Trabalho Relatório de Análise de Circuitos Elétricos

Prévia do material em texto

i 
 
 
 
CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER 
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
DISCIPLINA DE ANÁLISE DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE ANÁLISE DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 
 
 
 
 
 
 
 
ALUNO 
PROFESSORA PRISCILA ERTMANN BOLZAN 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ILHÉUS – BA 
20189
1 
 
1 INTRODUCAO 
Este trabalho apresenta os resultados obtidos de testes realizados com componentes elétri-
cos em circuitos de corrente alternada. Os componentes utilizados foram resistores, indutores e 
capacitores. A intenção desse trabalho é demonstrar o comportamento desses componentes 
quando submetidos à uma fonte de corrente alternada. 
Para esse estudo foram utilizados diversos tipos de circuitos e formas variadas de associa-
ção entre os componentes e a fonte. 
 
1.1 OBJETIVOS 
O alvo desse trabalho é observar por meio de simulação em software e por testes práticos 
em bancada, o comportamento dos indutores e capacitores submetidos à fonte de corrente al-
ternada. Sabe-se que o indutor submetido à corrente continua carrega-se com corrente, o capa-
citor em corrente continua carrega-se com tensão e ambos tendem a permanecer carregados até 
que sejam forçados a descarregar. Quando esses componentes são alimentados em corrente al-
ternada seu comportamento dependerá da frequência e da forma de onda do sinal. Os resultados 
obtidos serão apresentados em imagens e tabelas ao longo desse trabalho. 
 
 
2 RESULTADOS 
A primeira parte desse estudo foi realizada utilizando circuito elétricos simulados no 
software Multisim Online. 
 
 Divisor de tensão. 
Esse experimento trata-se de circuito com dois resistores associados em série, alimenta-
dos por uma fonte de corrente alterada. Em circuito em séria a corrente elétrica deve permanecer 
a mesma em todos os pontos do circuito, e a tensão total será igual ao somatório das quedas de 
tensão. A tabela 1 apresenta os resultados obtidos para os resistores utilizados e para cada nível 
de tensão. 
2 
 
É possível perceber com os dados da tabela 1 que nos casos onde o resistor 1 possui 
resistência maior que o resistor 2 a queda de tensão é maior no resistor 1. Também nota-se que 
não há defasagem entre as ondas por se tratar de um circuito puramente resistivo. 
 
𝑽𝒊 [𝑽] 𝑹𝟏 [Ω] 𝑹𝟐 [Ω] 𝑽𝑹𝟐[𝑽] 
20 1000 500 6,65 
30 100 5000 29,36 
40 750 200 8,40 
Tabela 1 Circuito Divisor de Tensão 
 
 
 
Figura 1 Sinais de entrada e saída de um divisor de tensão. 𝑣𝑖, 𝑣𝑜. Circuito 1 
 
 
 
 
 
Figura 2 Sinais de entrada e saída de um divisor de tensão. 𝑣𝑖, 𝑣𝑜. Circuito 2 
3 
 
 
 
Figura 3: Sinais de entrada e saída de um divisor de tensão. 𝑣𝑖, 𝑣𝑜. Circuito 3 
 
 
 
Figura 3 Circuito RC 3 
 
 
 Circuito RC série 
Esse experimento mostrará os resultados obtidos com a associação de um resistor e um 
capacitor em série, esse tipo de circuito é também chamado de circuito RC série. Os resultados 
obtidos serão apresentados na tabela 2. 
A Defasagem percebida nas imagens 4,5,6 se dão devido à presença do capacitor no 
circuito. Esse fenômeno ocorre devido à reatância capacitiva do capacitor. 
 
𝑽𝒊 [𝑽] 𝑪𝟏 [𝑭] 𝑹𝟏 [Ω] 𝑽𝑪 [𝑽] 
20 1 µ 1000 18,85 
30 100 n 10000 28,05 
40 50 µ 600 4,38 
Tabela 2 Circuito RC série 
 
 
 
4 
 
 
 
 
Figura 4 Sinais de entrada e saída de um circuito RC série. 𝑣𝑖, 𝑣𝐶. Circuito RC série 1 
 
 
 
Figura 5 Sinais de entrada e saída de um circuito RC série. 𝑣𝑖, 𝑣𝐶. Circuito RC 2 
 
 
 
 
Figura 6 Sinais de entrada e saída de um circuito RC série. 𝑣𝑖, 𝑣𝐶. Circuito RC 3 
5 
 
 
 Circuito RL série 
O circuito RL do próximo experimento é composto de um resistor e um indutor associ-
ados em série, a fonte de alimentação é de corrente alternada e os valores propostos para cada 
teste está definido na tabela 3. 
Nesse tipo de circuito deverá ocorrer uma defasagem entre a tensão do resistor e o in-
dutor, essa defasagem se dá devido à reatância indutiva do indutor. 
 
