Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul Faculdade de Engenharia

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1 Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul Faculdade de Engenharia Departamento de Engenharia Elétrica CIRCUITOS ELÉTRICOS III ENGENHARIA ELÉTRICA PLANO DE AULA ATUALIZADO E REVISADO EM 19/02/2009 APROVADO PELO CONSELHO DEPARTAMENTAL EM 13/03/2006 Andre-Marie Ampere ( ), Físico Francês Ele definiu a corrente elétrica. Georg Simon Ohm ( ), Físico Alemão. Determinou experimentalmente a relação entre corrente e tensão em um resistor. Gustav Robert Kirchhoff ( ), Físico Alemão. Enunciou em 1847 (aos 23 anos) as duas leis básicas de circuitos. Jean Baptiste Joseph Fourier ( ), Matemático Francês. Foi o primeiro a apresentar a série e a transformada que levam seu nome CODICRED 4454U-04

2 01 SÍNTESE DISCIPLINA: Circuitos Elétricos III DOCENTE(S) : Revisado: Fernando Soares dos Reis Elaborado: Silvio Lobo Rodrigues CURSO(S) ATENDIDO(S) Engenharia ELÉTRICA TIPOLOGIA Disciplina Teórica-Prática CODICRED: 4454U-04 CRÉDITOS/HORAS AULA 04/60 CURRÍCULO: HORÁRIO(S) 4/453 2NP6NP MÓDULO VIGÊNCIA 1/30 (a partir de2005/2) 02 EMENTA - Análise de circuitos utilizando séries de Fourier, transformadas de Fourier. Circuitos acoplados magneticamente - transformadores. Resposta em freqüência. Síntese de funções de transferência. Quadripolos. Análise e projeto utilizando simuladores de circuitos. Atividades de laboratório. 03 OBJETIVOS 1) Familiarizar os alunos com a técnica de análise de circuitos elétricos utilizando a Série e a Transformadas de Fourier. 2) Determinar o comportamento de circuitos elétricos em freqüência pelas Curvas de Bode. 3) Analisar o funcionamento de circuitos acoplados magneticamente através da indutância mútua e modelar os transformadores linear e ideal, 4) Estudar o comportamento de circuitos de duas portas pelo uso de Quadripolos. 5) Utilizar ferramentas computacionais atualizadas na análise e síntese de circuitos elétricos, tais como: os simuladores PSIM e PSPICE. 04 CONTEXTO - Os conteúdos abordados na disciplina Circuitos Elétricos III são fundamentais para o desenvolvimento do curso de Engenharia Elétrica. Estes conteúdos envolvem técnicas de análise de circuitos no domínio da freqüência e técnicas de circuitos analógicos duas portas como um sistema de quatro pólos. A capacidade de um Engenheiro Eletricista para projetar circuitos analógicos está vinculada não só ao conhecimento dos métodos clássicos de análise de circuitos, mas, também ao conhecimento de métodos específicos

3 para síntese de circuitos, alguns dos quais são abordados na disciplina. 05 PROGRAMA A disciplina será desenvolvida em três (04) capítulos, a saber: 1) Série e transformada de Fourier 1.1 Séries de Fourier Séries trigonométrica e exponencial Propriedades Aplicações em circuitos elétricos 1.2 Transformada de Fourier Transformada direta e inversa Propriedades Aplicações em circuitos elétricos Análise utilizando simuladores de circuitos 2) Circuitos Acoplados magneticamente 2.1 Indutância mútua Regra do ponto Coeficiente de acoplamento Análise de circuitos acoplados Corrente induzida Lei de Lenz Aplicações 2.2 O Transformador ideal Modelagem Aplicações 2.3 O Transformador ideal Modelagem Transferência de impedâncias Circuitos equivalentes com fontes controladas Autotransformadores ideais Exemplos e aplicações 3) Resposta em Freqüência 3.1 Curvas de Bode Funções de transferência e o decibel Exemplos de curvas de filtros Exercícios 3.2 Síntese de redes passivas Síntese de funções de impedância Síntese de funções de transferência 3.3 Síntese de redes ativas 3.4 Análise de sensibilidade de circuitos 3.5 Projeto com auxílio de simuladores de circuitos

