Relatorio_1_S5_CEII_2012_1

8/9/2019 Relatorio_1_S5_CEII_2012_1

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCACAO, CIENCIA E TECNOLOGIA DO CEARA 2012

Curso de Engenharia MecatronicaRoteiro de Relatorio: Circuitos Eletricos II

Metodos de Medicao de Resistencia Eletrica Media

Pre-requisitos:O conteudo ensinado necessario para realizacao das atividades de laboratorio, sao:

Conhecer a teoria de corrente alternada (fasores), o comportamento e as caractersticas doselementos passivos de circuito.

Metodo de medicao de resistencias medias - montagens a jusante e a montante.

As medidas envolvem o uso de instrumentos de uma natureza ou de outra, portanto, exige-se oconhecimento de funcionamento, de operacao e das caractersticas dos instrumentos basicos demedida (ampermetro, voltmentro e wattmetro).

Objetivos Gerais

Propiciar ao estudante o entendimento de conceitos basicos relativo a area de eletrotecnica. Re-alizar medicoes de corrente e tensao em diversos dispositivos eletricos tais como: motores e reatores.

Metodologia

Uma sequencia de experimentos e apresentada na forma de roteiros onde se destaca objetivos,material disponvel, breve introducao teorica, procedimentos e questoes, com a finalidade de situar adiscussao.

Ao final doexperimento 01, o estudante deve ter posto em evidencia os aspectos construtivos de umindutor linear. A obtencao de seus parametros eletricos, determinados atraves de medidas, avaliandocom que confianca o numero o representa a partir de um tratamento adequado dos erros cometidosnos processos de medidas.

O experimento 02, trata de um reator, a importancia do modelo eletrico (representado, atraves

dos circuitos equivalente serie e paralelo), a separacao das perdas (no ferro e no cobre), a dependenciada precisao do modelo as medidas efetuadas e verifica os limites de desempenho quanto a linearidade.Noexperimento 03, determinam-se as caractersticas e destaca a importancia dos enrolamentos de

um motor monofasico de inducao (M M I) no calculo do capacitor de partida adequado. Alem disso,ter consciencia das grandezas medidas e a influencia do metodo empregado, desenvolve procedimentos,cuidados pessoais e dos instrumentos no trabalho que envolve eletricidade.

Noexperimento 04, determinam-se a influencia dos detalhes construtivos no valor da capacitancia.Estes experimentos sao interdependentes mas possibilita um aprofundamento significativo da per-

cepcao vivenciada dos fenomenos fsicos. O relatorio deve tratar dos 4 experimentos obedecendo, amedida do possvel, os passos a seguir.

Passos do Relatorio

O proposito do relatorio e dizer a alguem o que e por que foi feito, quais as informacoes obtidas eo significado dos resultados. Para atingir esse fim, ele deve dar uma explanacao formal do objetivo edo metodo usado para se obter a informacao desejada.

Finalmente, a parte mais importante do relatorio e a discussao dos resultados e a apresentacao dasconclusoes extradas dos resultados experimentais.

Os registros feitos no decurso do trabalho experimental e extremamente importante. Ele precisaser feito por escrito e feito por completo. O incio deve incluir uma declaracao clara do que estasendo investigado e o objetivo do ensaio. Todo material deve ser incluido e de tal maneira quenao haja confusoes.

Prof. Clayton RICARTE Laboratorio de CIRCUITOS ELETRICOS II 1


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O registro de dados deve incluir os seguintes itens:

Um diagrama completo do circuito, identificando todo o equipamento e mostrando asligacoes entre componentes, exatamente como e o circuito real.

Uma lista de todos os componentes aferidos, pelo tipo e numero de serie. Essa informacaotorna possvel uma conferencia futura.

Uma tabelacao ordenada dos dados. As colunas devem estar encabecadas com o nome ou

smbolo da grandeza medida e a unidade usada (e.g., volts-V ou milivolts-mV).

O metodo de se realizar os calculos deve ser mostrado ou na folha de dados ou numa folhasuplementar. Deve dar as formulas empregadas e, quando desejavel uma amostra de calculo.

Pesquisa que envolve os metodos empregados e fatores de erro ou perturbacao, discussao dosresultados e conclusoes.

Notas de Seguranca

Nos trabalhos de laboratorio e necessario o conhecimento das regras de seguranca. Assumir sempreuma atitude cuidadosa e responsavel durante os experimentos.

