Aula Prática Fundamentos de Eletrotécnica

Aula Prática Fundamentos de Eletrotécnica

Fundamentos de Eletrotécnica

Disciplina: Fundamentos de Eletrotecnica

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 1

Unidade: 1 Introdução à eletrotécnica.

Aula: 4 Medição de grandezas elétricas utilizando Multímetro, Fontes de Tensão e Osciloscópio.

Software Livre

Infraestrutura

Requerimento do Sistema
Pentium 4M ou equivalente (32 bits)
Pentium 4 G1 ou equivalente (64 bits)
1 GB de RAM
2 GB de espaço em disco
Resolução de tela de 1024 x 768 (Opcional)
Sistema Operacional
Windows 10

Descrição do software

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 acessado em:

https://www.analog.com/en/resources/media-center/videos/series/ltspice-getting-started-tutorial.html.

Atividade Prática

Introdução

A aula prática abordará a medição de grandezas elétricas utilizando ferramentas essenciais, como multímetro, fontes de tensão e osciloscópio. Essas ferramentas são amplamente utilizadas no campo da eletrônica e são fundamentais para a realização de testes e medições precisas em circuitos elétricos. Tais ferramentas serão abordadas por meio de um software de simulação, a fim de compreender quais medidas elas podem realizar.

O multímetro é um instrumento versátil capaz de medir diversas grandezas elétricas, como tensão, corrente e resistência. Ele é composto por uma tela de exibição, seletores de escala e pontas de prova. Durante a aula prática, serão apresentadas as medidas que podem ser realizadas com tais equipamentos.

As fontes de tensão são dispositivos que fornecem uma tensão elétrica constante ou variável a um circuito. Elas são utilizadas para alimentar componentes e circuitos durante testes e experimentos. Nessa aula prática, serão abordados os conceitos de tensão contínua e alternada, bem como a utilização correta das fontes de tensão para alimentar circuitos e realizar medições.

O osciloscópio é um instrumento de medição que permite visualizar formas de onda elétricas, permitindo análises detalhadas de sinais. Ele é particularmente útil na identificação de problemas em circuitos elétricos e no estudo de sinais periódicos. Durante a aula prática, serão apresentados as formas de onda que podem ser adquiridas pelo osciloscópio.

Os principais conceitos que serão trabalhados nesta aula prática envolvem a compreensão das grandezas elétricas, como tensão, corrente e resistência, assim como como realizar tais medidas. A correta utilização das ferramentas de medição é essencial para a obtenção de medidas precisas e confiáveis, além de contribuir para a compreensão teórica dos conceitos estudados na disciplina de eletricidade.

Atividade proposta

Realizar medições de grandezas elétricas utilizando um software de simulação, aplicando os conceitos aprendidos para obter resultados precisos e compreender o funcionamento dos circuitos elétricos.

Objetivos

1. Compreender os princípios básicos das medições elétricas, incluindo as grandezas de tensão, corrente e resistência.
2. Conhecer o funcionamento e operação correta do multímetro, fontes de tensão e osciloscópio.
3. Aplicar técnicas apropriadas de medição, como seleção de escalas, conexões adequadas das pontas de prova e configuração correta das ferramentas utilizadas.
4. Realizar medições precisas de grandezas elétricas em diferentes componentes e circuitos.
5. Interpretar e analisar os resultados das medições, identificando possíveis problemas ou características dos circuitos analisados.

Procedimentos para a realização da atividade

Caro aluno, nesta simulação no LTspice, você terá a oportunidade de aplicar os conceitos e habilidades aprendidos sobre medições elétricas. Siga as etapas abaixo para realizar a simulação com sucesso:

1. Caracterização dos componentes e circuitos: Analise o circuito elétrico fornecido ou projetado e identifique os componentes relevantes, como resistores, capacitores ou indutores. Compreenda o funcionamento do circuito e os objetivos da medição. No exemplo a seguir são usados dois resistores de 1 kohm em série com uma fonte de tensão contínua de 12 V.

