Máquinas Elétricas - Exercicios Práticos -  Engenharia Mecânica, Exercícios de Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
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Bossa_nova4 de Março de 2013

Máquinas Elétricas - Exercicios Práticos - Engenharia Mecânica, Exercícios de Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas e exercicios de engenharia mecanica sobre o estudo das máquinas elétricas.
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Departamento de Engenharia Electrotécnica

Curso de Engenharia Mecânica

Electricidade e Máquinas Elétricas (EMELE) - 2012/2013

Laboratório de Eletricidade/Máquinas Elétricas

Relatório Nº1

Estudo do comportamento de um circuito RC em corrente continua e em corrente alternada

Relatório Nº 2

Estudo do comportamento de um circuito RL em corrente continua e em corrente alternada

Nome: Leandro J. Rodrigues Leite Nº 1070427

Nome: Rui Silva Nº 1080531

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Turma: 2DC Grupo: E

|1070427 |Trabalho Nº:1 |Trabalho Nº:2 |

| |Data de realização: 26 de Setembro de 2012 |Data de realização: 2 de Outubro de 2012 |

Relatório Nº1

1 – A partir da experiência realizada no ponto 4.1, justifique a situação em que se encontream os LEDs.

|Medição de V1: 7,426 V |Estado do LED D1: ON |

|Medição de I1: 0,0210 mA |Estado do LED D2: ON |

Numa primeira abordagem, depois da montagem do circuito, podemos concluir por observação do estado dos LEDs, que embora a sua polaridade seja contrária, estes parecem estar ligados. No entanto, numa abordagem mais teórica, e uma vez que estamos perante um circuito em corrente alternada, podemos então concluir que os LEDs não estão permanentemente ligados, mas sim, num estado intermitente, não visível a olho nu, e que se

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deve ao facto de o condensador estar constantemente a carregar e a descarregar, consoante a alternância de polaridade do circuito AC. Ou seja, de forma mais explícita, no instante em que a fonte de alimentação é ligada ao circuito, o LED D2 (Polarizado directamente) permanece ligado até que o condensador carregue, e, quando se inverte a polaridade, a queda de tensão entre o condensador e o LED D1 (Polarizado inversamente) toma um valor positivo, o que faz com que este permaneça ligado durante a descarga do condensador. Para concluir, é necessário perceber que este fenómeno acontece a 100 ciclos por segundo, que faz com que seja imperceptível ao ser humano. Para podermos observar este fenómeno, teríamos de baixar a frequência do sinal para um valor próximo dos 10 Hz.

2 - A partir da experiência realizada no ponto 4.2, justifique a situação em que se encontream os LEDs.

|Medição de V1: 12,1 V |Estado do LED D1: OFF |

|Medição de I1: 0 mA |Estado do LED D2: OFF |

Neste caso, foi possível verificar que ambos os LEDs permanecem desligados, o que indica claramente que em corrente continua, a partir do momento em que o condensador está totalmente carregado não existe mais passagem de corrente no circuito. No entanto, numa análise mais detalhada, é possível perceber que no instante em que alimentamos o circuito, o LED D2 pisca muito levemente, até que permanece desligado o resto do tempo. Isto acontece porque nesse mesmo instante, praticamente toda a tensão da fonte está sobre a resistência, a corrente no circuito é máxima e a queda de tensão no condensador é nula.

O que podemos concluir é que se mantivermos o circuito RC ligado em série e se desligarmos a fonte de tensão, o fenómeno descrito anteriormente repete-se, mas desta vez no sentido contrário, ou seja, seria o LED D1 a piscar.

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3 – Tendo em atenção a experiência realizada no ponto 4.3:

|100 Hz |Medição de V1: 7,446 V |Medição de I1: 2,28 mA |

|200 Hz |Medição de V1: 7,403 V |Medição de I1: 4,348 mA |

3.1 - Determine o valor da impedância do circuito:

|100 Hz |[pic] |

|200 HZ |[pic] |

3.2 - Cálculo do valor da reactância capacitiva Xc1:[pic]

|100 HZ |[pic] |[pic] |

|200 HZ |[pic] |[pic] |

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3.3 - Cálculo do valor da reactância capacitiva Xc2:[pic]

|100 Hz |[pic] |

|200 Hz |[pic] |

3.4 - Análise comparada dos valores de Xc1 e Xc2:

A diferença entre os valores de Xc1 e Xc2 reside no valor da frequência utilizada, ou seja, pode facilmente concluir que o aumento do valor da frequência influência inversamente o valor da impedância. O que se observa é que o aumento da frequência para o dobro neste caso, diminui o valor da impedância para metade do seu valor inicial.

4 – Comente as seguintes afirmações:

4.1 - “A capacidade de um condensador é tanto menor quanto maior for a frequência de trabalho.”

A reactância capacitiva é expressa por Xc = (2.p.f.C) -1. Observando essa expressão percebemos que Xc é inversamente proporcional à frequência, ou seja, quanto maior f, menor será o Xc.

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4.2 - “As principais desvantagens dos LEDs face às lâmpadas de incandescência residem no (i) seu menor rendimento e (ii) tempo de vida é mais curto.”

A afirmação é falsa. De resto, o maior rendimento dos LEDs e o seu tempo de vida mais longo são as principais vantagens deste tipo de dispositivos.