1. Uma precaucao basica para evitar choque eletrico e seus efeitos danosos e utilizar sempre sapatosfechados e trabalhar com oculos de protecao.

2. Cordoes e aneis metalicos devem ser evitados.

3. Manter a bancada de trabalho limpa e organizada para evitar acidentes.

4. Nao se distrair ou brincar durante a realizacao dos experimentos.

Experimento 01: Indutor Linear

Objetivo: Determinar os parametros de um indutor linear. Familiariza-se em expressar resultados

experimentais, a partir de um tratamento adequado dos erros cometidos no processo de medida.Discutir os resultados e os erros das montagens a montante e a jusante.

Procedimento:

Verificar os dados de placa do dipositivo para delimitar os valores adequados aplicados de tens aoe corrente.

Realizar os testes C CeC Anas montagens a montante e a jusante para determinar a resistenciaeletrica (atraves de media aritmetica) e a indutancia (pela media geometrica) no indutor linear.Na Fig. 1 e mostrado os diagramas de montagem (a) e esquematico (b).

Escolher os calibres adequados dos instrumentos e determinar os desvios cometidos de acordo

com a classe de exatidao de cada um.

Ajustar valores adequados de tensao e corrente e preencher as Tabs. (1) e (2).

Atencao: observe os valores nominais de tensao e corrente do indutor para nao ultrapassa-los.

Teste CC U U(V) I(A)I RR()

Montante

Jusante

Tabela 1: Teste CC: montagens a montante e a jusante.



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Teste CA U U(V) I(A)I RL()

Montante

Jusante

Tabela 2: Teste CA: montagens a montante e a jusante.

Figura 1: Diagramas: (a) de montagem (a montante) e (b) esquematico.

Material necessario: FontesC Ce C Aajustaveis, Indutores, Voltmetros e Ampermetros com cali-

bres adequadas. Relacionar os dados dos instrumentos empregados com suas respectivas caractersticase classe de exatidao.

Questoes:1) Faca um estudo do erro cometido nas montagens a montante e a jusante e defina qual a montagem

mais adequada de acordo com a resistencia medida.2) Explique os efeitos na resistencia eletrica devido ao efeito pelicular ou efeitoskin.3) Explique os efeitos da temperatura na resistencia eletrica.4) Numa experiencia, a medida das correntes (I1 e I2), repetida 5 vezes forneceu a Tab. (3). As

correntes I1 e I2 chegam em um no de onde sai a corrente I3.

n1 I1[A] I[A]

1 2, 212 2, 26

3 2, 24

4 2, 22

5 2, 27

n1= 5

I1k

|I1k|

n2 I2[A] I[A]

1 1, 352 1, 36

3 1, 32

4 1, 30

5 1, 37

n2= 5

I2k

|I2k|

Tabela 3: Leituras de corrente.

(a) Calcular o valor medio das correntes I1,I2 e I3.(b) Calcular o desvio medio.(c) Escrever o resultado final do experimento.

Nota: Um conjunto de 8 medidas foram feitas com aproximacao de decimos de volts (e.g.: 12, 212, 3 12, 112, 212, 212, 112, 412, 2V). O valor medio calculado resultou em 12, 2125Ve o desvio medio 0, 0685V . O valor da grandeza e U = 12, 2125 0, 0685V . No entanto, observa-se que a incerteza no valor medio, i.e., o desvio medio, afeta a segunda casa decimal desse valor.Assim, os outros algarismos posteriores perdem o significado e n ao sao significativos, ja que entreos algarismos significativos e admitida a presenca de um unico algarismo duvidoso. Portanto, essesalgarismos presentes tanto no valor medio quanto no desvio medio devem ser desprezados. Escreve-seo resultado final da seguinte maneira:

U= 12, 210, 07V

5) Pesquise sobre como se propaga o erro na soma, subtracao, multiplicacao, divisao e potenciacao.



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6) Determinar a potencia atraves das medidas de tensao U = 12, 13 0, 03V e de corrente I =9, 350, 05A.

Experimento 01.1: Lampada Incandescente

Objetivo: Verificar a caracterstica nao linear de uma lampada incandescente 150W/220V, deter-minar a propagacao do erro cometido na medida de potencia consumida.

Procedimento : Montar o circuito com uma fonte CA ajustavel (0 a 208V ) e os instrumentosampermetro, voltmetro e wattmetro numa montagem tipo jusante. Aplicar a sequencia de tensaoindicada e anote os valores indicados na Tab. 4.

