Instituto Superior de Engenharia de LisboaDepartamento de Engenharia Mecânica

Fundamentos de Máquinas Eléctricas

Ensaio do transformador

24 de Novembro de 2012

Semestre de Inverno2012/2013

Turma LM32D

Docente: Professor Lima D’Oliveira

Trabalho elaborado por:

Valter Vicente Nº 33795Deny Domingos Nº 37776Ruben Ferreira Nº 37512

Rodrigo Malveiro Nº 37702Osvaldo Sousa Nº 32703

IntroduçãoOs transformadores são máquinas eléctricas estáticas têm uma grande aplicação nos sistemas de distribuição de energia eléctrica.

É bastante vasto o domínio de aplicação dos transformadores, sejam estes monofásicos ou trifásicos. Esta utilização em larga escala deve-se, sobretudo, ao facto do transformador ser uma máquina fiável, robusta, e com um elevado rendimento.

Dada a sua grande difusão e utilização nos mais diversos domínios, torna-se pois pertinente estudar o respectivo comportamento nas suas mais variadas vertentes, elaborando um modelo matemático que permita simular o respectivo comportamento nas mais variadas situações de funcionamento. Para se proceder à simulação deste sistema, realizaram-se ensaios para determinar os valores dos parâmetros em vazio, carga e curto-circuito.

Toda a rede de distribuição depende dos transformadores, que elevam ou baixam a tensão consoante as necessidades. Esta subida e descida da tensão serve para reduzir as perdas por efeito de Joule a grandes distâncias (alta tensão) e podermos utilizar a corrente nos equipamentos domésticos ou máquinas (baixa tensão), melhorando assim a eficiência do processo.

ObjectivoEste trabalho tem como objectivo estudar o comportamento do transformador monofásico e validar os resultados obtidos teoricamente com os resultados obtidos em ensaios reais.

Identificação do transformador

U1[V]

I1[A]

P2[W]

I2[V]

Relação de transformação

300 0,228 19,5 147,9 2:1Tabela 1: Tabela com características nominais do transformador

2

Ensaios

- Ensaio em Vazio

O transformador está em vazio quando o primário está ligado a uma fonte de alimentação e o secundário não está a ser percorrido pela corrente.O ensaio em vazio ou em circuito aberto consiste em medir a tensão, a correntee a potência de entrada no primário, com o secundário em aberto e a tensão nominalaplicada ao primário.

Este ensaio realiza-se no lado do transformador com tensão menos elevada. Simplifica-se e realiza-se no primário.

Procedimento

-Ligou-se os aparelhos de medida ao primário do transformador;-Aplicou-se uma tensão alternada de valor igual à tensão nominal desse lado do transformador;-Efectuou-se as seguintes leituras: U n, I 0, P0

Esquema de ligações

fig. 1 – Ligações para o ensaio em vazio fig. 2 – Circuito equivalente

3

Leituras

U0=300VI0=0,228AP0=19,5W

Cálculos:

cos(ф )= P0U 0. I 0

ф=cos−1 P0U 0. I 0

=cos−1 19.5300∗0,228

ф=73,35 º

Ip = cos (73.35 )×I o=0 ,065 A

Im= sen (73.35 )×I o=¿0,218A

Rp= U 0I p

= 3000.0.06533

=4591 ,839Ω

Xm= U 0I m

= 3000.218439

=137,382 Ω

- Ensaio em Curto-Circuito

Este ensaio consiste em medir a tensão, a corrente e a potência de entrada no primário com o secundário curto-circuitado.Basta uma tensão primária de 2 a 12% da tensão nominal para ter a corrente a plena carga I2n que coincide com a corrente de curto-circuito Icc.Por conveniência a alta tensão é usualmente o primário neste ensaio.Este ensaio deve procurar realizar-se no lado do transformador com corrente mais baixa [tensão mais elevada.Vamos novamente simplificar e realizá-lo no primário.

Procedimento

- Ligou-se os aparelhos de medida ao primário do transformador;

4

- Aplicou-se uma tensão alternada de valor gradualmente crescente até a corrente apresentar o valor nominal para esse lado do transformador;- Efectuou-se as seguintes leituras: U cc, I n, Pcc

Esquema de ligações

fig. 3 – Ligações para o ensaio em curto-circuito fig. 4 – Circuito equivalente

LeiturasUcc=164.3VIcc=5 APcc=82W

Cálculos

cos (ф )= PccU cc . I cc

ф=cos−1 PccU cc. I cc

=cos−1 82164,3∗5

ф=84,27 º

Zcc=U ccI cc

=164,35

=32 ,86Ω

Req= Pcc

I cc2=82

52=3,28Ω

Xeq=Zcc 2−Req 2¿1/2

Xm= U 0I m

= 3000.218

=1373,63 Ω

5

cos(ф)= Pcc/( Ucc.Icc)ф=cos-1(Pcc/( Ucc.Icc)) = cos-1(82/( 164*5))=84,26º

cos(84.26o)=0,1

Zcc= Ucc/Icc=164.3/0.228= 720,6Ω

Req=R1+R’2=Pcc/Icc2=82/52=3,28Ω

Zcc2=Xeq

2+Req2

Xeq=(Zcc2- Req

2)1/2=(32.862-3.282)1/2=32,69 Ω

Req=Re+R’r = Re + m2 * Rr

m = U1/U2 = 300/147,9 = 2,03

UDC=6,5 VIDC=4A

R1= UDC / IDC =6/4=1,625 Ω

Req=R1+R’2 R’2=Req-R1=3,28-1,655=1,63Ω

R’2=m2.R2R2=R’2/m2=1,665/2,032=0,404Ω

- Ensaio de medição da resistência de um enrolamento

Procedimento

-Ligue os aparelhos de medida ao primário do transformador;-Aplique uma tensão contínua de 6 V;-Efectue as seguintes leituras: U DC, IDC

Esquema de Ligações

6

fig. 5 – Ligações para medição de R1

Leituras

Para a resistência:UDC=6 VIDC=4 A

Ensaio em Carga

O ensaio em carga de um motor é efetuado aplicando ao motor a sua tensão nominal, com o veio a acionar uma determinada carga. Esta pode ser constituída por um dínamo freio, o qual consiste num gerador de corrente contínua ao qual estão associados um sistema de pesos que nos permitem calcular o binário útil pedido ao motor.

Procedimento de ensaio

- Ligue os aparelhos de medida. Ligue a resistência de carga no secundário;

- Aplique a tensão nominal no primário;

- Realize as seguintes leituras (ainda sem carga): U 1, I 1, P1 ,U 2;

- Introduza uma carga, reajuste a tensão U 1 para o valor nominal e realize novamente as leituras;

- Vá introduzindo novas cargas, reajustando sempre a tensão U 1 antes das leituras, até o transformador consumir a corrente nominal I 1.

7

Esquema de ligações

fig. 6 – Ligações para o ensaio em carga

fig. 7 – Circuito equivalente

U1 I1 P1 U2 I2 Perdas P útil η

V A W V A W W %vazio 300 0.228 19.5 147.9 - - - -

cc 164.3 5 82 - - - - -Medição de R1 (DC) 6.5 4 - - - - - -

carga1 297 0.4 330 138.8

0,7920,124

8 12,88 39,0162 296.1 0.8 560 127.1

3,1021,699

2 34,30 61,253 294 1.6 700 114.5

9,0427,996

8 42,00 60,00

8

Gráficos obtidos a partir do simulink

Potência Útil=f(I’2)

Potência Dissipada=f(I’2)

9

U’2=f(I’2)

´

Rendimento=f(I’2)

10