Gerador trifásico de baixo custo para o ensino de física

Abstract

Neste artigo apresentamos um aparato experimental, construído com materiais de baixo custo, para o estudo de geradores trifásicos e circuitos de corrente alternada. Com este aparatoé possível realizar diversos experimentos em regime c.a., os quais serão propostos no decorrer do artigo. Além disso, o aparato pode ser configurado para gerar diversas formas de onda com tensões de pico da ordem de 1 V. Assim, o estudante será capaz de observar efeitos de distorção harmônica do sinal do gerador e a sua influencia na potência média máxima transferida. O aparato também pode ser usado como uma ferramenta demonstrativa auxiliando na compreensão fenomenológica da lei de indução de Faraday e pode ser usado tanto em laboratórios de ensino quanto em salas de aula. Palavras-chave: gerador trifásico, circuitos em c.a., distorção harmônica, experimento demonstrativo.In this paper we present an experimental set up, built with low cost materials, for studying three-phase generators and alternating current circuits. The setup allows several experiments in c.a. regime to be carried out, which will be proposed throughout the article. In addition, the setup can be arranged to generate several waveforms with peak voltages in the order of 1 V. The student can observe harmonic distortion effects of the generator signal and its influence on the maximum average power transferred. The setup can also be used as a demonstrative tool for assisting in the phenomenological understanding of Faraday's induction law and can be used in either classrooms or laboratories. Keywords: three-phase generator, a.c. circuits, harmonic distortion, demonstrative experiment. IntroduçãoA experimentaçãoé um componente essencial no ensino de ciências e engenharia. Diversos fenômenos e conceitos podem ser mais facilmente assimilados quando o aluno participa com regularidade em atividades experimentais [1]. Enquanto a experiência em sala de aulaé importante para compreensão dos fundamentos teóricos, a aprendizagem aplicada sobre o equipamentoé essencial para que o estudante tenha experiência com problemas reais.Existem várias condições necessárias para um bom aproveitamento em atividades de experimentação. A Associação Americana de Professores de Física elaborou uma lista de objetivos de aprendizagem para as atividades laboratoriais na qual indica as condições necessárias. Dentre as condições aponta- * Endereço de correspondência: renatomenegatti@usp.br. das está o envolvimento dos alunos nestas atividades [2]. Com as experiências "hands-on"os alunos também podem manusear e manipular, o que aumenta a motivação, a concentração, a autonomia na resolução de problemas e o gosto pela ciência [3,4].A eletricidadeé um ramo da física essencialmente experimental no qual as atividades práticas tem papel de destaque no desenvolvimento de diversas competências e habilidades. Nesse sentido, os laboratórios de ensino de eletricidade são fundamentais para o desenvolvimento do estudante, principalmente para os estudantes dasáreas tecnológicas, como a engenharia. No entanto, a cons...

Potência e força eletromotriz em um gerador didático de corrente alternada

“…Outro exemplo é a usina hidrelétrica de Itaipu, cujo gerador possui N = 80 polos e f m = 90 RPM (1,5 Hz) resultando em f el = 3600 RPM = 60 Hz [9]. Nas ilustrações das Figuras 1(a) e (b) a distância e o formato dos ímãs não favorecerão a uma onda senoidal da tensão [9,10]. Porém, quando as formas dos ímãs e bobinas são adequadas e a disposição destes no gerador estão de acordo com o projeto elétrico, haverá nestas condições uma tensão típica cuja forma se aproxima muito de uma senóide [7].…”

“…Teoricamente, o valor de P é máximo na condição dP/dt = 0, o que ocorre para R = r [10,11]. As linhas pretas representam a curva teórica de P em função de R, utilizando a Equação (11) para ambos os pontos experimentais em vermelho e azul.…”

Geradores elétricos monofásicos e trifásicos como suporte didático para o ensino de Eletromagnetismo

“…Estas oscilações surgem devido às diferentes configurações de campo magnético existente quando se varia a distância entre os ímãs. Azevedo et al (2017) observaram que ao se modificar a configuração de ímãs, apareciam formas de onda semelhantes aos da Fig. 10.…”

“…A apresentação de experiências em sala de aula facilita a diminuição da barreira que existe no aprendizado de todas as áreas da ciência, e faz com que os alunos adquiram um novo comportamento. Estes tornam-se mais interessados e participativos no ambiente escolar e o trabalho do professor fica mais agradável e produtivo (AZEVEDO, 2017;ALVES, 2019).…”

Correção de distorções harmônicas em sistemas elétricos através de interferência destrutiva

“…A plataforma experimental utilizada para geração e observação das distorções harmônicas foi desenvolvida pelo mesmo autor e publicado na Revista Brasileira de Ensino em Física [9]. Basicamente três bobinas de nylon com diâmetro de 15 mm e comprimento de 30 mm, enroladas com 1000 voltas de fio de cobre esmaltado (AWG 24) são posicionadas ao redor de um rotor defasadas em 120°c omo mostra a Fig.…”