laboratório 6 - ensaios em transformadores_240716_214847

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Universidade Federal do Rio Grande do Sul 
Campus Litoral Norte 
Departamento Interdisciplinar 
 
 
DIL01162 – Laboratório de Conversão de Energia e Máquinas Elétricas 
2024/1 
Laboratório 6 – Ensaios em transformadores 
Ensaio a vazio e em curto-circuito para a determinação dos parâmetros do circuito 
equivalente de transformadores monofásicos 
1. Objetivo 
Realizar ensaios para a determinação dos parâmetros do circuito equivalente de 
transformadores monofásicos. Identificar relação entre grandezas na composição do 
circuito elétrico equivalente de transformadores reais. 
2. Base teórica 
O comportamento de um transformador real, para operação com frequências da 
ordem de 60 Hz, pode ser modelado por meio de um circuito elétrico equivalente, 
conforme mostrado na Figura 1. Cada elemento deste modelo representa um 
fenômeno físico que ocorre no transformador. 
 
Figura 1: Modelo equivalente de um transformador monofásico. 
O transformador mostrado na Figura acima é um transformador ideal com relação de 
transformação 1:a, onde “a” é a relação do número de espiras, isto é, a = N2/N1. Este 
transformador pode ser suprimido do modelo se as impedâncias forem refletidas do 
secundário para o primário, como mostrado na Figura 2, onde R2’ e Xl2’ representam 
a resistência R2 e a reatância Xl2 refletidas para o lado primário. 
 
Figura 2: Modelo equivalente do transformador monofásico com as impedâncias do 
secundário refletido ao primário. 
 
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A partir do modelo mostrado nas figuras anteriores é possível determinar as 
características de desempenho de transformadores como rendimento, regulação de 
tensão, defasamento angular, dentre outros. Os elementos do modelo podem ser 
obtidos por meio de dois ensaios denominados ensaio a vazio e ensaio de curto 
circuito. 
3. Equipamentos utilizados 
Os ensaios serão realizados utilizando os seguintes equipamentos e dispositivos 
ilustrados na Figura 3: 
• Multímetro digital 
• Alicate volt amperímetro 
• Wattímetro digital 
• Varivolt 
• Transformador monofásico 220V/127:12V 400VA 
• Cabos de conexão 
 
Multímetro digital 
Minipa ET-2082C 
Alicate volt amperímetro 
T-RMS VA-901 
Wattímetro Digital 
Politerm POL-64 
 
 
Varivolt 
0-250V AC 
Transformador monofásico 
220V/127:12V 400VA 
Figura 3: Equipamentos e dispositivos utilizados nos experimentos. 
 
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4. Experimento 
 
Os experimentos que serão realizados envolvem altas tensões e 
correntes. Deve-se ter muito cuidado na execução dos mesmos. 
Realizar o experimento sob supervisão e verificar atentamente as 
conexões antes da energização. 
4.1 Ensaio a vazio 
O ensaio a vazio ou circuito aberto, consiste em aplicar a tensão nominal em um dos 
enrolamentos do transformador enquanto o outro enrolamento está aberto. Por 
conveniência, geralmente alimenta-se o enrolamento de baixa tensão 
independentemente se o transformador será utilizado como elevador ou rebaixador 
de tensão. 
As grandezas elétricas que devem ser medidas durante o ensaio a vazio são: tensão 
eficaz aplicada no primário (Vca), corrente eficaz no primário (Ica), e potência ativa 
dissipada (Pca), conforme mostra o diagrama esquemático da Figura 4. 
 
Figura 4: Diagrama esquemático do ensaio a vazio de transformador monofásico. 
Com base no modelo da figura acima, pode-se observar que a corrente no secundário 
é nula neste ensaio. Além disso, de forma geral tem-se que a impedância equivalente 
do ramo de excitação (Rc // Xm) é muito maior que a impedância série (R1 + X1) e que 
Rc >> R1 e Xm >> X1. Assim, no ensaio a vazio, as impedâncias série podem ser 
desprezadas e as do ramo de excitação podem ser determinadas. A resistência do 
ramo de excitação pode ser determinada por: 
ca
ca
c
P
V
R
2
=
 
Consequentemente, a impedância de magnetização Zϕ pode ser determinada por: 
ca
ca
I
V
Z =
 
 
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A reatância de magnetização Xm = ωLm pode ser finalmente estimada: 
22
11
1






−








=
c
m
RZ
X

 
4.1 Ensaio de curto-circuito 
O ensaio de curto-circuito consiste em aplicar a corrente nominal em um dos 
enrolamentos do transformador enquanto o outro enrolamento é curto-circuitado. 
Por conveniência, geralmente alimenta-se o enrolamento de alta tensão, 
independentemente se o transformador será utilizado como elevador ou rebaixador 
de tensão. 
As grandezas elétricas que devem ser medidas durante o ensaio de curto-circuito são: 
tensão eficaz aplicada no primário (Vcc), corrente eficaz no primário (Icc), e potência 
ativa dissipada (Pcc), conforme mostra o diagrama esquemático da Figura 5. 
 
