Trabalho_Final_QEE

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UNIJUÍ – UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
DCEENG - DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS 
EXATAS E ENGENHARIAS
EGE – CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
TRABALHO EM LABORATÓRIO
SANTA ROSA
2016
ANDERSSON ANDRÉ PELLENZ – RG 685864 
GIOVANI JOSÉ GONCHOROVSKI - RG 101415
JAIR JOSÉ FRITZEN BLATT – RG 377497 
ROBSON LOPES – RG 617347
TRABALHO EM LABORATÓRIO
Trabalho apresentado para uma parcela da avaliação de 50 pontos na disciplina de Qualidade de Energia do Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Regional do Noroeste do Rio Grande do Sul - UNIJUÍ.
PROFESSOR: DR. MATEUS FELZKE SCHONARDIE
SANTA ROSA
2016
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Medições em uma carga linear.	6
Figura 2 - Medições de uma carga não linear	7
Figura 3 – Medição 1.	8
Figura 4 – Medição 2.	9
Figura 5 – Medição 3.	10
Figura 6 – Montagem do sistema.	11
SUMÁRIO
1. EQUIPAMENTOS E MATERIAIS UTILIZADOS
A Tabela 1 mostra os equipamentos utilizados.
	Quantidade
	Descrição
	Marca
	Modelo
	Observação
	01
	Fonte Tensão CA Variável 
	STP- Sociedade Técnica Paulista Ltda
	ATU 215-M 
	Monofásica
	
02
	
Multímetro Digital 
	Minipa
	ET – 2033 B
ET – 2042 D
	Não possui medida truerms
	02
	Multímetro Digital TRUE RMS 
	Minipa
	ET-2110
	-
	01
	Carga Resistiva Variável 
	Educacional
	
	
	01
	Diodo 
	Semirron
	
	
	02
	Lâmpadas Fluorescentes 40W 
	Philips
	TLD 32 W
	
	01
	Lâmpada Fluorescente 20W 
	OSRAM
	L15W1765
	
	
01
	Reator Lâmpada Fluorescente convencional (1x20W) 
	Intral
	Convencional
	
	
01
	Reator Eletrônico Lâmpada Fluorescente (2x40W) 
	MG
	PG 2x40AF3
	
	01
	Osciloscópio Digital 
	
	
	
	04
	Lâmpadas Fluorescentes Compactas – 25W 
	TASCHIBRA
	TKT 25-20CY
	
	01
	Inversor de Frequência - MIT 
	WEG
	CFW08
	
	01
	Motor de Indução Trifásico 
	WEG
	Alto Rendimento Plus 
	
	01
	Analisador de Qualidade de Energia 
	DRANETZ
	4300
	
Tabela 1 – Equipamentos utilizados.
 2. ATIVIDADE 1
Monte o circuito mostrado na Figura 1, utilizando os voltímetros e amperímetros com as escalas apropriadas. NÃO ENERGIZE O CIRCUITO SEM TER CERTEZA DA CORRETA MONTAGEM. Cuidar as regulagens dos multímetros! 
Obs.: Foi utilizada uma resistência de 250 Ohms ao invés de 500 Ohms.
Figura 1 - Medições em uma carga linear.
Onde: 
V1 = Voltímetro digital (só mede valores eficazes). 
V2 = Voltímetro digital de valor eficaz verdadeiro (TRUE RMS).
A1 = Amperímetro digital (só mede valores eficazes).
A2 = Amperímetro digital de valor eficaz verdadeiro (TRUE RMS).
Ligue a fonte de tensão alternada e regule-a aos valores indicados na primeira coluna da tabela 2 (utilizando o voltímetro V1). Para cada valor de tensão anote as leituras dos instrumentos nos campos correspondentes.
	Uf(V)
	V1(V)
	V2(V)
	I1(A)
	I2(A)
	35
	34,8
	35,54
	0,03
	0,08
	70
	70
	70,9
	0,066
	0,15
	105
	105,3
	106,4
	0,103
	0,22
	140
	140,3
	141,2
	0,14
	0,29
	175
	175,2
	175,6
	0,177
	0,37
	220
	219
	225,4
	0,22
	0,46
Tabela 2 - Medições em uma carga linear.
3. ATIVIDADE 2
Monte o circuito mostrado na figura 2, utilizando os voltímetros e amperímetros com as escalas apropriadas. NÃO ENERGIZE O CIRCUITO SEM TER CERTEZA DA CORRETA MONTAGEM. Cuidar as regulagens dos multímetros! 
Obs.: Foi utilizada uma resistência de 250 Ohms ao invés de 500 Ohms.
Figura 2 - Medições de uma carga não linear
Onde: 
V1 = Voltímetro digital (só mede valores eficazes). 
V2 = Voltímetro digital de valor eficaz verdadeiro (TRUE RMS).
A1 = Amperímetro digital (só mede valores eficazes).
A2 = Amperímetro digital de valor eficaz verdadeiro (TRUE RMS).
Ligue a fonte de tensão alternada e regule-a aos valores indicados na primeira coluna da tabela 3 (utilizando o voltímetro V1). Para cada valor de tensão anote as leituras dos instrumentos nos campos correspondentes.
	Uf(V)
	V1(V)
	V2(V)
	I1(A)
	I2(A)
	35
	35
	35,61
	0,015
	0,042
	70
	70,4
	71,4
	0,035
	0,083
	105
	105,5
	106,3
	0,055
	0,122
	140
	139,9
	140,7
	0,075
	0,16
	175
	175
	175,6
	0,095
	0,199
	220
	221
	226,7
	0,125
	0,255
Tabela 3 - Medições em uma carga não linear.
Com o auxílio de um osciloscópio, realize a medição da corrente de entrada quando a tensão de entrada for 220V. Anote o valor eficaz desta corrente, a corrente eficaz 0,253 A.
4. ATIVIDADE 3
 4.1 MEDIÇÃO COM LÂMPADAS FLUORESCENTES.
 
