INSTRUMENTO ELETRODINÂMICO
Objetivos:
• Identificar as características dos instrumentos tipo Eletrodinâmico.
• Identificar as vantagens e desvantagens na utilização dos instrumentos tipo Eletrodinâmico.
• Identificar os esquemas de ligação dos
instrumentos tipo Eletrodinâmico.
Os instrumentos eletrodinâmicos têm uso específico quando há necessidade de relacionar duas ou mais grandezas elétricas, como ocorre na medição de potências.
12.1 – Introdução
Os instrumentos eletrodinâmicos são baseados na ação múltipla de dois campos magnéticos criados por duas bobinas, através das quais circulam correntes elétricas.
Por uma das bobinas circula a corrente elétrica principal do circuito (corrente de carga), que é chamada de bobina de corrente.
Pela outra bobina, circula a corrente elétrica que varia em função da d.d.p. aplicada na carga, que é chamada de bobina de tensão.
Portanto, o instrumento eletrodinâmico é composto por uma bobina de tensão, que fica ligada em paralelo com o circuito e por uma bobina de corrente que fica ligada em série com a carga.
A interação dos campos magnéticos criados pelas bobinas provoca o deslocamento do ponteiro, que está fixado na bobina móvel, indicando o valor da grandeza a medir.
Os instrumentos eletrodinâmicos podem ser construídos com ou sem núcleo de material ferromagnético no interior da bobina móvel, e também possuir bobinas cruzadas, cuja simbologia está indicada no capítulo 1 da apostila.
_____________________________IFSC____________________________________ 12.2 – Princípio de funcionamento do instrumento eletrodinâmico
O instrumento eletrodinâmico possui uma bobina fixa e outra bobina móvel, sendo uma bobina de corrente e a outra de tensão. Normalmente a bobina fixa é a bobina de corrente, composta de poucas espiras e condutor com seção grande e a bobina móvel, de tensão, composta por muitas espiras e de condutores de seção pequena.
12.3 – Medida de potência com instrumento eletrodinâmico
A potência de um sistema elétrico, gerada por uma fonte ou dissipada por uma determinada carga é definida como o produto da diferença de potencial sobre a carga e a corrente que circula pelo mesmo, ou seja, P= V x I. Para evitar o incômodo de utilizar dois instrumentos (voltímetro e amperímetro), utiliza-se um instrumento que possua bobina de tensão e de corrente, sendo capaz de fazer a medição diretamente.
BOBINA FIXA BOBINA MOVEL
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Podemos fazer a medição de potência em corrente contínua utilizando o voltímetro e amperímetro, porque o efeito de deslocamento angular entre a tensão e a corrente não existe, o que faz com que o valor da potência lida seja muito próximo do valor real.
Para medição de potência em corrente alternada, o deslocamento angular é um fator importante para determinação das potências que devem ser consideradas nesse tipo de circuito.
A utilização apenas de voltímetro e amperímetro nos dá apenas a idéia da potência total do sistema, que é chamada de potência aparente, representada pela letra S, e sua unidade é volt-amper.
Porém, em circuitos de corrente alternada a potência total é composta vetorialmente pelas potências ativa (Watt), e a potência reativa (Var), então deve-se ter instrumentos capazes de medir essas grandezas, que são respectivamente o wattímetro e o varímetro.
Wattímetro – Mede potência ativa, ou seja, a potência capaz de realizar
trabalho (W)
Varímetro – Mede potência reativa – Potência existente nos campos
magnéticos do sistema (VAr).
O ângulo de deslocamento angular que existe entre a tensão e a corrente deve ser medido com o uso do cosfímetro.
Cosfímetro (fasímetro) – Mede o deslocamento angular entre a tensão e a
corrente, ou mais especificamente o cosseno do ângulo entre elas.
12.4 – Wattímetro eletrodinâmico
O wattímetro eletrodinâmico possui uma bobina de tensão e uma bobina de corrente, colocadas separadamente, para que se possa aplicar sobre o instrumento a tensão e a corrente de forma independente uma da outra. A bobina de corrente deve ser ligada em série e a bobina de tensão, em paralelo com a carga onde se deseja medir a potência.
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O circuito defasador constituído por uma resistência de valor elevado serve para limitar o valor da corrente que circula pela bobina de tensão do instrumento e fazer com que a corrente que circula pela bobina de tensão esteja em fase com a tensão aplicada.
v(t) – Tensão aplicada sobre a bobina de tensão.
ia(t) – Corrente que circula pela bobina de corrente do wattímetro. iv(t) – Corrente que circula pela bobina de tensão do wattímetro.
O deslocamento da bobina ocorre devido à interação dos campos magnéticos criados pelas bobinas de tensão e de corrente, porém, devido a defasagem, essa interação não é integral. A interação entre os campos é diretamente proporcional ao cosseno do ângulo entre a tensão e a corrente.
R BOBINA DE CORRENTE BOBINA DE TENSÃO CIRCUITO DEFASADOR
*
*
ESCALA DO INSTRM. W*
*
Símbolo do wattímetroϕ = ângulo de defasagem entre a tensão e a corrente na carga.