 
𝑽𝒊 [𝑽] 𝑳𝟏 [𝑯] 𝑹𝟏 [Ω] 𝑽L [𝑽] 
20 470m 1500 2,32 
30 1 7000 1,61 
40 56 m 150 5,58 
Tabela 3 Circuito RL 
 
 
Figura 7 Sinais de entrada e saída de um circuito RL série. 𝑣𝑖 Circuito 1 
 
6 
 
 
Figura 8 Sinais de entrada e saída de um circuito RL série. 𝑣𝑖 Circuito 2 
 
 
 
 
 
 
Figura 9 Sinais de entrada e saída de um circuito RL série. 𝑣𝑖 Circuito 3 
 
 
 Transformador 
Esse experimento visa comprovar o efeito da indução eletromagnética em um transfor-
mador. O transformador é capaz de elevar ou rebaixar o nível da tensão de um dos seus enrola-
mentos para o outro enrolamento. O circuito montado é composto por uma fonte de tensão 
alternada, um transformador e um resistor. 
A proporção de elevação ou rebaixamento de tensão nos enrolamentos do transformador 
se dá devido à quantidade de expiras dos enrolamentos. Os dados obtidos serão apresentados 
na tabela 4. A figura 10 apresenta o gráfico dos sinais medidos no experimento. 
7 
 
 
𝑽𝑷[𝑽] 𝑽𝑺 [𝑽] 𝑰𝑷[𝒎𝑨] 𝑰𝑺 [𝒎𝑨] 
11,98 3,74 4,68 7,48 
Tabela 4 Tensões e Correntes Circuito com Transformador 
 
 
Figura 10 Sinais de entrada e saída de um circuito com transformador. 
 
 
 
Aqui inicia-se a segunda parte desse estudo com os circuitos montados em bancada. 
 Associação de Capacitores. 
 
Capacitor (código no 
corpo do capacitor) 
Capacitância Nominal Capacitância medida com o 
multímetro. 
C1: 334 330 nF 323nF 
C2: 683 68 nF 71,7nF 
C3: 224 220 nF 200nF 
C4: 104 100 nF 96,2nF 
C5: 333 33 nF 31,6nF 
8 
 
Tabela 5 Capacitores 
Um circuito contendo uma associação de capacitores, possui uma capacitância 
equivalente total do circuito, abaixo, segue um diagrama com uma associação mista de 
capacitores e adiante são apresentados o cálculo da capacitância total, assim como os 
resultados obtidos na montagem desse circuito em bancada. 
 
 
Figura 11 Associação de Capacitores 
 
 
Para obtenção do resultado da capacitância equivalente total do circuito deve-se: 
Encontrar a capacitância equivalente de C2 e C3. 
1 /𝐶𝑒𝑞 = 1/ 𝐶1 + 1/ 𝐶2 + ⋯ + 1 /𝐶𝑛 
1/Ceq 2,3 = 1/68 + 1/220 
Ceq 2,3 = 51,94 
 
Encontrar a capacitância equivalente de C2,3 e C5 
Ceq 2,3,5 = 51,94 + 33 
Ceq 2,3,5 = 84,94 
 
Por fim calcular a capacitância equivalente total por C2,3,5, C1,C4 
1/Ceqt = 1/84,94 + 1/330 + 1/100 
Ceqt = 40,31 
 
Sabendo da capacitância equivalente total do circuito proposto, será apresentado abaixo a com-
paração do valor calcular e o valor obtido no teste de bancada. A figura 12 apresenta a foto do 
experimento e revela o valor de 39,2nF, entretanto o valor calculado foi de 40,31nF. A diferença 
9 
 
percebida entre o experimento de bancada e o cálculo com as capacitâncias nominais se deu 
devido à faixa de tolerância de cada capacitor. Na tabela 5 pode-se observar a diferencia indi-
vidual existente entre os valores nominais e os valores medidos de cada capacitor. 
 
 
Figura 12 Associação de Capacitores 
 
 
 
 
 Associação de Indutores 
Assim como os resistores e capacitores, os indutores também podem ser associ-
ados, e um circuito formado por uma associação de indutores pode ser substituído por 
um único indutor com a capacitância equivalente total semelhante à da associação. 
A tabela 6 apresenta os indutores com seus respectivos valores de indutância 
nominais, código de cores e os valores medidos por multímetro. A figura 13 apresenta 
o diagrama utilizado para esse experimento. 
Abaixo é apresentado o cálculo da indutância total do circuito. 
 
10 
 
 
Figura 13 Associação de Indutores 
Calculo da Indutância total do circuito. 
Ieq L1 e L3: 
1/Ieq 1,3 = 1/100 + 1/47 
Ieq1,3 = 33,77µH 
 
Ieqt: L4 + L1,3 + L2 
Ieqt = 4,7 + 33,77 + 1 
Ieqt = 39,47µH 
 
Conforme os cálculos acima, a indutância equivalente total do circuito, considerando os valores 
nominais dos indutoresserá de 39,47µH. 
 