4 4) Quadripolos 4.1 Modelos de quadripolos 4.2 Parâmetros Z,Y,h,g, 4.3 Conversão de parâmetros 4.4 Interconexão de dispositivos de duas portas. 06 MÉTODO DIDÁTICO O método didático, esta centrado na preocupação com a formação integral da pessoa humana, baseada nos princípios cristãos que norteiam esta Instituição de Ensino Superior. Assim, as aulas sempre iniciaram com uma pequena reflexão. Os estudantes são encorajados a trazerem colaborações. As relações em sala de aula serão construídas tendo em mente o seguinte princípio Marista: A simplicidade é a virtude Marista que exerce uma função vital nas relações humanas. Embora a noção de simplicidade possa ser aplicada ao modo de vida e a outros aspectos, é, a priori, uma faceta para um bom relacionamento. Ela implica tranqüilidade nas relações, que flui de uma total falta de duplicidade: a mesma face, tanto dentro quanto fora da comunidade, e a mesma voz, tanto para oração quanto para as atitudes. É a perfeita conciliação da palavra com a ação. (Ir. Gregory Ryan) Em nosso trabalho utilizaremos: Aulas expositivas utilizando quadro negro, transparências, power point. Utilização de técnicas que permitam uma maior integração entre os estudantes (solução de exercícios em aula, díade, simpósios, estudos dirigidos). Utilização de aulas de laboratório para despertar interesse e/ou fixar os conteúdos vistos em aula. Como suporte as nossas aulas colocaremos a disposição uma página na internet que servirá como mural eletrônico onde vocês poderão encontrar avisos, notas, as transparências das aulas, arquivos para simulação no PSIM e/ou no PSPICE, catálogos de fabricantes de dispositivos eletrônicos, acesso a seção Reflexões. A utilização de uma calculadora científica se faz necessária durante as aulas, o uso dos simuladores e planilhas de cálculo será de grande utilidade para fixação dos conteúdos. Tratam-se de poderosas ferramentas de auxílio aos estudos.

5 07 CRONOGRAMA DE ATIVIDADES Assunto 1 02/03 Apresentação da Disciplina Calendário do Semestre 2 06/03 Ferramentas de Simulação (LSD) * 3 09/03 Séries de Fourier Trigonométricas 4 13/03 Considerações sobre Simetria 5 16/03 Aplicações em Circuitos 6 20/03 Potência Média e Valores RMS 7 23/03 Séries de Fourier Exponenciais 8 27/03 Análise de Fourier Usando Simuladores (LSD) * 9 30/03 Aplicações - Resumo - Aula de exercícios /04 1ª prova do G /04 Definição Propriedades da Transformada de Fourier 12 13/04 Aplicações da Transformada de Fourier 13 17/04 Teorema de Parseval 14 20/04 Comparação entre Transformadas de Fourier e de Laplace 15 24/04 Aplicações - Resumo - Aula de exercícios /04 Indutância Mútua 17 04//05 Energia em um Circuito Acoplado Transformadores Lineares 18 08/05 Transformadores Ideais 19 11/05 Autotransformadores Ideais 20 15/05 Análise de Circuitos Magneticamente Acoplados Usando Simuladores (LSD) * 21 18/05 Aplicações - Resumo - Aula de exercícios /05 2ª prova do G /05 Função de Transferência Escala de Decibéis 24 29/05 Gráficos de Bode 25 01/06 Ressonância Série e Paralelo 26 05/06 Filtros Passivos 27 08/06 Filtros Ativos 28 12/06 Fatores de Escala Resposta de Freqüência Usando Simuladores (LSD) * 29 15/06 Circuitos de Duas Portas - Parâmetros de Impedância e Admitância 30 19/06 Parâmetros Híbridos e de Transmissão 31 22/06 Interconexão de Circuitos Elétricos 32 26/06 Cálculo de Parâmetros de Duas Portas Usando Simuladores (LSD) * 33 29/06 3ª prova do G /07 PS 35 10/07 G2. *Conforme disponibilidade do laboratório.

