Alunos: Helen Velozo Vendrameto, Thiago Andrade Prado, Vinicius Muniz
Laboratório de Máquinas Elétricas Experiência 1: Ensaio a vazio e em curto circuito em transformadores trifásicos 1. Objetivos • •
Aplicação dos procedimentos para a realização dos referidos ensaios de curto circuito e a vazio em transformadores trifásicos; Analisar os dados obtidos, que representam o modelo de transformador em regime permanente.
2. Material Utilizado no Experimento • • • • • •
Transformador trifásico; Varivolt. Wattímetro; Amperímetro; Voltímetro; Cabos para as ligações;
3. Intr Introd oduç ução ão Teór Teóric icaa O transformador é uma máquina elétrica cuja aplicação consiste, basicamente, em adequar a tensão que se deseja obter na saída. Seu funcionamento esta baseado no conc concei eito to de indu induçã çãoo elet eletro roma magn gnét étic ica, a, o qual qual afirm afirmaa que, que, quan quando do um circ circui uito to é submetido a um campo magnético variável, surge então uma corrente de intensidade proporcional as variações variações do fluxo magnético. Nesta experiência serão realizados dois ensaios importantes, para definir as perdas no transformador e parâmetros de funcionamento, ensaio a vazio e ensaio de curto circuito. O ensaio a vazio é realizado com o propósito de determinar as perdas que ocorrem no núcleo do transformador, tais como, perdas por histerese e perdas por correntes parasitas. Assim como os parâmetros do ramo de magnetização do circuito equivalente, R m e XLm. O ensaio de curto circuito tem como objetivo determinar os demais parâmetros do circuito, além das perdas joule, sob condições de carga nominal, pois neste ensaio é aplicada a corrente nominal do transformador.
4. Procedime Procedimento nto Experime Experimental ntal e Resultado Resultadoss
Os dados de placa do transformador utilizado na experiência, são apresentados na Tabela 1 a seguir. VTS ITS S
Dados de placa =380 V VTI =220 = 1,52 A ITI = 2,62 =1 kV T = 25
V A O C
A Outras características:
Tabela 1: Parâmetros nominais do transformador
4.1 Ensaio em vazio Neste ensaio o lado secundário do transformador fica aberto, ou a vazio, enquanto é aplicada a tensão nominal no primário. O primário do transformador foi conectado em delta e o secundário em estrela e em aberto, tal como mostra a Figura 1. 190V
220V
x
1
H
2
x
2
H
3
H
x
3
Figura 1: Conexão do transformador para o ensaio a vazio
Energizando o circuito, elevando a tensão até 100V, foram medidas as tensões no primário VTS e no secundário V T1, e com isso calculados os valores das relações de tensão (K T) e de espiras (K N). Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 2. VTI [V]
VTS [V]
KT
K N
100
Tabela 2: Valores para determinação da relação de transformação
Elevando a tensão aplicada até seu valor nominal, foram coletados os parâmetros apresentados na Tabela 3, referentes ao lado secundário do transformador.
* Io1
Io2
Io3 Io
[A]
[A]
I1
=
[A]
+
I2
Vo
WT
[V]
[W]
+
So
f.po.
f
o
[A]
[VA
[Hz]
]
0,18
0,13
0,12
6
9
2
0,149
212,
29
51
48
0,56
60,0
86
1
Tabela 3: Grandezas medidas no ensaio a vazio
A partir dos dados apresentados na Tabela 3, o valor da corrente a vazio e sua porcentagem da nominal foram calculadas e os resultados são apresentados na Tabela 4, assim como foram calculados o fator de potência em vazio e os valores de I p e Iq, que podem ser observados na Tabela 5, por fim, foram obtidos os parâmetros do ramo magnetizante, como mostra a Tabela 6. I0 [A]
I0%
0,149
9,8%
Tabela 4: Relação percentual entre a corrente em vazio e a nominal
FP0
IP [A]
Iq [A]
0,5686
0,085
0,122
Tabela 5: Componentes da corrente em vazio
Sendo usado para preencher a tabela 5 a seguinte relação:
Onde
é o ângulo do fator de potência.
Zm [ ]
RmP [ ]
XmP [ ]
1760,4
1443,5
1005,2
RmS [ ]
XmS [ ]
Tabela 6: Parâmetros do ramo magnetizante
Fórmulas dos parâmetros em paralelo:
Cálculo de Parâmetros em série:
4.2 Ensaio em curto circuito Neste ensaio, os terminais do secundário são curto-circuitados, enquanto no primário é aplicada uma tensão alternada, de modo controlado com um Varivolt para que a corrente não ultrapasse o seu valor nominal. Assim como no ensaio a vazio, o lado primário do transformador é conectado em delta, enquanto o secundário é ligado em estrela, tal como mostra a Figura 1, porém a saída deve ser ligada em curto circuito. Elevando a tensão de alimentação até o limite da corrente nominal e anotando os respectivos valores da corrente de curto circuito do secundário, a Tabela 7 foi preenchida. VCC
ICC
Volt
Ampère
2,93 3,22 3,29 4,86 6,3 7,38
1,033 1,094 1,245 1,785 2,307 2,626
Tabela 7: Grandezas para determinação da relação tensão corrente em curto-circuito.