U U(V) 0 30 60 90 120 150 180 200

II(A)

PP(W)

U IP(W)

RLR()

Tabela 4: Leituras da caracterstica estacionaria da lampada incandescente.

Questoes:1) Organize os dados em um script no MATLAB e mostre graficamente (P(U)) a evolucao dosvalores medidos de potencia consumida e dos respectivos erros cometidos nos dois metodos (comvoltmetro, ampermetro e wattmetro). Faca comentarios sobre a exatidao dos dois processos demedicao da potencia.

2) Para uma resistencia puramente ohmica a caracterstica seria linear e a potencia P=U Iseriauma funcao quadratica deU. Mas a caracterstica de uma resistencia termica nao e linear. Estude deperto a caracterstica U(I),U(R/400) da resistencia termica da lampada atraves de um unico grafico.

Nota: observe que na funcaoplotdo matlabespecifica-se primeiro a abscissa e depois a ordenada.3) Utilize a funcao polyfit (que determina os coeficientes do polinomio que melhor se aproxima

dos pontos da curva), polyval (que calcula para os pontos desejados os valores do polin omio obtidocom polyfit) e linspace (que cria um novo espaco para o eixo x, e.g. Un = linspace(0, 240, 100)).Alem disso, por extrapolacao, estime o valor da corrente e potencia para a tensao 220V. Mostre aevolucao dos dados coletados de corrente e potencia e as respectivas curvas obtidas por interpolacaopolinomial.

4) Sabe-se que a caracterstica estancionaria de uma lampada incandescente 100W e dada por

U(V) 0 5 10 20 40 50 60 70 80 100 120

I(mA) 0 200 260 350 460 530 580 630 670 700 840

Tabela 5: Caracterstica estacionaria da lampada incandescente.

a) Faca o graficoU I. A partir destes dados, construa um modelo, com elementos lineares, pararepresentar uma lampada de 60W, no intervalo de mais ou menos 10Vem torno de 60V.

Nota: A partir da caracteristica dada, obtem-se a de outra lampada de mesma tensao nominal epotencia (PX) diferente, multiplicando a corrente por PX/100.

b) Uma lampada de 60W (com a caracterstica do tem (a)) e um resistor ohmico de 200 saoligados em serie. Aplicando 130Vaos terminais do conjunto, determinar:

i) a corrente atraves dos dois elementos;ii) as quedas de tensao em cada um deles;iii) a tensao nos dois elementos, se ligados em paralelo, sabendo-se que a corrente total e de 500mA.Observacao: A solucao grafica constitui o melhor caminho quando se trabalha com bipolos nao

lineares.

Experimento 02: Indutor nao Linear (ou Reator)



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Objetivo: Determinar os parametros de um reator com nucleo saturavel, avaliar e explicar seucomportamento e os fenomenos fsicos envolvidos. Separar as perdas no ferro das perdas no cobre.Desevolver o modelo do indutor nas configuracoes serie e paralelo. Ver figura 2.

Figura 2: (a) Arranjo fsico de um indutor, (b) modelo serie e (c) modelo paralelo.

Procedimento : Realizar a montagem a jusante acrescentando, inclusive, um wattmetro para amedicao da potencia consumida pelo dispositivo e possibilitar a separacao das perdas e a determinacaoda tensao sobre oramo de magnetizacao. Aplicar a sequencia de tensao indicada na Tab. (6). Realizeo teste CCno indutor (montagem a jusante), para conhecer a resistencia eletrica do mesmo. Ajusteuma corrente de 2, 5Apor exemplo.

U[V] I[A] P[W] Pfe[W] cos Rfep[] Lmp[mH] Rfes[] Lms[mH]

20

40

60

80

100

120

130

150

Tabela 6: Ensaio no indutor com nucleo saturavel.

Material Necessario: Reator 127V/60Hz, bornes X1-X4.Questoes:1) Demonstre a relacao entre os parametros do ramo serie e paralelo de modo geral. Compare com

os valores calculados numericamente.2) Faca um script no MATLAB que execute todas as operacoes que completam as colunas da

Tab. (6).3) Trace diversos graficos tecendo comentarios pertinentes sobre seu comportamento. Por exemplo:

P , P f eV, Rfe(), Lm(mH)V, Rfep(), Lmp(mH)I, Rfes(), Lms(mH)I, cos V, etc.4) Use a funcaopolyfit,polyvale linspacepara encontrar o polinomio que melhor se aproxima das

medidas de Rfes e Lms em funcao da corrente. Interpole e determine os parametros para I= 0, 6A.Extrapole o grafico para a corrente de 3, 0A.

