1.5 - Determinação do rendimento para a carga nominal Determinação do esquema equivalente reduzido ao primário Curva característica do rendimento η = f (S 2 ), para vários factores de potência Objectivos específicos * Ser capaz de compreender e descrever a curva característica do rendimento em função da carga; * Ser capaz de expor e explicar a influência do factor de potência no secundário em termos de rendimento; * Conhecer os métodos directo e indirecto de determinar o rendimento; * Ficar familiarizado com a energia de perdas num transformador; * Ficar familiarizado com os processos de medição para determinar as perdas no ferro e no cobre; * Ser capaz de determinar os valores do circuito equivalente do transformador; * Ser capaz de determinar os valores Standard para o rendimento do transformador; Equipamento necessário 1 fonte de alimentação monofásica variável 1 transformador monofásico de isolamento 1 carga resistiva 1 carga indutiva 2 wattímetro 4 aparelhos de medida 1.5.1 - Determinação do rendimento à carga nominal, através do método directo (medição das potências de entrada e de saída). 1. Ligue o circuito de acordo com o esquema exposto na página seguinte. 2. Utilize no circuito os wattímetros incluídos no aparelho identificado na figura ao lado: 3. Depois do professor ter verificado e aprovado o circuito, coloque-o em funcionamento. 4. Ligue a fonte de alimentação e ajuste a tensão da fonte para o valor nominal do transformador (220 V) e mantenha esse valor constante. 5. Através da carga R 1, faça circular a corrente nominal na entrada e na saída do transformador T 2 6. Meça e anote na tabela as tensões de entrada e de saída do transformador, utilizando sempre o mesmo aparelho para evitar possíveis erros de medida. Anote também as correntes e potências medidas. 7. Calcule o rendimento do transformador. η = out in η = 9
U 1N [V] I 1N [A] 1 [W] U 23 [V] I 23 [A] 2 [W] 220 10
1.5.2 - Determinação do rendimento à carga nominal, através do método indirecto (medição das perdas individuais). - Determinação das perdas no ferro - Ensaio em vazio. Esquema do circuito 1. Ligue o circuito de acordo com o esquema anterior. 2. Utilize no circuito o wattímetro incluído no aparelho identificado na figura ao lado. 3. Coloque o circuito em funcionamento. 4. Ligue a fonte de alimentação e ajuste a tensão da fonte para o valor nominal do transformador (220 V). 5. Meça e anote na tabela a corrente de vazio I 0 e a potência 10 na entrada do transformador. U 1N [V] I 0 [A] 10 = VFe em W 220 11
- Determinação das perdas no cobre - Ensaio em curto-circuito Esquema do circuito 100 Ω - 2,2 A 1. Ligue o circuito de acordo com o esquema anterior. 2. Utilize no circuito o wattímetro incluído no aparelho identificado na figura ao lado. 3. Coloque em série, entre a fonte de alimentação e o amperímetro, uma resistência (reóstato de 100 Ω - 2,2 A), de modo a criar uma queda de tensão adicional e permitir um ajuste mais fino da tensão aplicada ao transformador. 4. Coloque o circuito em funcionamento. 5. Ligue a fonte de alimentação e ajuste a tensão da fonte de modo a que circule a corrente nominal na entrada no transformador (220 V). 6. Meça e anote na tabela a tensão de curto -circuito U1cc e a potência 1cc na entrada do transformador. U cc [V] I 1N [A] 1cc = VCu em W 1,5 7. Determine o rendimento nominal do transformador, baseado nas perdas de energia em curto-circuito e em vazio 12
η = out + out VFe + VCu ; out = - - - - - (ver tabela de ensaio em carga) η = - - - - - ; VFe = - - - - - (ver tabela de ensaio em vazio) η = - - - - - ; VCu = - - - - - (ver tabela de ensaio em c.c.) 8. Compare o rendimento calculado, com o determinado pelo método directo. 9. Qual destes dois métodos é mais utilizado e porquê? 10. Com base nos valores medidos determine os parâmetros do esquema equivalente do transformador reduzido ao primário. 11. Qual o valor da corrente de curto-circuito permanente no primário e no secundário do transformador se este se encontrar à tensão nominal (220V)? 12. Calcule, com os valores obtidos no ensaio em curto-circuito, as quedas de tensão no transformador considerando um factor de carga unitário (c=1) e os seguintes factores de potência: cosφ=1; cosφ=0,8 ind; cosφ=0,8 cap; compare estes valores com os obtidos experimentalmente no ponto 1.4 dos trabalhos (quedas de tensão em carga). 1.5.3 - Curva característica do rendimento η = f (S 2 ) para vários factores de potência. η = f (S 2 ) para cos ϕ = 1 Esquema do circuito 13
1. Ligue o circuito de acordo com o esquema anterior. 2. Utilize no circuito os wattímetros incluídos no aparelho identificado na figura ao lado. 3. Coloque o circuito em funcionamento. 4. Ligue a fonte de alimentação, ajuste a tensão da fonte para o valor nominal do transformador (220 V) e mantenha esse valor constante ao longo de todas as medições. 5. Ligue a carga óhmica R 1 ao transformador T 2 e ajuste-a de modo a passar a corrente I 23 indicada na tabela que se segue; 6. Meça e preencha a tabela com os valores de corrente (I 1 ), potência ( 1 ) e tensão (U 23 ) nela solicitados. cos ϕ =1 U 1N [V] I 1 [A] 1 [W] U 23 [V] I 23 [A] 23 = S 23 em W 0,2 220 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 η = 23 1 14
η = f (S 2 ) para cos ϕ = 0,2 (carga indutiva) Esquema do circuito 1. Ligue o circuito de acordo com o esquema anterior. 2. Utilize no circuito os wattímetros e fasímetros incluídos no aparelho identificado na figura ao lado. 3. Coloque o circuito em funcionamento. 4. Ligue a fonte de alimentação, ajuste a tensão da fonte para o valor nominal do transformador (220 V) e mantenha esse valor constante ao longo de todas as medições. 5. Ligue a carga indutiva L ao transformador T 2 e ajuste-a de acordo com as especificações na tabela que se segue; 6. Meça e preencha a tabela com os valores nela solicitados. 7. Calcule a potência aparente de saída através de U 23 e I 23, e o rendimento através das potências activas 1 e 23, coloque os valores obtidos na tabela de resultados 15
cos ϕ = 0,2 ( indutivo constante) U1N [V] I 1 [A] 1 [W] U23 [V] I 23 [A] 23 [VA] S 23 [VA] η = 23 1 Carga 2,4 H 220 1,2 H 0,8 H 0,35H 0,3 H 0,24 H Desenho do gráfico Desenhe o gráfico da função do rendimento para cada tipo de carga (resistiva e indutiva). 1 0,9 0,8 0,7 0,6 η 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 100 200 300 400 500 600 700 S2 [VA] Análise do gráfico 1. Observe e descreva o andamento das curvas características do rendimento. 2. Calcule em percentagem o decréscimo do rendimento com cosϕ = 0,2, comparado com uma carga activa pura com cosϕ = 1, para uma potência S 2 = 400 VA 16