UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SO FRANCISCOCURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

Arquimedes de Castro GamaDaniel Simio Nunes OliveiraDenise Costa de ArajoLayse Ribeiro MascarenhasNilo de Oliveira Dantas Neto

3 Relatrio: Ensaio para Determinao do Rendimento e regulao

Juazeiro2015Arquimedes de Castro GamaDaniel Simio Nunes OliveiraDenise Costa de ArajoLayse Ribeiro MascarenhasNilo de Oliveira Dantas Neto

3 Relatrio: Ensaio para Determinao do Rendimento e regulao

Relatrio apresentado disciplina de laboratrio de Mquinas Eltricas ministrada pelo Prof. Dr. Edgardo Palomino.

Juazeiro2015Sumrio

1 Resumo .......................................................................................................... 42 Objetivo .......................................................................................................... 43 Introduo ...................................................................................................... 44 Procedimentos experimentais ........................................................................ 65 Resultados Experimentais ............................................................................. 76 Anlise do Transformador .............................................................................. 7 6.1 Representao Grfica de Rendimento ................................................. 7 6.2 Representao Grfica de Regulao de Tenso ................................. 8 6.3 Classificao do Transformador ............................................................. 8 6.4 Curva Diria Hipottica ........................................................................... 9 6.5 Rendimento Dirio em Energia de um Transformador .......................... 10 6.6 Regulao pelo Mtodo Analtico .......................................................... 107 Concluso ...................................................................................................... 118 Referncias bibliogrficas ............................................................................. 12

1 Resumo

A prtica realizada no laboratrio de mquinas eltricas tem como objetivo a verificao do desempenho de um transformador, atravs da mensurao do rendimento e regulao de tenso do mesmo. Essas duas grandezas so de extrema importncia para transformadores de potncia e distribuio.Palavras chave: transformador, regulao de tenso, rendimento;

2 Objetivo Este ensaio tem como objetivo principal verificar o rendimento e regulao de tenso de um transformador aps uma srie de variaes de uma carga conectado nos terminais do secundrio.

3 Introduo

Rendimento Os transformadores, como qualquer outra mquina eltrica ou dispositivo de transformao de energia, possuem perdas de tal forma que somente entrega-se a sada uma parte da energia aplicada na entrada. Como verificado em outros dispositivos, o rendimento em um transformador definido como a razo entre a potncia til na sada pela potncia aplicada na entrada. Portanto, pode ser representada pela expresso (1):

(1)

O rendimento observado para um transformador est intimamente ligado a aplicao para o qual o mesmo foi projetado. Para o caso presente, o transformador utilizado de distribuio, onde so projetados para operar sob condies de frequncia e tenso eficaz constante. Desta forma, o rendimento e a regulao de tenso possuem uma importncia fundamental para os presentes transformadores. De forma geral, para transformadores reais, os rendimentos encontrados so muito altos, de forma que os valores medidos sejam muito prximos superando-se assim a classe de preciso dos instrumentos de medida. Nesses casos, utiliza-se um processo indireto para obteno do rendimento. A expresso que permite o clculo do rendimento pelo processo indireto a seguinte: (2)Regulao de TensoTransformadores de potncia e de distribuio fornecem com muita frequncia potncia as cargas projetadas para operar com tenses constantes, independentemente do regime de corrente ser leve ou pesado. Ou seja, quanto maior a carga ligada a rede, maior ser a demanda de corrente. Essa corrente elevada fornecida por um transformador de energia eltrica, no pode provocar uma queda de tenso maior do que 10% sob a carga. Para evitar essa queda de tenso, ocasionado pelo aumento da carga na rede eltrica, emprega-se um transformador de distribuio projetado com uma pequena impedncia de disperso. A regulao de tenso a ferramenta utilizada para identificar essa caracterstica. A expresso que representa a regulao de tenso dada por: (3)Onde E2 a tenso a vazio e V2 a tenso com carga nominal.Rendimento em energia As concessionrias de energia utilizam esse mtodo para calcular o rendimento de transformadores quanto a sua energia diria. O rendimento considerado em n intervalos de tempo de potncia constante. A expresso que descreve o mtodo referido mostrada abaixo. Sendo,

4 Procedimentos Experimentais

Para a realizao do ensaio foi utilizado um transformador monofsico com as seguintes caractersticas: potncia nominal de 240 VA, frequncia de operao em 60 Hz, relao de tenso 220/48 V. Materiais utilizados Voltmetro com escala apropriada Transdutor de corrente para tenso Transdutor de tenso para tenso Osciloscpio 2 cargas resistivas variveis A figura 1 mostrada abaixo representa o esquema utilizado na montagem dos equipamentos para a realizao do terceiro ensaio (o wattmetro no foi utilizado no experimento).

As duas cargas resistivas foram conectadas em paralelo no terminal secundrio do transformador (baixa tenso), e em seguida foi aplicada uma tenso de entrada no primrio. Logo aps, foram observados as medidas aferidas pelo transdutor de corrente para tenso e pelo voltmetro. medida que as cargas foram sendo variadas, as medidas do transdutor (observadas no osciloscpio) e voltmetro foram mensuradas. O processo para mensurao foi realizado tanto no primrio quanto no secundrio.