5) Explique o fenomeno da saturacao magnetica e seu efeito sobre a indutancia6) Defina e explique o fenomeno da ferrorressonancia.

Experimento 03: Motor Monofasico de Inducao (MMI)

Objetivo: Determinar as impedancias dos enrolamentos principal (Zp = Rp +jXp) e auxiliar(Za= Ra+jXa) a fim de calcular o valor de sua capacitancia de partida (Cp).

Introducao Teorica: Normalmente, o motor monofasico apresenta dificuldade na partida e necessitade um dispositivo auxiliar para partir. O enrolamento principal e responsavel pelo funcionamento do



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Figura 3: (a) Disposicao fsica dos enrolamentos do estator: principal e auxiliar, (b).circuito equiva-lente, (c) disposicao das correntes sem capacitor e (d) com capacitor de partida.

motor em regime permanente criando o campo magnetico indutor (Isp). O campo magnetico doenrolamento auxiliar (gerado por Isa) quando combinado com o campo principal cria um campomagnetico girante provocando o arranque do rotor. Ver Fig. 3. Este arranque e forte se o anguloentre os fasores de corrente dos enrolamentos auxiliar e principal e da ordem de 90o. Para que isto

aconteca e inserido um capacitor eletroltico de elevada capacitancia (Cp) no circuito auxiliar. Umachave centrfuga e utilizada para desligar o circuito auxiliar apos a partida do motor com a finalidadede nao danificar o capacitor de partida que nao opera por muito temp em CA.

Calculos: Faca um diagrama fasorial para entender os angulos citados abaixo.

p= arctan(XpRp

)

ap= 90o

a= tan(XaXc

Ra)

assimCp=

1

sXc

Procedimentos:Verificar e anotar os dados de placa dos motores monofasicos com partida a capacitor. Realizar os

procedimentos para determinar as impedancias dos enrolamentos principal e auxiliar.Questoes:1) Reproduzir todos os calculos desenvolvidos na nota de aula M MI (para os dois motores),

montando a tabela final e tecer comentarios sobre qual dos metodos de partida e o mais adequado.Compare qual dos metodos se aproxima mais dos dados nominais de placa.

Experimento 04: Capacitor de Placas Paralelas



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V

Am d

N2=12000esp.

N1=600esp.

Trafo

Fonte

Vs=220V A

Figura 4: Diagrama esquematico: experimento do capacitor.

Objetivo: Verificar a influencia dos detalhes construtivos dos capacitores no valor da capacitancia.Procedimentos: Inicialmente meca as dimensoes das placas e a espessura dos diversos dieletricos

utilizados. Com a montagem do experimento mostrado na Fig. 4. Alimente o circuito com altatensao, da ordem de 4400V, atraves de um transformador eletrico mantendo esse valor constante emtodas configuracoes do capacitor. A tensao de entrada do trafo e de 220V, 60Hz. A partir dos dadoscoletados na Tab. 7, responda:

1) Descreva o enunciado da Lei de Gauss e deduza a expressao da capacitancia em funcao dosdetalhes construtivos do capacitor (por exemplo, A area das placas, ddistancia entre as placas e permissividade do meio isolante).

2) Em todas modificacoes indicadas na Tab. 7, anote os valores de corrente, faca os calculos e

comente se ha discrepancias entre os resultados esperados e obtidos.3) Compare a permissividade encontrada dos materiais ensaiados com os valores tabelados em

manuais.4) Conceitue rigidez dieletrica e pesquise sobre os valores dos materiais ensaiados (fenolite e mica)

incluive a do ar, do oleo mineral isolante (e.g., AV-10), do papel, da fibra de polyester.5) Pesquise sobre os diversos tipos de capacitores industriais, seus aspectos tecnologicos, suas

especificacoes (no corpo do componente), faixa de capacitancia para cada tecnologia e aplicacoes maisusuais.

Dieletrico Area(m2) d(mm) Ic= Ip(mA) C(nF) (F/m)

Fenolite A/2 5

Fenolite A/2 2Fenolite A 2

Mica A 2

Mica A/2 2

Mica A/2 5

Tabela 7: Dados do experimento: capacitor de placas paralelas.

Atencao: Nao adianta somente copiar o trabalho do colega. Uma parte do nosso suor deve estarsempre presente naquilo que fazemos!

Este documento foi produzido com LATEX 2.

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