PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULO Centro das Ciências Exatas e Tecnologia Faculdades de Engenharia, Matemática, Física e Tecnologia EXPERIÊNCIA: ENSAIOS EM CURTO E VAZIO DE TRANSFORMADORES A OBJETIVO Determinar as características eletromagnéticas de um transformador de potência com núcleo de ferro. São elas: perdas no cobre (P cu ), perdas no ferro (P fe ) e rendimento de acordo com o fator de potência e o consumo da carga. B INTRODUÇÃO TEÓRICA A transferência de potência do enrolamento primário para o secundário num transformador sofre uma perda de energia devido à dissipação térmica no cobre e no núcleo de ferro. Estes dois tipos de perdas podem ser determinados através de ensaios em curtocircuito (perdas no cobre) e vazio (perdas no ferro) e através desses dados podem ser obtidos outros parâmetros como regulação e rendimento conforme a carga e seu tipo. Os enrolamentos primário e secundário estão eletricamente isolados, mas magneticamente acoplados, por isso a impedância do secundário é refletida ao primário quando circula a corrente de carga, formando um circuito equivalente. Portanto o primário e o secundário podem ser representados como um circuito fechado com a carga para análise, isto é, um circuito RL em série com a carga. Por outro lado a corrente de magnetização pode ser vista como um circuito RL paralelo com o circuito equivalente do primário e secundário com a carga. ²Z Analisando o circuito acima pode-se ver que quando se curto-circuita os terminais de saída do secundário a potência se desenvolve sobre o circuito equivalente. No ensaio em curto-circuito a tensão aplicada é reduzida pois o que determina a potência dissipada no cobre é o produto da corrente nominal ao quadrado com a impedância equivalente, isto é: P Cu = Z e. I n 1
Para o ensaio em curto-circuito, no enrolamento BT, aplica-se uma tensão alternada reduzida, porque o enrolamento BT tem uma tensão nominal menor e uma corrente nominal maior, embora possa ser feito o contrário. A corrente nominal é atingida com tensão reduzida porque a impedância da carga é zero devido ao curto-circuito e as quedas de tensão recaem somente sobre as impedâncias internas dos enrolamentos AT e BT. Dessa forma, as perdas no ferro são desprezíveis devido à tensão ser reduzida, portanto o fluxo também é reduzido, pois: max = V eficaz / 4,44. f. N Para o ensaio em vazio, o circuito equivalente é aberto, não circulando nenhuma corrente por ele, restando apenas a corrente de magnetização que circula pelo enrolamento que recebe a tensão alternada. Normalmente é utilizado o enrolamento de BT para receber a alimentação porque a tensão nominal é mais baixa e o enrolamento de AT fica aberto, sendo assim mais seguro o ensaio. A corrente de magnetização é muito baixa, algo em torno de 3% da corrente nominal. Como a corrente de magnetização é somente para excitação do núcleo, então o seu produto com a tensão nominal aplicada ao enrolamento de BT é a potência gasta ou perdida no ferro, pois: P Fe = V n. I m Sabe-se que: Potência Aparente = E. I Potência Ativa medida pelo wattímetro = E. I. cos Pela lei dos cossenos: V = E + ( I. R fio ) -. R fio. E. I. cos P ferro = P totais - (P fio ) = P totais - ( R fio. I ) R p = V / P ferro I p = V / R p X m = V / I m I = I p + I m, ou seja, I m = I - I p C - EQUIPAMENTOS E APARELHOS: amperímetros (Ferro móvel): escala 0 10A 1 voltímetro (Ferro móvel): escala 0-300V 1 Watímetro 1 Transformador de potência com relação: = N p /N s
N p = 50 espiras R fio = 1,5 ohm N s = 1000 espiras R fio = 10 ohm ******************************************************************** ** 3
- ENSAIO EM CURTO-CIRCUITO. D PARTE PRÁTICA: Curtocircuita-se o enrolamento AT e alimenta-se o enrolamento BT com tensão reduzida até obter-se a corrente nominal em AT. Circuito utilizado: ENSAIO EM VAZIO. FREQUENCI Icc Vcc W A 50 Hz,5 A 60 Hz,5 A Para o ensaio em vazio deve-se alimentar o enrolamento BT com tensão nominal deixando o enrolamento AT aberto, obtendo-se, na BT, uma corrente baixa. Circuito utilizado: ENSAIO EM 50 Hz Vo [v] Io W P fe V I p I m R p X m 5 50 75 100 ENSAIO EM 60 Hz Vo [v] Io W P fe V I p I m R p X m 5 50 75 100 E - GRÁFICOS 4
Construir os gráficos: X m x I V x I R p x I P fe x I R p x V X m x V F - CONCLUSÕES Tecer comentários sobre as verificações e medidas experimentais realizadas no transformador. Destacar as variações das perdas no cobre, no ciclo de histerese e nas correntes parasitas em função da corrente na carga. 5