DISCIPLINA DE CIRCUITOS MAGNÉTICOS, 2015 1

ENSAIOS A VAZIO E EM CURTO-CIRCUITO

Anna Carolina Patricio1, Bruna Alves

2, Juliano Fagundes

3

Alunos do curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Pampa

Avenida Tiaraju, 810, Bairro Ibirapuitã - CEP 97546-550 - Alegrete – RS - Brasil

carolina.patricio@ymail.com, bafelipe44@hotmail.com, julianofagundes2008@hotmail.com

Abstract This document is intended to analyze the equivalent

circuit parameters of single-phase transformers in regime per-Standing

by testing the open and short-circuit performed in the laboratory fund-ed. For the assay was calculated to empty the magnetizing impedance

parameters and proportion of the rated current and the current in va-

zio.E for the short circuit test voltage variation is shown to reach the

rated current and the calculated percentage between the short voltage

and the rated voltage with the equivalent series impedance of the

transformer parameters.

Keywords Transformers, the empty test, Short Circuit test.

Resumo Este documento tem por fim analisar os parâmetros do

circuito equivalente de transformadores monofásicos em regime per-manente através de ensaios a vazio e em curto-circuito realizados em

bancado no laboratório. Para o ensaio a vazio foi calculado os parâme-

tros de impedância de magnetização, e proporção entre a corrente nominal e a corrente em vazio.E para o ensaio em curto circuito é

mostrada a variação de tensão para alcançar a corrente nominal e

calculado a porcentagem entre a tensão em curto e a tensão nominal juntamente com os parâmetros de impedância série equivalente do

transformador.

Palavras-chave Transformadores, ensaio a vazio, ensaio Curto-

Circuito.

I. INTRODUÇÃO

ransformadores são considerados muito importante

na área de sistemas de potência em corrente alter-

nada, pois é responsável por realizar a transforma-

ção da energia elétrica reduzindo ou elevando a tensão

elétrica, permitindo assim uma grande economia no

sistema em que é utilizado. O princípio básico de funci-

onamento do transformador é o fenômeno conhecido

como indução eletromagnética: quando um circuito é

submetido a um campo magnético variável, aparece nele

uma corrente cuja intensidade é proporcional às varia-

ções do fluxo magnético, obtendo assim algumas perdas.

Essas perdas podem ser determinadas de duas formas:

Por ensaio a vazio e em curto-circuito.

O ensaio a vazio é feito com o circuito aberto permi-

tindo assim, obter as perdas no núcleo, as perdas suple-

mentares e os parâmetros do ramo de magnetização do

circuito equivalente, enquanto que o ensaio em curto

circuito, permite determinar as perdas no cobre, queda de

tensão interna, impedância, resistência e reatância per-

centuais.

II. DESENVOLVIMENTO TEÓRICO

A. Ensaio a vazio

Este é feito com o secundário em aberto, não ligado

a nada, por isso o nome “a vazio”. Então liga-se no pri-

mário a sua tensão nominal.

Podemos então deduzir que o transformador está

realmente a vazio, pois não há carga conectada no se-

cundário. Como não há carga no secundário, a corrente

no secundário é nula, e a corrente no primário é mínima,

suficiente apenas para magnetizar o núcleo.

Assim, concluímos que neste ensaio determinamos

parâmetros em relação ao núcleo e à magnetização, já

que o fluxo magnético é proporcional à tensão aplicada

(estamos com a tensão nominal, então o fluxo é nomi-

nal). [4]

B. Ensaio Curto-Circuito

Este ensaio é feito com os terminais no secundário

em curto-circuito, simulando uma carga máxima.

Como o secundário está em curto, já saberemos que

não pode-se aplicar a tensão nominal no primário, sob o

risco de queimar o transformador. Deste modo, variamos

essa tensão no primário de modo que seja estabelecida a

corrente nominal no primário. Quando acontecer, tam-

bém sabemos que pela relação de transformação, a cor-

rente no secundário também estará próxima à sua nomi-

nal.

