Laboratório de Circuitos Polifásicos e Magnéticos

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Laboratório de Circuitos Polifásicos e Magnéticos

PRÁTICA 3

CIRCUITOS TRIFÁSICOS EQUILIBRADOS E DESEQUILIBRADOS

OBJETIVOS:

O objetivo da prática é calcular correntes/tensões em circuitos trifásicos equilibrados e desequilibrados efetuando medições de forma a comprovar a teoria vista em sala de aula. Deseja-se, também, medir a potência ativa destes circuitos utilizando os métodos dos três e dos dois wattímetros, e calcular a potência reativa e determinar o fator de potência.

PRÉ-RELATÓRIO:

No pré-relatório, devem estar presentes todos os cálculos efetuados para: tensões, correntes, leituras dos wattímetros e potências ativa e reativa para o circuito equilibrado e desequilibrado da bancada em questão de cada grupo (vide Figura 2). Para o circuito desequilibrado, utilizar os métodos analítico, matricial e de componentes simétricas nos cálculos.

RELATÓRIO:

No relatório, devem estar descritos todos os procedimentos e cálculos efetuados a partir dos valores medidos, o diagrama das montagens, as tabelas com os resultados obtidos e calculados e discussões/conclusões sobre fenômenos observados.

PARTE 1

Cálculo e medição de correntes e tensões em circuitos trifásicos

equilibrados e desequilibrados

Parte Teórica (apresentar no pré-relatório):

1. Uma carga trifásica equilibrada a três fios (com neutro isolado), com tipo de ligação e componentes mostrados na figura 2, está sendo alimentada por um sistema trifásico de tensões simétricas, cuja tensão de fase é 127 V, conforme mostrado na figura 1 abaixo.

Fig. 1. Esquema mostrando carga 3Φ a três fios alimentada por fonte 3Φ simétrica.

Para este esquema pede-se calcular/determinar: a. Tensões de fase nas três fases;

b. Tensões de linha;

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d. Tensão de deslocamento de neutro.

Observação: Vale lembrar que cada aluno deve calcular/determinar os itens anteriores referentes apenas à sua bancada (vide NOTAS).

2. Desequilibrar uma das pernas da carga trifásica equilibrada anterior e calcular/determinar as mesmas grandezas do item 1 de acordo com o número de sua bancada (O desequilíbrio deve ser executado conforme a figura 2 a seguir).

Bancada 1 Bancada 2

Alimentação: varivolt ou direto através de caixa de fusível em 127 V

R = 11 Ω; L = 200 mH; C = 24 µF

Desequilíbrio: introdução de um capacitor na fase a.

R = 11 Ω; L = 200 mH; C = 24 µF Desequilíbrio: retirada do capacitor na fase a.

Bancada 3 Bancada 4

R = 11 Ω; L = 200 mH; RS = 200 Ω

Desequilíbrio: retirada do resistor da fase a.

R = 11 Ω; L = 200 mH; RS = 500 Ω

Desequilíbrio: retirada do resistor da fase a.

N L R L R R L a b c n RS RS RS N L R L R R L a b c n RS RS RS N L R L R R L a b c n C C C N L R L R R L a b c n C

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Parte Prática: Materiais utilizados: 9 Multímetros digitais 9 Varivolt 3Φ 9 Bobinas (R = 11 Ω, L = 200 mH) 9 Capacitores (C = 24 µF, 380 V, 1 KVA) 9 Resistores (R = 200 Ω e 500 Ω, 500 W) Desenvolvimento:

1. Efetuar as medições das grandezas calculadas no item anterior, preenchendo uma tabela de dados calculados (do pré-relatório) e medidos em laboratório. Para isto utilizar os esquemas mostrados nas figuras 2 anterior e 5 e 6 dos apêndices A e B. 2. A partir desta tabela, calcular os erros obtidos, analisando os resultados medidos. 3. Começar a preencher a tabela 1 do Apêndice C.

NOTAS:

1. Em cada uma das quatro bancadas, vai haver uma montagem de um tipo de carga, conforme mostrado na figura 2. Nesta figura, também estão apresentadas as maneiras com que as cargas foram desequilibradas.

2. A alimentação das cargas em estrela aterrada deve ser feita por varivolt trifásico com ligação estrela, cujo neutro vai estar conectado ao neutro da bancada. Notar que o neutro da carga não vai ser conectado ao neutro da bancada, isto é, o neutro da carga vai estar isolado.

3. As cargas mostradas na figura 2 a seguir são montadas com alguns componentes encontrados no laboratório, listados a seguir:

a. Bobinas cujos parâmetros são R ≈ 11 Ω e L ≈ 200 mH; b. Resistores de 500 W com R ≈ 200 Ω e 500 Ω;

c. Capacitores com C ≈ 24 µF, 380 V e 1 kVA.

4. A seqüência de fases de cada bancada já está identificada e deve ser convenientemente utilizada.

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PARTE 2

Medição de potência em circuitos trifásicos equilibrados e

desequilibrados utilizando o método dos dois wattímetros.

Parte teórica (apresentar no pré-relatório):

Para as cargas equilibrada e desequilibrada citadas na Parte 1, pede-se:

1. Calcular/determinar a potência ativa total PT, a potência reativa total QT, a potência complexa total ST e o fator de potência da carga equilibrada utilizada na primeira parte, calculando a potência de cada uma das fases e somando-as.

