aula 3

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Pontes de corrente alternada
Bobina movel
MEDIDORES DE BOBINA MÓVEL:
O galvanômetro é um instrumento destinado a medir corrente contínua ou corrente alternada de baixa freqüência (até 400Hz).
   Os galvanômetros de bobina móvel são feitos para suportarem correntes muito pequenas da ordem de µA ou mA.  Para ampliar o calibre destes instrumentos, tornando-os capazes de medir elevadas correntes, são conectados resistores em paralelo com eles.  Estes resistores são denominados RESISTORES SHUNT OU RESISTORES DE DERIVAÇÃO.  Veremos mais adiante como dimensioná-los.
   Outro fator a considerar: a leitura de CA baixa freqüência apresentada por um galvanômetro de bobina móvel, apresenta erros consideráveis caso a forma de onda da CA não seja senoidal. Veja, por exemplo, a forma de onda de saída de um estabilizador de tensão de núcleo saturado: neste caso, deverá ser utilizado um medidor de ferro móvel cujo funcionamento será descrito no próximo tópico.
   Então: utilize um galvanômetro de bobina móvel somente para medir CC e CA de baixa freqüência cuja forma de onde seja senoidal. 
Ferro movel
MEDIDORES DE FERRO MÓVEL:
   Os medidores de ferro móvel podem ser utilizados para medir CC ou CA de baixa freqüência, podendo ainda ser utilizados para medir formas de onda não senoidais. Estes medidores possuem Classe de Exatidão pior do que os medidores de bobina móvel e, por isso, são medidores mais baratos. É comum encontrá-los nos painéis de equipamentos como estabilizadores, geradores elétricos, entre outros.
   Analisemos o funcionamento do galvanômetro de ferro móvel:
   Partes Componentes:
1- Parte móvel conectada ao ponteiro
2- Elemento ferro-magnético fixo
3- Elemento ferro magnético móvel
tabela
Exatidão e precisão 
Multímetro 
Corrente Alternada
Instrumentos alterna
Retificador meia onda
Retificador onda completa
Retificador onda completa
Instrumentos eletrodinâmicos
Os instrumentos eletrodinâmicos possuem dois circuitos independentes que permitem que os mesmos sejam utilizados como amperímetros, voltímetros, wattímetros (medidores de potência ativa) e varímetros (medidores de potência reativa). 
Torque produzido nestes instrumentos surge de forças magnéticas produzidas por correntes elétricas que circulam em duas bobinas, sendo que uma bobina é fixa e a outra é móvel
Sistema Eletrodinamico
Instrumentos eletrodinâmicos
Instrumentos eletrodinâmicos
Este instrumento é composto de duas bobinas, uma fixa e outra móvel. Ao circular corrente por estas bobinas, surgem dois campos magnéticos e consequentemente forças que tenderão a alinhar-se ficando com mesma direção e sentido. 
Esta tendência de alinhamento causa o surgimento de um momento que atuará sobre a bobina móvel (observe que o ponteiro está preso á bobina móvel). 
Wattímetros
A Figura ilustram duas configurações básicas que possibilitam a utilização de um instrumento eletrodinâmico como sendo um medidor de potência ativa (wattímetro). 
Wattímetros
Conexão de um Wattímetro em Circuitos Monofásicos:
 A Figura ilustra um wattímetro conectado na configuração A para medir a potência ativa da carga. Na Figura os terminais 1 e 2 correspondem aos terminais da bobina de corrente enquanto os terminais 3 e 4 são os terminais da bobina de potencial.
Instrumento Eletrostático 
O funcionamento deste instrumento baseia-se na atração recíproca de corpos eletricamente carregados, com polaridades contrárias. o instrumento se compõe de placas fixas e móveis, às quais é ligada a tensão a ser medida. 
Sobre o eixo do disco móvel, é montado um ponteiro. Uma mola atua no sentido contrário ao deslocamento deste. Instrumentos eletrostáticos se destinam especificamente à medição de tensões elevadas, pois apenas estas são capazes de desenvolver um conjugado suficientemente elevado. 
