Quocientímetro, Frequencímetro, Fasímetro, Sincronoscópio PDF

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Resumo sobre Quocientímetro, Frequencímetro, Fasímetro, Sincronoscópio, da disciplina de eletromagnetismo...

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MEDIDAS ELÉTRICAS

QUOCIENTÍMETRO, FREQUENCÍMETRO, FASÍMETRO, SINCRONOSCÓPIO 1. Quocientímetros São instrumentos cuja deflexão é proporcional ao quociente de duas  correntes1. São formados por duas bobinas rigidamente ligadas entre si e  formando um ângulo de 90 graus; Não possui conjugado antagonista;  O equilíbrio é feito pela ação oposta dos conjugados motores  atuantes sobre as respectivas bobinas; São utilizados em vários instrumentos de medição entre os quais:  Megaohímetros a magneto; Frequencímetro; Fasímetro. A figura abaixo mostra um quocientímetro de imã fixo e bobina  móvel. Note que as bobinas são percorridas por duas correntes I 1e I2 (corrente contínua) nas quais surgem forças, conforme mostra o desenho. Pode-se provar que o desvio angular é proporcional ao quociente  I1/I2.



1

A figura seguinte mostra um quocientímetro de imã móvel e bobina fixa. Neste também se pode mostrar que o desvio angular é proporcional ao quociente I1/I2

A deflexão dos instrumentos eletrodinâmicos é proporcional ao produto de duas correntes (ic e ip).

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 





A figura abaixo mostra o quocientímetro eletrodinâmico; O imã permanente anterior é substituído por uma bobina fixa B c, dividida em duas metades de bobinas; Pode-se também mostrar que o desvio angular é proporcional ao quociente I1/I2; Note que neste arranjo pode-se usar corrente contínua e corrente alternada.

2. Frequencímetro  Para as medições em baixa freqüência, é geralmente usado o freqüencímetro de lâminas;  O instrumento baseia o seu funcionamento nos efeitos de ressonância mecânica. Uma determinada quantidade de lâminas metálicas (línguas) de diferentes freqüências, próprias de ressonância, é levada a vibrar, pela ação dos impulsos magnéticos provenientes de um eletroímã alimentado com freqüência

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nominal da rede. Com isto, uma das lâminas vibrará com maior intensidade, e exatamente aquela cuja freqüência própria é a mesma freqüência do campo magnético (rede elétrica). Lâminas adjacentes também vibrarão, porém com menor intensidade.  Este instrumento constitui-se por uma determinada quantidade de lingüetas de aço de 2 a 5 mm de largura, de 0,1 a 0,4 mm de espessura e de 20 a 60 mm de comprimento;  Estas lingüetas possuem as extremidades anteriores dobradas e de cor branca, ajustando-se mecanicamente para que possuam diferentes freqüências de oscilação própria, dispondo-se uma ao lado da outra.  Se forem excitadas mediante um campo alternado de um eletroímã, por ressonância, oscilará com a máxima amplitude a lingüeta, cuja freqüência própria coincida com a da corrente excitante.

eletroimã

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eletroimã

 A figura abaixo mostra um frequencímetro com possibilidade de medir a freqüência de dois circuitos elétricos. Ao se conectar dois geradores AC em paralelo é necessário que eles tenham a mesma freqüência. Neste caso pode-se monitorar a freqüência de ambos os geradores nesta configuração.

3. Fasímetro  São instrumentos destinados a medir o ângulo  de defasagem entre a tensão e a corrente de uma carga Z. Veja o diagrama fasorial abaixo: I 

V

V 0 0 Z I

 Podem ter a escala graduada em valores de  ou em valores de cos  (fator de potência).

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3.1 Fasímetro para circuito monofásico  É uma aplicação do quocientímetro eletrodinâmico;  A bobina fixa, como em todo instrumento do tipo eletrodinâmico, é a bobina de corrente ou amperimétrica, estando conectada em série com a carga. Entretanto, as bobinas móveis, ambas voltimétricas, estão conectadas: uma (A 1) em série com uma resistência R e a outra (A2) em série com uma indutância X.  A posição de equilíbrio do conjunto móvel dependerá do torque desenvolvido nas duas bobinas móveis, já que não existe conjugado antagonista feito por mola.  Por ser um resistor a corrente I1 está em fase com a tensão V. Note que desprezamos a queda de tensão sobre a bobina A1.  Entretanto, por ser uma indutância a corrente sobre X está atrasada em relação à tensão V de 90 graus.  Pode-se demonstrar que a deflexão  é igual ao ângulo de defasagem entre V e I.  Por norma, os fasímetros são construídos de forma que a calibragem à esquerda do mostrador corresponda a correntes indutivas, indicando-se como ATRASO. A calibragem a direita corresponde a correntes capacitivas indicando-se ADIANTADA. A posição central corresponde a cos .=1, ou seja, corrente em fase com a tensão.  A partir do equilíbrio entre os conjugados nas bobinas A1 e A2 obtém-se que:   , 0   cos( ) 1 logo para  0 ,  Devido a presença da reatância indutiva X ( X  2 fL ) os fasímetros só apresentam uma correta indicação para a frequência a que foram dimensionados

 A construção deste instrumento corresponde ao de um instrumento eletrodinâmico blindado em invólucro de ferro, com bobinas cruzadas móveis.  Os pólos do núcleo de ferro, que é fixo, são estabelecidos por meio de uma bobina de corrente.

