru.net 4 Questão 7 Considerando os fasores , e , prove que a lei de Kirchhoff para as correntes é satisfeita. A primeira lei de Kirchhoff define que: A soma algébrica das correntes que entram e saem de uma região, chamada nó, é igual a zero. Vemos que a corrente entra no nó e as correntes e saem, logo Passando as correntes para forma retangular e calculando temos