Aula Prática Circuitos Elétricos Avançados

Aula Prática Circuitos Elétricos Avançados

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 1
NOME DA DISCIPLINA: CIRCUITOS ELÉTRICOS AVANÇADOS
Unidade:
U1_INTRODUCAO_E_ANALISE_DE_CIRCUITOS_ELETRICOS_EM_CORRENTE_ALTERNADA
Aula: A2_FASORES_E_IMPEDANCIA
OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Montar o circuito no programa ltspice; calcular a resistência e a tensão de thévenin aplicando a
teoria estudada; calcular a tensão e a corrente nos terminais de carga ab manualmente; medir a
tensão nos terminais de carga ab e comparar com o calculado manualmente; medir a corrente
nos terminais de carga ab e comparar com o calculado manualmente; e plotar e analisar as curvas
senoidais de tensão e de corrente nos terminais de carga.
SOLUÇÃO DIGITAL:
LTspice
LTspice é um software simulador SPICE poderoso, rápido e gratuito, captura esquemática e
visualizador de forma de onda com melhorias e modelos para melhorar a simulação de circuitos
analógicos. Sua interface de captura esquemática gráfica permite sondar esquemas e produzir
resultados de simulação, que podem ser explorados ainda mais através do visualizador de forma
de onda integrado.
O download do software pode ser feito no seguinte endereço:
https://www.analog.com/en/resources/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html
Após o download, a instalação é rápida e intuitiva. A própria desenvolvedora do software fornece
um tutorial básico de utilização que pode ser acessados em:
https://www.analog.com/en/resources/media-center/videos/series/ltspice-getting-startedtutorial.html
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Análise de Thévenin
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Atividade proposta: Montar um circuito elétrico no LTspice, calcular a resistência e a tensão
de Thévenin com base na teoria estudada, medir com o voltímetro e com o amperímetro a
tensão e a corrente nos terminais de carga ab, respectivamente, bem como analisar as curvas
senoidais apresentadas pelos equipamentos.
Procedimentos para a realização da atividade:
Para a realização dessa aula prática, você precisa abrir o LTspice e criar um novo esquemático,
clicando no local indicado. Além disso, siga os passos a seguir.
1 – Identifique a posição da fonte de tensão, resistor e referência, como indicado nas figuras a
seguir. Para a fonte de tensão, nas configurações avançadas, selecione a opção “SINE” e
coloque os valores de amplitude e frequencia conforme o indicado no experimento. Para
configurar o valor do resistor, clique sobre ele com o botão direito.
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Caso seja necessário remover algum componente, aperte a tecla ‘del’ do teclado e clique sobre
o componente que deseja remover. Para mover um componente, utilize a tecla ‘M’ e clique
sobre o componente desejado. Para cancelar uma seleção ou a adição de algum compente,
aperte a tecla ‘esc’. A ligação dos componetes é feita com o fio (wire), selecionado ao se clicar
‘w’ ou pelo atalho na barra de ferramentas. Para rotacionar um componente quando ele é
adicionado, aperte ‘Crtl+R’.
2 – O circuito elétrico proposto é mostrado na Figura 2 e possui os seguintes resistores: R1 =12
Ω, R2 = 3 Ω e R3 = 6 Ω. Também, possui duas fontes de tensão alternada (CA) operando em 60
Hz: V1 = 84 V e V2 = 21 V.
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3 – Considere os terminais de carga os pontos a e b;
4 – Com base na teoria estuda durante as aulas, calcule a resistência e a tensão de Thévenin;
5 – Agora que você já tem os valores da resistência e da tensão de Thévenin, realize a simulaçao
do circuito a fim de obter os valores de tensão e corrente sobre a carga. Configure a simulação
no modo ‘Transient’, com os seguintes parâmetros:
Aperte o botão com o icone de play para que a simulação seja feita. Para que seja traçada a
curva da tensão e corrente desejadas, você deve clicar no nó e no teminal do resistor para que
as pontas de prova sejam adicionadas ou então selecione a tensão e corrente na opção ‘Select
visible traces’:
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5 – Feito isso você irá obter as curvas de tensão e a corrente nos terminais de carga “a” e “b” e
pode comparar com o calculado manualmente aplicando as técnicas de Thévenin estudadas.
Não esqueça de apresentar as curvas de tensão e de corrente senoidais no relatório.