Figura 5: Diagrama esquemático do ensaio de curto-circuito em transformador monofásico. 
Considerando o que já foi discutido com relação a ordem de grandeza das 
impedâncias do modelo, ou seja, que as impedâncias do ramo de excitação são de 
forma geral muito maiores que as impedâncias série, pode-se inferir que no ensaio 
de curto-circuito as impedância do ramo de excitação podem ser desprezadas e as 
impedâncias série podem ser determinadas. Portanto, com base na análise do circuito 
da Figura 2 e da Figura 5 é possível verificar que: 
2
cc
cc
cceq
I
P
RR ==
 
É importante observar que no ensaio de curto-circuito obtém-se a resistência 
equivalente (Req), que é igual à soma de R1 com R2 refletido para o lado primário. 
Como R1 e R2 representam as resistências ôhmicas dos enrolamentos primário e 
secundário, respectivamente, estes também podem ser medidos diretamente. 
 
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Para obter R1 e R2 separadamente a partir do ensaio, de forma geral utiliza-se a 
aproximação R1 = R2’= 0,5Req. 
 
Consequentemente: 
cc
cc
cceq
I
V
ZZ ==
 
E por fim: 
22
cccccceq RZXX −==
 
De forma análoga às resistências, determina-se por meio do ensaio de curto-circuito 
a reatância equivalente, Xeq, que é dada pela soma de Xl1 com Xl2 refletida para o 
primário. Entretanto, não existe uma forma simples de determinar Xl1 e Xl2 
independentemente. Uma boa aproximação pode ser considerar que Xl1 = Xl2’= 0,5Xeq. 
5. Descrição do experimento 
Atentar para as conexões: 
• Do transformador: fios azuis (12 V), fios preto e vermelho (220 V) 
• Do wattímetro: o primário do transformador deve ser ligado na conexão de 
carga do wattímetro 
 
1. Monte o circuito mostrado na Fig. 6 para realizar o ensaio a vazio do 
transformador monofásico para medir tensão, corrente e potência ativa. A 
instrumentação deve ser feita no lado de BT (12 V). 
 
 
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Figura 6: Esquemático de ligação para ao ensaio em circuito-aberto. 
IMPORTANTE: Antes de energizar o experimento, certifique-se que a tensão de saída 
do Varivolt esteja ajustada para 0 V. 
2. Ligue a bancada; em seguida ajuste a tensão do primário do transformador em 
teste para o seu valor nominal (12 V). Fazer a leitura dos valores indicados e 
preencher a Tabela 1 do relatório. 
3. Reduzir a tensão do Varivolt para 0 V. 
4. Desligue a bancada e monte o circuito mostrado na Figura 7 para realizar o 
ensaio de curto-circuito de um transformador monofásico para medir tensão, 
corrente e potência ativa. A instrumentação deve ser feita no lado de AT (220 
V) e o curto-circuito no lado de BT (12V). 
 
Figura 7: Esquemático de ligação para ao ensaio de curto- circuito. 
5. Determinar a corrente nominal de saída transformador com base em suas 
especificações. Anotar o valor no relatório. 
alno
alno
albo
V
S
I
min
min
min =
 
IMPORTANTE: Devido ao alto valor obtido, por questões de segurança recomenda-se 
que a mesmaseja medida com o alicate amperímetro. 
IMPORTANTE: Utilizar condutor para realizar o curto-circuito com bitola adequada, 
exemplo: 6 mm2 
IMPORTANTE: Antes de energizar o experimento, certifique-se que a tensão de saída 
do Varivolt esteja ajustada para 0 V. 
 
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6. Ligue a bancada. Aumente lentamente a tensão do primário até que a corrente 
do secundário seja a corrente nominal. Fazer a leitura dos valores indicados e 
preencher a Tabela 2 do relatório. 
7. Reduzir a tensão do Varivolt para 0 V e desligar a bancada. 
 
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Ensaio a vazio e em curto-circuito e determinação dos parâmetros do circuito 
equivalente de transformadores monofásicos 
 
Integrantes do grupo:_____________________________ 
1. Relatório 
Este relatório pode ser entregue na próxima aula. 
1.1 Preencher a tabela com os valores das medições do ensaio a vazio 
Descrição Valor 
Tensão eficaz do primário (V) 
Corrente eficaz do primário (A) 
Potência ativa média medida no primário (W) 
Fator de potência 
1.2 Preencher a tabela com os valores das medições do ensaio em curto-circuito 
Descrição Valor 
Tensão eficaz do primário (V) 
Corrente eficaz do primário (A) 
Potência ativa média medida no primário (W) 
Fator de potência 
 
 
 
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1.3 Com base nos resultados obtidos nas Tabelas 1 e 2, determinar: 
a) o circuito equivalente T do transformador monofásico referido ao lado de AT. 
Apresente o circuito do modelo equivalente e os valores calculados. 
a) o circuito equivalente L do transformador monofásico referido ao lado de AT. 
Apresente o circuito do modelo equivalente e os valores calculados. 
1.4 Com base nos valores do fator de potência determinados o que podemos concluir 
em relação a carga de um transformador?