Circuito Ca 13 Agosto 2009

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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS Lab. Circuitos ELETRICOS 2ºSem - 2009

prof.: j. C. Scotti, Célio s. Vieira, Euler

CIRCUITO SÉRIE – CA -PURAMENTE RESISTIVO a) - Objetivos: • • • • • •

Analisar circuito de Corrente Alternada CA. Identificar impedâncias Z. Medir a corrente do circuito usando o Amperímetro CA valor eficaz. Medir as tensões nos resistores usando o Voltímetro CA valor eficaz. Medir a potência ativa (P). Comprovar o balanço energético.

2. - Considerações iniciais Na figura - 1- esta representado um circuito constituído de uma fonte de energia alternada e duas resistências, R1 e R2 que consomem e energia da fonte. Quanto se trabalha com energia elétrica na forma de Corrente Alternada (CA), algumas considerações devem ser observadas: •

As tensões e correntes sendo alternadas, variam no tempo ou são função do tempo (t), passam a serem

•

designadas por v(t) ou e(t) e i(t) respectivamente e devem ser refereridas como VETORES, ou seja, deve possuir uma parte representando o modulo e a outra o ângulo. A oposição a circulação da corrente ao invés de ser referida como RESISTÊNCIA, passa a se referida de IMPEDÂNCIA. Assim a carga do circuito ao invés de ser chamada de resistência de carga Rc ou RL (load), passa a se chamar de impedância de carga Zc ou ZL. {ZL = (R + j X) Ω}. Para este caso específico da figura -1 -, X = 0 Ω, pode-se afirmar que: ZC = ZL

=

R C = RL .

Como em Corrente Continua (CC), em uma resistência pura (oposição), a corrente (efeito) sempre esta em fase com a tensão, (causa), disse que corrente e tensão estão mesma fase.

Figura 1 - Diagrama da montagem, circuito- CA - serie R-R.

3. Procedimentos: Para o circuito representado na figura 1 sendo: e(t) = ...........∟0º V , Calcule: a) A impedância total ou equivalente do circuito (Z).

R1= .........Ω, e R2= ........Ω.

b) A corrente i(t) c)As quedas de tensão v R1 e v R2. Verifique que: • (A soma vetorial, soma dos modulo e ângulo=zero, das quedas de tensão é zero).

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d) As potências: - em R1, R2,  PR1 = .............(W) , PR2 = ............. (W) - a potência total (Pt = PR1+ PR2)  Pt = ........... (W) - potência fornecida pela fonte Pt = = i(t) * e(t) * cosϕ  Pt = ........... (W)

e)

Verifique que: PR1+ PR2 = PE = Pf (potência consumida é igual à potência fornecida pela fonte).

- Na figura 2, complete desenhando as ligações elétricas entre os componentes do circuito, o mesmo da figura 1 e os instrumentos: Voltímetros, Amperímetro e Wattímetro de forma que as seguintes grandezas possam ser medidas; e(t), v R1, v R2, i(t), e as Potências display, no mostrador de cada instrumento a leitura esperada

ativas: Pt, PR1, PR2. Escreva no

Figura -2 - Diagrama da montagem com as conexões aos Voltímetros, Amperímetro e ao Wattímetro

4. Montagem: Montar o circuito correspondente ao diagrama da figura 1. Medir e preencher a tabela:

e

Valores

(V)

v R1 (V) v R2(V) i (A)

Pf(W)

PR1(W)

PR2(W)

Calculados Medidos

5. Análise questionamentos e resultados: a) •

Comprovar que:

e

(V) =

v R1 (V) + v R2(V) ou

tensão é zero uma vez que o ângulo é sempre a zero). Explique.

(A soma dos modulo das quedas de

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•

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PR1+ PR2 = PE = Pf (potência consumida é igual à potência fornecida pela fonte).

b) Em qual resistor a potência dissipada foi maior? Por quê? c)

Qual seria o valor da potência total se a tensão da fonte fosse reduzida a metade?

d) Represente por vetores, diagrama fasorial, das tensões:

e)

e a corrente

(t)

Represente graficamente as tensões vR2 e a corrente i(t), (tensão e corrente em função do tempo.