ϕ
ONDA DE CORRENTE - i(t) ONDA DE TENSÃO – v(t)
ONDA DE CORRENTE NA BOBINA DE TENSÃO v(t), i (t)
ωt
ia(t)
iv(t)
_____________________________IFSC____________________________________ 12.5 – Varímetro eletrodinâmico
A forma de construção e operação do varímetro é a mesma do wattímetro, porém, para que ele possa medir a potência reativa o circuito defasador é constituído de uma indutância em série com a bobina de tensão.
A potência reativa Q medida pelo varímetro é diretamente proporcional ao seno do ângulo de defasagem entre a tensão e a corrente.
A soma vetorial das potências ativa (P) e a potência reativa (Q) é a potência total do sistema, chamada de potência aparente (S). As potências do sistema podem ser representadas através do triângulo de potências, como mostra a fig. a seguir:
L BOBINA DE CORRENTE BOBINA DE TENSÃO CIRCUITO DEFASADOR
*
*
ESCALA DO INSTRM. VAr*
*
Símbolo do varímetro Q = Vef x Ief x sen ϕ ϕ S Q P S = Vef x Ief Q = Vef x Ief x sen ϕ P = Vef x Ief x cos ϕ P = S x cos ϕ Q= S x sen ϕ_____________________________IFSC____________________________________ 12.6 – Leitura no wattímetro e varímetro eletrodinâmico
Para fazer a leitura de potência no wattímetro ou varímetro eletrodinâmico devem-se considerar as escalas de tensão e corrente como mostram as equações a seguir.
Os asteriscos colocados nos terminais das bobinas de tensão e de corrente indicam o ponto comum de ligação, para que a interação dos campos criados nas bobinas possa produzir a deflexão do ponteiro no sentido da escala. A forma de construção dos instrumentos eletrodinâmicos para medição de potência e fator de potência varia conforme o fabricante, portanto, antes de utilizar qualquer instrumento consulte o manual.
12.7 – Cosfímetro eletrodinâmico
O cosfímetro eletrodinâmico possui a bobina de tensão dividida em duas partes, sendo que em cada uma é ligado um circuito defasador, constituído por uma resistência e uma indutância. A escala do cosfímetro é definida para fator de potência, indutivo, capacitivo e resistivo (fator de potência 1). O cosfímetro eletrodinâmico não possui ajuste mecânico do ponteiro. A indicação do fator de potência ocorre por meio da interação dos campos magnéticos das bobinas de tensão e bobina de corrente.
V I 100 200 400 10 5
*
*
60 0 50 40 30 20 10 100 90 80 70 PLIDA (W) = FM x N0 DIV. LIDOSEsse tipo de instrumento apresenta uma escala com 100 divisões e várias escalas de tensão e corrente. A leitura em Watt deve ser feita com a utilização do fator de multiplicação.
O Fator de Multiplicação é definido como FM = Esc. Tensão x Esc Corrente / Nº de Divisões da escala
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Para fazer a ligação dos instrumentos para medição de potência, fator de potência deve-se ligar sempre amperímetro e voltímetro, para que se tenha o controle da intensidade de corrente e a tensão aplicada nos outros instrumentos.
Esses cuidados devem ser tomados, pois existem determinadas situações em que o instrumento está submetido a tensão e a corrente, porém o wattímetro e o varímetro não fazem nenhuma indicação.
12.9 – Atividade Proposta
1 – O que significa a expressão “eletrodinâmico”?
2 – Em que tipo de corrente, contínua ou alternada, os instrumentos eletrodinâmicos podem ser ligados? Explique
3 – Descreva o princípio de funcionamento de um elemento eletrodinâmico.
L BOBINA DE CORRENTE BOBINA DE TENSÃO CIRCUITO DEFASADOR
*
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ESCALA DO INSTRM. cos ϕ*
*
Símbolo do cosfímetro R IND CAP 1 cos ϕ*
*
*
*
VAr*
*
W A V CARGA v(t)_____________________________IFSC____________________________________
4 – Por que um wattímetro mede potência ativa?
5 – Explique, fazendo desenhos, porque um wattímetro funciona tanto em corrente contínua como em corrente alternada.
6 – Quais os instrumentos de medida que utilizam o elemento eletrodinâmico no seu funcionamento e que grandezas medem?
7 – O que um cosfímetro mede?
8 – Um cosífimetro pode ser ligado em circuitos de corrente contínua? Justifique sua resposta.
9 – Se um cosfímetro usa na sua construção um elemento eletrodinâmico, o mesmo pode ser ligado num circuito de corrente contínua? Explique.
10 - Por que o varímetro mede potência reativa?
11 – Monte o triângulo das potências e indique os instrumentos adequados para medição de cada grandeza.
12 – Faça o esquema de ligação a ser utilizado na questão anterior.
13 – Qual a função do voltímetro e do amperímetro que você utilizou na questão anterior?
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