O instrumento pode ser usado tanto em corrente contínua, quanto em corrente alternada. 
Voltímetro eletrostático
Este é um instrumento que mede diferença de potencial (tensão) elétrica diretamente, sem uso de fenômenos eletromagnéticos. Serve como exemplo de aplicação de conceitos dados nos tópicos anteriores.
A construção é semelhante à de um capacitor variável: duas placas metálicas planas e paralelas, em forma de semicírculo, eletricamente isoladas da estrutura e separadas de uma pequena distância.
Voltímetro eletrostático
Uma das placas é fixa e a outra pode girar em torno do centro geométrico do círculo, de modo que a área sobreposta S forma um capacitor cujo valor depende do ângulo α.
Se uma diferença de potencial V é aplicada entre as placas, a tendência da placa móvel é girar até se alinhar com a fixa, resultando em máxima capacitância e, assim, máxima energia armazenada. Entretanto, a ação da mola espiral limita o giro e impõe uma posição de equilíbrio.
De acordo com igualdade do tópico anterior, a energia armazenada é  W = (1/2) *C *V2. 
Sistema de Medição com Fio Térmico 
Neste instrumento, é utilizada a dilatação que um fio fino sofre devido ao calor originado pela passagem da corrente. Fixa-se um fio de tração a um fio esticado de platina-irídio, estando o fio de tração fixo a uma mola, passando por um rolo ou bobina. 
Quando da dilatação do fio térmico, a bobina é movimentada pela ação da mola, e o ponteiro é ativado, deslocando-se. A subdivisão da escala não é uniforme, uma vez que o calor dissipado varia com o quadrado da corrente
Sistema de Medição com Fio Térmico 
A subdivisão da escala não é uniforme, uma vez que o calor dissipado varia com o quadrado da corrente. 
O instrumento é adequado para corrente contínua e alternada, sendo empregado sobretudo nas medições
 em alta frequência
PONTES DE CORRENTE ALTERNADA 
As medidas de Capacitância e Indutância e de algumas outras grandezas podem ser realizadas conveniente e acuradamente por circuitos AC em ponte. Algumas destas medições podem ser realizadas em DC, porém as pontes AC apresentam vantagens que favorecem o seu emprego. 
A forma mais simples de uma ponte AC traz uma forte lembrança da ponte DC de Wheatstone: consiste de quatro braços, uma fonte e um detector do equilíbrio. A fonte fornece uma corrente alternada na frequência desejada e intensidade adequada para a ponte, e o detector de equilíbrio pode ser um osciloscópio. 
PONTES DE CORRENTE ALTERNADA 
Conforme a figura o equilíbrio é conseguido quando Z1.Z4 = Z2.Z3 ou seja o produto das impedâncias de um par de braços opostos deve ser igual ao produto das impedâncias do outro par de braços opostos, sendo as impedâncias expressas como números complexos. 
PONTES DE CORRENTE ALTERNADA 
Esta relação entre grandezas complexas comporta na realidade duas relações entre as componentes, exprimindo de fato que as tensões através de Z1 e Z2 são iguais em módulo e fase. 
PONTES DE CORRENTE ALTERNADA 
Quando um dos braços da ponte é apenas um elemento simples ( resistor, indutor ou capacitor) as condições de equilíbrio se simplificam. 
Indicaremos nesta seção as pontes clássicas usuais na medição de capacitâncias. As equações correspondentes estão postas logo a seguir considerando-as já na posição de equilíbrio. 
Destas pontes, as mais empregadas na prática são as de WIEN e de SCHERING, as quais possibilitam chegar ao fator de perdas tgδ do isolamento dos equipamentos elétricos. 
impedancias
Ponte de Maxwell
Aplicação:
A ponte de Maxwell é geralmente utilizada na medida de indutâncias de baixo valor.
As condições de equilíbrio não dependem da frequência, ou da forma de onda do sinal proveniente do gerador.
