Prática 04 - Laboratório de Eletrotécnica

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Universidade Federal do Ceará
Centro de Tecnologia
Departamento de Engenharia
Elétrica Disciplina: Lab. de
Eletrotécnica Prof. Dalton Honório
Prática: No 04 – Correção do Fator de Potência
NOTA: 10
1. OBJETIVOS
- Verificar em uma situação prática o conceito de fator de potência.
2. MATERIAL UTILIZADO
- Simuladores Multisim Live.
3. PROCEDIMENTOS LABORATORIAIS.
3.1- Simulação de um circuito de motor para correção do fator de potência
- Analise o circuito da Figura 3.1 ou 3.2 e calcule a tensão na fonte a ser aplicada, de
forma que o resistor suporte uma corrente fornecida a ele, considerando que a potência
máxima no resistor é igual a 20 W.
- A partir daí, calcule a corrente, a potência ativa, reativa, aparente e o fator de potência
deste circuito. Depois, simule o circuito e faça as medições de tensão e corrente.
Preencha a Tabela 3.1 e comente os resultados obtidos. obs: insira os prints da tela.
Obs1: No simulador ECS, ao inserir o indutor, vá em PROPERTIES e coloque, em
EXTRA IC, o valor que corresponde à corrente de pico do circuito, mas com o sinal
negativo.
Obs2: No simulador Multisim Live, ao inserir o indutor no circuito, selecione-o e
coloque, em EXTRA IC, o valor que corresponde à corrente de pico do circuito, mas
com o sinal negativo.
Figura 3.1
Figura 3.2
Tabela 3.1
Tensão da fonte (V) Corrente Total (A)
Valor Nominal 54.33 1
Valor Simulado 54.33 0.99
Valor Nominal
Potência Ativa (W) Potência Reativa (VAr)
20 50.52
Potência Aparente
(VA)
Fator de Potência
54.33 0.37
Cálculos:
P = 20 W, R = 20 Ω, L = 0.134 H
P = R * I^2 → 20 = 20 * I^2 → I = | Ii | = 1 A
XL = 2 * π * f * L = 2 * π * 60 * 0.134 = 50.52 Ω
Z = R + i |XL|
Z = 20 + i 50.52
θ = arctan(XL/R) = arctan(50.52/20) = 68.4º
= 54.33 Ω| 𝑍 | = 𝑅2 + |𝑋𝐿|2 = 202 + 50. 522
Z = | Z | /_ θ
Z = | 54.33 | /_ 68.4º
Ii = |𝑉|/_ 0°|𝑍| /_ 68.4° =
|𝑉|
|𝑍| − 68. 4° 
| 𝑉 | = | 𝑍 | * | 𝐼𝑖 | = 54. 33 * 1 = 54. 33 𝑉
P = R * | Ii | ^ 2 = 20 * 1 = 20 W
Qi = QL = | XL | * | Ii | ^ 2 = * 1^2 = Var50. 52 50. 52
S = | V | * | Ii | = 54.33 * 1 = 54.33 VA
FP = P/S = 20/54.33 = 0.37
Valor de Pico usado no simulador:
Ipico = 𝑖 * 2 = 1 * 2 = 1. 414 𝐴
Prints:
Tensão no indutor:
Comentários:
O valor da corrente foi calculado com base nos valores fornecidos da potência e
resistência e posteriormente foi adotado o mesmo valor para a corrente Ii. Por fim,
o valor encontrado do fator de potência é baixo devido ao indutor.
- A partir do fator de potência calculado, verifique através de cálculos de corrente e
potências, qual dos dois capacitores disponíveis para a prática (5µF ou 30µF) reduzirá a
corrente total (corrente que sai da fonte) ao máximo. Preencha a Tabela 3.2.
- Monte o circuito como na Figura 3.3 ou 3.4 e faça as simulações preenchendo a
Tabela 3.2.
- No ECS e no Multisim Live, o IC do indutor tem o mesmo valor que o do item
anterior.
(OBS.: aplique o mesmo valor de tensão na fonte para os dois casos, com e sem
capacitor)
Figura 3.3
Figura 3.4
Tabela 3.2
Capacitor usado:
30 (µF) Tensão da fonte (V) Corrente Total (A)
Valor Nominal 54.33 0.48
Valor Simulado 54.33 0.48
Valor Nominal
Potência Ativa (W) Potência Reativa (VAr)
20 17.14
Potência Aparente
(VA)
Fator de Potência
26.34 0.76
Cálculos:
Qideal = QL = QI
Ql Var= 50. 52
V1 = |VC| = 54.33 V
C(ideal) = 𝑄𝐿
2 * π * 𝑓 * |𝑣|2
 = 50.52
2* π * 60 * 54.332
 = 45. 4 * 10 ^(− 6) 𝐹
Qc = |𝑉|
2
𝑋𝐶 = 
54.332* 2*π*60*30*10−6
1 = 33. 38 𝑉𝑎𝑟
Qf = Qi - Qc = - 33.38 = 17.14 Var50. 52
Sf = 𝑃2 + 𝑄𝐹2 = 202 + 17. 142 = 26. 34 𝑉𝐴 
FPf = P/ Sf = 20/26.34 = 0.76
| If | = Sf / | V | = 26.34 / 54.33 = 0.48 A
Prints:
Comentários:
Para a determinação do capacitor, foi calculado o valor ideal da capacitância, no
qual o valor que mais se aproximou do resultado encontrado foi o de 30µF. Por
fim, o capacitor escolhido é responsável pela diminuição do valor da corrente no
circuito. Após a adição do capacitor, notamos um aumento no fator de potência no
circuito.