O valor obtido no experimento de bancada foi de 0,032mH ou 32µH conforme a figura 14. Essa 
diferença se deu devido às variações dos valores nominais de cada indutor conforme a sua to-
lerância. 
 
Indutância nomi-
nal 
Código de cores Indutância medida com o multíme-
tro 
L1 = 100 µH Marrom/Preto/Marrom/Prate-
ado 
94 µH ( valor impreciso devido à escala 
utilizada) 
 L2 = 1 µH Marrom/Preto/Dourado/Pra-
teado 
Valor não medido por falta de escala do 
multímetro. 
 L3 = 47 µH Amarelo/Violeta/Preto/Prate-
ado 
46 µH ( valor impreciso devido à escala 
utilizada) 
11 
 
L4 = 4,7 µH Amarelo/Violeta/Dou-
rado/Prateado 
Valor não medido por falta de escala 
do multímetro 
Tabela 6 Indutores 
 
 
 
 
 
Figura 14 Associação de indutores 
 
 
 Circuito medido com osciloscópio 
 
O próximo experimento apresenta os resultados de valores medidos e calculados de 
um circuito com a utilização de osciloscópio. O circuito foi montado utilizando um resistor de 
2k2 sendo alimentado pela tensão do secundário de um transformador. 
 
 
 Valor Medido Valor Calculado 
Tensão eficaz no primário 132V 127V 
Tensão eficaz do secundário 16,7V 13V 
Tensão de pico do primário 179,6 
Tensão de pico do secundário 23,8V 18,38V 
12 
 
Corrente eficaz do secundário 7,43A 5,9mA 
Potência do secundário 76,7mW 
Potência do primário 
Tabela 7 Experimento do transformador 
 
Para fins de cálculo será considerado o resistor de 2,2kOhm. 
Tensão eficaz no primário 
Vs 179,6/√2 = 127V 
 
 
Tensão eficaz no secundário 
Vp/Vs = Np/Ns 
127/Vs = 5000/512 
5000Vs = 127 x 512 
Vs = 13V 
 
Tensão de pico do secundário 
Vsp = Vs x √2 
Vsp = 13 x /√2 
Vsp = 18,38V 
 
 
Corrente eficaz do secundário 
Is = Us / R 
Is = 13 / 2200 
Is = 5,9mA 
 
 
 A potência do secundário 
Ps = Us x Is 
P = 13 x 5,9mA = 76,7mW 
 
 
13 
 
 
Para calcular a potência no primário é preciso calcular a corrente no primário portanto 
I = Np/Ns = Is/Ip 
I = 5000/512 = 5,9mA/Ip 
Ip = 3,02/5000 
Ip = 604 µA 
 
Pp = Up x Ip 
Pp = 127 x 604 µA 
Pp = 76,7mW 
 
 
14 
 
 
Figura 15 Teste de bancada osciloscópio 
15 
 
 
 
 
 
 
Figura 17 Medição da tensão do secundário feita por multimetro 
 
Figura 16 Imagem dos resultados medidos com osciloscópio 
16 
 
 
Figura 18 Medição da corrente do secundário feita por multímetro 
 
As diferenças observadas entres os valores medidos e os valores calculados se dão 
devido a alguns fatores tais como, a tensão eficaz no primário considerada para cálculos foi de 
127V porém, durante o experimento a tensão fornecida na rede elétrica era de 132V. Essa dife-
rença traz impactos sobre os resultados devido a características construtivas do transformador. 
O transformador eleva ou rebaixa o nível de tensão de forma proporcional às quantidades de 
espirar no seu primário e secundário, portanto, o valor de tensão de entrada sendo maior, o valor 
de saída de tensão também será proporcionalmente maior, isso explica o porquê da tensão me-
dida no secundário, ser maior que a tensão calculada conforme apresentada na tabela 7. 
Outros fatores que contribuíram para a diferença dos valores medidos e calculados 
são a faixa de tolerância do resistor e as perdas de potência por efeito joule no transformador. 
3 CONCLUSÕES 
 
É possível observar com os resultados apresentados nesse relatório que as grandezas elé-
tricas possuem comportamento previsíveis de acordo com cada tipo de circuito e/ou associação 
de componentes eletrônicos. Desde os sinais de entrada e saídas de circuitos RC, RL e transfor-
madores, foi possível comparar os resultados obtidos em testes feitos em simulação e experi-
mentos feitos em bancadas e com isso perceber e compreender o porquê das diferenças entre 
ambos. 
 
17 
 
4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
Exercícios para a aula ao vivo aula n°12