a) Medição 1: Lâmpada de 20 W com reator Convencional. 
Monte o circuito mostrado na Figura 3. Realize a configuração correta do DRANETZ para que seja possível realizar a medição do conteúdo Harmônico. Preencha a tabela 4. 
Figura 3 – Medição 1.
	Modelo Reator:
Convencional 36/40w
	FP Fabricante:
0,52
	FP Medido:
0,36
	
	Uf
	U₁
	U₃
	U₅
	U₇
	U₁₁
	U₁₃
	I₁
	I₃
	I₅
	I₇
	I₁₁
	I₁₃
	THDᵤ
	TDHᵢ
	220V
	212,7V
	5,34
	1,22
	1,05
	0,34
	0,17
	1,08
	15,71
	4,52
	2,32
	0,3
	0,06
	5,65
	16,52
	Potência Ativa: 83,33 W
	Potência Aparente: 235 VA
Tabela 4 – Valores Obtidos na Medição 1.
Realize também a medição de corrente com o osciloscópio. Observe a forma de onda obtida.
b) Medição 2: 2 Lâmpadas de 40W com reator Eletrônico. 
Monte o circuito mostrado na Figura 4. Realize a configuração correta do DRANETZ para que seja possível realizar a medição do conteúdo Harmônico. Preencha a tabela 5.
Figura 4 – Medição 2.
	
	Modelo Reator:
Eletrônico 2x40w
	FP Fabricante:
0,95
	FP Medido:
0,97
	
	Uf
	U₁
	U₃
	U₅
	U₇
	U₁₁
	U₁₃
	I₁
	I₃
	I₅
	I₇
	I₁₁
	I₁₃
	THDᵤ
	TDHᵢ
	220
	213,2
	5,16
	1,42
	1,11
	0,31
	0,21
	0,31
	17,45
	2,67
	1,44
	1,03
	0,41
	5,53
	18,11
	Potência Ativa: 72,5 W
	Potência Aparente: 75 VA
Tabela 5 – Valores Obtidos na Medição 2.
Realize também a medição de corrente com o osciloscópio. Observe a forma de onda obtida. 
c) Medição 3: 4 Lâmpadas Fluorescentes Compactas. 
Monte o circuito mostrado na Figura 5. Realize a configuração correta do DRANETZ para que seja possível realizar a medição do conteúdo Harmônico. Preencha a tabela 6.
Figura 5 – Medição 3.
	Modelo Reator:
Eletrônica – 15W
	FP Fabricante:
0,5
	FP Medido:
0,66
	
