Uso do Partsim para simulação de circuitos de corrente alternada

Neste tutorial, vamos aprender a realizar simulações de circuitos em corrente alternada usando o simulador online gratuito PartSim.

1 Acesso

• Acesse [1]
• Na tela de acesso, você pode escolher criar uma conta, em "Free Sign-Up" ou iniciar a simulação diretamente, em "Try It Now". Criar uma conta permitirá salvar os projetos para continuar depois. Neste tutorial, não iremos criar a conta, clicando em "Try It Now":

2 Circuito de exemplo

Neste tutorial, montaremos o circuito abaixo, com os seguintes parâmetros:

$v(t)=10\sin (2\pi kt)$ volts

$R_1=1k$ ohms

$C_1=1\mu$ farad

3 Incluindo os componentes na área de trabalho

Iniciaremos colocando todos os componentes na área de trabalho.

• Na janela principal do PartSim, abra o menu "Generic Parts" na parte esquerda, e dentro dele abra o submenu "Passives":

• Clique e arraste os componentes para a área de trabalho. Para girar um componente, clique com o botão direito e selecione "Rotate".
• Para colocar a fonte, abra o submenu "Sources", e inclua o tipo "Voltage Source AC".
• Precisamos neste simulador incluir um ponto de referência. Para isso, no submenu "Ports", adicione um "GND" ao projeto.

Estamos com os componentes distribuídos na tela:

4 Alterando os valores dos componentes adicionados

Vamos agora alterar os valores dos componentes adicionados.

• Clique no componente e altere os valores no menu que aparece na lateral direita da tela:

• A configuração dos componentes passivos é simples, bastando alterar o campo "Value". Os multiplicadores mega (M), kilo (k), mili (m), micro (u), nano (n), etc, podem ser utilizados.

Nome	Potência	Letra
Giga	$10^9$	G
Mega	$10^6$	M
Kilo	$10^3$	k
Mili	$10^{-3}$	m
Micro	$10^{-6}$	u
Nano	$10^{-9}$	n
Pico	$10^{-12}$	p

Para a configuração da fonte precisamos de um pouco mais de atenção. Veja os passos abaixo:

• Como estamos interessados numa simulação de corrente alternada, podemos desmarcar o campo "Enable DC Voltage".
• Certifique-se que o campo "Enable AC" está marcado, e coloque a magnitude e a fase da fonte, no caso, 10 e 0, respectivamente.
• No campo "Transient Source", selecione "Sine".
• Inclua os valores dos campos que surgiram, prestando atenção no campo "Delay", que representa o ângulo de fase da fonte. Como o próprio valor padrão do campo sugere (0.0S), o campo espera um valor em segundos, mas estamos acostumados a trabalhar com graus. No caso do nosso exemplo, usamos zero segundos mesmo, mas caso seja necessário, para converter, use a equação:

• $D=\frac{2\pi \theta }{360\omega }$, caso tenha o deslocamento de fase da onda ($\theta$, em graus) e a frequência angular ($\omega$, em radianos por segundo) e queira o atraso ($D$, em segundos)

• $D=\frac{\theta }{360}\times T$, caso tenha o deslocamento de fase da onda ($\theta$, em graus) e o período ($T$, em segundos) e queira o atraso ($D$, em segundos)

• $\theta =\frac{360D}{T}$, caso tenha o atraso ($D$, em segundos) e o período ($T$, em segundos) e queira o deslocamento de fase ($\theta$, em graus)

• O valor obtido deve ser incluído no campo com o sinal invertido:

• Para uma fase somada ($\omega t+\theta$), inclua um atraso $D$ negativo
• Para uma fase subtraída ($\omega t-\theta$), inclua um atraso $D$ positivo

• Após a configuração, clique no botão "Confirm"

E após a configuração de todos os componentes, temos a tela abaixo:

5 Fazendo a ligação dos componentes

Vamos agora ligar os componentes. Para isso, posicione o mouse num dos terminais dos componentes até um quadrado verde aparecer e clique. Repare que agora um tracejado verde segue o mouse. Leve o mouse até o terminal em que se deseja fazer a ligação e clique novamente. Você pode clicar numa área vazia da tela para fazer uma melhor distribuição do fio. Estamos agora com o circuito montado:

Podemos dar nomes aos nós para facilitar a análise. Para isso, clique com o botão direito num fio e depois em "Set Net Name". Não use caracteres especiais (cedilha, acentos, etc) nem espaços nos nomes.

6 Posicionando os medidores

Precisamos agora indicar onde faremos as medições. Para isso, no menu esquerdo, clique na aba "Probes". Selecione os nós em que quer medir a tensão, e os componentes em que quer medir a corrente, selecionando no menu e clicando em "Add Probe".

7 Executando a simulação

Está agora tudo pronto para rodarmos a simulação. Clique no botão "Run" na barra superior. Podemos então realizar a configuração da simulação:

• Na janela "Run Simulation" que se abriu, marque apenas o campo "Transient Response".
• Certifique-se que o campo "Use Initial Conditions of Components" esteja desmarcado, e inclua os valores nos campos como abaixo:

• "Start Time": use zero.
• "Stop Time": inclua um valor que compreenda 3 ou 4 períodos da onda. Para o exemplo, como tempos um período de 1ms, usaremos 4ms.
• Deixe os outros campos com o valor padrão.
• Clique em "Run"

8 Análise dos resultados

Temos após alguns segundos a tela com o resultado:

Os itens abaixo ajudam a entender a interface:

8.1 Legenda dos sinais

Repare que temos 3 sinais senoidais sendo exibidos, e no canto superior esquerdo temos uma legenda. Ao aproximar o mouse da legenda, observamos que os três sinais são:

• v(fonte): Tensão do nó nomeado como "fonte".
• v(capacitor): Tensão do nó nomeado como "capacitor".
• i(cp_c1.0): Corrente da malha em que se encontra o capacitor, que no caso é a corrente total.

Ao clicar nos itens da legenda, podemos ligar ou desligar a exibição do sinal na tela, visando facilitar a análise.

8.2 Informação do ponto

Ao aproximar o mouse do sinal, a caixa no canto superior esquerdo do gráfico exibe os valores de tempo e tensão ou corrente no ponto correspondente. Podemos desligar a caixa clicando no botão "Legend Info" no canto superior direito. Podemos também mudar a posição da caixa clicando e arrastando para outro lugar.

8.3 Zoom

Podemos efetuar um zoom na visualização, clicando com o mouse em uma área vazia e arrastando para a área desejada. Neste caso, o botão "Reset zoom" aparece para que a visualização original seja restaurada.

8.4 Cursor

Podemos incluir cursores para comparar valores obtidos, para isso, siga os passos abaixo:

• Clique no botão "A" na aba superior.
• Selecione um ponto numa onda e clique. No exemplo, vamos selecionar o ponto próximo a 2ms, onde a onda v(fonte) cruza o eixo.
• Clique no botão "B" na aba superior.
• Selecione um ponto numa onda e clique. No exemplo, vamos selecionar o ponto próximo a 2.25ms, onde a onda v(capacitor) cruza o eixo.
• Perceba na aba superior que o campo após o "=" recebeu valores. No exemplo, temos uma diferença de tempo de 220μs e uma diferença de tensão de -80,096mV.

Ao usar a equação do cálculo do $D$ deste tutorial, percebemos que uma fase de 80° gera um delay de 222μs, o que aproxima do esperado.