Circuito RLC Série – Caracterização

ELETROTÉCNICA – ELM
ROTEIRO DA AULA PRÁTICA 03
“Circuito RLC Série – Caracterização”
NOME
TURMA
DATA
1. OBJETIVOS
 Verificar, experimentalmente, as características elétricas de um circuito RLC conectado em série;
 Utilizar a representação fasorial para interpretação dos valores de corrente e tensão em um circuito RLC
série com excitação senoidal;
 Verificar o efeito da ressonância do circuito RLC série;
 Esboçar a curva característica da corrente elétrica em um circuito RLC série em função da frequência.
2. INTRODUÇÃO TEÓRICA
O circuito RLC - série é composto por um resistor, um capacitor e um indutor associados em série, como
mostra o circuito abaixo, no qual, pode-se verificar através da 1ª Lei de Kirchhoff ou Lei das Malhas que:
Considerando a corrente na referência, tem-se que:
Dependendo da frequência de operação (ω) chega-se a três possíveis comportamentos do circuito e
respectivos diagramas fasoriais:
-1-
O estudo dos fasores é muito importante na visualização de certas grandezas em circuitos elétricos. A
compreensão dos diagramas fasoriais será imprescindível ao estudo dos sistemas polifásicos.
Na construção do diagrama fasorial apresentado na figura anterior, considerando como referência a corrente,
sendo que neste caso, ela está adiantada de 90º em relação à tensão no capacitor e atrasada de 90º em relação à
tensão no indutor.
 Quando | | | |, obtido quando ω > ωo, tem-se um circuito indutivo com diagrama fasorial do
tipo (a).
 Quando | | | |, obtido quando ω = ωo, tem-se o diagrama fasorial do tipo (b). Nesta situação
diz-se que o circuito se encontra em ressonância, pois toda tensão do gerador é aplicada sobre o
resistor como se não houvesse o capacitor e o indutor. Para que as reatâncias indutivas e capacitivas
sejam as mesmas deve-se operar o circuito com a seguinte frequência de ressonância:
√
 Quando | |
tipo (c).
|
|, obtido quando ω < ωo, tem-se um circuito capacitivo com diagrama fasorial do
Analisando somente a impedância equivalente do circuto RLC série, portanto, podemos escrever:
Considerando que um ângulo  seja a defasagem entre a tensão e a corrente no circuito, o mesmo pode ser
determinado através das relações trigonométricas do triângulo retângulo:
Módulo de Z
Como o circuito RLC série pode ter comportamento capacitivo ou indutivo, apresenta-se abaixo o
comportamento das suas reatâncias em função da frequência.
frequência
Figura 1 – Impedância do Circuito RLC Série X frequência
-2-
O gráfico mostra que para frequências menores que fo(frequência de ressonância), XC é maior que XL e o
circuito tem características capacitivas e para frequências maiores que fo, XL é maior que XC e o circuito tem
características indutivas. Na frequência fo, temos que XC = XL e o efeito capacitivo é anulado pelo efeito indutivo e
o circuito apresenta uma característica puramente resistiva.
3. OBTENÇÃO DAS MEDIDAS ELÉTRICAS DO CIRCUITO RLC-SÉRIE
3.1 Materiais Necessários
 Gerador de sinais
 Osciloscópio
 Multímetro
 Cabos e fios
 Capacitor: 220 F
 Indutor: 470 µH
 Resistor: 100Ω
3.2 Cálculos Preliminares
Considerando o circuito da figura acima, calcular e preencher a Tabela 1 a seguir:
Tabela 1 – Cálculo dos elementos do Circuito RLC - Série
Frequência
(kHz)
Valores Calculados
R (Ω)
XL (Ω)
XC (Ω)
Esboce o Triangulo de Impedâncias
4
8
12
ressonância
(
)
18
26
38
-3-
3.2 Procedimentos Práticos
a) Monte o circuito conforme figura acima, com o cuidado de ligar o resistor na referência da fonte.
b) Ajuste o gerador de sinais para 5 V de pico numa onda senoidal.
c) Varie a frequência do gerador de sinais, conforme a Tabela 2
d) A cada nova frequência deve-se ajustar/corrigir a amplitude do sinal da fonte para 5 VPico, pois o
aumento da corrente do circuito provoca uma queda de tensão interna na fonte (Rinterna = 50Ω).
e) Medir e anotar os valores eficazes de corrente e tensão solicitados na Tabela 1
f) Medir e anotar a defasagem entre a corrente e a tensão da fonte ()
g) ATENÇÃO PARA O USO DO VALOR EFICAZ DA TENSÃO NOS CÁLCULOS E NO DIAGRAMA FASORIAL
Tabela 2 – Valores Medidos e Calculados do Circuito RLC - Série
Frequência
(kHz)
Valores Calculados (eficazes)
VR (V)
VL (V)
VC (V)
Corrente
(mA)
Valores Medidos (eficazes)

(graus)
VR (V)
VL (V)
VC (V)
Corrente
(mA)

(graus)
4
8
12
ressonância
(
)
18
26
38
Obs.: Vfonte, VR, VL ,VC e a defasagem devem ser medidas com o osciloscópio, já a corrente I pode ser medida
diretamente com amperímetro ou indiretamente pelo valor de VR dividido por R.
h) A partir dos dados medidos, apresente os diagramas fasoriais das tensões (VR, VL, VC, Vfonte) e da
corrente (I) para as seguintes frequências: (adotar a tensão na fonte como referência)
8 kHz
i)
Ressonância
A partir dos dados medidos, esboce os gráficos de Z = f(f) e Ief = f(f)
-4-
26kHz
4. Orientação para Elaboração do Pré-Relatório (manuscrito e em dupla)





Preencher um cabeçalho em folha A4 com nome e sobrenome, turma e data da aula prática;
Esboçar o gráfico da Figura 1, módulo da impedância em função da frequência no circuito RLC série;
Preencher os cálculos preliminares da Tabela 1, inclusive com o esboço do triangulo de impedância.
Preencher as colunas de cálculo da Tabela 2.
Responde a seguinte questão: Quais as consequências de uma frequência ressonante inesperada para
um dado circuito? Explique.
5. Orientação para Elaboração do Pós-Relatório (manuscrito e em dupla)
 Também utilizar folhas A4 com cabeçalho identificando os membros do grupo.
 Responder as questões g) e h) relativos à Seção 3.2 de Procedimentos Práticos.
 Curiosidade: veja o gif no link: http://a.imageshack.us/img801/8266/aprlc1.gif
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