Circuitos de corrente alternada – defasagem e fator de potência (cos φ)
TecnologiaEngenharia elétrica e segurançaIdades 17–18Laboratório virtual
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Uma fonte CA u = U√2·sin(ωt) alimenta uma carga puramente resistiva, uma carga R–L (motor, reator), uma carga R–C ou uma carga R–L–C em série. Gráficos em tempo real de u(t) e i(t) mostram a corrente atrasada em relação à tensão numa carga indutiva e adiantada numa carga capacitiva, enquanto o diagrama fasorial ao lado traça U_R, U_L, U_C e o ângulo de fase φ. Arraste os controles R, L, C para ver a impedância Z, o fator de potência cos φ e a potência ativa P = UIcos φ mudarem, inclusive na ressonância. Uma tela de Osciloscópio mede pico, pico a pico, período e frequência no traço, e uma tela de Aquecimento igual compara U_ef = U₀/√2 com uma fonte CC que aquece um resistor no mesmo ritmo.
Aula: Introdução à corrente alternada: valor eficaz, frequência, ângulo de fase, impedância, potência e fator de potência
O que mostra
Num circuito de corrente alternada, tensão e corrente são senoidais, mas nem sempre estão em fase. Um resistor as mantém em fase; um indutor, com reatância X_L = 2πfL, atrasa a corrente em relação à tensão; um capacitor, com reatância X_C = 1/(2πfC), a adianta. Num circuito em série a impedância é Z = √(R² + (X_L − X_C)²) e tan φ = (X_L − X_C)/R. Só parte da potência aparente S = UI realiza trabalho útil: a potência ativa é P = UI cos φ. Um fator de potência baixo exige mais corrente para a mesma potência, por isso cargas indutivas como motores são corrigidas com capacitores. Para uma onda senoidal de pico U₀ o valor eficaz é U₀/√2: a tensão contínua que aquece um resistor no mesmo ritmo. Um osciloscópio mostra o pico e o período como divisões em uma grade.
Como usar
Escolha um Tipo de carga e compare os gráficos u(t) e i(t) com o diagrama fasorial; clique em Pausar para alinhar os picos. Com a carga R–L, aumente a Indutância L e veja a defasagem crescer e cos φ cair. Depois selecione a carga R–L–C em série e ajuste a Capacitância C ou a Frequência f até X_L igualar X_C: a corrente chega ao máximo, φ zera e cos φ vale 1. Compare P, Q e S a cada mudança. Em Osciloscópio, escolha um Sinal, ajuste Ganho Y e Base de tempo para o traço caber na tela, leia a altura e um período em divisões e pressione Verificar. Em Aquecimento igual, ajuste as duas tensões, pressione Ligar e compare os aumentos de temperatura.
Parâmetros que você pode mudar
- Tipo de carga Carga puramente resistiva R (fogão, lâmpada incandescente), Carga R–L (motor, reator), Carga R–C (capacitor de correção), Carga R–L–C em série
- Tensão eficaz U 100–380 V
- Frequência f 40–70 Hz
- Resistência R 10–200 Ω
- Indutância L 20–500 mH
- Capacitância C 10–300 µF
- Tela Circuito, Osciloscópio, Aquecimento igual
Perguntas para explorar
- Com a carga R–L, a corrente está adiantada ou atrasada em relação à tensão, e como φ muda quando L aumenta?
- Como X_L e X_C mudam quando a frequência passa de 40 Hz para 70 Hz?
- Qual valor de C faz o circuito R–L–C em série entrar em ressonância, e o que acontece com I e cos φ?
- Quais são o pico, o valor pico a pico, o período e a frequência do Sinal desconhecido A?
- Com pico CA de 12 V, que tensão CC dá o mesmo aumento de temperatura, e como ela se compara com U₀/√2?