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CIRCUITO SÉRIE – CA- RESISTIVO E CAPACITIVO 1. - Objetivos: • • • • • • • • •

Analisar circuito de Corrente Alternada R-C. Identificar impedâncias Z. Medir a corrente do circuito usando o Amperímetro CA valor eficaz. Medir as tensões nos resistores usando o Voltímetro CA valor eficaz. Medir potência ativa usando o Wattímetro CA valor eficaz. Medir potência reativa (Q) usando o Varímetro. Medir potência aparente (S). Medir o Fator de Potência (FP = cosϕ), usando o Cossifímetro. Comprovar o balanço energético.

2. - Considerações iniciais Nos trabalhos com energia elétrica na forma de Corrente Alternada (CA), as tensões e correntes são função do tempo (t), serão designadas por v(t) ou e(t) e i(t) respectivamente. A oposição a passagem da corrente passa a ser referida como IMPEDÂNCIA, composta de uma parte RESISTÊNCIA, e uma parte REATIVA, no caso: {ZL = (R + j XC) Ω} Na figura - 1- esta representado um circuito constituído de uma fonte de energia alternada onde W

e(t) = 179,6 senWt,

= 2πf, f= 60Hz, e uma resistências, R= .......Ω, e um capacitor C = ........µF.

Figura - 1 - Diagrama da montagem, circuito– CA - serie R-C.

3. Procedimentos: - Para o circuito representado na figura 1, calcule: a)

A impedância total ou equivalente do circuito (Z).

b)

A corrente i(t).

c)

As quedas de tensão v R e v C e verifique que:

• •

│e │ ≠ │v R │ + │v C │ (somatória dos módulos das tensões é diferente de zero).

(A soma vetorial das quedas de tensão é zero).

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d) As potências ativas (P): - em R e em C. e)

As potências reativas (Q): - em R e em C.

f)

A potência aparente (S): - em R e em C.

g) O Fator de Potência, FP ou cosϕ visto pela fonte de energia.

- Traçar o triangulo das potências, (

).

- Na figura – 2 -, complete desenhando as ligações elétricas entre os componentes do circuito, o mesmo da figura -1- e os instrumentos: Voltímetros, Amperímetro e Wattímetro, Varímetro e o Cossifímetro de forma que as seguintes grandezas possam ser medidas; - e, v R1, v C, i), as potências reativas e o cosϕ. visto pela fonte, as potências ativas:P , PR1, PC Escreva no display, de cada instrumento a leitura esperada.

Figura -2 - Diagrama da montagem com as conexões aos Voltímetros, Amperímetro, cossífimetro, Wattímetro e Varímetro.

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4. Montagem: - Montar o circuito correspondente ao diagrama da figura 1. Medir e preencher a tabela: Valores

e (V)

Q(VAR)

cosϕ

v R1 (V) v C(V)

i

(A) Pf(W)

PR1(W)

Pc(W)

Calculados

Medidos

5. Análise, questionamentos e resultados: - Confirme que: a)

A somatória dos módulos das quedas de tensões é diferente de zero. │e │ ≠ │v R │ + │v C │

b)

A potência consumida é igual à potência fornecida pela fonte: PR1+ PC = PE = Pf

c)

Qual ou quais os componentes consomem potência ativa (P)? Qual o valor?

d) Qual ou quais os componentes consomem potência reativa (Q)? Qual o valor? - Represente graficamente os vetores, Diagrama Fasorial, das tensões:

e a corrente

.

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- Represente graficamente as tensões

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e a corrente i(t), (tensão e corrente em função do tempo).

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CIRCUITO SÉRIE - CA - RESISTIVO E INDUTIVO 1. - Objetivos: • • • • • • • • •

Analisar circuito de Corrente Alternada R-L. Identificar impedâncias Z. Medir a corrente do circuito usando o Amperímetro CA valor eficaz. Medir as tensões nos resistores usando o Voltímetro CA valor eficaz. Medir potência ativa usando o Wattímetro CA valor eficaz. Medir potência reativa (Q) usando o Varímetro. Medir potência aparente (S). Medir o Fator de Potência (FP = cosϕ), usando o Cossifímetro. Comprovar o balanço energético.