Ambas as correntes são nominais, ou máximas em

cada lado. Assim, a componente potência ativa será sig-

nificativa agora.

A tensão aplicada ao terminal primário não é a nomi-

nal, muito pelo contrário, é muito inferior. Então o fluxo

magnético será minimizado a ponto de ser desprezível

(pois ele é proporcional à tensão aplicada). [4]

III. DESENVOLVIMENTO PRÁTICO

C. Materiais

Para realizar esta aula prática, fez-se necessário o uso

dos seguintes materiais:

→ 1 VARIAC monofásico

→ 2 Voltímetros

→ 1 Amperímetro

→ 1 Wattímetro

→ 1 Transformador

→ Cabos para ligação

D. Ensaio a Vazio

O transformador utilizado para a realização dessa

prática, possuía potência nominal de 1KVa, Tensão no-

minal de 110/220/440 V, corrente nominal de

T

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9,09/4,54/2,27 A, calculada através da equação (1) e

número de patrimônio 009989.

IN = 𝑆𝑁

𝑉𝑁 (1)

Inicialmente ligou-se o transformador em uma fonte

de tensão variável ( VARIAC), com frequência nominal

de 60 Hz, usualmente alimentando o lado BT ( Baixa

Tensão) e deixando em vazio ( aberto) o lado de AT

(Alta Tensão), conforme a figura 1. Neste ensaio apli-

cou-se a um dos enrolamentos a sua tensão nominal e

mediu-se a potência com o wattímetro, a corrente e a

tensão de saída. Esta potência medida inclui as perdas no

ferro e nos elementos construtivos, causadas pelo fluxo

mútuo e corrente de excitação.

Figura 1:Circuito utilizado para ensaio a vazio.

Figura 2: Circuito equivalente para ensaio em circuito

aberto.

A relação de transformação utilizada foi de

110/220 V. Alimentou-se a fonte com 110 V no primá-

rio, e anotou-se os seguintes valores na saída:

V Vazio (V) I Vazio (A) P Vazio (W)

220 0,92 47,8

Tabela 1: Valores referentes a saída do transformador

A potência ativa PVAZIO foi medida com o wattímetro,

tendo fator de potência de 0,34.

Através da equação 2 , calculou-se a porcentagem da

corrente primária a vazio relativa à corrente nominal de

110 V:

IVazio % =𝐼vazio

𝐼𝑁 x 100 (2)

I Vazio % =0,92

9,09 x 100

I Vazio % = 10,12 %

Com as equações 3,4,5 e 6 calculou-se os parâmetros da

impedância de magnetização, tabela 2, referidos ao lado

de AT e de BT:

𝑅𝐶 = 𝑉 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜²

𝑃 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜 (3)

𝑋𝑚 =𝑉 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜²

𝑄 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜 ² (4)

𝑆𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜 = 𝑉𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜 . 𝐼 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜 (5)

𝑄𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜 = √𝑆𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜2 − 𝑃𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜² (6)

𝑅𝐶 1012,55

𝑋𝑚 1,2512

𝑆𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜 202,4 Va

𝑄𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜 196,6746 Var

Tabela 2: Valores referentes aos parâmetros de magnetização

Determinou-se também o fator de potência em vazio:

𝐹𝑃 =𝑆

𝑃= 0,23

E. Ensaio em curto-circuito

Utilizando os mesmos dados de placa do transfor-

mador do ensaio anterior, conectou-se o transformador a

uma fonte de tensão variável (VARIAC), com frequência

nominal de 60 Hz, alimentando o lado AT e curto circui-

tando o lado BT, conforme a figura y.

Figura 3: Circuito utilizado para ensaio em curto-

circuito.

Figura 4: Circuito equivalente para ensaio em curto-

circuito.

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Como o valor de fluxo no núcleo nestas condições é correspondentemente baixo, a corrente de excitação e

as perdas no núcleo são inteiramente desprezíveis.

