Ensaio em vazio de um transformador trifásico 1

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Universidade Federal de Uberlândia
Faculdade de Engenharia Elétrica
Transformadores
Relatório 2:
Ensaio em vazio de um transformador trifásico
Uberlândia, 2 de Maio.
1º semestre 2008
Objetivo
	Os objetivos desta prática são:
Determinar as perdas no núcleo por histerese e Foucault (perdas no ferro);
Determinar a corrente em vazio I0;
Determinar a relação de transformação de placa (K) e a relação do número de espiras (Kn);
Determinar os parâmetros do ramo magnetizante.
	
Introdução
	Com o transformador operando em vazio a corrente no secundário é nula, e a corrente no primário é muito pequena, quase desprezível, podendo-se desconsiderar as quedas de tensões em cima da resistência do enrolamento, sobrando assim apenas a impedância. Essa impedância não pode se medida e sim calculada, sendo que a tensão a ser aplicada deve ser a tensão nominal.
	As normas da ABNT sugerem que o ensaio a vazio seja realizado pelo lado de baixa tensão (BT) por segurança e também para facilitar, visto que deve ser aplicada a tensão nominal, logo uma tensão mais baixa é mais fácil de ser conseguida.
	A corrente adotada no ensaio vazio e sempre a média das três correntes que circula no transformador trifásico sendo que a corrente que circula no meio e sempre a menor.
 	Os cálculos podem ser feitos por fase, independentemente da ligação do transformador. Os principais parâmetros a serem calculados são:
Impedância do ramo magnetizante: 
;
Fator de potência a vazio: 
;
Componente de perdas no ferro da corrente a vazio: 
;
Componente de magnetização da corrente a vazio: 
;
Resistência equivalente de perdas no ferro do ramo paralelo: 
;
Reatância de magnetização do ramo paralelo: 
.
Fig.1. Circuito equivalente da impedância do ramo magnetizante série e paralela.
	As perdas medidas durante o ensaio a vazio, representadas por Rmp (resistência do ramo magnetizante em paralelo) ou Rms (resistência do ramo magnetizando em série), estão concentradas na sua totalidade, no ferro do núcleo do transformador.
 	A primeira parcela, produzida pelas correntes de Foucault, são devidas à circulação das correntes de mesmo nome que surgem no núcleo. O valor desta parcela é dado por:
em que Kf é uma constante que depende do volume e da qualidade do ferro, B é a indução máxima do fluxo no núcleo, e a espessura das lâminas e f a freqüência.
	A segunda parcela, perda por histerese, é devida à fricção molecular produzida pela tendência ao alinhamento das moléculas, em função das rápidas alternâncias da corrente alternada. Quanto mais fechado for o ciclo de histerese do material do núcleo, menores serão estas perdas, que podem ser dadas por
onde Kh é uma constante que depende do volume e da qualidade do ferro, B é a indução máxima do fluxo no núcleo e f a freqüência.
Parte experimental
Material utilizado
1 transformador trifásico;
3 amperímetros com escala apropriada;
1 voltímetro com escala apropriada;
2 wattímetros com escala apropriada;
1 varivolt trifásico.
Procedimentos
Procedimento
Fig. 2. Esquema de montagem.
De acordo com o esquema da Fig. 2, o transformador foi ligado, operando durante todo o experimento a vazio;
Aplicou-se tensão nominal aos enrolamentos da baixa tensão, efetuando as medições abaixo:
	V1n (V)
	I01 (A)
	I02 (A)
	I03 (A)
	W1 (W)
	W2 (W)
	W0 (W)
	220
	1,52
	1,45
	2,15
	270
	240
	30
Aplicou-se uma tensão reduzida ao enrolamento de alta tensão a fim de obter-se a relação de transformação do transformador:
	V-AT(V)
	V-BT(V)
	200/220
	111/122
Logo a relação de transformação é 1:2.
Com os valores obtidos calculou-se a corrente de magnetização I0 (na linha e na fase), a potência perdida à vazio por fase e a tensão de alimentação na fase, obedecendo a conexão do enrolamento de baixa tensão:
	BT(V)
	I0 – linha(A)
	I0 – fase(A)
	W0 – fase(W)
	V1 – fase(V)
	220
	1,71
	0,99
	10
	220
I0 – linha: 
.
I0 – fase: 
.
W0 – fase: 
.
V1 – fase = V1 – linha = 220V.
Com os dados obtidos calculou-se os parâmetros do ramo magnetizante – por fase – para as representações série e paralela do circuito equivalente, o faotr de potência a vazio e as correntes I0p e I0q:
	Cosφ0
	I0p(mA)
	Ioq(A)
	Zm(Ω)
	Rms(Ω)
	Xms(Ω)
	Rmp(KΩ)
	Xmp(KΩ)
	0,046
	45
	0,99
	222,22
	10,22
	221,99
	4,94
	4,89
Fator de potência a vazio: 
Corrente I0p: 
Corrente I0q: 
Impedância de magnetização: 
Resistência do ramo magnetizante série: 
Impedância do ramo magnetizante série: 
Resistência do ramo magnetizante paralelo: 
	
Reatância do ramo magnetizante paralelo: 
Questões
Por que uma das correntes obtidas não apresenta o mesmo valor das outras duas?
	Isso ocorre devido às irregularidades naturais da montagem do núcleo, e no caso de transformadores de núcleo envolvido à diferente extensão do caminho do circuito magnético da coluna do meio (menor) em relação às colunas externas (maior caminho), o que faz com que a corrente dessa fase seja sempre menor que as outras duas.
Por que o ensaio em vazio deve ser realizado alimentando-se o enrolamento de baixa tensão?
	As normas da ABNT sugerem que o ensaio a vazio seja realizado pelo lado de baixa tensão (BT) por segurança e também para facilitar, visto que deve ser aplicada a tensão nominal, logo uma tensão mais baixa é mais fácil de ser conseguida.
Com base nos dados do teste em vazio e na sua capacidade de julgar os resultados o que é melhor para o sistema de energia elétrica equipado com muitos trafos: trafos operando sempre com muita folga (superdimensionados) ou transformadores operando no limite de sua capacidade?
	Para sistemas equipados com muitos transformadores é melhor que eles operem no limite de sua capacidade, caso contrário, haveria muitas perdas.
Conclusão
	O ensaio em vazio de transformadores é de suma importância pois permitem avaliar a situação do equipamento, analisando as perdas no núcleo magnético e determinando valores que não podem ser medidos, apenas calculados como a impedância de magnetização.
	Logo, aprender como realizar o ensaio é garantir que caso seja necessário, os alunos podem no futuro operar equipamentos como os transformadores, e operarem medições, e realizar cálculos requeridos.
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