2. - Considerações iniciais Nos trabalhos com energia elétrica na forma de Corrente Alternada (CA), as tensões e correntes são função do tempo (t), serão designadas por v(t) ou e(t) e i(t) respectivamente. A oposição a passagem da corrente passa a ser referida como IMPEDÂNCIA, composta de uma parte RESISTÊNCIA, e uma parte REATIVA, no caso: {ZL = (R + j XL) Ω} Na figura - 1- esta representado um circuito constituído de uma fonte de energia alternada onde W

e(t) = 179,6 senWt,

= 2πf, f= 60Hz, e uma resistências, R= .......Ω, e uma bobina: L = ........mH e r = .......Ω.

Figura - 1 - Diagrama da montagem, circuito serie R-L – CA -.

3. Procedimentos: - Para o circuito representado na figura 1, calcule: a)

A impedância total ou equivalente do circuito (Z).

b)

A corrente i(t).

c)

As quedas de tensão v R e v L e verifique que:

• •

│e │ ≠ │v R │ + │v L │ (somatória dos módulos das tensões é diferente de zero).

(A soma vetorial das quedas de tensão é zero).

d) As potências ativas (P): - em R e em L.

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e)

As potências reativas (Q): - em R e em L.

f)

A potência aparente (S): - em R e em L.

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g) O Fator de Potência, FP ou cosϕ, visto pela fonte de energia.

- Traçar o triangulo das potências, (

)

- Na figura – 2 -, complete desenhando as ligações elétricas entre os componentes do circuito, o mesmo da figura 1 e os instrumentos: Voltímetros, Amperímetro, Wattímetro, Varímetro e o Cossifímetro, de forma que as seguintes grandezas possam ser medidas; e, v R, v L, i(t), potências reativas Q e o cosϕ vistos pela fonte de energia, as potências ativas: Pt, PR1, PrL, Escreva no display de cada instrumento a leitura esperada.

Figura -2 - Diagrama da montagem com as conexões aos Voltímetros, Amperímetro, Varímetro, cossífimetro e Wattímetro.

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4. Montagem: - Montar o circuito correspondente ao diagrama da figura 1. Medir e preencher a tabela: Valores

e (V)

Q(VAR)

v cosϕ v R1 (V) B(V) i(t) (A) Pf(W) PR1(W)

PrL(W)

Calculados

Medidos

5. Análise, questionamentos e resultados: - Confirme que: a)

A potência consumida é igual à potência fornecida pela fonte: PR1+ PrL = PE = Pf

b) Qual ou quais os componentes consomem potência ativa (P)? Explique. c)

Qual ou quais os componentes consomem potência reativa (Q)? Explique.

- Represente graficamente os vetores, Diagrama Fasorial, das tensões:

e a corrente

.

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- Represente graficamente as tensões

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e a corrente i(t), (tensão e corrente em função do tempo).

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CIRCUITO SÉRIE – CA- RESISTIVO, INDUTIVO, CAPACITIVO 1. - Objetivos: • • • • • • • • •

Analisar circuito de Corrente Alternada R-L-C. Identificar impedâncias Z. Medir a corrente do circuito usando o Amperímetro CA valor eficaz. Medir as tensões nos resistores usando o Voltímetro CA valor eficaz. Medir potência ativa usando o Wattímetro CA valor eficaz. Medir potência reativa (Q) usando o Varímetro. Medir potência aparente (S). Medir o Fator de Potência (FP = cosϕ), usando o Cossifímetro. Comprovar o balanço energético.

- Parte I: 2. - Considerações iniciais Nos trabalhos com energia elétrica na forma de Corrente Alternada (CA), as tensões e correntes são função do tempo (t), serão designadas por v(t) ou e(t) e i(t) respectivamente. A oposição a passagem da corrente passa a ser referida como IMPEDÂNCIA, composta de uma parte RESISTÊNCIA, e uma parte REATIVA, no caso: {ZL = {(r + R) + j (XL + XC)}Ω Na figura - 1- esta representado um circuito RLC serie constituído por: - uma fonte de energia alternada

e(t) = 179,6 senWt, onde W = 2πf,

f= 60Hz, - uma resistências R= .......Ω, - um capacitor e C= .......µF e - uma bobina: L = ........mH e r = .......Ω.

Figura - 1 - Diagrama da montagem, circuito serie R-L-C – CA -.

3. Procedimentos - Para o circuito representado na figura 1, calcule: a)

A impedância total ou equivalente do circuito (Z).

b)

A corrente i(t). (forma retangular e polar).

c)

As quedas de tensão v R,

•

│e │ ≠ │v R │ + zero).

v C e v L e verifique que: │v L │+ │v C │ (somatória dos módulos das tensões é diferente de

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• (A soma vetorial das quedas de tensão é zero). d) As potências ativas (P): - em R em L e me C . e)

As potências reativas (Q): - em R em L e me C.

f)

A potência aparente (S): - em R em L e me C.

g) O Fator de Potência, FP ou cosϕ visto pela fonte de energia.

- Traçar o triangulo das potências, (

)

- Na figura – 2 -, complete desenhando as ligações elétricas entre os componentes do circuito, o mesmo da figura 1 e os instrumentos: Voltímetros, Amperímetro, Wattímetro, Varímetro e o Cossifímetro, de forma que as seguintes grandezas possam ser medidas; e , v R1 , v C , v L i(t), as potências ativas: Pt , PR1, PC PL e o cosϕ. Escreva no display, no mostrador de cada instrumento a leitura esperada.

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Figura -2 - Diagrama da montagem com as conexões aos Voltímetros, Amperímetro, cossífimetro e ao Wattímetro

3. Montagem: - Montar o circuito correspondente ao diagrama da figura 1. Medir e preencher a tabela: Valores

e (V)

Q(VAR)

cosϕ v R1 (V)

v B(V)

v C(V)

i (A)

Pf(W)

PR1(W)

PrL(W)

Calculados

Medidos

4. Análise, questionamentos e resultados: - Confirme que: a)

A potência consumida é igual à potência fornecida pela fonte: PR1+ PC+PrL = PE = Pf

b) Quais os componentes consomem potência ativa (P)? Quanto? Qual o valor resultante?

c)

Quais os componentes consomem potência reativa (Q)? Quanto? Qual o valor resultante?

- Represente graficamente os vetores, Diagrama Fasorial, das tensões:

e a corrente

.

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- Represente graficamente em função do tempo: as tensões as tensões:

v R1 (t) , v C (t), v L (t).

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e a corrente i(t), tensão e corrente da fonte e

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-Parte II- Circuito em Ressonância 5) - Procedimentos Para o mesmo circuito que esta representado na figura - 1 - existe uma condição muito especial chamada de

Ressonância, na qual a potência reativa Indutiva é

anulada pela potência reativa Capacitiva. O circuito passa a ser visto pela rede como sendo puramente resistivo, a impedância assume o valor da resistência equivalente, e o cosϕ=1. Considerando uma fonte de energia alternada

e(t) = 179,6 senWt,

onde

W =

2πf, f= 60Hz, uma resistências, R= .......Ω, uma bobina: L = ........mH e r = .......Ω, e um capacitor C, calcule o valor para o capacitor C, tal que │XL│ = │XC│. C = .......µF

- Para o circuito representado na figura -1-nesta nova condição calcule: a)

A impedância total ou equivalente do circuito (Z).

b)

A corrente i(t). (forma retangular e polar).

c)

As potências ativas (P): - em R em L e me C .

d) As potências reativas (Q): - em R em L e me C.

e)

A potência aparente (S): - em R em L e me C.

f)

O Fator de Potência, FP ou cosϕ e a reatância visto pela fonte de energia.

- Traçar o triangulo das potências, (

)

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5. Montagem do Circuito em Ressonância - Montar o circuito correspondente ao diagrama da figura 1, agora na condição de ressonância, medir e preencher a tabela: Valores

e (V)

Q(VAR)

cosϕ v R1 (V) v B(V) v C(V)

i (A)

Pf(W)

PR1(W)

PrL(W)

Calculados

Medidos

6. Análise, questionamentos e resultados: a)

Quais os componentes consomem potência ativa (P)? Quanto? Qual o valor resultante?

b) Qual potência reativa (Q) consumida pelo circuito?

c)

Qual potência Aparente (S) consumida pelo circuito?

- Represente graficamente os vetores, Diagrama Fasorial, das tensões:

, corrente

(t).

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- Represente graficamente em função do tempo: as tensões fonte e as tensões:

v R1 (t) , v C (t), v L (t).

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e a corrente i(t), tensão e corrente da