	Uf
	U₁
	U₃
	U₅
	U₇
	U₁₁
	U₁₃
	I₁
	I₃
	I₅
	I₇
	I₁₁
	I₁₃
	THDᵤ
	TDHᵢ
	220
	199,5
	5,85
	0,94
	0,87
	0,29
	0,04
	0,48
	68,24
	35,13
	22,8
	9,56
	12,79
	6,07
	84,81
	Potência Ativa: 
	Potência Aparente: 
Tabela 6 – Valores Obtidos na Medição 3.
Realize também a medição de corrente com o osciloscópio.
5. ATIVIDADE 4
 5.1 MEDIÇÃO COM MIT ACIONADO POR UM INVERSOR DE FREQUÊNCIA. 
Neste experimento será realizada a medição das principais características elétricas do alimentador quando é utilizado um inversor de frequência para acionar um Motor de Indução Trifásico. Serão feitas medições em regime permanente do sistema mostrado na Figura 6. 
ATENÇÃO: 
- Realizar com cuidado a ligação do conjunto Motor + Inversor. Indispensável utilizar proteção e deve-se verificar o tipo de Ligação (delta ou estrela); 
- O Motor deve ser acionado para operar com sua velocidade nominal a vazio. 
- Anotar a forma de ligação utilizada no motor e suas principais características.
Figura 6 – Montagem do sistema.
Antes de ligar, preencha as tabelas 7 e 8, referentes às especificações do motor e do inversor de frequência.
	FABRICANTE
	WEG
	POTÊNCIA (KV e CV)
	1,1/1,5 CV
	ALIMENTAÇÃO
	220/380 V 
	VELOCIDADE
	1715 RPM
Tabela 7 – Especificações do MIT.
	FABRICANTE
	Telemecanique
	MODELO
	ATU31HV55NHA
	ALIMENTAÇÃO
	380/500 V
	POTÊNCIA
	5,5 HP
Tabela 8 – Especificações do Inversor de Frequência.
Após montar o conjunto MIT + Inversor,teste o circuito acionando o motor até atingir a sua velocidade nominal. Depois, desligue a energização da bancada e ligue o DRANETZ na configuração correta para obter as correntes e tensões nas fases A, B e C. É muito importante utilizar o manual do DRANETZ 4300 para verificar a correta forma de ligação. 
Em seguida, ligue todos os equipamentos e em regime permanente realize as medidas solicitadas nas tabelas a seguir.
	Parâmetro
	Abreviação
	Screen
	Fase A
	Fase B
	Fase C
	ABC
	Volts RMS
	V
	1
	209,6
	208,8
	205,9
	208,8
	Amps RMS
	I
	1
	0,46
	0,5
	0,31
	1,81
	Watts
	W
	1
	20,28
	51,24
	60,41
	132,2
	Volt-Amps
	VA
	1
	72,89
	139,9
	164,3
	376,9
	Volt-Ampes Reactive
	VAR
	2
	-83,64
	-112,5
	-137,1
	-333,3
	Power Factor (TRUE)
	PF
	2
	0,31
	0,38
	0,40
	0,57
	Voltage Frequency
	Hz
	2
	60,0
	60,0
	60,0
	60,0
	Voltage Umbalance
	Vunb%
	2
	0%
	0%
	0%
	3,12
	Volts, Total Harmonic Distortion
	Vthd
	3
	5,64
	5,58
	5,72
	5,72
	Amps, Total Harmonic Distortion
	Ithd
	3
	144,2
	250,4
	177,4
	250,4
	Current Crest Factor
	Icf
	3
	4,58
	5,37
	4,15
	5,36
	k-Factor
	KF
	3
	310,8
	1,392 K
	641,7
	0
	Demand
	Dmd
	4
	39,39
	29,39
	63,62
	132,4
	Energy
	WHR
	4
	-8,396 K
	13,76 K
	-7,912 K
	-4,667 K
Tabela 9 – Valores Obtidos na Medição Geral.
ANÁLISE HARMÔNICA:
	FASE A
	Uf
	U₁
	U₃
	U₅
	U₇
	U₁₁
	U₁₃
	I₁
	I₃
	I₅
	I₇
	I₁₁
	I₁₃
	THDᵤ
	TDHᵢ
	210,3
	
	5,6
	1,37
	1,22
	0,34
	0,25
	154,6
	62,48
	62,45
	57,69
	48,85
	46,37
	5,96
	180,5
	FASE B
	Uf
	U₁
	U₃
	U₅
	U₇
	U₁₁
	U₁₃
	I₁
	I₃
	I₅
	I₇
	I₁₁
	I₁₃
	THDᵤ
	TDHᵢ
	217,7
	
	5,77
	1,32
	0,58
	0,54
	0,32
	160
	77,78
	80,14
	71,03
	67,06
	68,15
	5,67
	233,1
	FASE C
	Uf
	U₁
	U₃
	U₅
	U₇
	U₁₁
	U₁₃
	I₁
	I₃
	I₅
	I₇
	I₁₁
	I₁₃
	THDᵤ
	TDHᵢ
	202,5
	
