Roteiro- Relatório da Experiência Nº 03 – Potência - udesc

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS ‐ CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ‐DEE LABORATÓRIO DE ELETROTÉCNICA 1. COMPONENTES DA EQUIPE:
ALUNOS NOTA 1 ___________________________________________
2 ___________________________________________
3 ___________________________________________ Data____/____/_______ Roteiro- Relatório da Experiência Nº 03 – Potência
Monofásica e Correção do Fator de Potência
2. OBJETIVOS
Esta experiência tem como objetivo trabalhar os conceitos de potência complexa e
correção do fator de potência em circuitos sob excitação senoidal com amplitude
constante.
3. MATERIAL UTILIZADO
Gerador de sinais (onda senoidal);
Capacitor: 120nF;
Indutor: 820ߤ‫;ܨ‬
Resistores: 2 de 47Ω.
Osciloscópio;
Multímetro.
4. PARTE TEÓRICA
Considere o circuito da Figura 1, com a chave A aberta, v(t ) = 5 cos(ωt ) ,
frequência de 13kHz, R1 = 47Ω , R2 = 47Ω , L = 820 μ H e C = 120nF .
a) Calcule o fator de potência do sistema e a corrente total do circuito;
b) Calcule a tensão no resistor de R1 = 47Ω (Linha de transmissão) e as perdas no
mesmo;
c) Calcule a potência complexa fornecida pela fonte;
d) Calcule a potência complexa na carga Z C arg a = 47 + jω L Ω ;
e) Desenhe os triângulos de potência e de impedância do circuito.
ELT02 – ELETROTÉCNICA Prof Fernando B. Prioste XSC1
Tektronix
P
G
1 2 3 4
0
XMM1
4
6
V1
J1
Key = A
L1
820uH
2
5
3.535 Vrms
13kHz
0°
3
C1
120nF
R2
47Ω
0
R1
47Ω
Figura 1 – Circuito utilizado para correção do fator de potência.
5. Insira o capacitor ao circuito da Figura 1, fechando a chave A, a fim de realizar a
correção do fator de potência.
a) Calcule o fator de potência do circuito;
b) Calcule a tensão no resistor de R1 = 47Ω (Linha de transmissão) e as perdas no
mesmo;
c) Calcule a potência complexa fornecida pela fonte;
d) Calcule a potência complexa na carga Z C arg a = 47 + jω L Ω .
e) Calcule a potência no capacitor C = 120nF ;
f) Desenhe os triângulos de potência e de impedância do circuito.
6. Compare:
a) A potência complexa fornecida pela fonte no caso onde a chave A está aberta,
no caso onde ela está fechada (sistema com fator de potência corrigido) e o
módulo das potências aparentes; Explique a causa da diferença entre as
potências complexas (dica: conservação de potência em circuitos);
b) A potência complexa na carga Z C arg a = 47 + jω L Ω para o circuito com a
chave A aberta com a chave A fechada;
c) A corrente total do circuito para a chave A aberta e chave A fechada e as perdas
no sistema de transmissão (resistor de R1 = 47Ω ) para os dois casos;
ELT02 – ELETROTÉCNICA Prof Fernando B. Prioste T
Suponha que a fonte de tensão representasse um gerador e o restante do circuito o sistema
de transmissão e as cargas. Qual a vantagem da correção do fator de potência em relação à
potência gerada e as perdas no sistema de transmissão (resistor de R1 = 47Ω ).
4)
PARTE PRÁTICA
a) Meça a diferença angular entre a tensão da fonte v (t ) = 5 cos(ωt ) (Canal 1 do
osciloscópio) e a tensão no resistor de R1 = 47Ω (Canal 2 do osciloscópio)
considerando a chave A aberta. Calcule o fator de potência do sistema.
Tensão em R1 = 47Ω Diferença Angular Δθ = V = Fator de Potência FP =
b) Meça a tensão no resistor de R1 = 47Ω (Linha de transmissão) e calcule o
módulo da corrente total do circuito;
Tensão em R1 = 47Ω Corrente Total IT = V = c) Calcule a potência ativa fornecida pela fonte ao circuito;
Potência ativa [ mW ] P = ( R1 + R2 ) IT2 = d) Calcule a potência complexa fornecida pela fonte ao circuito a partir dos itens
anteriores; Assuma fase zero para tensão da fonte e utilize Δθ medido para a
corrente.
Potência complexa [ mVA] S = VIT* = e) Calcule as perdas no resistor de R1 = 47Ω ;
Perdas [ mW ] P = R1 IT2 = f) Calcule a potência complexa na carga Z C arg a = 47 + jω L Ω
Potência complexa [ mVA] S=
ELT02 – ELETROTÉCNICA VC2arg aRMS
ZC∗ arg a
= Prof Fernando B. Prioste 7. Insira o capacitor ao circuito da Figura 1, fechando a chave A, a fim de realizar a
compensação do fator de potência.
a) Meça a diferença angular entre a tensão da fonte v(t ) = 5 cos(ωt ) e a tensão no
resistor de R1 = 47Ω .(diferença angular entre o canal 1 e 2 do osciloscópio).
Calcule o fator de potência do circuito;
Tensão em R1 = 47Ω Diferença Angular Δθ = V = Fator de Potência FP =
b) Meça a tensão no resistor de R1 = 47Ω e calcule a corrente total do circuito;
Tensão em R1 = 47Ω Corrente Total IT = V = c) Calcule as perdas no resistor de R1 = 47Ω (Linha de transmissão);
Perdas [ mW ] P = R1 IT2 = d) Calcule o módulo da potência aparente (S) fornecida pela fonte. A partir deste
valor e do fator de potência, calcule a potência complexa fornecida pela fonte;
Potência aparente [ mVA] Potência complexa [ mVA] S = V IT = S = P ± jQ =
e) Calcule a potência complexa na carga Z C arg a = 47 + jω L Ω .
Potência complexa [ mVA] S=
VC2arg aRMS
ZC∗ arg a
= f) Calcule a potência reativa no capacitor C = 120nF .
Potência complexa [ mVAr ] Q=
2
VCap
RMS
XC
= 8. Compare:
a) A potência complexa fornecida pela fonte no caso onde a chave A está aberta e
no caso onde ela está fechada (sistema com fator de potência compensado);
b) A corrente total do circuito para a chave A aberta e chave A fechada;
ELT02 – ELETROTÉCNICA Prof Fernando B. Prioste c) A potência complexa na carga Z C arg a = 47 + jω L Ω para o circuito com a
chave A aberta com a chave A fechada;
9. Questionário
a) O experimento se mostrou válido? Explique.
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b) Comente os resultados, erros encontrados e possíveis fontes de erro.
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