Para montar o circuito no simulador da forma que está apresentado na figura anterior, você deve seguir os passos indicados a seguir.

Após a instalação do LTspice, você irá se deparar com a tela inicial do software, apresentada a seguir. Para criar um novo esquemático de circuito clique no local indicado.

A fonte de tensão está posicionada no local indicado a seguir. Configure o valor “DC value[V]” com o necessário para o experimento.

A fonte de corrente deve ser adicionada como um componente. Clicando como o botão direito configure o valor “DC value[A]” com o necessário para o experimento. O resistor e a referência estão nos locais indicados a seguir. Para configurar o valor do resistor, clique sobre ele com o botão direito.

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 componente, aperte a tecla ‘esc’. Para rotacionar um componente quando ele é adicionado, aperte ‘Crtl+R’.

2. Conexões elétricas: A ligação dos componentes é feita com o fio (wire), selecionado ao se clicar ‘w’ ou pelo atalho na barra de ferramentas. Realize as conexões no circuito simulado e verifique se elas estão corretas. As medições são feitas diretamente pelo simulador, considerando o ponto adicionado como referência no circuito. Assim, os valores de tensão e corrente de todos os componentes serão apresentadas com a simulação.

3. Configuração da simulação: Para configurar corretamente a simulação, realize os passos indicados a seguir:

4. Medição das grandezas elétricas: Realize as medições necessárias executando a simulação no local indicado a seguir. O resultado irá aparecer em um log com todos os valores de tensão e corrente dos circuitos ou você pode acessá-los posicionando o mouse sobre os componentes após fechar a janela de log. Registre os valores de tensão e corrente para cada um dos componentes, o que poderia ser feito com um multímetro em uma situação real.

5. Utilização das fontes de tensão alternada: Agora, altere o circuito ou crie um novo esquemático com a configuração apresentada a seguir, utilizando uma fonte de tensão alternada para alimentar o circuito. A fonte deve possuir valor de pico de 120 V e frequência de 120 Hz e os resistores 1 Mohm, equivalente a 1000 kohm.

Para ajustar a fonte de tensão, nas configurações avançadas, selecione a opção “SINE” e coloque os valores de amplitude e frequência conforme o indicado no experimento. Para configurar o valor do resistor, clique sobre ele com o botão direito.

Verifique se os parâmetros elétricos estão de acordo com o esperado para o circuito em análise.

6. Configuração da simulação: Configure a simulação no modo ‘Transient’, com os seguintes parâmetros:

7. Captura e análise da forma de onda: Aperte o botão com o ícone de play para que a simulação seja feita. Para que seja traçada a curva da tensão sobre os resistores, você deve clicar entre o resistor R2 e a fonte V1 e entre os resistores R2 e R1 para que as pontas de prova sejam adicionadas ou então selecione-as na opção ‘Select visible traces’:

Capture a forma de onda e analise-a com cuidado, observando os parâmetros importantes, como amplitude, frequência e fase. Identifique qualquer anomalia ou comportamento inesperado.

8. Onda triangular: Configure novamente a fonte de tensão alternada para que agora seja gerada uma onda triangular. Para isso, faça os ajustes conforme mostrado na figura a seguir. Esse é um passo que pode ser executado fisicamente utilizando um gerador de funções.

9. Configuração e simulação: Mantenha as configurações de simulação em “transient” com “stop time” de 30 ms. Realize a simulação e avalie as formas de onda obtidas, verificando se elas são coerentes com o esperado.

10. Interpretação dos resultados: Com base nas medições e análises realizadas, interprete os resultados obtidos. Identifique possíveis problemas, como falhas de conexão, componentes defeituosos ou desvios em relação ao esperado. Faça anotações sobre suas observações e conclusões.

11. Registros e relatórios: Registre todos os valores medidos, observações relevantes e conclusões importantes. Organize suas anotações e resultados para facilitar a compreensão posterior e a elaboração de relatórios, se necessário.

12. Revisão final: Revise todas as etapas realizadas e verifique se todas as medições foram feitas corretamente e se as conexões foram desfeitas adequadamente. Certifique-se de deixar