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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITCNICA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA ENG C54 - LABORATRIO INTEGRADO VI Professor: Aurino Almeida Filho INVESTIGAO PRTICA N 01

1. TTULO

Transformador real a vazio e em curto circuito

2. FINALIDADE A presente investigao prtica tem por finalidade explorar no laboratrio os seguintes pontos: ensaios de rotina de transformadores de fora e de distribuio; as principais caractersticas do funcionamento em vazio e em curto circuito, sob tenso varivel aplicada ao

transformador, tais como (a tenso deve estar sempre na ordenada e as demais grandezas na abcissa): relao de transformao a resistncia primria R1 = dever ser medida no laboratrio corrente de excitao V = f(Io) corrente magnetizante V = f(Im) corrente de perdas V = f(Ip) perdas V = f(Po) potncia aparente V = f(So) potncia reativa V = f(Qo) fator de potncia V = f(COSo) impedncia de excitao V = f(Zo) resistncia dos enrolamentos R1 e R2 corrente primria I1 (V1k) componente ativa I1 (V1k) componente reativa I1L (V1k) corrente secundria I2 (V1k) perdas Pk (V1k) potncia aparente Sk (V1k) potncia reativa Qk (V1k) fator de potncia cosk (V1k) impedncia de curto circuito Zk (V1k)

Para cada curva obtida direta ou indiretamente, dever ser explicado o porque da forma de cada curva, em funo, dos fenmenos estudados em aulas tericas. Saturao, perdas por histerese, por correntes de Foucault, hmicas, etc., devero ser exploradas em toda a extenso das curvas obtidas.

3. TRAADO DAS CURVAS Com exceo das curvas do fator de potncia (p.u. x Volts) e da impedncia de excitao (Ohms x Volts), todas as outras devero ser traadas em p.u. nos dois eixos coordenados. Assim que, para tenso nominal no ensaio a

vazio(1 p.u.) e V1k 1 p.u.) no ensaio em curto, as medidas de Io, Po, COSo, Ik , Pk e cosk tm valores determinados. Os valores acima e abaixo, tero que ser tabelados e traados em p.u. na base dos valores nominais. Desta maneira, Ensaio a vazio:

Im = Ion SENon

Ipn = Ion COSon Son = V1n Ion Qon = V1n Ion SENon

Para outros valores de V1 diferentes de V1n e de Io diferentes de Ion, viro as equaes:

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Im = Io SENo

Ip = Io COSo So = V1 Io Qo = V1 Io SENo

Os valores relativos em p.u. sero obtidos dividindo-se as grandezas encontradas pelos seus valores nominais (Imn, Ipn, Son, Qon, Ion e Pon).

As curvas Zo (V1) e COSo (V1) no devero, como foi dito, serem traadas em p.u.. Ensaio em cuto circuito:

I1n = I1kn coskn I1Ln = I1kn senkn Skn = V1kn I1kn Qkn = V1kn I1kn senkn , etc.

Para outros valores de V1k diferentes de V1kn , as equaes acima so escritas da seguinte forma:

I1 = I1k cosk I1L = I1k senk Sk = V1k I1k , etc.

Para determinao dos valores relativos em p.u. basta divid-los pelos correspondentes valores nominais: I1n , I1Ln , Skn , Qkn , I1kn , I2kn , Pkn .

As curvas de Zk (V1k) e cosk (V1k), no devero, como foi dito, serem traadas em p.u.. Em todas as curvas, devero ser marcados na caracterstica e nos eixos coordenados os valores nominais, isto , correspondentes a V1n e V1kn.

4. EFEITOS DA SOBRE-EXCITAO Chamando V1 a tenso aplicada, E1 a fora contra-eletromotriz induzida, N1 o nmero de espiras no enrolamento primrio, f a frequncia da rede, max o fluxo mximo no ncleo, Bmax a densidade mxima de fluxo no ferro e S a seo til no ncleo, tem-se:

V1 = - E1 = k N1 f max = k N1 f Bmax S (1) Assim,

Bmax = k (V1/f) (2) Isto , para manter a mesma densidade de fluxo no ncleo variando-se V1, deve-se variar f na mesma proporo. Aumentando-se Bmax alm de 5 % sem elevar-se f, o transformador considerado com sobre-excitao. Nesta experincia o transformador sob ensaio grandemente sobre-excitado, provocando grande saturao e consequentemente um grande valor de Io, pois a frequncia mantida constante. As perdas em vazio so dadas por::