5 Resultados experimentais A tenso nominal foi aplicada no enrolamento primrio (alta tenso) do transformador e foi aferido o valor de corrente e tenso (tanto no primrio quanto no secundrio) para cada variao das cargas conectadas em paralelo no enrolamento secundrio (baixa tenso). Os valores das tenses, correntes, potncias, rendimentos e regulaes obtidos durante o ensaio, podem ser observados na tabela 1 mostrada abaixo.

Tabela 1 Dados obtidos no ensaioV1I1P1V2I2 (A) P2%Reg%

220 V0,267 A58,74 W56,92 V1,064 A60,56 W85,7024,1447,35

221,6 V0,272 A60,28 W49,56 V1,530 A75,30 W88,2412,8716,85

220,4 V0,411 A90,56 W49,28 V1,706 A84,07 W89,2712,3816,10

220,6 V0,595 A131,19 W48,78 V2,506 A122,24 W92,3611,4811,40

220,8 V0,724 A159,95 W48,16 V3,023 A145,59 W93,5110,349,75

6 Anlise do Transformador

6.1 Representao Grfica de Rendimento Com posse dos rendimentos obtidos atravs da expresso da forma indireta, onde foram necessrios os parmetros encontrados no ensaio de curto circuito (Po=4,99 W, R2=3,06 e Icc=1,16 A), pode-se traar um grfico (% x I2) para o transformador utilizado no ensaio. O grfico pode ser visualizado na figura 2 abaixo.

6.2 Representao Grfica de Regulao de Tenso Atravs da tenso a vazio (E0 = 43,18 V) obtida no segundo ensaio, pode-se obter todos os valores correspondentes de regulao de tenso para cada variao de carga. Desta forma, com base nos dados da tabela 1, uma representao grfica do tipo (% x I2) pode ser visualizada pela figura 3.

6.3 Classificao do TransformadorAnalisando a representao grfica apresentada na figura 2 para rendimento (% x I2), observa-se que o referido transformador utilizado no ensaio de distribuio, visto que seu rendimento reduz medida que a corrente no secundrio diminui, ou seja, medida que a carga aumenta seu rendimento reduz. Caso fosse um transformador de fora, os rendimentos seriam de ordens grandes.

6.4 Curva Diria Hipottica Supondo que um transformador hipottico possui os dados apresentados na tabela 2 abaixo, pode-se realizar a curva de carga diria e o rendimento dirio em energia do referido transformador.

Tabela 2 Dados para realizao do rendimento dirio em energiaIntervalosHsPccPoE2h

00-04423,084,99945,2

04-10623,084,991212,6

10-16623,084,991212,6

16-20423,084,99546,96

20-24423,084,99188,64

Total24553,92-4106

Para uma melhor observao, as cargas utilizadas para a representao grfica foram as mesmas utilizadas no ensaio. Cada intervalo de tempo corresponde utilizao de uma carga em especifico. Sendo assim, o grfico em questo pode ser visualizado na figura 4.

6.5 Rendimento Dirio em Energia de um Transformador O rendimento dirio para o transformador em questo pode ser obtida atravs da expresso (4) (com 5 intervalos de tempo):

% = 85,48%

Ou seja, o rendimento dirio para uma variao de carga em 5 perodos de 80,32%.

6.6 Regulao pelo Mtodo Analtico Com os parmetros R2 e X2 encontrados no ensaio 2 de curto circuito para o transformador trabalhado, pode-se calcular a regulao de forma analtica. Os valores encontrados para os respectivos parmetros foram R2 = 3,060 e X2 = 8,2 . A equao (5) abaixo permite o clculo das regulaes.

(5)

Aplicando as correntes e parmetros na expresso acima, chega-se nos dados apresentados na tabela 3 mostrada abaixo.Tabela 3 Regulaes de tenses pelo mtodo analticoI2 (A)Reg(%)

1,06411,74

1,53016,89

1,70618,84

2,50627,67

3,02333,38

7 Concluso

Atravs do ensaio realizado no laboratrio de mquinas, verificou-se a extrema importncia na determinao do rendimento e regulao de tenso para a anlise de um transformador. Com os rendimentos obtidos, constatou-se que o transformador utilizado para o ensaio (220 V no primrio e 48 V no secundrio) possui um rendimento mdio de 93,57 %, ou seja, o ransformador possui apenas 6,43% de perdas e desta maneira est dentro das especificaes esperadas pela teoria. Em relao a regulao de tenso, esperava-se um valor baixo de variao de tenso nos terminais do secundrio, porm a mdia encontrada foi de aproximadamente 14,24 %. Isso significa que o transformador ensaiado possui uma grande variao de tenso ao alternar entre os estados de vazio e plena carga. Dessa forma, temos que os dados apresentados para a regulao de tenso fogem do esperado para o ensaio praticado no laboratrio de mquinas eltricas.

8 Referncias Bibliogrficas

DEL TORO, Vicent, Fundamentos de Mquinas Eltricas (Livros Tcnicos e Cientficos Editora).KOSOW, I. L. Mquinas eltricas e transformadores. 15. ed. So Paulo: Globo, 2005.

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