	5,84
	0,99
	0,64
	0,23
	0,17
	385
	9,29
	79,1
	77,97
	63,89
	72,77
	6,22
	180,5
Tabela 10 – Valores das Harmônicas Obtidas em cada fase.
6. QUESTIONÁRIO
6.1 ATIVIDADE 1:
1 – Com relação aos resultados obtidos na tabela 2, existe alguma diferença entre os resultados obtidos com os dois tipos de multímetros? Justifique.
Sim, o multímetro truerms obteve valores menores tanto de tensão quanto de corrente em relação aos obtidos no multímetro normal. Isto se deve ao fato da tensão fornecida pelo varivolt não ser uma senoide pura, e o multímetro normal obtém valores corretos apenas no caso de uma onda senoidal pura.
6.2 ATIVIDADE 2:
2– Com relação aos resultados obtidos na tabela 3, existe alguma diferença entre os resultados obtidos com os dois tipos de multímetros? Justifique.
Sim, novamente para valores de tensão e corrente obtidos no multímetro truerms foram menores que no multímetro normal, neste caso a corrente devido a presença do diodo foi aproximadamente 50% menor, e como se comprovou via osciloscópio a corrente obtida pelo truerms é realmente a correta.
3- É possível detectar a presença de conteúdo harmônico com os medidores utilizados?
Sim, pois o fato de os valores serem diferentes entre os multímetros mostra que a tensão fornecida pelo varivolt não é uma senoide pura, possuindo assim um nível de harmônicas.
6.3 ATIVIDADE 3:
4– Com os resultados obtidos na tabela 4, é possível verificar a presença de conteúdo Harmônico? O que se conclui com relação ao Fator de Potência encontrado?
Sim, percebeu-se uma taxa de harmônica total de corrente de 3,74% e de tensão de 2,6%. O fator de potência foi menor que o informado pelo fabricante, dando um valor muito baixo, de 0,32, ou seja, apesar da taxa relativamente baixa de conteúdo harmônico há um grande deslocamento da corrente em relação à tensão.
5- Com os resultados obtidos na tabela 5, é possível verificar a presença de conteúdo Harmônico? O que se conclui com relação ao Fator de Potência encontrado?
Com o reator eletrônico há uma presença maior de conteúdo harmônico, da ordem de 28% para a corrente e 2,67% na tensão, em compensação o fator de potência encontrado foi próximo (maior) que o informado pelo fabricante, foi de 0,97, percebendo-se que apesar do alto conteúdo harmônico há pouca defasagem da corrente em relação à tensão, causando um alto fator de potência.
6- Analisando os valores da tabela 6, quais os possíveis impactos da utilização das lâmpadas ditas como econômicas para o sistema de alimentação? Justifique sua resposta levando-se em conta os resultados obtidos.
As lâmpadas econômicas injetam altos valores de conteúdo harmônico na alimentação, as 4 lâmpadas utilizadas no experimento causaram uma distorção de 112% em relação a corrente, e como foi percebido através da forma onda via osciloscópio, a corrente encontrava-se completamente distorcida, ou seja, causando uma grande deformação na forma de onda da alimentação.
6.4 ATIVIDADE 4:
7 – Qual as vantagens e desvantagens de se utilizar um inversor de frequência para acionar um MIT.
Vantagens: 
Permitem o controle de velocidade do motor mantendo o torque constante.
A conversão de velocidade constante para velocidade variável gera uma diminuição no consumo de energia.
O inversor pode alcançar uma eficiência superior a de 90% às velocidades altas e com cargas aplicadas no mesmo.
Com o uso do Inversor o motor não gera cargas de alta inércia o motor é acelerado e desacelerado gradativamente.
Desvantagens:
Maior aquecimento do material magnético e efeito Skin nos condutores devido às harmônicas temporais, reduzindo a eficiência do motor.
Maior estresse mecânico devido aos torques pulsantes, consequentes dos campos magnéticos girantes produzidos no estator em sentidos opostos (dependente da ordem da harmônica temporal).
Deterioração do isolamento devido aos picos de tensão em inversores de fonte de corrente.
8- Imagine uma indústria que utilize 60 motores iguais ao utilizado na atividade 4, todos acionados por inversores de frequência. É possível prever algum diagnóstico sobre a Qualidade de Energia que esta indústria teria com base nos resultados obtidos nas tabelas 9 e 10?
Pode-se afirmar que a indústria provavelmente teria problemas devido ao alto conteúdo harmônico que seria produzido, seria necessária a instalação de filtros harmônicos para evitar multas com a concessionária de energia.