Maquinas elétricas transformadores

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- Ensaio de Impedância em Curto-Circuito

1.2.1 Objetivos

- Determinação das perdas dos enrolamentos (Pj);

- Determinação das impedâncias dos enrolamentos ou dos “parâmetros dos enrolamentos” no circuito equivalente.

1.2.2 Diagrama de Montagem

[pic 2]

Fig.2 -

Fig.2- Ligação típica de instrumentos para o ensaio de curto-circuito, visando a determinação de Xe1,Xe1, Re1.

Obs.: No ensaio de curto-circuito, a leitura efetuada no wattímetro corresponde as perdas no cobre (Pcc), uma vez que as perdas magnéticas para essa operação são praticamente desprezíveis - toda tensão aplicada fica na impedância dos enrolamentos.

- Rendimento

1.3.1 Definição prática

É a relação entre a potência útil de saída (Watts) P2, entregue pelo secundário à carga, e a potência útil de entrada P1 entregue, pela fonte, ao primário.

[pic 3]

1.3.2 Procedimento e relações relevantes

Além da regulação de tensão (R%), é possível usar os dados obtidos no ensaio a circuito aberto e do ensaio de curto-circuito para prever o rendimento do transformador. Deve-se notar que ambos os testes empregam técnicas convencionais, em vez do carregamento direto (utilização de pouca potência para o teste, uma vez que usualmente não dispõem de grandes cargas para testar transformadores de potência alta).

Um transformador cujo secundário está a circuito aberto apenas consome potência para as suas perdas no núcleo, menos de 1% de sua potência nominal. Em contrapartida, a potência consumida no ensaio de curto-circuito corresponde às perdas nominais no cobre, assim a potência de entrada é essencialmente Pj (perdas no cobre) que, novamente, serão menos de um por cento da potência nominal. Assim:

[pic 4]

Note-se que o numerador da equação acima representa a potência útil transferida do primário ao secundário e à carga. O termo entre colchetes, do denominador, representa as perdas que ocorrem durante essa transferência. Estas perdas são de dois tipos:

- Perdas fixas, as perdas no núcleo;

- Perdas variáveis, as equivalentes perdas no cobre, referidas ao secundário.

Deve-se também notar que apenas é fixo o termo perdas no núcleo. A potência útil de saída e as perdas equivalentes no cobre são ambas em função de I2, corrente secundária.

Outra observação importante acerca do rendimento é que o fator de potência da carga, , determina o valor do termo potência útil secundária.[pic 5]

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Objetivos

A partir dos valores disponíveis dos ensaios de Circuito Aberto (a Vazio) e Impedância de Curto-Circuito feitos em um transformador monofásico, 60Hz, 2200-440V, a 30ºC, pede-se as perdas no cobre (Pcc) e no núcleo (Phf) para várias condições de carga, sendo que a temperatura de operação varia para 75ºC – sabe-se que a resistência elétrica muda com a temperatura.

Além disso, encontrar o rendimento obtido para plena carga, com fator de potência 0.8 indutivo, a 75ºC. Após isso, demonstrar por meio de gráficos a relação das perdas do transformador em função da corrente I2 e, analogicamente, do rendimento percentual também com a corrente I2.

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Desenvolvimento

Um transformador monofásico, 60 Hz, 2200 - 440V foi submetido aos ensaios de impedância em curto-circuito e de circuito aberto a uma temperatura de 30o c. Os resultados estão tabulados abaixo.

Ensaio de Impedância Em Curto- Circuito

110V

6.82 A

375W

Ensaio de Circuito Aberto

440V

1A

180W

Considerando uma temperatura de operação igual a 75ºc, pede-se:

a) As perdas no cobre e no núcleo, em watts, para a condição de plena carga.

b) As perdas no cobre e no núcleo, em watts, para as condições de ¾ de carga, meia carga, ¼ de carga e a vazio.

c) η%, pc, 0,8i, 75o c.

d) Plotar um gráfico de Pcc e de PHF, no mesmo sistema de eixos coordenados, em função da corrente de carga (I2).

e) Plotar um gráfico detalhado do rendimento desse transformador, a 75ºc, em função da corrente de carga (I2), com fator de potência igual a 0,9i.

f) Fazer suas observações acerca do máximo rendimento observado. Demonstrar em que condição o rendimento tem seu maior valor para uma carga com um dado Fator de Potência.

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d)

[pic 6]

Fig.3.1- Gráfico de Potência (W) em função da corrente I2 (A), segundo as equações:

pcc(x)= 0.377*x^2;

phf(x)= 180; onde x equivale a I2

A figura 3.1 mostra as curvas das potências de perdas no cobre (pcc) e no núcleo (phf), ambas em função da corrente no secundário. Como observado, as perdas no núcleo dependem do fluxo e, portanto, não variam com alterações de corrente ou temperatura.

[pic