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Experiência em Eletrotecnica: Medida de Potência Trifásica e Correção do Fator de Potência, Provas de Engenharia Elétrica

Um experimento realizado no departamento de engenharia elétrica da universidade estadual paulista ‘julio de mesquita filho’. O objetivo é medir tensões e correntes em um circuito trifásico, verificar o teorema de blondel e corrigir o fator de potência utilizando um banco de capacitores. O documento inclui teorias básicas sobre potência trifásica, triângulo das potências e o uso de wattímetros para medição.

O que você vai aprender

  • Como é medida a potência trifásica em um circuito?
  • Qual é o objetivo principal deste experimento?
  • Como se corrige o fator de potência em um circuito trifásico?

Tipologia: Provas

2022

Compartilhado em 07/11/2022

Gustavo_G
Gustavo_G 🇧🇷

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JULIO DE MESQUITA FILHO”
FACULDADE DE ENGENHARIA - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
ELETROTÉCNICA
Experiência 07:
Medidas de potência trifásica e correção do fator de potência.
Objetivos:
Medir tensões e correntes em circuito trifásico; medir potências em circuito
trifásico com carga indutiva; verificar o Teorema de Blondel; corrigir fator de
potência utilizando banco de capacitores.
1.0 Introdução
Instalações industriais apresentam uma gama muito grande de cargas que por sua vez
necessitam de grandes quantidades de potência. Cargas típicas industriais podem ser, por
exemplo, conjuntos de motores de indução, ou seja, na maioria das vezes cargas com
características indutivas. Muitas vezes, por imposições normativas deve se proceder à correção
do fator de potência (fp).
2.0 Potência trifásica
Para ligação ou Y em um sistema trifásico, simétrico e equilibrado, têm-se:
*
3
3
F F
S P jQ V I
Φ
= + =
ɺ ɺ
Potência complexa (VA);
3
3 3
F F L L
S V I V I
Φ
= =
Potência aparente trifásica (VA);
3
3 cos
L L
P V I
ϕ
Φ
=
Potência ativa trifásica (W);
ϕ
senIVQ
LL
3
3
=
Φ
Potência reativa trifásica (Var).
2.1 Triângulo das potências
Equivalente ao triângulo para sistemas monofásicos, sendo os valores das potências em
valores trifásicos.
ϕ
2 2
3 3 3
S P Q
φ φ φ
= +
3
cos 3
L L
P
fp
V I
φ
ϕ
= =
3
3
Q
sen
S
φ
φ
ϕ
=
3
3
tan
Q
P
φ
φ
ϕ
=
Figura 1 - Triângulo das potências em um sistema trifásico
2.2 Teorema de Blondel
O teorema de Blondel postula que num sistema polifásico com m fases e n fios, a
potência ativa total pode ser obtida pela soma da leitura de n-1 wattímetros onde seus
enrolamentos de corrente estão inseridos em cada um dos n-1 fios e o enrolamento de tensão tem
um ponto em comum com o seu enrolamento de corrente e o outro terminal de todos eles está
ligado ao n-ésimo fio. Para um sistema trifásico pode-se realizar a ligação da Figura 2 para
obtenção da potência ativa trifásica da carga.
pf3
pf4

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JULIO DE MESQUITA FILHO”

FACULDADE DE ENGENHARIA - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

ELETROTÉCNICA

Experiência 07 : Medidas de potência trifásica e correção do fator de potência.

Objetivos: Medir tensões e correntes em circuito trifásico; medir potências em circuito trifásico com carga indutiva; verificar o Teorema de Blondel; corrigir fator de potência utilizando banco de capacitores.

1.0 Introdução Instalações industriais apresentam uma gama muito grande de cargas que por sua vez necessitam de grandes quantidades de potência. Cargas típicas industriais podem ser, por exemplo, conjuntos de motores de indução, ou seja, na maioria das vezes cargas com características indutivas. Muitas vezes, por imposições normativas deve se proceder à correção do fator de potência (fp).

2.0 Potência trifásica Para ligação ∆ ou Y em um sistema trifásico, simétrico e equilibrado, têm-se:

  • S 3 (^) Φ = P + jQ = 3 V ɺ F^ I ɺ* F^ → Potência complexa (VA);
  • S 3 (^) Φ = 3 VF I (^) F = 3 V IL L → Potência aparente trifásica (VA);
  • P 3 (^) Φ = 3 V IL L cos ϕ → Potência ativa trifásica (W);
  • Q 3 (^) Φ = 3 VLILsen ϕ → Potência reativa trifásica (Var).

2.1 Triângulo das potências Equivalente ao triângulo para sistemas monofásicos, sendo os valores das potências em valores trifásicos.

ϕ − ϕ

2 2 S 3 (^) φ= P 3 (^) φ+ Q 3 φ

cos 3 (^3) L L

P fp V I

= ϕ=^ φ

3 3

Q sen S

φ φ

ϕ =

3 3

tan

Q P

φ φ

ϕ =

Figura 1 - Triângulo das potências em um sistema trifásico

2.2 Teorema de Blondel O teorema de Blondel postula que num sistema polifásico com m fases e n fios, a potência ativa total pode ser obtida pela soma da leitura de n-1 wattímetros onde seus enrolamentos de corrente estão inseridos em cada um dos n-1 fios e o enrolamento de tensão tem um ponto em comum com o seu enrolamento de corrente e o outro terminal de todos eles está ligado ao n-ésimo fio. Para um sistema trifásico pode-se realizar a ligação da Figura 2 para obtenção da potência ativa trifásica da carga.

W 1 + W 2 = P 3 φ= 3 V IL L cos ϕ

Figura 2 – Ligação de dois wattímetros para obtenção da potência ativa trifásica – teorema de Blondel.

2.3 Medida de potência reativa utilizando um wattímetro Utilizando-se um wattímetro como o ligado na Figura 3, é possível se obter a potência reativa trifásica da carga.

3 3

L L

Q W V I sen φ = = ϕ

Figura 3: Obtenção da potência reativa trifásica através de um wattímetro.

3.0 Correção do fator de potência (FP) Para se efetuar a correção do FP é utilizado o mesmo procedimento para a correção em sistemas monofásicos, com as ressalvas dos valores agora serem trifásicos. Neste caso, o banco de capacitores trifásico pode ser instalado em Y ou ∆ como ilustrado na Figura 4.

3

V L

V L (^) VL

Figura 4 – Ligação de banco de capacitores em Y e ∆ para correção do fp. O valor da potência reativa trifásica necessária para levar o fator de potência de φ para φd é calculada da seguinte forma (Figura 5):

5.0 Relatório 5.1 O que ocorreu após a correção do fator de potência, com a potência ativa, com a corrente de linha e com a potência aparente. 5.2 Com os valores de R e L, tensão de linha e corrente na carga medida antes da correção do FP, calcule o fator de potência e as potências trifásicas ativa e reativa da carga. Compare estes valores das potências com as potências medidas através dos wattímetros. 5.3 Explique o Teorema de Blondel (Método dos dois wattímetros). 5.4 Explique a utilização de apenas um wattímetro para a medição de potência trifásica reativa. 5.5 Qual seria o valor do banco de capacitores (item 4.2.1) se o mesmo fosse ligado na ligação estrela?

Prof. Fábio Prof. Malange Adilson – Técnico Everaldo – Técnico