TRANSFORMADORES – ENSAIOS DE CURTO E A VAZIO. Objetivo

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Nota:
) Prova
( ) Prova Semestral
) Exercícios
( ) Prova Modular
) Segunda Chamada
( ) Exame Final
) Prática de Laboratório
) Aproveitamento Extraordinário de Estudos
Disciplina:
Professor:
Turma:
Data:
Aluno (a):
Experiência 02:
TRANSFORMADORES – ENSAIOS DE CURTO E A VAZIO.
Objetivo Geral:
- Conhecer o método mais utilizado para obter os parâmetros de um transformador de
tensão a partir de ensaios.
Objetivos Específicos:
− Realizar o ensaio de curto-circuito com as medições da corrente, tensão e
potência;
− Realizar o ensaio a vazio com as medições da corrente, tensão e potência;
− Utilizar o circuito equivalente do transformador para obtenção dos parâmetros do
transformador.
RESUMO DA TEORIA
O transformador possui um papel muito importante em sistemas de potência em
corrente alternada. Ele possibilita que a energia gerada e a transmissão desta energia
sejam realizadas em tensões mais adequadas, permitindo grande economia no sistema,
além de permitir que dispositivos sejam atendidos individualmente nas tensões corretas.
Também é largamente utilizado em circuitos de baixa potência, em circuitos
eletrônicos de baixas correntes e nos de controle. Executam funções como: casamento de
impedâncias entre fonte e carga, maximização da transferência de potência, isolação de
dois circuitos, ou ainda isolar apenas a corrente CC, mantendo a continuidade da CA
entre dois circuitos .
O circuito T, indicado na figura 1, é largamente utilizado e representa bem o
comportamento do transformador na maioria das aplicações. R e X são a resistência e
1
l1
a reatância de dispersão do enrolamento primário. R e X representam a resistência de
c
m
perdas no núcleo e a reatância de magnetização, em conjunto formam a impedância de
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magnetização Z , por onde circula a corrente de excitação I . R' e X' são a resistência
φ
φ 2
l2
e a reatância de dispersão do enrolamento secundário, referidas ao primário.
Figura 1 - Circuito Equivalente do
Transformador - Modelo T.
Estes parâmetros podem ser obtidos em ensaios simples, se algumas simplificações
forem feitas no circuito da figura 1.
Ensaio de Curto-circuito
Neste ensaio, os terminais do secundário são curto-circuitados, e no primário é
aplicado uma tensão alternada, de modo que a corrente não ultrapasse seu valor nominal
(dado de placa). Como a impedância de magnetização possui um valor muito superior aos
valores das duas impedâncias em série, a corrente de excitação é muito pequena,
podendo ser desprezada.
Esta consideração implica no mesmo que utilizar uma simplificação do modelo T, o
modelo L (também conhecido como Cantilever, em inglês), mostrado na figura 2, que
desloca o ramo de magnetização para a direita ou
esquerda, permitindo somar as
reatâncias do primário e do secundário. Como o ramo de magnetização na figura 2b está
em paralelo com um curto, a corrente que passa por ele é nula.
Utilizar o lado de alta tensão como primário implica em medidas mais confiáveis, pois
um pequeno valor de tensão aplicado ao primário é o suficiente para que a corrente atinja
valor nominal.
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Figura 2 - Ensaio de Curto-circuito. a) Modelo T e b) Circuito equivalente
simplificado, modelo L.
Medindo a tensão V , a corrente Icc e a potência ativa P (o índice cc refere-se ao ensaio de
cc
cc
curto-circuito) é possível calcular os parâmetros:
∣Z eq∣=
Req =
V cc
I cc
P cc
I 2cc
2
X eq= ∣
∣Z eq∣− Req
Ensaio a Vazio
Neste ensaio o lado do secundário fica em vazio enquanto tensão nominal é
aplicada no lado do primário. É recomendado que o lado de baixa tensão seja escolhido
como o primário, o que facilita sua alimentação com tensão nominal.
Como a impedância do ramo de magnetização Z é muito maior que a impedância
φ
formada pela resistência do enrolamento do primário e pela reatância de dispersão, a
queda de tensão que ocorre em R + X é muito pequena, e pode ser desprezada.
1
l1
Fazer isto implica em adotar o circuito equivalente simplificado da figura 3, conhecido
como modelo L. Como os terminais do secundário estão em aberto, toda corrente circula
pelo ramo de magnetização.
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Figura 3 - Ensaio a Vazio. a) Modelo T e b) Circuito equivalente
simplificado, modelo L
Medindo a tensão Voc, a corrente Ioc e a potência ativa Poc (o índice oc refere-se
ao ensaio a vazio, do inglês open circuit) é possível calcular os parâmetros:
∣Z φ∣=
Rc =
V oc
I oc
V 2oc
P oc
X m=
1
2
2
∣∣ ∣∣∣
1
1
−
∣Z φ∣
Rc
PARTE EXPERIMENTAL
Material necessário por equipe:
01 Transformador monofásico
01 Varivolt
01 Wattímetro
02 Amperímetro
02 Voltímetro
12 Cabos longos com pinos bananas nos terminais
a) PRIMEIRA PARTE – Ensaio de Curto-circuito
No lado de alta tensão do transformador conecte adequadamente um wattímetro, um
amperímetro e um voltímetro. Conecte um amperímetro no lado de baixa tensão,
provocando um curto circuito.
Certifique-se de que o varivolt esteja com tensão nula em sua saída e o conecte ao
lado de alta tensão do transformador.
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Acompanhe a leitura dos amperímetros e aumente gradativamente a tensão do
varivolt, até que os amperímetros indiquem corrente nominal.
Anote os valores lidos:
Pcc: _______________ W
Icc: _______________ W
Vcc: _______________ V
b) SEGUNDA PARTE – Ensaio a Vazio
No lado de baixa tensão do transformador conecte adequadamente um wattímetro,
um amperímetro e um voltímetro. Conecte um voltímetro no lado de alta tensão.
Certifique-se de que o varivolt esteja com tensão nula em sua saída e o conecte ao
lado de baixa tensão do transformador.
Acompanhe a leitura dos voltímetros e aumente gradativamente a tensão do varivolt,
até que os voltímetros indiquem tensão nominal.
Anote os valores lidos:
Poc: _______________ W
Ioc: _______________ W
Voc: _______________ V
b) TERCEIRA PARTE – Cálculo dos Parâmetros
Com os valores obtidos nos ensaios, calcule as resistências R e R dos dois
1
2
enrolamentos, as reatâncias de dispersão X e X , a reatância de magnetização X e a
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l2
m
resistência de perdas no núcleo R .
c
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Referências Bibliográficas:
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FITZGERALD, Arthur E.; KINGSLEY, Charles; UMANS, Stephen D., Máquinas
elétricas. 6.ed. PORTO ALEGRE: Bookman, c2006. 648p.
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