6 08 SISTEMA DE AVALIAÇÃO - O grau de G1 será composto por 4 avaliações (P1, P2, P3 e PS) sendo o grau G1 formado pela média aritmética das 3 melhores notas obtidas dentre as quatro provas acima listadas. As avaliações versarão sobre os conteúdos desenvolvidos: em sala de aula, em laboratório e nos estudos dirigidos. - No caso de falta a uma das provas (P1, P2 ou P3) a prova de substituição PS (a qual é bom lembrar versará sobre toda a matéria ministrada) terá a função de recuperar a prova perdida. Desta forma, evite faltar às avaliações. - No caso de falta a mais de uma prova ou a PS só será concedida recuperação, extra, com autorização da direção da Faculdade de Engenharia. - As condições de aprovação são as constantes do Regimento Interno da Universidade. 09 BIBLIOGRAFIA BÁSICA Livros Textos : 1) Fundamentos de Circuitos Elétricos Charles K. Alexander e Matthew N.O. Sadiku 2) Análise de Circuitos em Engenharia J. David Irwin 3) Análise de Circuitos em Engenharia William H. Hayt, Jr. ; Jack Kemmerly e Stefen M. Durbin Livros Recomendados 1) Circuitos Elétricos Coleção Schaum Joseph Edminister 2) Circuitos Lineares Charles M. Close

7 10 CORPO DOCENTE / CURRÍCULO RESUMIDO Prof. Fernando Soares dos Reis O professor Fernando se graduou em engenharia elétrica pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul em Neste mesmo ano ingressou no setor industrial na área de Eletrônica de Potência. Em 1990 obteve o título de mestre em engenharia pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) tendo realizado estudos na área de eletrônica de potência e acionamento elétrico. No ano de 1990 assumiu o departamento técnico de uma empresa do setor tendo coordenado vários projetos. A partir de 1991 começou a trabalhar como professor assistente junto a PUCRS. Tendo concluído o Doutoramento em Eletrônica Industrial na Universidad Politécnica de Madrid (UPM) com a Distinção de Apto Cum Laude regressou a PUCRS em 1995 onde exerce atividade profissional junto ao Departamento de Engenharia Elétrica. Pós-Doutorado na Curtin University of Technology em Energias Renováveis em Participa de vários projetos acadêmicos e de iteração com o setor industrial e órgãos governamentais de fomento a pesquisa como o CNPq e a FAPERGS, na União Européia participou do projeto TOPIC como colaborador da UPM no qual participava a renomada empresa, Alcatel-Espanha. Durante os anos de 1998 e 1999 foi coordenador do departamento de Engenharia elétrica atuando sempre em prol dos interesses dos estudantes, tendo idealizado e implantado a versão noturna do curso de engenharia elétrica. Hoje é coordenador do Laboratório de Eletrônica de Potência da PUCRS (LEPUC). Disciplinas já lecionadas na Graduação: Eletrônica Básica, Eletrônica de Potência, Eletrônica de Potência (ECA), Laboratório de Eletrônica de Potência, Eletrônica Industrial, Amplificadores Operacionais e Circuitos Elétricos (ME). Disciplinas lecionadas no Programa de Pós- Graduação em Eng. Elétrica (MESTRADO): Eletrônica de Potência I, Eletrônica de Potência II, Máquinas Elétricas e Conversores Ressonantes. Compatibilidade Eletromagnética. Membro de diversas associações: Conselheiro da Sociedade Brasileira de Eletrônica de Potência, SOBRAEP. Sociedade Brasileira de Automática, SBA. The Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE. Power Electronics Society, PELS. Industrial Electronics Society e Electromagnetic Compatibility Society. Áreas de atuação: Eletrônica de Potência e Compatibilidade Eletromagnética (CEM). Especialmente interessado no estudo dos prerreguladores de fator de potência, reatores eletrônicos (electronic balast), Inversores, Sistemas UPS (Uninterrupted Power Systems), Sistemas eletrônicos para sistemas de energia renováveis como carregadores de baterias a partir de Paineis Solares Photovoltaicos (PVs), circuitos inversores para geração tensão alternada a partir de baterias, sistemas de conexão direta em PVs e a rede de energia etc... O estudo dos temas relacionados a compatibilidade eletromagnética CEM nestes equipamentos. Pesquisas em desenvolvimento: Sistema de Iluminação Pública Inteligente, Reator Eletrônico de Alta Freqüência para Lâmpada de Alta Pressão de Vapor de Sódio. Sistemas de Alimentação Ininterrupta (SAIs) para cargas não lineares. Balastros eletrônicos para lâmpadas de descarga elétrica. Correção ativa do fator de potência. Método para avaliação da densidade de potência nos PFPs. Inversores para sistemas alternativos de energia. Desenvolvimento de um Conversor Softstart para partida do Motor de Indução Trifásico. Desenvolvimento de Ferramentas Didáticas para o Ensino da Eletrônica de Potência.

