Força no entreferro - udesc

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA - DEE
LABORATÓRIO DE CONVERSÃO ELETROMECÂNICA DE
ENERGIA
Experimento 3 – Ensaios de eficiência e regulação de transformadores
1. OBJETIVO
Obtenção experimental da curva de eficiência e regulação de tensão para diferentes níveis de cargas de um
transformador monofásico.
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2. MATERIAIS UTILIZADOS
1 transformador
1 conjunto de resistores
2 voltímetro
2 amperímetro
2 wattímetro
3. PARTE TEÓRICA
a. Rendimento
A eficiência de qualquer sistema é a relação entre a potência de saída e a potência de entrada. O cálculo da
eficiência  pode ser feito a partir dos valores médios das potências de saída e entrada, considerando meio
período da onda. Mais fácil ainda é observar que a potência de saída é igual à potência de entrada menos as
perdas internas, isto é:
𝑃𝑠𝑎𝑖𝑑𝑎
𝑃𝑠𝑎𝑖𝑑𝑎
𝜂=
=
𝑃𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑃𝑠𝑎𝑖𝑑𝑎 + 𝑃𝑑𝑖𝑠𝑠𝑖𝑝𝑎𝑑𝑎(𝐶𝑢) + 𝑃𝑑𝑖𝑠𝑠𝑖𝑝𝑎𝑑𝑎(𝐹𝑒)
O rendimento de um transformador é quase sempre elevado, podendo chegar até 99%. A diferença entre
as potências ativas de entrada e saída pode ser bastante reduzida, superando por vezes a classe de precisão dos
instrumentos de medição. Nesta situação, faz-se necessário utilizar métodos para estimar as perdas
separadamente.
As perdas no ferro em vazio não dependem da carga. Estas perdas podem ser subdividas nas perdas por
correntes de Foucault e por histerese. Estas perdas podem ser obtidas diretamente pelo ensaio de circuito aberto.
As perdas no cobre dependem das resistências dos enrolamentos 𝑟1 e 𝑟2 ′. São conhecidas como perdas em
carga, e podem ser determinadas no ensaio de curto circuito.
Na prática ainda existem outras perdas adicionais ou suplementares. Estas perdas são produzidas, por
exemplo, pelo chaveamento do fluxo magnético nas estruturas externas (parafusos, caixas de aço, estruturas
metálicas e nos condutores). Além disto, têm-se as perdas dielétrica que ocorre pelas correntes de fuga nos
materiais isolantes e no óleo no qual o transformador está imerso.
b. Regulação
A regulação de tensão de uma máquina mede a variação de tensão em seus terminais devido à passagem
do regime a vazio para o regime em carga. Para o caso especifico de transformadores, a regulação mede a
variação de tensão, nos terminais do secundário, quando a este se conecta uma carga.
Com o transformador a vazio, no secundário tem-se a tensão E2, que passa para um valor 𝑉2 ao se ligar
uma carga. Se a regulação é boa, esta variação será pequena e vice-versa.
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ENERGIA
A variação Δ𝑉 = 𝐸2 − 𝑉2 depende da carga que se coloca no secundário e pode ser positiva ou nula,
sendo que seu valor é influenciado pela característica da carga conectada nos terminais. Em geral, a regulação
dos transformadores é definida para valor nominal da corrente e fator de potência da carga aproximadamente
unitário.
A regulação é dada relativamente a 𝑉2 e sua expressão em porcentagem é:
𝑅(%) =
|𝐸2 | − |𝑉2 |
× 100
|𝑉2 |
Para cargas resistivas e indutivas geralmente a magnitude da tensão na condição com carga é menor que
na condição a vazio. Neste caso, temos regulação positiva. No caso de cargas fortemente capacitivas, a
regulação pode ser nula ou negativa.
4. Ensaio
Para o transformador monofásico de valores nominais 500VA, 110V / 220V, 60Hz, para o qual foram
realizados os ensaios de circuito aberto e curto circuito:
a) Variar a carga desde zero até a potência nominal do transformador (conforme disponibilidade de cargas
do laboratório), mantendo a tensão de 220V na carga e medir tensão, corrente e potência ativa nos dois
lados do transformador.
5. Questões
a) Utilizando o circuito equivalente completo do transformador, e com os parâmetros que foram determinados
no ensaio de curto circuito e circuito aberto, supondo uma carga de 500W, com fator de potência unitário,
na tensão de 220V, calcule:
a. As perdas de potência ativa e reativa no transformador
b. A potência aparente suprida ao transformador
c. O fator de potência com que opera o conjunto (transformador + carga)
d. O rendimento e a regulação do transformador para cada nível de carga.
b) Com os valores obtidos no ensaio
a. Determinar o rendimento e a regulação do transformador para cada nível de carga.
b. Determinar a curva de rendimento do transformador em função da potência de carga.
c. Determina a corrente suprida a carga em função da potência de carga
d. Calcular o rendimento e a regulação de forma analítica supondo as cargas utilizadas no ensaio
e. Comparar os valores medidos com o cálculo analítico.
6.
a)
b)
c)
d)
AVALIAÇÃO
(1,0) Presença
(2,0) Ensaio de eficiência e regulação
(6,0) Questões eficiência e regulação
(1,0) Relatório
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