3.2- Monte o circuito mostrado na Figura 3.5 ou 3.6 usando um indutor de 1,22 H e
uma lâmpada. O circuito deve ser alimentado com 220 Vca eficaz. Adote uma
resistência da lâmpada de 100 Ω (o equivalente a uma potência nominal de 484 W).
Então, preencha a Tabela 3.3.
Figura 3.5
Figura 3.6
Tabela 3.3
Tensão Simulada CorrenteSimulada Potência Ativa
Fator de
potência
220 V 2,25 A 484 W 0,97
Cálculos:
Cálculo de Xl:
Xl = 2π.f.L → Xl = 2.π.60.1,22 ⸫ Xl = 459,69Ω
Correntes:
i lâmpada = V/R = 220/100 = 2,2A
i indutor = V/Xl = 220/459,69 = 0,478A
i pico = i indutor * = 0.478 * = 0.675 A2 2
𝑖 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙2 = 𝑖 𝑙â𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎2 + 𝑖 𝑖𝑛𝑑𝑢𝑡𝑜𝑟2 = 2, 22 + 0, 4782 = 2, 25𝐴 
Impedância e do fator de potência:
Z = V/i → Z = 220/2,25 = 97,77Ω
Fp = cos(φ) = → Fp = 2,2/2,25 = 0,97𝑖 𝑙â𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎𝑖 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Potências:
P = =𝑖2 * 𝑅 2, 22 * 100 = 484 𝑊
S = V * i = 220 * 2,25 = 495 VA
= 692,3 Var𝑄2 = 𝑃2 + 𝑆2 = 4842 + 4952
Prints:
Comentários:
Foi observado pela equipe uma redução no fator de potência devido ao indutor no
circuito. Tal observação, pode ser notada nas práticas anteriores. Além disso, foi
calculado o valor de pico da corrente para assim introduzir o valor encontrado nas
configurações do indutor.
3.3- Com os resultados obtidos na Tabela 3.3 calcule qual capacitor (5µF ou 30 µF)
deve ser usado, conforme a Figura 3.7 ou 3.8, para que a corrente indicada pelo
amperímetro da Figura 3.5 ou 3.6 diminua ao máximo. Para o ECS, considere a
resistência da lâmpada de 100 Ω e, para o MultiSim, considere a potência da lâmpada de
484 W. Simule o circuito e preencha, então, a Tabela 3.4.
Obs1: No ECS e no Multisim Live, ao fim dos cálculos, altere a corrente IC do indutor
para a corrente de pico do mesmo, mas no valor negativo. Para determinar o valor eficaz
da corrente no indutor, basta utilizar I = V/(XL) e, depois, calcular I*√2 para
obter a corrente que deve ser inserida em IC.
Obs2: No Multisim, alterar a BURNOUT VOLTAGE da Lâmpada para 400V
Figura 3.7
Figura 3.8
Tabela 3.4
Capacitor
Escolhido
Tensão
Simulada
Corrente
Simulada
Potência
Ativa
Fator de
Potência
5µF 220 V 2,2 A 484 W 1
Cálculos:
º𝑐𝑜𝑠−1 (0. 97) = 14. 07 
QL = QI = Si * Sen (14.07º) = 120.34 Var
Cideal = 𝑄𝐿
2 * π * 𝑓 * | 𝑉 |2 
 = 120.34
2 * π * 60 * 220|2 
 = 6. 6 µ𝐹 
𝑄𝑐 = 𝑣
2
𝑋𝐶 = 220
2 * 2 * π 𝑓 * 𝑐 = 2202 * 2 * π * 60 * 5 * 10−6 = 91. 23 𝑉𝑎𝑟 
Qf = QL - QC = 120.34 - 91.23 =29.11 Var
𝑆𝑓 = 𝑃2 + 𝑄𝑓2 = 4842 + 29. 112 = 484. 87 𝑉𝐴
FPf = P / Sf = 484/484.87 = 1
Prints:
Comentários:
Primeiramente foi calculado o valor de C ideal e posteriormente foi escolhido o
valor que mais se aproximava, ou seja, capacitor de 5µF. Por causa da introdução
do capacitor no circuito, notamos um aumento no fator de potência.