Avaliando os resultados:
Você deverá entregar um relatório técnico da prática. Ele deve possuir a imagem do circuito
montado e a descrição do passo a passo das ligações dos elementos de circuitos. Além disso, é
necessário constar os valores calculados da resistência e da tensão de Thévenin do circuito
proposto, os valores de tensão e da corrente nos terminais de carga e as imagens das curvas
senoidais da tensão e da corrente nos terminais de carga a e b.
Checklist:
✓ Abrir o LTspice;
✓ Realizar a conexão adequada entre os elementos do circuito;
✓ Executar a simulação para medir as variáveis de tensão e corrente nos terminais de
carga;
✓ Analisar a curva e os valores de tensão e de corrente senoidais apresentadas pelas
curvas.
RESULTADOS
Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações
obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito
das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Referências bibliográficas ABNT (quando houver).
Resultados de Aprendizagem:
Esta atividade prática é uma oportunidade para você aperfeiçoar seus estudos sobre circuitos
elétricos, relacionando a teoria com o mundo real. Além disso, permitirá que você ganhe
habilidades e competências valiosas na análise e na simulação de sistemas elétricos. Portanto,
prepare-se para explorar conceitos teóricos e aplicá-los diretamente no LTspice, desenvolvendo
uma compreensão sólida dos princípios subjacentes dos sistemas elétricos avançados.
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ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 2
NOME DA DISCIPLINA: CIRCUITOS ELÉTRICOS AVANÇADOS
Unidade:
U2_CIRCUITOS_TRIFASICOS_E_ANALISE_DE_POTENCIA_EM_CORRENTE_ALTERNADA
Aula: A2_ANALISE_DE_CIRCUITOS_TRIFASICOS_EQUILIBRADOS
OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Montar um circuito na topologia em estrela-triângulo no programa LTspice; medir os valores da
tensão de cada linha; Medir os valores da corrente de cada linha; verificar o valor da corrente na
resistência R1; e plotar a curva característica da corrente na resistência R1 da conexão em
triângulo.
SOLUÇÃO DIGITAL:
LTspice
LTspice é um software simulador SPICE poderoso, rápido e gratuito, captura esquemática e
visualizador de forma de onda com melhorias e modelos para melhorar a simulação de circuitos
analógicos. Sua interface de captura esquemática gráfica permite sondar esquemas e produzir
resultados de simulação, que podem ser explorados ainda mais através do visualizador de forma
de onda integrado.
O download do software pode ser feito no seguinte endereço:
https://www.analog.com/en/resources/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html
Após o download, a instalação é rápida e intuitiva. A própria desenvolvedora do software fornece
um tutorial básico de utilização que pode ser acessados em:
https://www.analog.com/en/resources/media-center/videos/series/ltspice-getting-startedtutorial.html
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Circuito trifásico equilibrado
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Atividade proposta: Montar um circuito elétrico no LTspice, trifásico e equilibrado da topologia
estrela-triângulo. Devem ser feitas as leituras dos valores de tensão e corrente de linha e de
fase, bem como plotar a curva da corrente na resistência R1 da carga na conexão em triângulo.
Procedimentos para a realização da atividade:
Para a realização dessa aula prática, você precisa acessar utilizar o LTspice. Siga os seguintes
procedimentos:
1 – Abra o LTspice e crie um novo esquemático.
2 – O circuito elétrico proposto é mostrado a seguir e possui as seguintes características: VA=
100 ∟0° V, VB=100 ∟-120° V e VC = 100 ∟120° V e resistências R1=R2=R3=10 Ω.
3 – Considere que a fonte é uma conexão em estrela;
4 – A carga é uma conexão em triângulo e possuem valores equilibrados;
5 – A carga é puramente resistiva;
6 – A montagem que deve ser realizada no simulador está apresentada a seguir. Para garantir a
defasagem entre as fontes, configure o parâmetro ‘Phi[deg]’, como 0, -120º e 120, para V1, V2 e
V3 respectivamente.
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7 – Configure a simulação no modo ‘Transient’ com o ‘Stop time’ de 50 ms. Para facilitar na
simulação, atribua nome para as linhas, utilizando a ferramenta ‘Net’ acessivel ao se teclar ‘N’
pelo teclado.
