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relatorio de aula pratica de circuitos eletricos II
Tipologia: Notas de estudo
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1 – Objetivos
Observar as respostas naturais apresentadas pelos circuitos RL e RC estabelecendo as equações de tensões e correntes nos circuitos em função do tempo obtendo as formas de onda utilizando o software livre LTSpice.
2 – Introdução
A resposta natural de circuitos RL e RC ocorre quando a energia armazenada em um indutor ou capacitor é repentinamente fornecida a uma rede resistiva. Isso acontece quando o indutor ou capacitor é desligado abruptamente de sua fonte cc. A resposta natural também é chamada de resposta transiente, uma vez que ela depende apenas da natureza dos elementos do circuito e desaparece ao longo do tempo pela dissipação da energia armazenada no indutor ou capacitor, se transformando em calor nos resistores do circuito.
3 – Fundamentação teórica
A reposta natural de um circuito RL é descrita pela equação 䙴ᡡ䙦ぇ䙧 = ᠵ⡨ ∙ ᡗ⡹ぇ゙㐕^ 䙵, o que mostra que a corrente começa no valor inicial ᠵ⡨ e diminui exponencialmente tendendo a zero à medida que t aumenta. A reposta natural de um circuito RC é descrita pela equação 䙴ᡴ䙦ぇ䙧 = ᡈ⡨ ∙ ᡗ⡹ぇ゙㐕^ 䙵, o que mostra que a reposta natural de um circuito RC é uma queda exponencial a partir da tensão inicial. Sabemos que quando a corrente em um indutor ideal é constante, a tensão entre seus terminais é nula, ou seja, o indutor se comporta como um curto para cc. Sabemos também que quando a tensão em um capacitor ideal é constante, a corrente no mesmo é nula, ou seja, o capacitor se comporta como um circuito aberto para cc.
A constante de tempo 䙰 䙱 também é uma consideração importante a ser feita, pois ela determina a taxa à qual a corrente ou tensão se aproxima de zero. No circuito RL ela é
determinada por 㐧ᠸ 㐕 㐱ᡄ e no circuito RC por 䙰ᡄ ∙ ᠩ䙱. Na maioria das finalidades práticas,
consideramos que para um tempo maior que cinco constantes de tempo as correntes e tensões alcançam seus valores finais. Para encontrarmos a resposta natural de um circuito RL ou RC podemos usar uma solução geral, o que facilita chegarmos à solução de um problema. Tal solução é descrita pela equação
ᡶ䙦ぇ䙧 = ᡶ䙦⦘䙧+㐧ᡶ䙦⡨ㄦ䙧 − ᡶ䙦⦘䙧㐱ᡗ⡹ぇ゙㐕^ ,
onde ᡶ䙦ぇ䙧 é a variável desconhecida em função do tempo, ᡶ䙦⦘䙧 é o valor final da variável e ᡶ䙦⡨ㄦ䙧 é o valor inicial da variável.
Com base nessas considerações, calculamos a resposta natural e os valores solicitados para um circuito RL e um circuito RC e comparamos com a simulação realizada no LTSpice.
Circuito 1 – RL
Considerando a chave inicialmente fechada, temos: ᡡᠸ䙦⡨ㄧ䙧 = ᡡᠸ䙦⡨ㄦ䙧 = 20 ᠧ Considerando a chave aberta, a resistência equivalente percebida pelo indutor é: ᡄ〲い = 㐶 10 + 4010 ∙ 40㑀 + 2
A constante de tempo é: = (^) ᡄᠸ 〲い = 102 ∴ = 0,2 ᡱ 5 = 1 ᡱ
Cálculo da resposta natural usando a solução geral:
⡹⡰⡳ぇ 80 ᡶ 10⡱
4 – Simulação
Os circuitos propostos foram simulados no programa LTSpice, tendo como resultados os seguintes valores e gráficos:
Circuito 1
Circuito 2