2. Calcular/determinar as leituras dos três wattímetros ligados como mostra a figura 5 do Apêndice A.

3. Calcular/determinar as leituras dos dois wattímetros ligados como mostra a figura 6 do Apêndice B. Parte Prática: Materiais utilizados: 9 Multímetros digitais 9 Varivolt 3Φ 9 Bobinas (R = 11 Ω, L = 200 mH) 9 Capacitores (C = 24 µF, 380 V, 1 KVA) 9 Resistores (R = 200 Ω e 500 Ω, 500 W)

9 Wattímetros digitais monofásicos (3 por bancada)

Desenvolvimento:

1. Executar a montagem que utiliza o método dos três wattímetros, mostrada na figura 5 do apêndice A. Efetuar as leituras dos wattímetros W1, W2 e W3 utilizando os wattímetros digitais do laboratório, cujo esquemático se encontra na figura 3 a seguir. Determinar as grandezas calculadas no item 1 da parte teórica e comparar com os resultados obtidos naquele item.

2. Medir a potência ativa total de uma carga utilizando o método dos dois wattímetros mostrado na figura 6 do apêndice B. Anotar os valores e comparar com os resultados calculados.

3. Completar as tabelas 1 e 2 do Apêndice C.

NOTAS SOBRE OS WATTÍMETROS DIGITAIS DO NOSSO LABORATÓRIO:

1. Os wattímetros do nosso laboratório são digitais. As especificações podem ser encontradas nos manuais presentes no laboratório.

2. Por serem digitais, estes wattímetros são diferentes, na sua concepção, dos wattímetros eletromecânicos. Eles possuem quatro entradas, denominadas respectivamente A, C, V e W, conforme mostra a figura 3. Possuem dois circuitos amperimétricos e um circuito voltimétrico, ao contrário dos wattímetros eletromecânicos que possuem em geral apenas dois circuitos, um amperimétrico e um voltimétrico.

3. Eles podem medir corrente, tensão e potência ativa diretamente para cargas monofásicas. O diagrama de ligação para a medição de potência ativa em cargas monofásicas está também apresentado na figura 3.

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4. Através de testes, conseguiu-se levantar o circuito interno destes wattímetros. Como já dito, eles possuem dois circuitos amperimétricos e um voltimétrico. A figura 4 apresenta estes circuitos indicados por A e V respectivamente.

Fig. 3. Diagrama esquemático para medição de potência em sistemas monofásicos com o wattímetro digital do laboratório.

Fig. 4. Diagrama esquemático dos wattímetros digitais mostrando os circuitos amperimétricos e voltimétrico.

Bibliografia:

1. Introdução a Sistemas Elétricos de Potência. Componentes Simétricas; C. C. B. De Oliveira, H. P. Schmidt, N. Kagan, E. J. Robba. Ed. Edgard Blucher Ltda, 1996. 2. Circuitos Polifásicos; W. G. de Almeida, F. D. Freitas. Ed. Finatec-Fundação de

Empreendimentos Científicos e Tecnológicos, UNB, 1995. Prof. Clever Pereira

A C v w CARGA FONTE A C v w

V

A

W

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APÊNDICE A

ESQUEMA DE LIGAÇÃO PARA MEDIR POTÊNCIA ATIVA

UTILIZANDO O MÉTODO DOS TRÊS WATTÍMETROS

COM OS WATTÍMETROS DIGITAIS DO LABORATÓRIO

DE CONVERSÃO DE ENERGIA

Fig.5. Esquema de ligação para medição de potência ativa para cargas equilibradas e desequilibradas, utilizando três wattímetros. Notar o ponto comum de medição de tensão, de forma a obedecer ao teorema de Blondel.

A C V W A C V W

a

b

c

a'

b'

c'

FONTE

CARGA

A C V W A1 A2 A3

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APÊNDICE B

ESQUEMA DE LIGAÇÃO PARA MEDIR POTÊNCIA ATIVA

UTILIZANDO O MÉTODO DOS DOIS WATTÍMETROS

COM OS WATTÍMETROS DIGITAIS DO LABORATÓRIO

DE CONVERSÃO DE ENERGIA

Fig.6. Esquema de ligação para medição de potência ativa para cargas equilibradas e desequilibradas, utilizando o método dos dois wattímetros. Notar que o ponto comum para medição de tensão é o ponto c’ pertencente à fase c.

A C V W A C V W

a

b

c

a'

b'

c'

FONTE

CARGA

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APÊNDICE C

TABELAS A SEREM PREECHIDAS

MÉTODO DOS TRÊS WATTÍMETROS

Carga

Equilibrada Desequilibrada Grandeza

Calculado Medido Erro Calculado Medido Erro Va Vb Vc VN Ia Ib Ic Pa = W1 Pb = W2 Pc = W3 PT cos φa cos φb cos φc Qa Qb Qc QT

Tabela 1 – Valores obtidos com o método dos três wattímetros.

MÉTODO DOS DOIS WATTÍMETROS

Carga

Equilibrada Desequilibrada Grandeza

Calculado Medido Erro Calculado Medido Erro W1

W2 PT cos φ

QT