Obtiveram-se 6 valores de tensão, conforme a tabela

y, até que circulasse a corrente nominal no circuito (Icur-

to=IN):

VCurto (V) ICurto (A)

3,36 0,65

5,34 1,15

9,52 2,21

11,6 2,71

14,55 3,4

19,2 4,54

Tabela 3: Valores de tensão e suas correntes correspondentes

Anotou-se os seguintes valores correspondente as carac-

terísticas nominais:

VCurto (V) ICurto (A) PCurto (W)

19,2 4,54 90

Tabela 4: Valores correspondentes as características nominais do

transformador.

Calculou-se a porcentagem da tensão primária em curto-

circuito, relativa a tensão primária nominal para Icurto=IN:

V % =𝑉𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜

𝑉𝑁 x 100

V % =19,2

220 x 100

V % = 8,72%

Com as equações a, b, c, d calculou-se os parâmetros

da impedância série equivalente do transformador, refe-

ridos ao lado de AT e de BT.

𝑅𝐸𝑞1 = 𝑃𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜

𝐼𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜²

𝑋𝐸𝑞1 =𝑄𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜

𝐼𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜²

𝑆𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜 = 𝑉𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜 . 𝐼 𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜

𝑄𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜 = √𝑆𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜² − 𝑃𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜²

Obtiveram-se os seguintes valores:

𝑅𝐸𝑞1 4,36

𝑋𝐸𝑞1 j1,08

𝑆𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜 87,168 Va

𝑄𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜 j22,39 Var

Tabela 5: Valores da resistência e das reatâncias equivalentes do transformador, juntamente com as potências reativa e aparente.

V. CONCLUSÃO

Ensaio a vazio é realizado a fim de determinar as

perdas que ocorrem no núcleo do transformador, como

por exemplo perdas por histerese e perdas por correntes

parasita, e também os termos do ramo desmagnetização

do circuito equivalente como RM e XLM . O ensaio pode

ser realizado tanto para o lado de AT quanto para o de

BT, no entanto, por medidas de segurança é padrão ser

realizado do lado de baixa tensão, justamente por ter que

aplicar o valor de tensão nominal, mantendo o lado de

alta tensão aberto. A queda de tensão na impedância de

dispersão do primário produzida pela pequena corrente

de excitação, é inteiramente desprezível, de modo que a

potência de entrada seja aproximadamente igual a força

eletromotriz. Induzida pelo fluxo resultante no núcleo.

E o ensaio de curto – circuito é uma forma fácil e

direta, que proporciona pouco consumo de energia para

obter os parâmetros do transformador, operando com o

secundário em curto – circuito de forma que a corrente

de magnetização seja significativamente menor que a

nominal do primário e secundário. Dessa forma, o ramo

de magnetização pode ser desprezado.

VI. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] DECKMANN.S.M; POMILIO.J.A. DISTORÇÃO

HARMÔNICA: CAUSAS, EFEITOS E SOLUÇÕES; Univer-

sidade Estadual de Campinas(UNICAMP). Disponível

em <

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/pdffiles/qualid

ade/a4.pdf>. Último acesso em 26 de novembro de 2014.

[2] ENSAIOS DE CIRCUITO ABERTO E EM

CURTO CIRCUITO EM TRANFORMADOR. Disponível em: < http://www.academia.edu/4766514>

Último acesso dia 03 de janeiro de 2015.

[3] ANÁLISE DAS PERDAS NO

TRANSFORMADOR MONOFÁSICO PARA

DIFERENTES CONDIÇÃO DE OPERAÇÃO. Disponível em: <

http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli100

06710.pdf > último acesso dia 05 de janeiro de

2015.

[4] ENSAIO DE UM TRANSFORMADOR.

Disponível em <http://carlosmatheus.com.br/?p=95>.

Último acesso em : 06 de janeiro de 2015