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INTRODUÇÃO Caro aluno,

8- Observação: Em todas as substituições considere o módulo e o sinal encontrados.

2.9 TEOREMA DE NORTON

Até aqui observamos o uso do teorema de Thévenin na simplificação da análise dos circuitos de malhas complexas, pela substituição do circuito original por um circuito equivalente envolvendo uma fonte de tensão constante, e o gerador de Thévenin (ETH), atuando em série com uma resistência interna (RTH).

115 Estudaremos agora, o teorema de Norton, que emprega uma técnica bem semelhante à empregada pelo teorema de Thévenin, e que pode ser enunciado do seguinte modo: "Dois terminais de uma rede podem ser substituídos por um circuito equivalente, que consiste de um gerador de corrente constante In, em paralelo com sua resistência interna Rn".

Na figura 2-36 vemos uma malha original atuando como um bloco bem como seu circuito equivalente.

Fonte: IAC – Instituto de Aviação Civil – Divisão de Instrução Profissional

Figura 2-36

Pela figura 2-36 b observamos que a corrente de Norton (In) é distribuída entre a resistência de Norton (Rn) e a resistência de carga (RL). Podemos observar pelo circuito da figura 2-36 b, que: ERL = ERn. Ora, ERL = IL x RL; ERn = I1 x Rn e In = I1 + IL. Assim sendo, podemos estabelecer a seguinte proporção:

Aplicando uma das propriedades das proporções, teremos: ou, então, IL(Rn + RL) =

Portanto, para calcularmos a corrente em RL, basta usarmos a fórmula:

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Figura 2-37 a

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Figura 2-37 b

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Figura 2-37 c

Fonte: IAC – Instituto de Aviação Civil – Divisão de Instrução Profissional

Figura 2-37 d

Vamos determinar o equivalente de Norton para o circuito da figura 2-37.

Para isto, inicialmente, coloquemos A e B em curto-circuito, ou seja, daremos um curto em RL.

Deste modo, a corrente externa será:

Em seguida achemos a resistência de Norton: , estando a fonte em curto- circuito (2-37 c).

117 Assim, podemos escrever duas regras simples, para determinação da corrente e da resistência de Norton:

a) A corrente de Norton IN é uma corrente constante que flui num curto-circuito entre os

terminais da resistência de carga, quando esta é substituída por um curto-circuito (figura 2- 37 b).

b) A resistência de Norton RN é aquela resistência vista dos terminais da carga aberta,

olhando-se para a malha, quando sua fonte de tensão é substituída por sua resistência

interna (RN é definida da mesma maneira que a resistência de Thévenin - RTH), conforme

a figura 2-37 c. Na figura 2-37 d temos o equivalente de Norton: um gerador de corrente constante IN com sua resistência interna, em paralelo RN.

Consideremos o circuito da figura 2-38, no qual desejamos calcular a IN, RN e IL.

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Figura 2-38

Inicialmente, estabelecendo um curto-circuito em RL, forçosamente R3 ficará em curto, o que nos permite empregar a seguinte fórmula:

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Figura 2-39

O circuito da figura 2-39 ilustra o que acabamos de mencionar. A corrente IN é a corrente

que flui no curto-circuito (RL = 0).

Em seguida, calculamos a resistência de Norton. Para tal, podemos utilizar o circuito da figura 2-40.

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Figura 2-40

Desta forma, teremos:

Finalmente, observando o circuito da figura 2-41, temos o circuito equivalente, contendo a corrente de Norton, a resistência de Norton e a corrente IL.

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Figura 2-41

Pelo que já conhecemos, IL facilmente pode ser calculada da seguinte maneira:

Vejamos mais um exemplo simples de aplicação do Teorema de Norton, ilustrado na figura 2-42.

Fonte: IAC – Instituto de Aviação Civil – Divisão de Instrução Profissional

Figura 2-42 a

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119 Primeiramente daremos um curto-circuito em RL, no circuito da figura 2-42 a, para

calcularmos a IN. Deste modo, teremos R3 em paralelo com R4 e a resultante das duas, em

série com R1 e R2. Assim, teremos uma Rt =

A corrente de Norton, na realidade, é a corrente que passa em R4, estando RL em curto. Sendo It = 1,8 A, IN será: It - IR3. Ou então,

Passemos agora ao cálculo de RN, que é a resistência vista dos terminais da carga aberta:

E, agora, de acordo com a figura 2-42 b, passemos ao cálculo de It. Portanto, IL =

Outros exemplos:

Vamos achar o equivalente de Norton da figura 2-43 a.

Solução: Inicialmente vamos encontrar a resistência de Norton que, conforme já

mencionamos anteriormente, é definida da mesma maneira que a resistência de Thévenin (RTH). Portanto, abrindo o circuito da parte "a" nos pontos A e B, temos dois resistores de 6Ω em paralelo, conforme nos mostra a figura 2-43 b. Na figura 2-43 c temos a resistência equivalente (RN).