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 Ambas as bobinas do sistema móvel de bobinas cruzadas são ligadas à tensão e apresentam um comportamento em oposição.  Aplicando-se corrente alternada monofásica, uma das duas bobinas cruzadas, ligadas em paralelo, irá comandar uma indutância, enquanto a outra comandará um resistor puro. 3.2 Fasímetro para circuito trifásico equilibrado  A figura abaixo mostra o esquema elétrico de um fasímetro trifásico;  Dois resistores R1 e R2 são ligados em série com as bobinas de potencial;  Neste esquema se procura obter o fator de potência da carga trifásica Z;  A dedução dos conjugados das bobinas móveis envolve a análise fasorial do circuito.  A partir do equilíbrio entre os conjugados nas bobinas A1 e A2 obtém-se que:   , 0   cos( ) 1 logo para  0 ,

 Observe que no caso de corrente trifásica, ambas as bobinas cruzadas estão ligadas a duas tensões, defasadas entre si, da rede trifásica. Observe que:  Em ambos os casos analisados, apresentam-se conjugados opostos nas bobinas cruzadas, devido ao defasamento, em relação à bobina de corrente.

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 O conjugado que atua sobre a deflexão do ponteiro é determinado pela bobina, cuja tensão apresenta um maior deslocamento de fase em relação à corrente da bobina de corrente.  O ponto zero do instrumento, tal como em todos os instrumentos de bobina cruzada, é dado apenas após a ligação da tensão.  Este instrumento tem amortecimento por correntes parasitas. 4. Sincronoscópio  Quando se trata de conectar em paralelo geradores de corrente alternada, surgem problemas que não se apresentam quando do acoplamento de geradores de corrente contínua;  Em primeiro lugar, as tensões e freqüências de ambos os geradores a serem acoplados deverão ser idênticas;  Além disso, os valores instantâneos de corrente e tensão devem ser produzidos no mesmo momento, isto é, ambas as máquinas deverão se encontrar sincronizadas e em fase;  Quando se tratar e alternadores trifásicos, ambos deverão possuir a mesma seqüência de fases cuja indicação pode ser vista no sequencímetro.  O sequencímetro é o instrumento destinado a verificar a seqüência de fase de um sistema trifásico.  A figura abaixo mostra as ondas de tensão trifásica entre dois geradores G1 e G2 que se deseja ligar em paralelo.  Os geradores G1 e G2 tem as seguintes tensões nas fases a, b e c V a 170cos(2 f )

G1  V 170cos(2 f  1200 ) b

G2

V c 170cos(2 f  2400 )

V a 170cos(2 f  30 0 ) V b 170cos(2 f  1200  30 0 ) 0 0 V c 170cos(2 f  240  30 )

 As formas de ondas das tensões mostram que elas não estão em fase, embora tenham a mesma amplitude, pois diferem de 30 graus. Logo neste caso os geradores não podem ser ligados em paralelo

Va2 Va1

Vb2

Vb1

Vc2 Vc1 47

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 A figura abaixo mostra o esquema de ligação de dois geradores em paralelo

 O sincronoscópio é provido de um sistema eletrodinâmico com campo de movimento rotativo, utilizável para correntes alternativas e trifásicas. A parte móvel é robusta, e é montada em um sistema eixo/mancal de alta qualidade; assim sendo, o instrumento trabalha corretamente mesmo em condições severas.  Durante o procedimento de sincronismo ele cumpre as exigências de coincidência de fase e frequência das tensões a serem acopladas. Além disso, ele indica qual dos dois geradores a serem acoplados gira mais rápido ou mais lentamente.  O campo rotativo necessário é produzido por meio de dois campos alternados defasados fisicamente e no tempo de 90°. O robusto rotor é movido pela diferença de frequência dos dois geradores; tão logo essa diferença se torna nula, a parte móvel para, e sua posição corresponde ao ângulo de fase dos fluxos de excitação. 48

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 Por meio de um ajuste fino da velocidade de rotação do gerador, a diferença de fase é eliminada, o ponteiro do sincronoscópio move-se em direção ao centro da escala e para na marca vermelha quando a coincidência de fase e frequência é conseguida.  Quando todas as outras condições de sincronização estiverem cumpridas, os geradores podem ser interconectados.

 Abaixo temos o diagrama elétrico interno de um sincronoscópio de bobinas cruzadas  Nele vemos o gerador E1 em serviço e o gerador E2 que entrará em paralelo com ele.  Se o gerador E2 está acelerado (lento) em relação a E1 haverá um conjugado motor nas bobinas móveis e indicará no painel a inscrição acelerado(lento).

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