8 – Para se obter os gráficos das tensões de linha é necessário montar uma equação a partir das
tensões de fase. Inicialmente adicione as três curvas de tensão:
Após adicionar as curvas, você deve editar as expressões. Para isso, clique com o botão direito
do mouse sobre o nome da cada uma das curvas e ajuste as expressoes para ‘V(a)-V(c)’, ‘V(b)-
V(a)’ e ‘V(c)-V(b)’ no campo ‘Enter an algebraic expression to plot’.
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9 – Para se obter os gráficos das corrente de linha, adicione no gráfico as curvas das correntes
que saem das fontes (I(V1), I(V2) e I(V3)). Caso seja necessário ajuste a expressão para
corrigir o sentido da referência da corrente.
10 – Agora, para realizar a medição da corrente na resistência R1 é necessário inserir uma nova
curva no gráfico (I(R1)).
11 – Pronto, agora você pode medir as tensões e as correntes de linha e de fase, assim como
plotar a curva de corrente e verificar o seu valor que circula por R1.
Avaliando os resultados:
Entregar um relatório técnico da prática. Ele deve possuir a imagem do circuito montado e a
descrição do passo a passo das ligações dos elementos do circuito elétrico trifásico equilibrado
na topologia estrela-triângulo. Além disso, no relatório, deve constar os valores observados das
tensões e das correntes na linha, assim como o valor e o gráfico plotado da corrente elétrica na
resistência R1.
Checklist:
✓ Abrir o simulador LTspice;
✓ Realizar a conexão adequada da configuração em estrela (fonte);
✓ Realizar a conexão adequada da configuração em triângulo (carga);
✓ Obter um gráfico com as tensões de linha;
✓ Obter um gráfico com as correntes de linha;
✓ Obter um gráfico da corrente sobre o resistor R1;
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✓ Executar a simulação para medir as variáveis supracitadas; e
✓ Analisar as curvas plotadas e escrever os valores de pico e RMS observados.
RESULTADOS
Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações
obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito
das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Referências bibliográficas ABNT (quando houver).
Resultados de Aprendizagem:
Nesta atividade prática, você irá se aprofundar nos conceitos teóricos aprendidos durante as
aulas e aplicar uma simulação de circuitos elétricos utilizando a ferramenta LTspice. Vale ressaltar
que o LTspice é um software de simulação de circuitos amplamente utilizado por engenheiros e
estudantes para projetar, analisar e testar circuitos elétricos de maneira eficaz e segura.
Neste laboratório, você aprende a montar um circuito elétrico com a fonte na configuração em
estrela e a carga em triângulo no LTspice e realizar medições precisas com o amperímetro e
voltímetro para avaliar os valores de linha, assim como também plotar a curva características.
Esta atividade prática é uma oportunidade para você aperfeiçoar nos temas dos circuitos elétricos
trifásicos de forma interativa e relacionar a teoria com o mundo real, permitindo que você ganhe
habilidades valiosas na análise e simulação de sistemas elétricos equilibrados. Portanto, preparese para estudar conceitos teóricos e aplicá-los diretamente no LTspice, desenvolvendo uma
compreensão sólida dos princípios subjacentes a sistemas elétricos avançados.
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ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 3
NOME DA DISCIPLINA: CIRCUITOS ELÉTRICOS AVANÇADOS
Unidade:
U2_CIRCUITOS_TRIFASICOS_E_ANALISE_DE_POTENCIA_EM_CORRENTE_ALTERNADA
Aula: A3_POTENCIA_TRIFASICA
OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Montar um circuito trifásico no programa LTspice; medir os valores de tensão e corrente, obtendo
o fator de potência do circuito; realizar a correção do fator de potência do circuito; simular circuito
com banco de capacitores.
SOLUÇÃO DIGITAL:
LTspice
LTspice é um software simulador SPICE poderoso, rápido e gratuito, captura esquemática e
visualizador de forma de onda com melhorias e modelos para melhorar a simulação de circuitos
analógicos. Sua interface de captura esquemática gráfica permite sondar esquemas e produzir
resultados de simulação, que podem ser explorados ainda mais através do visualizador de forma
de onda integrado.
