Alunos: Helen Velozo Vendrameto, Thiago Andrade Prado, Vinicius Muniz

Laboratório de Máquinas Elétricas

Experiência 1: Ensaio a vazio e em curto circuito em transformadores trifásicos

1. Objetivos

Aplicação dos procedimentos para a realização dos referidos ensaios de curto circuito e a vazio em transformadores trifásicos;

Analisar os dados obtidos, que representam o modelo de transformador em regime permanente.

2. Material Utilizado no Experimento

Transformador trifásico; Varivolt. Wattímetro; Amperímetro; Voltímetro; Cabos para as ligações;

3. Introdução Teórica

O transformador é uma máquina elétrica cuja aplicação consiste, basicamente, em adequar a tensão que se deseja obter na saída. Seu funcionamento esta baseado no conceito de indução eletromagnética, o qual afirma que, quando um circuito é submetido a um campo magnético variável, surge então uma corrente de intensidade proporcional as variações do fluxo magnético.

Nesta experiência serão realizados dois ensaios importantes, para definir as perdas no transformador e parâmetros de funcionamento, ensaio a vazio e ensaio de curto circuito.

O ensaio a vazio é realizado com o propósito de determinar as perdas que ocorrem no núcleo do transformador, tais como, perdas por histerese e perdas por correntes parasitas. Assim como os parâmetros do ramo de magnetização do circuito equivalente, Rm e XLm.

O ensaio de curto circuito tem como objetivo determinar os demais parâmetros do circuito, além das perdas joule, sob condições de carga nominal, pois neste ensaio é aplicada a corrente nominal do transformador.

4. Procedimento Experimental e Resultados

Os dados de placa do transformador utilizado na experiência, são apresentados na Tabela 1 a seguir.

Dados de placa

VTS =380 V VTI =220 V

ITS = 1,52 A ITI = 2,62 A

S =1 kV

A

T = 25 OC

Outras características:

Tabela 1: Parâmetros nominais do transformador

4.1 Ensaio em vazio

Neste ensaio o lado secundário do transformador fica aberto, ou a vazio, enquanto é aplicada a tensão nominal no primário.

O primário do transformador foi conectado em delta e o secundário em estrela e em aberto, tal como mostra a Figura 1.

Figura 1: Conexão do transformador para o ensaio a vazio

Energizando o circuito, elevando a tensão até 100V, foram medidas as tensões

no primário VTS e no secundário VT1, e com isso calculados os valores das relações de

tensão (KT) e de espiras (KN). Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 2.

VTI [V] VTS [V] KT KN

100

Tabela 2: Valores para determinação da relação de transformação

Elevando a tensão aplicada até seu valor nominal, foram coletados os parâmetros apresentados na Tabela 3, referentes ao lado secundário do transformador.

Io1 Io2 Io3

*Vo

WT

oSo

f.po.f

[A] [A] [A] [A] [V] [W] [VA

]

[Hz]

0,18

6

0,13

9

0,12

2

0,149 212,

48

29 51 0,56

86

60,0

1

Tabela 3: Grandezas medidas no ensaio a vazio

A partir dos dados apresentados na Tabela 3, o valor da corrente a vazio e sua porcentagem da nominal foram calculadas e os resultados são apresentados na Tabela 4, assim como foram calculados o fator de potência em vazio e os valores de Ip e Iq, que podem ser observados na Tabela 5, por fim, foram obtidos os parâmetros do ramo magnetizante, como mostra a Tabela 6.

I0 [A] I0%

0,149 9,8%

Tabela 4: Relação percentual entre a corrente em vazio e a nominal

FP0 IP [A] Iq [A]

0,5686 0,085 0,122

Tabela 5: Componentes da corrente em vazio

Sendo usado para preencher a tabela 5 a seguinte relação:

Onde é o ângulo do fator de potência.

Zm RmP XmP RmS XmS

[] [] [] [] []

1760,4 1443,5 1005,2

Tabela 6: Parâmetros do ramo magnetizante

Fórmulas dos parâmetros em paralelo:

Cálculo de Parâmetros em série:

4.2 Ensaio em curto circuito

Neste ensaio, os terminais do secundário são curto-circuitados, enquanto no primário é aplicada uma tensão alternada, de modo controlado com um Varivolt para que a corrente não ultrapasse o seu valor nominal.

Assim como no ensaio a vazio, o lado primário do transformador é conectado em delta, enquanto o secundário é ligado em estrela, tal como mostra a Figura 1, porém a saída deve ser ligada em curto circuito.

Elevando a tensão de alimentação até o limite da corrente nominal e anotando os respectivos valores da corrente de curto circuito do secundário, a Tabela 7 foi preenchida.

