Prática 5 : Fator de Potência Disciplina: Circuitos Elétricos Professor

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Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Departamento Acadêmico de Eletrônica
Curso de Engenharia Eletrônica
PR
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
Prática 5 : Fator de Potência
Disciplina: Circuitos Elétricos
Professor: Nilson Kominek
Elaboração: prof’s Douglas R. Jakubiak e César M. Vargas Benítez
Adaptação: Nilson Kominek
Equipamentos
Osciloscópio
Vom digital
Componentes
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ANÁLISE DE POTÊNCIA EM REGIME PERMANENTE
OBJETIVO: ao final da experiência o aluno será capaz de: a) medir e avaliar o
valor médio quadrático da tensão e da corrente; b) medir e avaliar o valor médio da
tensão e da corrente; c) determinar e avaliar o fator de forma de um sinal senoidal; d)
medir e avaliar os valores da potência média, potência aparente e potência complexa
de circuitos elétricos monofásicos; e) determinar, avaliar e corrigir o fator de potência
de circuitos elétricos monofásicos f) verificar a validade da aplicação em circuitos reais
de corrente alternada, do teorema da máxima transferência de potência.
1) FUNDAMENTOS TEÓRICOS
O valor eficaz de um sinal ou valor médio quadrático (rms) não corresponde ao
valor médio do módulo do sinal. A razão entre o valor eficaz e o valor médio é
denominada de fator de forma.
A potência complexa, S, é definida pelo produto Vrms x Irms e é escrita na forma
retangular como S = P+jQ onde P é a potência real ou média e Q é a potência em
quadratura. A função potência em quadratura ou imaginária tem valor médio nulo, mas,
apesar disso, sobrecarrega a fonte com potência aparente S. Para evitar que potência
aparente S seja muito elevada, a potência imaginária tem que ser reduzida. Esta
redução se dá especificando-se um valor mínimo (atualmente padronizado como 0,92),
para a razão entre P/S, ou seja, o cosseno do ângulo formado por P e S ao qual se dá
o nome Fator de Potência.
O teorema da máxima transferência especifica que para se obter a máxima
transferência de potência sobre uma carga, a impedância da fonte e do restante da
rede (o equivalente de Thévenin) devem ser iguais ao conjugado da impedância de
carga.
PARTE PRÁTICA
Observação: a) Todos os componentes devem ser medidos antes do
experimento; b) As pontas de prova do osciloscópio devem ser atenuadoras.
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Experimento 1 ( valor rms, valor médio e o fator de forma)
Observação: Neste experimento o osciloscópio deve ser usado com pontas de
prova atenuadoras, caso contrário, o mesmo será danificado.
a) Conecte a lâmpada através de um diodo, (1N4007 ou equivalente) à rede da
forma indicada na figura.
b) Medir as tensões sobre a lâmpada com o multímetro na escala DC e AC.
Meça a corrente com o multímetro.
c) Use o osciloscópio para ver o sinal sobre a lâmpada e medir o valor médio e
de pico da tensão.
d) Medir as tensões eficaz e pico a pico da rede com o osciloscópio.
e) Com os valores obtidos determine o fator de forma.
f) Calcule a resistência da lâmpada usando a tensão e a corrente medida.
g) Concluir sobre os resultados obtidos.
Fusível
Diodo mA
Rede 127 V
V
Lâmpada
Com “escope”
Com Multímetro
Vmédio Veficaz VP
Vmédio
Veficaz
VP
Tensão sobre a Lâmpada
Corrente no circuito
IDC =
IAC =
Resistência da Lâmpada
Fria R =
VL/IL =
Experimento 2 (correção do fator de potência)
Observação: Neste experimento será utilizado como gerador um transformador
de 9 + 9 Vrms utilizando Vs com a saída em 18Vrms.
a) Monte o circuito a seguir sem o capacitor. Meça as tensões VRL e VXL.
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b)
VRL=
VXL=
I=VRL / RL =
P=
Q=
S=
Calcule o valor do capacitor para corrigir para 0,92 o fator de potência do
circuito. Associe valores comerciais para aproximar-se do valor calculado e
ligue-os no circuito em paralelo com a carga. Meça as tensões e complete:
VRL=
IRL=
VXL=
IC=
c)
cosᶲ=
VC=
S T=
Q T=
Concluir sobre os resultados obtidos.
Experimento 3 (máxima transferência de potência)
Monte o circuito a seguir. Inicialmente desconsidere o capacitor.
Calcule o valor do capacitor para que ocorra máxima transferência de potência e
conecte-o em série com a carga conforme indicado no circuito. Use associações para
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com valores comerciais para aproximar-se do valor calculado. Meça as tensões
indicadas e complete a tabela.
Concluir sobre os resultados obtidos.
Sem o Capacitor
VS
VRs
VRL
Com o Capacitor
VL VS
VRs
VRL
VC
Módulo da Tensão
Módulo da
Corrente
Capacitor calculado
X
Impedância
Potência (PRL)
Lista de Material: Você deve trazer:
(a) o diodo 1N4007 ou 1N4008;
(b) um porta fusível para protoboard com fusíveis de 2 A;
(c) Capacitores de X μF/100 V de poliéster (valores de acordo com os cálculos)
(obs: os capacitores não podem ser eletrolíticos) e;
(d) Resistores: 1x150 Ω (1/2 W) e 2x100Ω de 1 W.
Observação: Nestes experimentos serão fornecidos o transformador, a lâmpada
e o indutor de 1H.
O relatório deve conter:
1) Os cálculos teóricos para cada um dos experimentos;
2) O cálculo do erro entre valores teóricos e experimentais;
3) Tabela com todos os valores experimentais e calculados
4) As conclusões sobre cada um dos itens dos três experimentos;
5) Uma comparação entre os resultados obtidos nos experimentos;
6) Uma avaliação final dos resultados dos experimentos realizados.