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Departamento de Engenharia Elétrica -DEE Circuitos Elétricos II – CE II ____________________________________________________________________________________
Roteiros Práticos de Laboratório Circuitos 1
Disciplina: Circuitos Elétricos I
Laboratório Nº. 5: Correção do Fator de Potência
Grupo:______________________________________________________________
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- Objetivo
Compreender o conceito de fator de potência e como realizar sua correção.
- Referencial Teórico
Nas indústrias, um dos fatores de grande impacto nas contas de energia é o chamado fator de potência (fp). O fator de potência é um indicativo de como a energia elétrica, fornecida por uma concessionária à indústria, está sendo transformada em trabalho útil. O fp pode ser determinado através do cosseno do ângulo entre a tensão e a corrente: um baixo fp indica que “boa parte” da energia fornecida pela rede elétrica não está sendo transformada em trabalho útil; um alto fp indica que “a maior parte” da energia fornecida pela rede elétrica está sendo transformada em trabalho útil. O fp pode estar entre 0 e 1. Uma parte da energia pode não ser transformada em trabalho útil e isso se deve, por exemplo, à energia utilizada para magnetizar os motores elétricos. Tomemos como exemplo, para a prática desta aula, o caso dos motores elétricos.
Nas indústrias, de forma geral, os motores elétricos são responsáveis pela maior parte do consumo de energia elétrica. São eles os responsáveis pelo acionamento mecânico de esteiras, exaustores, centrífugas, motores de veículos de transporte terrestre, dentre outros. Contudo, o amplo uso dos motores elétricos em uma indústria pode acarretar um baixo fator de potência. Motores elétricos têm característica indutiva , fazendo com que a corrente elétrica fique defasada (neste caso, atrasada) da tensão. Como dito anteriormente, há um amplo uso dessas máquinas e, portanto, pode- se concluir que há um atraso da corrente em relação à tensão, originando um fator de potência abaixo do limite de 0,92 estabelecido em resolução da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL).
Uma das formas de se corrigir o fator de potência é através do uso de banco de capacitores que, corretamente introduzidos na planta industrial, faz com que o fator de potência aumente para níveis aceitáveis. Analisemos o triângulo de potências a seguir:
Departamento de Engenharia Elétrica -DEE Circuitos Elétricos II – CE II ____________________________________________________________________________________ Onde: S = Potência Aparente [VA], P = Potência Ativa [W], Q = Potência Reativa [var] e θ = ângulo do fator de potência ( fp = cos θ )
O triângulo (a) é para cargas indutivas e o triângulo (b) para cargas capacitivas. Observe que quanto maior Q , maior o ângulo do fator de potência. Assim, deve-se diminuir Q tal que o ângulo θ fique menor. No caso dos motores elétricos (inerentemente indutivos), a inserção de capacitores fará com que a parte reativa diminua, elevando o fator de potência.
A equação geral para uma impedância está ilustrada a seguir.
𝑍 = √𝑅^2 + 𝑋^2 ; 𝑋𝐿 = 2 ⋅ 𝜋 ⋅ 𝑓 ⋅ 𝐿[𝛺] 𝑒 𝑋𝐶 = 1 2⋅𝜋⋅𝑓⋅𝐶 [𝛺]
- Material Necessário
Resistor de 1 [Ω]; Capacitor; 4 indutores de 1 [mH] 1 osciloscópio com 2 canais; 1 multímetro (com função voltímetro, amperímetro e ohmímetro); 1 protoboard; Cabos para ligação;
- Procedimento
******* ETAPA 1 *******
4.1) Circuito sem correção do fator de potência
a) Observe o circuito ilustrado na Figura 1. O indutor que será utilizado possui aproximadamente 4 mH de indutância e resistência interna (em série) desconhecida. Este valor de resistência deverá ser medido através de um ohmímetro. A resistência de 1 ohm será utilizada como sensor de corrente para a medida da defasagem angular entre a tensão e a corrente do circuito.
b) Através dos parâmetros da Figura 1 , preencha os resultados solicitados na Tabela 1. Considere um valor de 1,0 [Vpico] na fonte de alimentação
c) Realize as medições solicitadas na Tabela 2. A tensão deverá ser adquirida através do osciloscópio e a corrente será obtida usando o multímetro. Para a visualização da defasagem entre a tensão e corrente, proceda da seguinte forma: como a corrente e a tensão estão em fase em um resistor, a leitura (gráfica) da tensão no resistor de 10 ohm corresponderá à característica da forma de onda corrente. Assim, visualize a tensão sobre a fonte e a tensão sobre o resistor e anote a defasagem
entre tensão e corrente.
d) Desenhe o diagrama de potência para o circuito da Figura 1.
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Figura 2: Circuito para correção de fator de potência
Tabela 3: Valores do capacitor para correção do fator de potência para 0,98.
XC ( Ω) C (uF) Qc (mVAr)
Tabela 4: Valores calculados com base no circuito da figura 2
ZNovo ( Ω ) θ Novo (°) IRMS (mA)
SNovo (mVA) PNovo (mW) QNovo (mVAr)
Tabela 5: Dados preenchidos através de medições realizadas no circuito da figura 2
IRMS (mA) (^) Novo (°) fpNovo
4mH
Rin=? 1 Vp 1,5 kHz
C=?
1Ω
