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10/09/2019 1 ANÁLISE DE CIRCUITO RL EM CORRENTE CONTÍNUA INTRODUÇÃO • Indutores são dispositivos projetados para estabelecer um forte campo magnético, é também chamado de Bobina, a força deste campo magnético é determinado pelo nível de Indutância do Indutor. • A Indutância é medida em Henries [H], uma homenagem ao físico norte-americano Joseph Henry. Entretanto, 1,0 henry é o nível de indutância que estabelecerá uma tensão de 1,0 Volt através da bobina devido a uma variação na corrente de 1A/s através da bobina. TENSÃO INDUZIDA A INDUTÂNCIA de um indutor também é uma medida da taxa de variação do fluxo no seu interior em função da variação da corrente aplicada, ou seja: Assim, reescrevendo a lei de Faraday, teremos: 10/09/2019 2 TENSÃO INDUZIDA A equação vista nos mostra que se a corrente elétrica no indutor deixar de variar num determinado instante, a tensão induzida entre seus terminais será zero. No caso de circuitos de corrente contínua, após os efeitos transientes terem cessado a tensão induzida será zero. Exemplo: Determine a forma de onda da tensão induzida no indutor de 4mH, sendo que a corrente no indutor varia com o tempo conforme gráfico abaixo. Um circuito magnético apesenta um comprimento do ferro de 30cm, com uma seção transversal de 6cm2 e um coeficiente de permeabilidade magnética μr=1200. Um entreferro de 1,0mm de comprimento e seção reta de 6cm2 deve ser considerado para o cálculo do fluxo total produzido quando uma corrente I1 percorre a bobina N1. Considere que a bobina N1 tem 2000 espiras e a bobina N2 tem 5000 espiras, μo= 1,256. 10-6, além da corrente I1 cair de 8 para 2 amperes, num intervalo de tempo de 3ms. Determine o valor da fem induzida E2, em volts, e sua respectiva polaridade. TENSÃO INDUZIDA Circuito RL de Temporização • Ligando um resistor em série com o indutor, pode-se retardar o tempo de energização, fazendo com que a corrente cresça mais lentamente. A constante de tempo para um circuito série RL é dada por: 10/09/2019 3 Energização do indutor Considere o circuito RL série ligado a uma fonte de tensão contínua E e a uma chave S aberta, com o indutor completamente desenergizado, sendo a resistência do fio do indutor desprezível em relação a R. Pela Lei de Kirchhoff para tensões, a equação geral desse circuito é: Etvtv rL )()( A corrente que flui do circuito durante a energização é dada por: Ligando a chave “S” no instante t=0, observa-se que as tensões e a corrente do circuito resultam nos seguintes gráficos e expressões: 10/09/2019 4 Considere o circuito RL série à baixo ligado a uma fonte de tensão contínua E e a uma chave S aberta. a-) Ao ser fechada a chave após quanto tempo pode-se considerar que a corrente atingiu seu valor máximo? b-) Qual o valor máximo da corrente no circuito? c-) Calcule o instante de tempo onde a corrente no circuito é de 0,5 mA. d-) Plote os gráficos de tensão e corrente no indutor e no resistor. EXEMPLO - 1 ASSOCIAÇÃO DE INDUTORES 10/09/2019 5 • Os indutores, assim como resistores e capacitores, podem ser conectados em série ou em paralelo. • Podemos obter valores maiores de indutância ligando indutores em série e valores menores ligando indutores em paralelo. INDUTORES EM SÉRIE E EM PARALELO INDUTORES EM SÉRIE • No caso de indutores em série, a indutância total é calculada da mesma forma que a resistência total para resistores ligados em série. INDUTORES EM PARALELO • No caso de indutores em paralelo, a indutância total é calculada da mesma forma que a resistência total para resistores ligados em paralelo. 10/09/2019 6 EXEMPLO – 2 Reduza o circuito abaixo a sua forma mais simplificada, calculando a indutância equivalente. CONDIÇÕES EM ESTADO ESTACIONÁRIO • Para fins práticos, um indutor ideal (ignorando-se a resistência interna e as capacitâncias parasitas) pode ser substituído por um curto-circuito equivalente, uma vez que condições de estado estacionário tenham sido estabelecidas. • Lembre-se de que o termo estado estacionário implica que os níveis de tensão e de corrente atingiram seu valor de descanso final e não mudarão mais, a não ser que uma mudança seja feita na tensão aplicada ou na configuração do circuito. ENERGIA ARMAZENADA POR UM INDUTOR • O indutor ideal, assim como o capacitor ideal, não dissipa a energia elétrica que recebe. No caso do indutor ideal, essa energia é armazenada em um campo magnético. 10/09/2019 7 EXEMPLO – 3 Calcule a energia armazenada no indutor do circuito abaixo quando o mesmo encontra-se em regime estacionário. “EXERCÍCIOS” 1) Para o circuito abaixo, resolva: a) Escreva as expressões matemáticas para a corrente iL e a tensão vL após a chave ser fechada. b) Calcule o valor da corrente e tensão no indutor para t = 3τ. 10/09/2019 8 2) Um circuito série tem R= 20 Ohm’s e L = 120mH. Para uma fonte de de corrente de 5A, responda: a) Qual a constante de tempo deste circuito. b) Em quanto tempo consideraremos o indutor carregado. c) Qual o valor da tensão no resistor após 3τ. d) Qual o valor da corrente no indutor após 2τ. e) Plote a forma de onda da tensão e corrente no indutor e no resistor. 3) Encontre as correntes elétricas e a tensão V1 nos circuitos abaixo, considerando que estão em regime permanente (Estado estacionário). 4) Fechando-se um interruptor, aplica-se, no instante t = 0, uma tensão contínua de 100V a um circuito em série RL, onde R = 50 ohms e L = 10 H. Determinar: a) As equações de i(t), vR e vL; b) A corrente em t = 0,5 segundos; c) O instante em que vR = vL. 10/09/2019 9 5) Para o circuito visto ao lado, responda: a) Determine as expressões matemáticas para iL, vL e vR. b) Qual o valor da tensão no capacitor após t = 3ԏs. c) Calcule em que instante de tempo a corrente no indutor será de 15mA. d) Esboce os gráficos de tensão e corrente no indutor.