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LABORATÓRIO DE ELETROTÉCNICA APLICADA EXPERIÊNCIA Nº 1 CIRCUITOS TRIFÁSICOS EQUILIBRADOS A) OBJETIVOS: 1 – Rever as relações de tensão, corrente, potência e diagramas de fasores em sistemas trifásicos. 2 – Analisar o comportamento dos sistemas trifásicos para ligações ESTRELA e TRIÂNGULO. 3 – Introduzir o Estudo do comportamento de redes, quando excitadas por fonte de sequência POSITIVA, NEGATIVA e ZERO. B) REVISÃO TEÓRICA: Na ligação do gerador e carga em estrela tem-se: As correntes de fase e de linha para o gerador e para a carga são idênticas, isto é: ܫ = ܫி ; ܫ = ܫி; ܫ = ܫி Para sequência ⊕ ou ⊝. As tensões de linha podem ser obtidas das tensões de fase por: ܸ = √3|±30°| × ிܸ Onde o sinal ⊕ corresponde à sequência positiva e o sinal ⊝ à negativa. Assism tem-se, para sequência positiva (gerador e carga) ܸ = ܸே − ܸே = √3|+30°| × ܸே ܸ = ܸே − ܸே = √3|+30°| × ܸே ܸ = ܸே − ܸே = √3|+30°| × ܸே Equações correspondentes ao diagrama de fasores que segue: Para a sequência negativa tem-se analogamente o diagrama de fasores e as equações abaixo: ܸி = √3|−30°| × ܸே ܸ = √3|−30°| × ܸே ܸ = √3|−30°| × ܸே Estando a carga perfeitamente equilibrada, alimentada por gerador simétrico, a soma das três correntes que afluem ao N’ é ZERO uma vez que estão defasadas de 120° entre si. Da mesma forma é fácil ver que o potencial do ponto N é igual ao do ponto N’ e portanto a ligação de um fio entre os pontos N e N’ não altera nem as tensões nem as correntes do circuito. Para a ligação da carga em triângulo tem-se: As tensões de fase são idênticas às de linha (em módulo e fase). As correntes de linha se relacionam com as de fase da seguinte forma: Para a sequência POSITIVA: ܫᇱ = ܫᇱᇱ − ܫᇲᇲ = √3|−30°| × ܫᇱᇱ ܫᇱ = ܫᇱᇱ − ܫᇲᇲ = √3|−30°| × ܫᇱᇱ ܫᇱ = ܫᇱᇱ − ܫᇲᇲ = √3|−30°| × ܫᇱᇱ Para a sequência NEGATIVA: อ ܫᇱ ܫᇱ ܫᇱ อ = √3|+30°| อܫᇱᇱܫᇱᇱ ܫᇱᇱ อ C) DETERMINAÇÕES EXPERIMENTAIS C-1) Determinação do módulo e argumento das impedâncias (ܼ|߮|) que deverão ser ligadas em série com as resistências de 61Ω no item C-2. Sabemos que ܼ = |ܼ||߮| = ܴ + ݆ܺ e ainda |ܼ| = ூ ߮ = cosିଵ ܴ ܼ Portanto, obtendo-se |ܼ| pela medida da tensão e corrente na impedância, podemos obter ܺ de duas maneiras: a) Medindo-se R em corrente contínua através de uma ponte de Weatstone, determina- se ߮ que é o arco cujo cosφ ோ . Com o valor de ߮ , obtem-se sin߮ e é possível obter ܺ = ܼ × sin߮. b) Analogamente ao processo anterior, com a diferença de que o valor de cos߮ é obtido por medida direta. Assim tem-se: cos߮ → ߮ → sin߮ → ܺ = ܼ × sin߮ O segundo processo permite obter melhor precisão pois a medida de R com a ponte introduz maior erro que a leitura direta do cos߮. Montar o circuito abaixo - Estudar a posição do voltímetro (1, 2 ou 3) que introduz menor erro na leitura. - Para vários valores de tensão aplicada à impedância com a frequência constante, medir a corrente e o cos߮ (observar que a corrente nominal de Z não deve ser ultrapassada). - Determinar o valor da resistência ôhmica da impedância com corrente contínua, através de ponte de precisão. - Com as leituras obtidas, determinar o valor de ܺ por dois processos diferentes e justificar em relatório possíveis afastamentos OBSERVAÇÃO: Para cada tensão aplicada, a indução B no núcleo da indutância varia, e portanto ܮ = ே² ோ varia pois a relutância do circuito magnético varia (ߤ varia). Por essa razão é conveniente elaborar a tabela abaixo, que permite obter para cada valor de tensão aplicada, o respectivo valor de ܺ. 