Escola Politécnica da Universidade de São PauloDepartamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos - PSI

PSI324 – Laboratório de Instrumentação Elétrica

Experiência 4 – Potência e Fator de Potência

22/09/2020Aula Online: 8h às 10hs

Prof. Leopoldo Yoshioka / Manuel Cid

15/09/2020 – PSI3214 Laboratório de Instrumentação Elétrica

Prof. Leopoldo Yoshioka 1

Hoje vamos conhecer os conceitos de potência ativa, reativa e aparente, e fator de potência.

Vamos aprender a medir potência e fator de potência utilizando o wattímetro

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 15/09/2020 – PSI3214 Laboratório de Instrumentação Elétrica Prof. Leopoldo Yoshioka

O que é a potência elétrica?

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 15/09/2020 – PSI3214 Laboratório de Instrumentação Elétrica Prof. Leopoldo Yoshioka

Potência Elétrica

Taxa de energia transferida por um

circuito elétrico

watt [W][J/s]

é a

cuja unidade é

Exemplo: uma carga de 50Ωé conectado à uma rede elétrica de 127VRMS / 60Hz:

127VRMS60Hz:

50Ω

𝐼 =127

50= 2,54 𝐴𝑅𝑀𝑆

P = 𝑉𝑒𝑓. 𝐼𝑒𝑓 = 127.2,54 = 𝟑𝟐𝟐, 𝟔𝑾

I

P é a potência média fornecida pela rede elétrica

Como calcular a potência útil (ativa)?

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 15/09/2020 – PSI3214 Laboratório de Instrumentação Elétrica Prof. Leopoldo Yoshioka

Potência média

P = Vef.Ief

se a carga for resistiva

P = Vef.Ief.cosϕ

se a carga tiver elementos reativos

100% da energia transferida se transforma em energia útil

Somente uma parte de energia transferida se

transforma em energia útil

ϕ = 0°

V

I

ϕ = ̶ 60°

cosϕ = 1

V

I

cosϕ = 0,5

15/09/2020 – PSI3214 Laboratório de Instrumentação Elétrica Prof. Leopoldo Yoshioka Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

𝑉

መ𝐼

𝑍

𝑍 =𝑉

መ𝐼=𝑉𝑒𝑓

𝐼𝑒𝑓

𝜑Vamos utilizar a representação fasorial:

𝑉

መ𝐼

𝜑Z capacitivoመ𝐼 está adiantado(𝜑 < 0)

𝑉

መ𝐼

𝜑

Z indutivoመ𝐼 está atrasado(𝜑 > 0)

15/09/2020 – PSI3214 Laboratório de Instrumentação Elétrica Prof. Leopoldo Yoshioka Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

Quando a carga, Z, é reativa teremos 3 tipos de potência:

𝑷

𝑸

𝑷𝒂𝒑

(ativa)

(reativa)(aparente)

𝜑

𝑷𝒂𝒑 = 𝑽𝒆𝒇. 𝑰𝒆𝒇

𝑷 = 𝑽𝒆𝒇. 𝑰𝒆𝒇. 𝒄𝒐𝒔𝝋

𝑸 = 𝑽𝒆𝒇. 𝑰𝒆𝒇. 𝒔𝒆𝒏𝝋

𝑷𝒂𝒑𝟐 = 𝑷𝟐 + 𝑸𝟐

15/09/2020 – PSI3214 Laboratório de Instrumentação Elétrica Prof. Leopoldo Yoshioka Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

𝑷𝒂𝒑 é a potência total que deve ser fornecida pelo gerador

𝑷 é a parte da potência que realiza o trabalho

𝑸 é a parte da potência que não realiza o trabalho

𝑭𝑷 =𝑷

𝑷𝒂𝒑= 𝒄𝒐𝒔𝝋 > 𝟎, 𝟗𝟐 𝑨𝑵𝑬𝑬𝑳

15/09/2020 – PSI3214 Laboratório de Instrumentação Elétrica

Prof. Leopoldo Yoshioka 8

Rede Motor

Alimentação de motor:

M

15/09/2020 – PSI3214 Laboratório de Instrumentação Elétrica

Prof. Leopoldo Yoshioka 9

Rede Modelo do Motor

Alimentação de motor:

R

L

Ex.:

R = 100ΩL = 0,2H ωL = 2.π.60.0,2 =75,4

15/09/2020 – PSI3214 Laboratório de Instrumentação Elétrica

Prof. Leopoldo Yoshioka 10

127Vrms

60Hz

Alimentação de motor:

j75,4

100

መ𝐼 =127

100 + 𝑗75,4መ𝐼

𝑍 = 100 + 𝑗75,4

=127

125,2 < 37°

= 𝟏, 𝟎𝟏 < −𝟑𝟕°

127𝑉

1,01𝐴

37°

15/09/2020 – PSI3214 Laboratório de Instrumentação Elétrica

Prof. Leopoldo Yoshioka 11

127Vrms

60Hz

Alimentação de motor:

100

መ𝐼

127𝑉

1,01𝐴

37°

𝑃𝑎𝑝 = 127.1,01 = 128,3𝑉𝐴

𝑃 = 128,3𝑉𝐴. 𝑐𝑜𝑠37° = 102𝑊

𝑄 = 128,3𝑉𝐴. 𝑠𝑒𝑛37° = 77,2𝑉𝐴𝑟

𝐹𝑃 =102

128= 0,80

15/09/2020 – PSI3214 Laboratório de Instrumentação Elétrica

Prof. Leopoldo Yoshioka 12

Rede Carga

Medição de Potência e Fator de Potência:

V

A

𝑷𝒂𝒑 = 𝑽𝒆𝒇𝑰𝒆𝒇

15/09/2020 – PSI3214 Laboratório de Instrumentação Elétrica

Prof. Leopoldo Yoshioka 13

Rede Carga

Medição de Potência e Fator de Potência:

V

A

𝑷𝒂𝒑 = 𝑽𝒆𝒇𝑰𝒆𝒇

Wattímetro (Multisim)

P (potência ativa)Fator de Potência

15/09/2020 – PSI3214 Laboratório de Instrumentação Elétrica Prof. Leopoldo Yoshioka Escola Politécnica da Universidade de São Paulo