Ponte de Maxwell
Ponte de Maxwell
A figura abaixo apresenta o circuito da ponte de Maxwell, utilizada para medição de indutância, modelada com uma resistência Rx em série com a indutância Lx. Observe que o balanço da ponte é alcançado com um braço RC em paralelo. Esta configuração evita o uso de um indutor variável, que é um dispositivo caro e de baixa disponibilidade.
Ponte de Maxwell
Ponte de Maxwell
No equilíbrio, os componentes
da ponte de Maxwell satisfazem a equação:
De onde vem que:
Ponte de Maxwell
A ponte de Maxwell é limitada à medida de indutâncias de bobinas com fatores de qualidade Q médios (1<Q<10). Isto pode ser mostrado, considerando-se a segunda condição de equilíbrio, a qual diz que a soma dos ângulos de fase de um par de braços opostos deve ser igual à soma dos ângulos de fase do outro par. 
Como a soma dos ângulos de fase dos braços resistivos é zero, então a soma dos ângulos de fase dos braços não resistivos também deve ser zero. Uma bobina de alto fator de qualidade apresentará um ângulo de fase próximo de +90º, o que requer um ângulo de fase do braço capacitivo próximo de -90º. Isto por sua vez, requereria altíssimos e impraticáveis valores de R1. 
Ponte de Maxwell
Por este motivo, bobinas com altos fatores de qualidade, são medidas com um outro tipo de ponte CA chamada de ponte Hay. Para bobinas com com fator de qualidade muito baixo, a ponte de Maxwell também é inadequada, por causa de problemas de convergência de equilíbrio (Q<1). Valores baixos de Q ocorrem em resistores indutivos, ou em bobinas de RF medidas em baixas frequências.
Ponte de Maxwell
Fator de Qualidade:
O fator de qualidade é o inverso do fator de perda, tgδ, isto é, quando maior o fator de qualidade, melhor as características reativas de um componente indutivo. Usualmente, o fator de qualidade é empregado na caracterização de indutores, enquanto que o fator de perda é utilizado para testar capacitores.
Ponte de Maxwell
Equilíbrio deslizante:
Ela descreve a interação entre dois ajustes para a obtenção do equilíbrio, ou seja, nas equações para R e L, podemos observar que o ajuste de R3 para a obtenção do equilíbrio perturba o balanceamento resistivo através de R1. Deste modo, ajusta-se R1, então ajusta-se R3 e ao retornar ao R1, um novo ponto de equilíbrio é obtido. Este ponto de equilíbrio, parece deslocar-se para uma posição final após muitos ajustes.
Ponte de Schering 
A Figura mostra uma ponte de Schering. Esta estrutura é utilizada para medir impedâncias constituídas por uma resistência e uma capacitância conectados em série. 
Ponte de Schering 
Na Figura 5.9 o resistor R1 e a capacitância C1 são variáveis e podem ser ajustados de modo a anular a corrente que circula no medidor D. O capacitor C2 e o resistor R4 possuem valores fixos, enquanto que R3 e C3 constituem o resistor e a capacitância cujos valores devem ser determinados pela ponte. Os elementos descritos anteriormente constituem as impedâncias Z1, Z2, Z3 e Z4 escritas como sendo.
Ponte de Schering 
A partir da equação verifica-se que R3 e C3 (resistência e capacitância a serem medidas) são escritas como: 
PONTE DE WIEN
O seu esquema básico está mostrado na figura 22. Esta ponte determina os valores de Rx e Cx de um espécime, e através destes valores, o seu fator de perdas, tgδ. O equilíbrio da ponte é sempre possível atingir, pois há duas grandezas ajustáveis: O capacitor C1 e o resistor R1. 
PONTE DE WIEN
PONTE DE SAUTY 
Utilizável para capacitores considerados ideais, isto é, de fator de perdas muito pequeno, podendo ser desprezível. O seu esquema está mostrado na figura 26, da qual pode ser escrita a equação na posição de equilíbrio: 
PONTE DE NERNST 
O seu esquema está na figura, sendo na prática empregada para medições de capacitâncias reais, isto é, de fator de perdas não desprezível. A sua equação no equilíbrio pode ser escrita: