Curso de CA - Parte 2

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2 urso de A - Parte 2 Na Fig06b podemos verificar dois símbolos muito usuais, no primeiro caso só temos uma tensão no secundário enquanto no segundo caso a tensão secundária é divida em duas, pois existe uma tomada no meio do enrolamento. Experiência 02 - Transformador de Tensão 1 Abra o arquivo ExpA02 e identifique o circuito da Fig07( Abaixo ). Dando duplo clique no símbolo do transformador você pode alterar o numero de espiras do primário ( N P = N1) e do secundário ( N S = N2) indo em Modelo ( Models) Editar ( Edit). Para cada caso da tabela meça as tensões e as correntes indicadas Fig07: Medidas com transformador de tensão aso a N P =N S = 200 aso b N P =200 N S =100 aso c N P =200 N S =400 V P V S I P I S V P V S I P I S V P V S I P I S

3 Experiência 03 - Transformador de Tensão 2 Abra o arquivo ExpA03, identifique o circuito da Fig08( Abaixo ). Ative-o. Meça todas as tensões, anotando o resultado na tabela anexa. A partir das medidas efetuada calcule a relação de transformação n, anote o valor na tabela. Vá em Propriedades do Transformador ( Dê duplo clique no símbolo do transformador). Vá em Editar ( Edit ) e leia o valor da relação de transformação ( ou o número de espiras do secundário / primário). Anote na tabela. Fig08: Medidas com transformador de tensão com center tap V P (V) V S /2(V) V S /2(V) V S (V) I P (ma) I S (ma) n=n S /N P (do arquivo) n=n S /N P (medido)

4 4. apacitor 4.1. Introdução Um capacitor é um dispositivo usado para armazenar energia elétrica na forma de campo elétrico. Ë constituído de duas placas metálicas planas e paralelas. Ao ser ligado a uma tensão, o capacitor ficará carregado com a mesma tensão da fonte, armazenando uma carga Q cujo valor é função da tensão aplicada e de uma característica do capacitor chamada de capacitância ( ). Q = U. onde Q é especificado em oulombs ( ) U em Volts ( V ) e é a capacitância especificada em Farads ( F ). Desta forma se for aplicado uma tensão de 1V a um capacitor de capacitância de 1F a carga adquirida será de 1. U Devido à DDP aplicada entre as placas os elétrons se deslocam da placa superior em direção da placa inferior e passando pela fonte. Quando a tensão entre as duas placas for igual à tensão da fonte cessa o fluxo de elétrons. Na prática indicamos o sentido da corrente no sentido contrário ( corrente convencional ) Fig09: apacitor em circuito arga do apacitor Se for colocado uma resistência em série com o capacitor, o tempo para carregar aumenta, sendo proporcional à essa resistência. A Fig10a mostra o circuito e a Fig10b o gráfico da tensão em função do tempo. Uma medida da velocidade de carga ( ou de descarga ) é dada pela constante de tempo do circuito definida como sendo:

5 ( tau ) = R. como sendo o tempo tensão da fonte ( V ). que a tensão leva para ir de zero até 63% da apacitor se carregando ( Voltar para Expa A04 ) V 0,63V =R. apacitor se carregando ( a ) ( b ) Fig10: ircuito R em ircuito ( a ) - forma de onda de onda ( b ) Descarga do apacitor Se um capacitor, inicialmente carregado com uma tensão E tiver as suas placas colocadas em curto circuito, imediatamente o mesmo se descarregará. Se houver uma resistência em série com o capacitor o tempo para descarregar aumentará, dependendo da constante de tempo do circuito ( ). Após um tempo igual à uma constante de tempo a tensão em cairá de 63% da tensão inicial, portanto cairá para 0,37.E após uma constante de tempo.

