A REGULAÇÃO DE TENSÃO E RENDIMENTO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS EM FUNÇÃO DA CARGA

PRÁTICA 02

REGULAÇÃO DE TENSÃO E RENDIMENTO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS EM FUNÇÃO DA CARGA

1.OBJETIVO

        O objetivo da prática é analisar a regulação de tensão e  o rendimento  do transformador monofásico do laboratório para cargas resistiva, resistiva-indutiva e resistiva-capacitiva.

2.PRÉ-RELATÓRIO

        O pré-relatório deve conter o estudo sobre regulação de tensão e rendimento em transformadores monofásicos que servirão como base teórica para as medições e procedimentos que serão realizados no laboratório.

3.RELATÓRIO

        No relatório, devem estar descritos todos os procedimentos e cálculos efetuados, o diagrama das montagens, tabelas e curvas obtidas e discussões/conclusões sobre os fenômenos observados. Deverá também conter as respostas às questões formuladas no final deste guia.

4.REGULAÇÃO DE TENSÃO

        A maioria das cargas ligadas ao secundário de um transformador é projetada para operar com tensão (amplitude, freqüência) essencialmente constante. No entanto, à medida que elas crescem, a tensão nos terminais do transformador varia devido à queda de tensão na sua impedância interna. Considere a figura 1, onde o transformador é representado por uma impedância série Zt (o ramo de excitação foi desprezado) e pode ser ligado a uma carga através de uma chave S.[pic 1]

        Se o transformador está a vazio, com a chave S aberta, a corrente I2 vai ser nula. Deste modo a corrente I2’ também vai ser nula e conseqüentemente a queda ΔV1. Então, a tensão nos seus terminais vai ser

[pic 2]

        Na equação acima, o subscrito "(NL)" indica a condição no load (sem carga ou a vazio) e N é a relação de transformação nominal do transformador (N = N1/N2). Se a chave S é fechada e a carga é aplicada, vai circular uma corrente I2 pela carga, e conseqüentemente I2’ não mais vai ser nula. Desta forma, a tensão terminal vai ser dada por

[pic 3]

        O módulo da tensão terminal pode aumentar ou diminuir, dependendo da natureza da carga a ser conectada ao transformador. A queda de tensão ΔV1 é devido à queda de tensão na impedância interna do transformador Zt. Para a grande maioria das cargas, uma variação significativa na tensão terminal é indesejável. Por exemplo, se muitas lâmpadas forem progressivamente ligadas ao secundário de um transformador, a tensão terminal irá cair e, conseqüentemente, a luminosidade das lâmpadas. Para diminuir este efeito, fica claro que o transformador deve ser projetado de forma a possuir uma baixa impedância interna Zt, que é basicamente função das resistências dos enrolamentos e de suas reatâncias de dispersão.

        Para se quantificar este efeito de variação da tensão terminal com a carga,

define-se a “Regulação de Tensão” do transformador como a variação da magnitude da tensão secundária quando a carga varia da condição a vazio “(NL)“ para uma dada condição de carga, expressa por

[pic 4]

        Na equação acima, uma regulação de tensão positiva indica que a tensão a vazio é maior que a tensão com carga. Por sua vez, uma regulação de tensão negativa indica o contrário. A tensão sob carga, mencionada na equação acima, é muitas vezes tomada como a tensão a plena carga (full load, FL). Desta forma, a equação pode ser escrita por

[pic 5]

        A grande maioria dos equipamentos é projetada para fornecer a tesão nominal se for ligada a ele a carga nominal. Desta forma, pode-se reescrever a equação acima como

[pic 6]

        Substituindo os valores de  e  chega-se a[pic 7][pic 8]

[pic 9]

        A regulação de tensão depende do fator de potência da carga. Isto pode ser constatado através do diagrama fasorial de tensões mostrado na figura 2, onde θ2 é o ângulo de fase da carga. Pode-se verificar então que à medida que θ2 varia, a tensão V1 varia. Desta forma, o lugar geométrico de V1 (= V’2 + ΔV1) vai ser um círculo de raio ΔV1 = |I2’.Zt|. A magnitude de V1 será máxima quando o fasor ΔV1 (= I2’.Zt ) estiver em fase com V’2, ou seja, quando o ângulo da impedância da carga for idêntico ao ângulo da impedância interna do transformador. Para cargas indutivas a regulação vai ser positiva e para cargas capacitivas ela pode ser  negativa, ou seja, a tensão a vazio ser menor que a tensão com carga.

[pic 10]

5.PARTE PRÁTICA

1. MATERIAL A SER UTLIZADO:

1. Transformador monofásico 1 kVA ; 110/220/440V
2. 02 voltímetros AC
3. 02 amperímetros AC
4. 02 wattímetros digitais
5. Resistências (72 - 330Ω); indutâncias; capacitâncias

1. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:

b.1 Montar o circuito da Fig. 3

b.2 Aplicar 110 V de tensão no primário

b.3 Medir a tensão no secundário em vazio (Vo)

b.4 Ligar as cargas resistiva, RL série e RC série medindo a tensão,a corrente e a potencia do primário e secundário e preencher a Tabela 1.

b.5 Construir em um mesmo gráfico as Curvas Reg(%) x corrente de carga (I2)

b.6 Construir o gráfico η(%) x corrente de carga para todas as cargas.

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