Po = Ph + Pf + R1 (Io)2 (3) onde a parcela R1 (Io)

2, desprezvel para V1 = V1n, torna-se substancial quando a sobre-excitao expressiva. Como Bmax aproximadamente proporcional a V1(expresso (1)), as influncias da sobre-excitao sobre Ph, Pf e

consequentemente sobre Io e COSo, so facilmente analisadas, pois, as perdas por histerese e devido s correntes de Foucault so, respectivamente, dadas pelas equaes: Ph = f Bmax V

(4) Pf = (2 f2 B2max V 2)/ 6

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5. PROPORCIONALIDADE ENTRE AS PERDAS EM CURTO CIRCUITO E A TENSO DE CURTO CIRCUITO Como as perdas no ferro, sejam por histerese ou devidas s correntes de Foucault, so proporcionais ao quadrado da densidade de fluxo e portanto, neste caso, proporcionais ao quadrado da tenso de curto circuito, os valores de Pk

so tambm proporcionais ao quadrado de I1k (ou I2k ).

Devido ao fato da tenso de curto circuito ser uma pequena parcela da tenso nominal, as perdas no ferro so desprezadas no ensaio em curto circuito.

6. MONTAGEM DO CIRCUITO

6.1 A vazio.

6.2 Em curto circuito.

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7. QUESTES A SEREM RESPONDIDADAS

7.1 Determinar a resistncia do lado de baixa tens o do transformador, considerando o valor medido da resistncia do lado de alta e comparar co m o valor medido de R2. Explicar possveis diferenas. 7.2 Determinar os valores, hmico e percentual, das reatncias de magnetizao primria e secundria considerando que o transformador foi bem projetado. 7.3 Determinar os valores, hmico e percentual, da resistncia que representa as perdas no ncleo. 7.4 Determinar os valores, hmico e percentual, da reatncia de magnetizao. 7.5 Determinar as perdas no ncleo e as perdas no c obre em valores absolutos e percentuais. 7.6 Traar a caracterstica da regulao a plena ca rga em funo do fator de potncia da carga, cos = 0 (indutivo) at cos = 0 (capacitivo). 7.7 Traar a curva de regulao para cos = 0,8 (indutivo) de zero at 150% da carga nominal . 7.8 Traar a curva de eficincia ao fator de potnc ia unitrio, de zero at 200% da carga nominal. Esboar a curva (tracejada) at o valor da corrente de curto circuito. 7.9 Determinar o rendimento para carga nominal e pa ra meia carga. 7.10 Calcular a carga de mxima eficincia do trans formador. 7.11 Traar a curva de relao de transformao do transformador, usando o ensaio a vazio e usando o ensaio de curto circuito. Explicar as even tuais diferenas.

8. ATENO! Ao serem mudadas as escalas do voltmetro e do ampermetro, verificar se as escalas, no o deslocamento do ponteiro, do wattmetro so compatveis com as tenses e correntes. Cuidado para no danificar o ampermetro no instante de energizao. Devero ser curto circuitados os terminais do ampermetro no instante da energizao, pois a corrente transitria de energizao de um transformador se situa entre 6 e 20 vezes a nominal! Nos transformadores comerciais, no se pode provocar sobre-excitaes superiores a 10% e sobre-correntes superiores a 30%, sob pena de causar falhas no isolamento e aquecimento demasiado nas unidades.

9. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS Fitzgerald, A.E. e Kingsley Ch. Jr. - Electric Machinery. Sen, P. C. (1997). Principles of Electric Machines and Power Electronics, ed., John Wiley & Sons, Inc. Fouill, A. - Electrotchnique a lUsage des Ingnieurs - Dunod Kostenko, M. e Piotrovsky, L. - Electrical Machines - Mir Publishers Kosow, I. L. Mquinas Eltricas e Transformadores Editora Globo Del Toro, Vincent Fundamentos de Mquinas Eltricas Editora Prentice Hall do Brasil Ltda.