O download do software pode ser feito no seguinte endereço:
https://www.analog.com/en/resources/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html
Após o download, a instalação é rápida e intuitiva. A própria desenvolvedora do software fornece
um tutorial básico de utilização que pode ser acessados em:
https://www.analog.com/en/resources/media-center/videos/series/ltspice-getting-startedtutorial.html
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Análise e correção do fator de potência
Atividade proposta: Realizar a análise de um sistema trifásico com característica indutiva e
realizar a correção de seu fator de potência com a adição de um banco de capacitores.
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Procedimentos para a realização da atividade:
Considere o sistema trifásico apresentado a seguir. Verifique por meio da simulação a forma de
onda que representa a tensão de linha (tensão entre duas fases) e corrente de linha.
Na montagem do circuito, garanta que as defasagens do sistema trifásico foram atendidas
corretamente. Para obter as tensões de linha, nomeia as fases, como feito na figura.
Ainda analisando o circuito da figura, perceba que ele possui característica indutiva, portanto
seu fator de potência pode estar abaixo do mínimo exigido pela ANEEL. Por meio da simulação
do circuito determine o seu fator de potência e faça a correção por meio de banco capacitivo
para FP = 1. Lembre-se do processo para a obtenção do fator de potência por meio da
defasagem entre as ondas de tensão e corrente. Lembre-se que se trata de um sistema trifásico
e utilize nas fórmulas os valores corretos de tensão de fase, linha, pico ou RMS.
Avaliando os resultados:
Entregar um relatório técnico da prática. Ele deve possuir a imagem do circuito montado e a
descrição do passo a passo das ligações dos elementos do circuito elétrico trifásico. Apresente
também as ondas de tensão e corrente de linha para o circuito de baixo fator de potência.
Apresente os cálculos para a obtenção do fator de potência e o detalhamento passo a passo do
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projeto do circuito de correção do fator de potência. Mostre o circuito com os capacitores
adicionados e o novo resultado da simulação, a fim de comprovar o fator de potência unitário
obtido.
Checklist:
✓ Montar o circuito indutivo no simulador e obter as curvas de tensão e corrente de linha.
✓ Obter um gráfico de tensão e corrente de fase, permitindo a medição da defasagem
entre as duas curvas.
✓ A partir da defasagem, obter o fator de potência.
✓ Calcular a potência reativa necessária para a correção do fator de potência.
✓ Calcular o capacitor a ser adicionado em cada fase para a correção do fator de potência.
✓ Adicionar o capacitor ao circuito e realizar nova simulação.
✓ Avaliar a nova defasagem de tensão e corrente, a fim de corroborar a correção do fator
de potência.
RESULTADOS
Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações
obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito
das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Referências bibliográficas ABNT (quando houver).
Resultados de Aprendizagem:
Esta atividade prática é uma oportunidade para você aperfeiçoar nos temas dos circuitos elétricos
trifásicos de forma interativa e relacionar a teoria com o mundo real, permitindo que você ganhe
habilidades valiosas na análise e simulação de sistemas elétricos equilibrados. Portanto, preparese para estudar conceitos teóricos e aplicá-los diretamente no LTspice, desenvolvendo uma
compreensão sólida dos princípios subjacentes a sistemas elétricos avançados.
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ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 4
NOME DA DISCIPLINA: CIRCUITOS ELÉTRICOS AVANÇADOS
Unidade: U4_CIRCUITOS_MAGNETICAMENTE_ACOPLADOS
Aula: A4_TRANSFORMADORES_REAIS
OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Compreender o uso do laboratório virtual da ALGETEC para simulação da ligação de um
transformador; compreender o conteúdo da disciplina Circuitos Elétricos Avançados; aplicar os
conhecimentos teóricos sobre a ligação do primário de um transformador de dois modos distintos:
127 V e 220 V; e medir, por meio de um multímetro, as tensões elétricas de saída (12 V e 24 V).
SOLUÇÃO DIGITAL:
Laboratório Virtual Algetec
EXATAS > PRÁTICAS ESPECÍFICAS DE ENG. ELÉTRICA > POTÊNCIA: TRANSFORMADOR
– ID 976
O Laboratório Virtual Algetec é um tipo de laboratório online, intuitivo e fácil de usar para práticas
roteirizadas que estão associadas as aulas das disciplinas das áreas de engenharias e saúde.
Na área de engenharia, o laboratório virtual possui um alto grau de fidelização, pois os
experimentos são todos realizados nos equipamentos físicos da Algetec. Na plataforma, o aluno
poder aprender, através de uma linguagem simples, porém moderna, os conceitos das aulas
práticas das mais diversas disciplinas de engenharia.