0 → 110 V (V) I (A) cos߮ Constante R (Ω) ܼ = ܸ ܫ sin߮ obtido a partir da medida de R na ponte ܺ = ܼ × sin(cosିଵ ܴܼ) (Ω) Com sin߮ obtido a partir da medida do cos߮ ܺ = ܼ × sin߮ (Ω) C-2 A) LIGAÇÃO ESTRELA (Y) - Associar as impedâncias medidas no item anterior, em série com resistência de 61Ω obtida da caixa de resistências de carga. - Com as associações série RL de cada fase, montar um circuito trifásico em estrela alimentando essa carga por fonte trifásica simétrica a 3 fios. FONTE CARGA - Determinar experimentalmente: As tensões de fase na carga As tensões de linha na carga As correntes de fase e de linha O cos߮ de cada fase - Demonstre graficamente no relatório usando apenas as leituras dos voltímetros a relação de fase (30°) entre a tensão de fase e linha, e também a relação entre seus módulos. Como foi visto ܸ = √3|±30°| × ிܸ C-2 B) LIGAÇÃO ESTRELA A 4 FIOS ATERRADA ( ) - Interligar os pontos N e N’ montando um sistema trifásico a quatro fios e para essa nova ligação determine: A tensão ேܸேᇱ A corrente de neutro As correntes de fase e linha As tensões de fase e de linha OBSERVAÇÃO: Para as ligações dos itens C-2-A e C-2-B anteriores, construir no relatório o diagrama de fasores das tensões e correntes de fase e linha da carga. C-3) LIGAÇÃO TRIÂNGULO (∆) - Ligar a carga em triângulo como no esquema abaixo e alimentar com o mesmo sistema trifásico simétrico dos itens anteriores. - Determinar experimentalmente: As tensões de fase e linha na carga As correntes de fase e linha na carga O cos߮ de cada fase da carga - Demonstrar em relatório a relação entre as correntes de linha e de fase utilizando apenas as leituras do amperímetro. Para sequência positiva: ܫ = √3|−30°| × ܫி - Construir em relatório um diagrama de fasores com tensões e correntes de fase e de linha na carga. C-4) RELAÇÃO ENTRE AS POTÊNCIAS ABSORVIDAS NA LIGAÇÃO ESTRELA E TRIÂNGULO - A potência ativa absorvida por cada fase de uma carga, para qualquer tipo de ligação é dada por ܲ ிௌா = ிܸ × ܫி × cos߮ onde ߮ é o fator de potência da respectiva fase. Calcule a potência total absorvida pela carga nas ligações Y, e ∆ e compare. - Determine a relação entre a impedância de cada fase de uma carga, de modo que na ligação estrela e triângulo a potência total absorvida pela carga trifásica da fonte seja a mesma. C-5) COMPORTAMENTO DE UMA CARGA EM Y SEM ATERRAMENTO PARA ALIMENTAÇÃO DE SEQUÊNCIA POSITIVA, NEGATIVA E ZERO - Ligar 3 resistências de 122Ω em Y e alimentar pelo sistema trifásico anterior suposto de sequência positiva, como indicado na figura que segue: - Medir a corrente e a tensão de uma das fases e obter |ܼ| que é a impedância à passagem da corrente de sequência positiva. |ܼ| = ிܸ ܫி - Inverter a sequência de fases da fonte e repetir as leituras, obtendo novamente |ܼ| que é a impedância à passagem da corrente de sequência negativa. - Alimentar as cargas por uma fonte de tensão de sequência ZERO e repetir as leituras. Lembrar que a fonte de sequência zero é um conjunto de 3 tensões iguais em módulo e fase; valendo, portanto, o raciocínio abaixo: Como a fonte é de sequência ZERO, as tensões ܸே, ܸே E ܸே são iguais em módulo e fase. Assim os pontos A, B e C estão ao mesmo potencial e portanto tem-se: C-6) COMPORTAMENTO DE UMA CARGA LIGADA EM Y QUANDO ALIMENTADA POR SEQUÊNCIA POSITIVA, NEGATIVA E ZERO - Interligar os pontos N e N’ e repetir os 3 ensaios anteriores, isto é, medir a tensão e a corrente de fase na carga quando alimentada por sequência positiva, negativa e zero. - Determinar novamente |ܼ| para as 3 sequências respectivamente impedância à passagem da corrente de sequência positiva, negativa e zero. D) RELATÓRIO Do relatório deverão constar: D-1) Dados gerais: D-1-1) Os esquemas dos circuitos e os equipamentos utilizados, indicando suas características (marca, número, tipo, fundo de escala, classe de precisão)D-1-2) Os valores medidos para todas as ligações D-2) Valores calculados: D-2-1) Utilizando-se os valores medidos da tensão de linha e impedância, calcular os valores das correntes de linha e de fase. Compará-los com os valores medidos. D-2-2) Utilizando-se os valores medidos da tensão e da corrente de linha e ainda do cos߮ da carga, determinar as demais grandezas e compará-las com as medidas. D-2-3) Desenhar os diagramas de fasores para todos os casos. D-2-4) Justificar todas as distorções entre os valores medidos e esperados teoricamente. OBSERVAÇÃO: Antes de cada medida, verifique se os aparelhos usados são adequados à sua realização. Habitue-se a prever teoricamente o resultado e escolher corretamente os fundos de escala dos aparelhos. Verifique sempre os limites de potência permissíveis em todos os equipamentos.
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