Para o ponto referente as condições nominais do ensaio, a Tabela 8 foi preenchida. VCCN
ICCN
WTotal
VATotal
[V]
[A]
[W]
[VA]
7,38
2,63
32,0
32,0
f.p.
T [oC]
1
25
Tabela 8: Grandezas medidas no ensaio em curto-circuito.
4.3 Guia de análise dos resultados 1)
Qual a tensão máxima da bobina de cada uma das fases do transformador? 220V
2)
3) 4) 5) 6)
Por que as conexões devem ser consideradas em um transformador trifásico? Faça um estudo das características de cada uma delas, considerando principalmente a conexão zigue-zag. Qual a diferença entre a relação de tensão e a relação do número de espiras? De que forma a conexão afeta o valor das duas relações em um transformador? Elabore uma tabela contendo todas os grupos de conexões possíveis em um transformador e suas respectivas relações de tensão e transformação. Por que uma das fases apresenta corrente menor que as outras duas? Justifique matematicamente e através de um modelo do núcleo.
Na conexão Aronn quando o ponteiro de um dos wattímetros deflexiona para esquerda, costuma-se inverter os terminais da corrente ou da tensão e, a medida é considerada negativa. Em que condições acontece tal fato? Justifique matematicamente! Esta experiência não foi realizada no laboratório em questão. 8 ) Compare os valores de I p e Iq , justifique sua resposta. O valor de I q (reativo) presente é a maior componente da corrente da corrente à vazio, pois o fator de potência é baixo, o que induz a perdas reativas maiores e um maior valor da componente magnetizante. 7)
9)
Por que o fator de potência de um transformador operando à vazio é extremamente baixo? Justifique sua resposta!
O fator de potencia no ensaio à vazio é muito baixo pelo fato de a potência ativa existente ser baixa neste ensaio pois não existe carga, sendo esse valor de potência diferente de zero apenas pela existência de resistências internas do transformador . 10 )
Analisar o problema das perdas de um transformador de 50 [Hz] trabalhar em 60[Hz].
11 )
O que significa o termo “tap” em transformadores?
“Tap” é uma divisão pré-definida das espiras de um transformador, permitindo comutar em uma mesma bobina o número de espiras, variando assim os seus valores de ganho do transformador. 12 )
O que é o comutador de taps, e qual a sua aplicação?
É um dispositivo que automaticamente corrige a relação de espiras entre uma bobina na parta da alta tensão para a baixa tensão, regulando dessa forma a tensão de saída do transformador, isso é necessário devido a oscilações de tensão do lado da alta tensão que geralmente é conectado à rede de um sistema de distribuição de energia. 13 ) 14 ) 15 )
Faça uma pesquisa sobre os tipos de comutadores de taps existentes. Para que é utilizado o instrumento TTR? Qual o recurso a ser utilizado para se ensaiar o transformador se a tensão superior fosse da ordem de 15 [KV]?
16 ) 17 ) 18 )
Elaborar relatório do ensaio de acordo com as normas estabelecidas. Construa a característica V CC=f(ICC) e comente a respeito do obtido. Calcular VCC% em relação a V N.
19 )
Calcule os valores de R%, X%, e Z%. Corrigi-los para a temperatura de 75 0C.
Sendo a temperatura 25°C e :
Corrigido para 75°C:
1,19:
Efetuar uma pesquisa sobre as perdas adicionais em transformadores. Calcular o fator de potência de curto-circuito do transformador. Quais as vantagens e desvantagens para os transformadores que possuem grande VCC, quando operam em sistemas elétricos? 23 ) Durante o ensaio em curto-circuito, o que ocorre com o valor da indução no núcleo do transformador? 24 ) Quando não for possível realizar o ensaio em curto-circuito com uma tensão que faça circular as correntes nominais, mas sim uma corrente reduzida, pergunta-se: A ) É possível a realização do ensaio? Justifique! B ) Quais as fórmulas a serem utilizadas na correção? Deduza! 25 ) Calcular o rendimento do transformador para as seguintes situações: A ) A plena carga; B ) A 125% de carga; C ) A 75% de carga; D ) A 50% de carga; E ) A 25% de carga; 20 ) 21 ) 22 )
26 )
Traçar a característica do rendimento em função do fator de carga ( η% = f(I/I N).
4. Comentários e Conclusão