6 apacitor descarregando EEE E 0,37E =R. Fig11: Descarga do capacitor Experiência 04 - arga e Descarga do apacitor Abra o arquivo ExpA04, identifique o circuito da Fig10a ( Acima ). Inicialmente com a chave L na posição A conectando o capacitor à bateria de 10V ative o circuito. Acione o osciloscópio. Espere que a tensão em atinja 10V. Dê uma pausa. lique em ( pause ).Em seguida com a ajuda dos ponteiros meça o tempo que a tensão leva para ir de 0V a 6,3V. Anote esse valor que corresponderá a uma constante de tempo. ( Ir para Fig10 ) Pressione a chave L de forma a descarregar através da resistência de 20K como indicado na Fig11a ( Acima ). Anote a forma de onda na descarga. onsidere que o instante t=0 ( instante que a chave muda de posição ) é o instante que começa a se descarregar. Meça o tempo que a tensão levará para cair para 3,7V. Anote esse valor que corresponderá a uma constante de tempo. Forma de onda de arga ole aqui a sua forma de onda Forma de onda descarga ole aqui a sua forma de onda

7 ( medido ) arga = ( medido ) descarga = (calculado )= apacitor em orrente Alternada omo vimos, quando ligamos um capacitor em um circuito, inicialmente a corrente é máxima com tensão nula no capacitor, isto é, existe uma defasagem entre a corrente e a tensão. Se um capacitor ideal ( não tem resistência de perdas ) for ligado à uma tensão alternadas senoidal, a corrente estará 90º adiantada em relação à tensão. A Fig12 mostra o circuito, o diagrama fasorial e as formas de onda. ( voltar para pagina 20 de 63 ) ( Voltar para ExpA05 ) V I I V 90º

8 ( a ) ( b ) ( c ) Fig12: ircuito apacitivo puro em A - ircuito ( a ) - Diagrama fasorial ( b ) - Formas de onda ( c ) Reatância capacitiva É a medida da oposição oferecida pelo capacitor à passagem da corrente alternada é calculada por : X f.. IMPORTANTE!!! com em Farads ( F ), f em Hertz ( Hz ) resultando X em Ohms ( ) Para calcularmos o módulo da corrente no circuito poderemos usar a lei de Ohm, isto é : I V X V em volts X em Ohms I em amperes Exercício3: alcule a intensidade da corrente no circuito em seguida desenhe o diagrama fasorial. I

9 Solução: omo são dados e a freqüência, podemos calcular a reatância capacitiva ( Xc ) : 1 X 4,5mA ,1.10 O diagrama fasorial é o mesmo da Fig12b ircuito R Série omo visto, em um circuito puramente resistivo a tensão e a corrente estão em fase, e num circuito puramente capacitivo a corrente esta 90º adiantada em relação à tensão. Num circuito como o da Fig13 a corrente continua na frente da tensão mas de um angulo menor do que 90º. (Voltar para ExpA06 - Experiência 06 ircuito R Série). ( Voltar para 0 EXERIIO 4 pagina 20 de 63) R=1K I V V=120V / 60Hz V =0.1 F V R V V R R=40K ( a ) V ( b ) Fig13: ircuito R série - ircuito ( a ) - diagrama fasorial ( b )

10 Definimos a impedância do circuito como sendo : Z =V/ I A impedância é a soma dos efeitos da resistência ( R = V R / I ) e da reatância capacitiva ( X = V / I ) na oposição à passagem da corrente. om relação ao diagrama fasorial da Fig13b devemos frisar o seguinte: é o angulo de defasagem entre a tensão total ( V ) e a corrente consumida pelo circuito ( I ). Se R se anular V R será zero consequentemente teremos o mesmo diagrama da Fig12. A corrente no capacitor continua adiantada em relação à tensão no capacitor ( V ). A corrente na resistência ( I ) está em fase com a tensão na resistência( V R ). Observe que para obter a tensão total do circuito somamos V R com V mas não algebricamente e sim vetorialmente. Do diagrama fasorial obtemos as relações básicas deste circuito: V 2 V V ou V V V se dividirmos por I 2 a primeira igualdade 2 2 R 2 2 R obteremos a expressão que calcula a impedância do circuito Z 2 2 R X IMPORTANTE!!! O angulo de defasagem também pode ser calculado a partir do diagrama fasorial sendo dado por : os = R / Z logo = arccos(r/z) IMPORTANTE!!! Exercício4 : Para o circuito da Fig13a calcule : a) Impedância ( Z) b) corrente ( I ) c) tensão em e em R d) Defasagem entre I e V.