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Figura 2-43 b

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Figura 2-43 c

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Figura 2-43 d

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Figura 2-43 e

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Figura 2-43 f

Figura 2-43 Ilustração do Teorema de Norton

Para calcularmos a corrente de Norton (IN) basta colocarmos um curto entre os pontos A e

121 igual à corrente total, podendo ser calculada assim: . Então, na parte "c" temos a corrente equivalente de Norton (IN). Juntando a resistência equivalente (parte "c") à

corrente equivalente (parte "e"), formamos o equivalente de Norton (figura 2-43f). Vamos encontrar o equivalente de Norton da figura 2-44 a.

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Figura 2-44 a

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Figura 2-44 b

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Figura 2-44 c

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Figura 2-44 d

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Figura 2-44 f

Figura 2-44 Ilustração do Teorema de Norton

Solução: Na figura 2-44 b a carga foi removida. Aí, temos R1 em série com R2. Estes dois

resistores estão em paralelo com R3. Este conjunto está em série com R4. Portanto, o

cálculo da resistência equivalente de Norton (RN) pode ser feito do seguinte modo:

A parte "c" nos mostra o que acabamos de demonstrar.

Ao colocarmos a fonte de corrente no circuito (10A), e substituirmos RL por um curto- circuito (figura 2-44 d), vamos procurar a corrente de Norton (IN). A corrente de Norton é a mesma que flui nos terminais da carga em curto.

Fazendo uma observação da figura 2-44 d vemos que a corrente total "It" se distribui do seguinte modo: It = I1 + I2. E que I2 = I3 + I4.

Ocorre que I4 = IN, ou seja, I4 é igual à corrente de curto-circuito equivalente. Resolvendo,

inicialmente, o circuito da figura 2-44 d por I2, temos:

Agora, resolvendo por I4, teremos:

Logo, I4 = IN = 0, 217 A

123 2.10 CONVERSÃO DO EQUIVALENTE DE NORTON PARA O DE THÉVENIN E VICE-VERSA

Às vezes, por questões de conveniência, torna-se mais fácil solucionar certos problemas de análise de circuitos empregando um método de equivalência entre geradores de corrente e de tensão.

Para isto, é recomendável adotarmos uma equivalência entre uma fonte de tensão e uma fonte de corrente.

Considerando os circuitos da figura 2-45, vamos observar que em "a" temos um gerador de tensão e em "b", um gerador de corrente.

Nestes dois circuitos, há uma carga RL que é alimentada, portanto, por um gerador de

tensão e por um gerador de corrente.

Recordemos, agora, as fórmulas já vistas anteriormente para o cálculo de IL, em ambos os

circuitos da figura 2-41.

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Figura 2-45 Conversão Norton para Thévenin e vice-versa Na figura 2-45, por exemplo, temos na parte "a" IL =

e na parte "b" temos:

Uma vez que nos propomos a estabelecer uma equivalência entre "a" e "b" da figura 2-45, teremos:

124 Agora, eliminando o denominador da equação, vem:

(IN x r) (r + RL) = E (r+RL).

Tirando o valor de IN, temos:

Simplificando o numerador e o denominador, temos: . Esta fórmula nos dá o valor da corrente de Norton, em função da tensão de Thévenin, não esquecendo que, para tal, consideraremos as resistências internas iguais, isto é: RTH = RN = r.

Portanto, da fórmula , podemos r também tirar o valor de "E", ou seja: E = IN x r, que é a fórmula que nos dará o valor da tensão de Thévenin, em função da corrente de Norton.

Exercícios de Aplicação

Suponhamos, um gerador de tensão, cuja "E" (ETH), seja igual a 20V sabendo-se que RTH(r)

é igual a 10Ω. Queremos saber o valor do equivalente de Norton.

Solução: neste caso, a fonte ou o gerador de corrente equivalente será:

Seja o circuito da figura 2-48 que queremos converter num equivalente de Norton.

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Figura 2-46 Equivalente de Thévenin

Solução: vamos colocar um curto-circuito nos terminais A e B do circuito da figura 2-47

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Fonte: IAC – Instituto de Aviação Civil – Divisão de Instrução Profissional

Figura 2-47 Convertendo o equivalente de Thévenin para o de Norton

Resolvendo para IN o circuito da figura 2-47 A, temos:

Agora, é só colocarmos a resistência do equivalente de Thévenin (RTH = r) em paralelo com

o gerador de corrente constante (IN = 1 A), e teremos a solução, que é o circuito da figura 2-47 b.

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Figura 2-48 Convertendo Norton para Thévenin

Solução: vamos computar a queda de tensão através de RN (figura 2-48 b). Esta queda IN x

RN, nos dará RTH, que é aproximadamente 250 V. Agora, colocamos a resistência

equivalente (RN = r = RTH) em série com o gerador de tensão constante (ETH).

Assim, obtemos o equivalente de Thévenin, conforme a figura 2-48 c.