Angulo de fase teoria, Notas de estudo de Eletromecânica

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Eletrônica Eletrônica básica - Teoria

Medida de ângulo de fase

com osciloscópio

Medida de ângulo de fase com osciloscópio

© SENAI-SP, 2003

Trabalho editorado pela Gerência de Educação da Diretoria Técnica do SENAI-SP, a partir dos conteúdos extraídos da apostila homônima Medida de ângulo de fase com osciloscópio - Teoria. SENAI-DN, RJ,

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Introdução

Cada componente eletrônico tem características próprias que influenciam no seu comportamento nos circuitos.

Por este motivo, resistores e capacitores reagem de forma diferente quando ligados em CC ou CA, ocasionando reações diferentes nos circuitos.

Esta unidade tratará do comportamento dos resistores e capacitores em CA e da forma de utilizar um osciloscópio para observar estes efeitos.

Compreender o comportamento de componentes isolados tanto em CA como em CC é condição indispensável para que se compreenda o funcionamento destes componentes em um circuito eletrônico.

Pré-requisitos

Para ter sucesso no desenvolvimento dos conteúdos e atividades desta unidade você já deverá ter conhecimentos relativos a:

• Corrente alternada;
• Capacitores;
• Representação vetorial de parâmetros elétricos.

Relação de fase entre tensão

e corrente nos resistores e

capacitores

Quando se conecta uma carga puramente resistiva (resistor, lâmpada, aquecedor) a uma rede de corrente alternada senoidal a corrente circulante no circuito também tem a forma senoidal.

A corrente no resistor obedece a Lei de Ohm: I = (^) RV. Como o valor de R é fixo a

corrente é proporcional a tensão.

Quando a tensão no resistor tem o valor “0” a corrente também tem o valor “0”. Quando a tensão no resistor atinge o máximo positivo (+Vp) a corrente também atinge o máximo positivo (+Ip) e assim por diante.

Isto pode ser observado claramente sobrepondo os gráficos de tensão e corrente no resistor nos mesmos eixos.

A figura abaixo mostra o gráfico senoidal da tensão e corrente em um resistor ao qual foi aplicada uma fonte de CA.

Observa-se através da sobreposição dos gráficos senoidais que tensão e corrente tem a mesma forma senoidal a mesma freqüência e passam pelo zero, no mesmo sentido e ao mesmo tempo.

Quando isso acontece diz-se que tensão e corrente estão em fase ou que a defasagem entre tensão e corrente é 0º.

Inicia-se o processo de carga do capacitor. Como não existe tensão sobre o capacitor (Vc = 0) a corrente de carga (Ic) é máxima.

A medida que a tensão sobre o capacitor aumenta a corrente de carga diminui porque as cargas já armazenadas no capacitor se opõem a entrada de novas cargas.

A corrente contínua diminuindo até atingir o valor zero, no momento em que a tensão no capacitor se iguala a tensão da fonte.

Observa-se pelo gráfico senoidal que a corrente do capacitor atinge o valor máximo 90º antes que a tensão no capacitor atinja o valor máximo.

Este adiantamento da corrente em relação a tensão no capacitor durante todo o ciclo da CA.

Nos capacitores a corrente está adiantada 90° (meio semiciclo) em relação a tensão.

A defasagem ode ser representada através de um gráfico vetorial. Um vetor representa a tensão sobre o capacitor e o outro, a corrente no capacitor.

Como corrente e tensão no capacitor estão defasados 90° e os seus vetores são representados de tal forma que haja um ângulo de 90° entre eles.

A figura abaixo mostra a representação vetorial da defasagem entre tensão e corrente no capacitor

Medida do ângulo de fase

com osciloscópio duplo traço

Em muitas ocasiões torna-se necessário analisar ou determinar a relação de fase entre duas tensões CA ou entre uma tensão e uma corrente CA em um componente. Isto pode ser feito através de um osciloscópio duplo traço.

Este processo somente pode ser utilizado para CA de freqüências iguais porque quando as freqüências são diferentes o ângulo de fase está em constante modificação.

Sinais de mesma freqüência (mesmo período T). Defasagem constante 90 °

Sinais de freqüência diferentes. Defasagem variável

Para verificar a relação de fase entre uma tensão e uma corrente CA em um componente ou circuito é necessário observar simultaneamente duas senóides:

• A senóide da tensão;
• A senóide da corrente.

Para observar a senóide da tensão emprega-se um dos canais do osciloscópio, conectando a ponta de prova (sinal e terra) diretamente nos pontos onde se queira observar.

A figura abaixo mostra as pontas de prova conectadas a um circuito e a projeção na tela que corresponde à senóide de “tensão aplicada”.

Para observar as variações de corrente no osciloscópio é necessário que estas variações de corrente sejam transformadas em variações de tensão que podem ser vistas no osciloscópio.

O resistor é o componente ideal para realizar a conversão de corrente em tensão por duas razões:

• A tensão presente entre os terminais de um resistor é proporcional a corrente.
• A tensão desenvolvida no resistor no resistor está em fase com a corrente.

Assim, toda a vez que for necessário observar com o osciloscópio a forma de onda da corrente em um circuito deve-se incluir um resistor em série com este circuito.

Para evitar que o resistor acrescentado influencie significativamente nos resultados observados deve-se utilizar um valor para este resistor que seja pequeno com relação a resistência do circuito que se deseja analisar.

Em geral, utiliza-se um resistor cujo valor seja no máximo 10% da resistência do circuito que se deseja analisar.

Como normalmente se necessita observar simultaneamente as formas de onda de tensão e de corrente utiliza-se um osciloscópio de duplo traço:

• Um dos canais é colocado sobre o resistor. Este canal mostra a forma de onda de corrente;
• O outro canal é aplicado diretamente sobre a carga.

A figura a seguir mostra como seria conectado o osciloscópio duplo traço para verificar a relação de fase entre corrente e tensão em um resistor.

O fato de conectar o terra do osciloscópio no meio dos dois componentes a serem medidos implica no fato de que o canal 1 apresenta uma medida acima da referência e o canal 2 uma medida abaixo da referência.

Sempre que o osciloscópio for conectado desta forma deve-se usar a entrada com inversão do osciloscópio para a medida abaixo da referência.

A figura abaixo mostra como as senóides de corrente e tensão sobre o resistor aparecerão na tela.

A senóide da corrente da figura acima está atrasada 1 divisão portanto, neste caso, I está 60° atrasada com relação a V.

A figura a seguir mostra outro exemplo de determinação do ângulo de fase através das divisões horizontais da tela do osciloscópio.

0 , 4 divisão X X 36

4 divisões 360