8 11 MENSAGEM Esta disciplina, por ser tratar de assunto essencial da formação do Engenheiro Eletricista, certamente irá despertar em você o quanto é bonita e interessante a área de Circuitos Elétricos. O emprego das diversas técnicas de análise de circuitos irá prepará-lo para o aprendizado de diversas disciplinas que constituirão o arcabouço fundamental de sua formação profissional. Conte com o apoio incondicional de seu professor para orientá-lo e para ajudá-lo em tudo que diz respeito a disciplina de Circuitos Elétricos III. Contato: Endereço: Av. Ipiranga, PUCRS - Prédio 30 - Sala Telefone: Telefone: Ramais 4156 (Sala do Professor), 7668, 7670 ou 7688 (LEPUC). f.dosreis@ieee.org Home page: Lk:8:4: E, ajuntando-se uma grande multidão, e vindo de todas as cidades ter com ele, disse por parábola: Lk:8:5: Um semeador saiu a semear a sua semente e, Quando semeava, caiu alguma junto do caminho, e foi pisada, e as aves do céu a comeram; Lk:8:6: E outra caiu sobre pedra e, nascida, secou-se, pois que não tinha umidade; Lk:8:7: E outra caiu entre espinhos e crescendo com ela os espinhos, a sufocaram; Lk:8:8: E outra caiu em boa terra, e, nascida, produziu fruto, a cento por um. Dizendo ele estas coisas, clamava: Quem tem ouvidos para ouvir, ouça. Lk:8:9: E os seus discípulos o interrogaram, dizendo: Que parábola é esta? Lk:8:10: E ele disse: A vós vos é dado conhecer os mistérios do reino de Deus, mas aos outros por parábolas, para que vendo, não vejam, e ouvindo, não entendam. Lk:8:11: Esta é, pois, a parábola: A semente é a palavra de Deus; Lk:8:12: E os que estão junto do caminho, estes são os que ouvem; depois vem o diabo, e tira-lhes do coração a palavra, para que não se salvem, crendo; Lk:8:13: E os que estão sobre pedra, estes são os que, ouvindo a palavra, a recebem com alegria, mas, como não têm raiz, apenas crêem por algum tempo, e no tempo da tentação se desviam; Lk:8:14: E a que caiu entre espinhos, esses são os que ouviram e, indo por diante, são sufocados com os cuidados e riquezas e deleites da vida, e não dão fruto com perfeição; Lk:8:15: E a que caiu em boa terra, esses são os que, ouvindo a palavra, a conservam num coração honesto e bom, e dão fruto com perseverança. Na Universidade assim como na vida a perseverança é fundamental. Não se deixe levar... Seja perseverante!