VCC

Volt

ICC

Ampère

2,93 1,033

3,22 1,094

3,29 1,245

4,86 1,785

6,3 2,307

7,38 2,626

Tabela 7: Grandezas para determinação da relação tensão corrente em curto-circuito.

Para o ponto referente as condições nominais do ensaio, a Tabela 8 foi preenchida.

VCCN ICCN WTotal VATotal f.p. T

[V] [A] [W] [VA] [oC]

7,38 2,63 32,0 32,0 1 25

Tabela 8: Grandezas medidas no ensaio em curto-circuito.

4.3 Guia de análise dos resultados

1 ) Qual a tensão máxima da bobina de cada uma das fases do transformador?220V

2 ) Por que as conexões devem ser consideradas em um transformador trifásico? Faça um estudo das características de cada uma delas, considerando principalmente a conexão zigue-zag.

3 ) Qual a diferença entre a relação de tensão e a relação do número de espiras?4 ) De que forma a conexão afeta o valor das duas relações em um transformador?5 ) Elabore uma tabela contendo todas os grupos de conexões possíveis em um

transformador e suas respectivas relações de tensão e transformação.6 ) Por que uma das fases apresenta corrente menor que as outras duas? Justifique

matematicamente e através de um modelo do núcleo.

7 ) Na conexão Aronn quando o ponteiro de um dos wattímetros deflexiona para esquerda, costuma-se inverter os terminais da corrente ou da tensão e, a medida é considerada negativa. Em que condições acontece tal fato? Justifique matematicamente!Esta experiência não foi realizada no laboratório em questão.

8 ) Compare os valores de Ip e Iq , justifique sua resposta.O valor de Iq (reativo) presente é a maior componente da corrente da corrente à vazio, pois o fator de potência é baixo, o que induz a perdas reativas maiores e um maior valor da componente magnetizante.

9 ) Por que o fator de potência de um transformador operando à vazio é extremamente baixo? Justifique sua resposta!

O fator de potencia no ensaio à vazio é muito baixo pelo fato de a potência ativa existente ser baixa neste ensaio pois não existe carga, sendo esse valor de potência diferente de zero apenas pela existência de resistências internas do transformador.

10 ) Analisar o problema das perdas de um transformador de 50 [Hz] trabalhar em 60[Hz].

11 ) O que significa o termo “tap” em transformadores?

“Tap” é uma divisão pré-definida das espiras de um transformador, permitindo comutar em uma mesma bobina o número de espiras, variando assim os seus valores de ganho do transformador.

12 ) O que é o comutador de taps, e qual a sua aplicação?

É um dispositivo que automaticamente corrige a relação de espiras entre uma bobina na parta da alta tensão para a baixa tensão, regulando dessa forma a tensão de saída do transformador, isso é necessário devido a oscilações de tensão do lado da alta tensão que geralmente é conectado à rede de um sistema de distribuição de energia.

13 ) Faça uma pesquisa sobre os tipos de comutadores de taps existentes.14 ) Para que é utilizado o instrumento TTR?15 ) Qual o recurso a ser utilizado para se ensaiar o transformador se a tensão

superior fosse da ordem de 15 [KV]?

16 ) Elaborar relatório do ensaio de acordo com as normas estabelecidas.17 ) Construa a característica VCC=f(ICC) e comente a respeito do obtido.18 ) Calcular VCC% em relação a VN.

19 ) Calcule os valores de R%, X%, e Z%. Corrigi-los para a temperatura de 750C.

Sendo a temperatura 25°C e 1,19:

:

Corrigido para 75°C:

20 ) Efetuar uma pesquisa sobre as perdas adicionais em transformadores.21 ) Calcular o fator de potência de curto-circuito do transformador.22 ) Quais as vantagens e desvantagens para os transformadores que possuem grande

VCC, quando operam em sistemas elétricos?23 ) Durante o ensaio em curto-circuito, o que ocorre com o valor da indução no

núcleo do transformador?24 ) Quando não for possível realizar o ensaio em curto-circuito com uma tensão que

faça circular as correntes nominais, mas sim uma corrente reduzida, pergunta-se:A ) É possível a realização do ensaio? Justifique!B ) Quais as fórmulas a serem utilizadas na correção? Deduza!

25 ) Calcular o rendimento do transformador para as seguintes situações:A ) A plena carga;B ) A 125% de carga;C ) A 75% de carga;D ) A 50% de carga;E ) A 25% de carga;

26 ) Traçar a característica do rendimento em função do fator de carga (% = f(I/IN).

4. Comentários e Conclusão