Relatório Nº2

1 – A partir da experiência realizada no ponto 4.1, justifique o comportamento do circuito.

|Medição de V1: 7,17 V |Medição de VR: 4,22 V |

|Medição de VL: 5,71 V |Medição de I1: 9,06 mA |

A principal observação a fazer, é que tendo em conta os valores obtidos, podemos concluir que estes fazem sentido, uma vez que o valor de V1 obtido experimentalmente é aproximadamente igual ao valor teórico esperado, já que [pic]

2 - A partir da experiência realizada no ponto 4.2, justifique o comportamento do circuito.

|Medição de V1: 12,03 V |Medição de VR: 11,96 V |

|Medição de VL: 0,111 V |Medição de I1: 25,4 mA |

| | |

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Para o circuito RL, podemos fazer uma análise semelhante a feita com o circuito RC. Neste caso, a tensão sobre a resistência, assim como, a corrente do circuito atingem o seu valor máximo quando a queda de tensão no indutor é praticamente nula. Isso faz com que a sua reactância se torne um curto-circuito e faça com que a corrente seja limitada exclusivamente pela resistência.

3 – Tendo em atenção a experiência realizada no ponto 4.3:

|10 kHz |Medição de V1: 7,16 V |Medição de Vr: 4,31 V |

| |Medição de VL: 5,60 V |Medição de I1: 9,22 mA |

| |Medição do desfasamento ϕ: 31,30 |

|20 kHz |Medição de V1: 7,34 V |Medição de Vr: 2,51 V |

| |Medição de VL: 6,82 V |Medição de I1: 5,48 mA |

| |Medição do desfasamento ϕ: 230 |

3.1 - Determine o valor da impedância do circuito:

|10 kHz |[pic] |

|20 kHZ |[pic] |

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3.2 - Cálculo do valor da reactância capacitiva XL1:[pic]

| 10 kHZ |[pic] |

|20 kHZ |[pic] |

3.3 - Cálculo do valor da reactância capacitiva XL2:[pic]

|10 kHz |[pic] |

|20 kHz |[pic] |

3.4 - Análise comparativa dos valores de XL1 e XL2:

Ao contrário do que vimos para o circuito RC, neste tipo de circuitos, a frequência utilizada é directamente proporcional ao valor da reactância indutiva, ou seja, quanto maior o valor da frequência, maior o valor da reactância. Podemos constatar que se aumentarmos o valor da frequência para o dobro, o valor da reactância também ele aumenta para o dobro sensivelmente.

3.5 – Determine Z:

|10 kHz |[pic] |

|20 kHz |[pic] |

4 – Comente as seguintes afirmações:

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4.1 - “O valor da reactância indutiva é tanto maior quanto maior for a frequência de trabalho.”

A reactância indutiva é expressa por XL = (2.p.f.L). Observando essa expressão percebemos que XL é directamente proporcional à frequência, ou seja, quanto maior f, menor será o XL.

5 – Diga de forma sucinta como se relacionam a tensão e a corrente em cada um dos componentes do circuito.

No circuito RL em corrente continua, no instante em que alimentamos o circuito, praticamente toda a tensão da fonte está sobre o indutor, uma vez que ele se apresenta como um circuito aberto. Com o passar do tempo, observa-se que a tensão sobre a resistência, assim como, a corrente do circuito aumentam exponencialmente enquanto a queda de tensão no indutor decai exponencialmente até que a sua reactância se torne um curto-circuito e faça com que a corrente seja limitada exclusivamente pela resistência.

Assim como no circuito RC, podemos encarar o circuito RL série como um divisor de tensão. Desta forma temos que a diminuição da tensão no indutor é proporcional ao aumento da tensão na resistência.

Se agora analisarmos a retirada da fonte de alimentação do circuito, a partir do instante da retirada, o indutor passa a ser a única fonte de tensão e corrente do circuito. Assim, devido novamente às correntes auto-induzidas nas espiras do indutor (Lei de Lenz), o sentido de sua queda de tensão inverte-se e decai exponencialmente até que ele seja totalmente descarregado. Essa diminuição exponencial na tensão do indutor acaba provocando também uma diminuição exponencial da corrente do circuito e, consequentemente, da queda de tensão no resistência.

Para este mesmo circuito, mas agora em corrente alternada, o indutor causará um atraso no sinal da corrente do circuito em relação ao sinal da fonte de alimentação. A reactância indutiva é expressa por XL = 2.p.f.L. Observando essa expressão percebemos que XL é directamente proporcional à frequência, ou seja, quanto maior f, maior será o XL. Isso faz com que ao

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aumentarmos a frequência o circuito se torne mais indutivo. Quanto mais indutivo for o circuito, maior será desfasamento. Se por outro lado diminuirmos f, o circuito se tornará menos indutivo e consequentemente a desfasagem será menor.

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Figura 1 – Circuito RC ligado a uma fonte de tensão alternada sinusoidal

Figure 2 – Circuito RC ligado a uma fonte de tensão contínua

Figura 3 – Circuito RL ligado a uma fonte de tensão alternada sinusoidal

Figure 4 – Circuito RL ligado a uma fonte de tensão contínua

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