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Transformador
Atividade proposta: Realizar as ligações no primário de um transformador de dois modos
distintos; 127 V e 220 V, e medir, por meio de um multímetro, as tensões elétricas de saída (12
V e 24 V).
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Procedimentos para a realização da atividade:
A Figura 1 apresenta a tela inicial do experimento e a APRESENTAÇÃO. Observe!
Figura 1 – Tela de APRESENTAÇÃO.
Fonte: Algetec (2023).
Antes de iniciar o experimento, leia a APRESENTAÇÃO, o SUMÁRIO TEÓRICO e o ROTEIRO,
conforme mostram as Figuras 1, 2 e 3; respectivamente.
Figura 2 – Tela do SUMÁRIO TEÓRICO.
Fonte: Algetec (2023).
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Figura 3 – Tela do ROTEIRO.
Fonte: Algetec (2023).
Antes de iniciar o roteiro, faça as cinco questões de pré-teste (Figura 4) e envie! Vamos lá?
Figura 4 – PRÉ-TESTE.
Fonte: Algetec (2023).
Em seguida, acesse o EXPERIMENTO (Figura 5).
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Figura 5 – Tela do EXPERIMENTO.
Fonte: Algetec (2023).
Clicando na tela do experimento, a próxima tela é, de fato, do Simulador de Prática Profissional
(Figura 6). Confira!
Figura 6 – Tela do Simulador de Prática Profissional.
Fonte: Algetec (2023).
Após clicar na seta (play) da Figura 6 (Tela do Simulador da Prática Profissional), o assistente
virtual dará as explicações para dar início ao experimento, conforme mostra a Figura 7. Observe!
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Figura 7 – Assistente Virtual.
Fonte: Algetec (2023).
Após as explicações do assistente virtual, clique no caderno para escolher as ligações: 127 V ou
220 V. A Figura 8 apresenta a tela para realizar a ligação do transformador em 127 V. Observe!
Figura 8 – Tela para realizar a ligação do transformador em 127 V.
Fonte: Algetec (2023).
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Realize as ligações “clicando” nos cabos e levando-os de modo correto até o primário do
transformador. Depois, realize as medições por meio do multímetro e verifique se está marcando
corretamente 12 V e 24 V. Caso a ligação esteja correta, aparecerá a mensagem apresentada na
Figura 10.
Figura 10 – Mensagem de ligação correta: parabéns.
Fonte: Algetec (2023).
Após realizar as ligações, faça as três questões de PÓS-TESTE (Figura 11). Então, mãos à obra!
Figura 11 – Tela do PÓS-TESTE.
Fonte: Algetec (2023).
Após finalizar o PÓS-TESTE, responda as questões da seção “Avaliação dos Resultados” do
“Roteiro” e anexe o seu relatório (Figura 12).
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Figura 12 – Tela para responder a avaliação dos resultados e anexar o relatório.
Fonte: Algetec (2023).
Avaliando os resultados:
Você deverá elaborar um documento contendo o print (imagens) das ligações do transformador
em 127 V e 220 V no Laboratório Virtual Algetec com as devidas explicações do seu
funcionamento. Insira no documento a resolução dos exercícios contidos no roteiro POTÊNCIA:
TRANSFORMADOR no Laboratório Virtual.
Checklist:
✓ Acessar o ambiente de simulação no Laboratório Virtual Algetec.
✓ Ler a APRESENTAÇÃO.
✓ Ler o SUMÁRIO TEÓRICO.
✓ Ler o ROTEIRO.
✓ Fazer as questões PRÉ-TESTE presentes no Laboratório Virtual Algetec.
✓ Realizar as ligações do transformador em 127 V e 220 V.
✓ Realizar as medições.
✓ Resolver os exercícios propostos no PÓS-TESTE presentes no Laboratório Virtual
Algetec.
✓ Responder as questões da seção “Avaliação dos Resultados” do “Roteiro” e anexar o
seu relatório.
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RESULTADOS
Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações
obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito
das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Referências bibliográficas ABNT (quando houver).
Resultados de Aprendizagem:
Compreender a operação de um transformador e sua importância no sistema elétrico de potência,
realizando testes de funcionamento e medições em um equipamento, a fim de avalizar suas
caracteristicas.