Relatório de máquinas elétricas

Laboratório de Máquinas Elétricas

Aula 02

Circuitos magnéticos: ensaio em vazio e em curto-circuito de transformadores

Belo Horizonte, 30 de março de 2017

1) Introdução

        Um transformador consiste de dois ou mais enrolamentos acoplados por meio de um fluxo magnético comum. Um enrolamento é chama primário e se for conectado a uma fonte alternada produz um fluxo alternado cuja amplitude dependerá da tensão do primário, da frequência da tensão aplicada e do número de espiras.         O fluxo comum induz uma tensão no secundário cujo valor depende do número de espiras no secundário, assim como da magnitude do fluxo comum e da frequência.

        

        A relação entre a tensão v1 e o número de espiras N1 no primário e a tensão v2 e o número de espiras N2 no secundário é dada por:

                [pic 1]

                                

                                                                Equação 1 – relação entre tensões e números de espiras

        Já a relação entre as correntes e os número de espiras é dado por:

        [pic 2]

                                                                                        Equação 2 – relação entre correstes e números de espiras

                                Equação 3 – perdas no núcleo [pic 3]

        Cos tetac é o valor do fator de potência do transformador.

        Num transformador real a permeabilidade do núcleo não é tão alta como no transformador ideal, portanto a corrente de magnetização não é, a princípio, desprezível. Para levar em consideração a corrente de magnetização, coloca-se um indutor puro em paralelo com o enrolamento primário do transformador ideal, conforme mostra a figura 1.10. A reatância deste indutor é denominada de reatância de magnetização (Xm). Utiliza-se um indutor ao invés de um resistor porque a potência para magnetização do núcleo é uma potência reativa. A reatância de magnetização pode ser obtida por:

[pic 4]

Equação 4 – reatância de magnetização no ensaio a vazio

Para o ensaio em curto-circuito temos:

[pic 5]

                

        Equação 5 – impedância de curto-circuito

[pic 6]

Equação 6 – Resistência de curto-circuito

[pic 7]

Equação 7 – Reatância de magnetização de curto-circuito

O cálculo do fator de potência no ensaio a vazio é dado por:

[pic 8]

                                                      Equação 8 – fator de potência no ensaio a vazio

2) Objetivos

        

        Caracterização de transformadores de potência monofásicos. Determinação da relação de transformação da polaridade  e da característica de magnetização. Realização de ensaios para determinação dos parâmetros do circuito equivalente. Ensaios de regulação.

        

3) Metodologia

[pic 9]

[pic 10]

        Identificou-se os dados do transformador como potência nominal, tensão e corrente nominal do primário e do secundário.

Experimento 1 – Ensaio a vazio

        Realizou-se a montagem como na figura 1. Anotou-se os valores de V1 ( tensão no primário), W(potência entregue pela fonte), I1 ( corrente no primário), V2(tensão no secundário) para 20 valores de V1( variando V1 de 0 a 100% do valor nominal).

        Fez a montagem de dois gráficos: gráfico de perdas versus V1 e gráfico de V1 e V2 versus I1.

        Calculou-se o fator de potência do transformador a vazio, as perdas no núcleo e a reatância de magnetização com base nos valores obtidos.

Experimento 2- Ensaio em curto-circuito

        Realizou-se a montagem como na figura 2. Variou-se suavemente a tensão no secundário V2 de forma que I2 varie de 0 a 100% do valor nominal. Anotou-se V2, W e I2 para 10 valores.

        Fez a montagem de dois gráficos: perdas versus I1 e V1 versus I1.

        Calculou-se os parâmetros de curto-circuito e desenhou-se o circuito equivalente do transformador referido ao lado de baixa tensão com indicação dos valores dos parâmetros para a corrente nominal.  

4) Resultados

        Coletou-se os seguintes dados para o ensaio a vazio:

Pca(W)	V1(V)	V1² (10e3 V²)	V2(V)	I1(A)
2	8,5	0,072	25	0,01
2	21,30	0,45	48,5	0,03
3,5	34,10	1,16	55	0,05
5	46,30	2,14	85	0,07
8	66,7	4,45	120	0,09
12	80,2	5,43	142,5	0,11
15	90,5	8,19	160	0,13
18	103,3	10,6	185	0,20
22	112	12,54	195	0,22
28	125,1	15,65	220	0,35
38	138,3	19,13	240	0,50
49	150,5	22,65	260	0,64
59	160,5	25,76	280	0,77
72	169,5	28,73	290	0,92
83	180,3	32,58	320	1,12
103	192,9	37,21	350	1,38
120	204,5	41,82	360	1,75
126	206,6	42,64	368	1,88
146	216,5	46,87	380	2,50
185	232	53,82	410	4,0

Tabela 1 – Dados coletados no ensaio a vazio