Ensaio para determinação da polaridade e do defasamento angular de um transformador trifásico

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Ensaio para determinação da polaridade e do defasamento angular de um transformador trifásico
Objetivo
	Este ensaio tem por finalidade a determinação da polaridade e do defasamento angular de um transformador trifásico.
2- Introdução Teórica
	2.1- Polaridade
	A marcação da polaridade dos terminais dos enrolamentos de um transformador monofásico indica quais são os terminais positivos e negativos em um determinado instante, isto é, a relação entre os sentidos momentâneos das f.e.m. nos enrolamentos primário e secundário. Esta polaridade depende fundamentalmente de como são enroladas as espiras do primário e do secundário (Fig. 1), que podem ter sentidos concordantes ou discordantes como se vê na mesma figura.
	a) enrolamentos concordantes	b) enrolamentos discordantes
			V2 = e1 – e2			 V2 = e1 + e2
			V1 = e1				 V1 = e1
Caso a: Polaridade Subtrativa (mesmo sentido dos enrolamentos)
Caso b: Polaridade Aditiva (sentidos contrários dos enrolamentos)
	Esses sentidos têm implicação direta quanto à polaridade da f.c.e.m. e f.e.m.
	Aplicando uma tensão V1 ao primário de ambos os transformadores, com a polaridade indicada na (figura 5.1), haverá circulação de correntes nesses enrolamentos, segundo o sentido mostrado. Então os correspondentes fluxos serão produzidos e conseqüentemente aparecerão f.e.m. nos enrolamentos secundários que, de acordo com a Lei de Lenz contrariam a causa que as deu origem. Logo, no caso a, ter-se-á uma f.e.m. induzida que tenderia a produzir a corrente i2 indicada. Portanto seria induzida uma f.e.m. (e2) no sentido indicado, que irá ser responsável por um fluxo contrário ao fluxo produzido devido a i1. Já no caso b, tal f.e.m. deverá ter sentido exatamente oposto ao anterior com o propósito de continuar produzindo um fluxo contrário ao indutor.
	Analogamente ao que acontece no secundário, estando o mesmo fluxo cortando também o primário, tem-se uma tensão induzida no circuito do primário, sendo, pois, denominada por f.c.e.m., tendo o sentido indicado na figura 5.1 a e b. Uma vez que a tensão aplicada (V1) tem a mesma polaridade para a f.c.e.m. e1 de modo que se tenha o efeito de queda de tensão.
	Ligando-se, agora, os terminais 1 e 1’ em curto, e colocando-se um voltímetro entre 2 e 2’, verifica-se que as tensões induzidas (e1 e e2) irão subtrair-se (caso a) ou somar-se (caso b), originando daí a designação para a polaridade de transformadores.
	2.2- Defasamento Angular
		O conceito de polaridade aplicado a transformadores monofásicos, tem o seu correspondente nos transformadores trifásicos sob o nome de defasamento angular, que é o ângulo de defasamento que existe entre as tensões de linha do lado secundário em relação às tensões de linha análogas, do lado primário. Este ângulo pode apresentar valores diversos em função do tipo de ligação trifásica interna do trafo. As ligações internas podem ser de três tipos:
		2.2.1- Triângulo (()
		2.2.2- Estrela (Y)
		2.2.3- Zig-Zag (Z)
		A partir das três ligações apresentadas acima surgem as combinações para ligação interna do primário e secundário de trafos trifásicos, ou seja, (-Y, Y-(, (-Z, Z-(, etc.. No caso de transformadores Y-( e (-Y, por exemplo, eles podem apresentar quatro possíveis defasamentos angulares distintos, 30º, 210º, 150º e 330º. Apesar disso, o conhecimento do defasamento angular não é suficiente para a determinação da ligação interna do trafo e é por isso que as normas exigem a inclusão destas informações na placa externa de identificação do transformador.
3- Preparação
	3.1- Equipamento
Foi utilizado, para a realização do ensaio, um transformador trifásico com as seguintes características:
Potência nominal (Pn): 1.5KVA
Frequência (f): 60Hz
Tensão (AT): 220Volts 	Ligação: Y
Tensão (BT): 110Volts 	Ligação: Y
Preparou-se portanto o seguinte material:
1 transformador trifásico;
2 voltímetros C.C. com escalas apropriadas;
2 voltímetros C.A. com escalas apropriadas;
1 amperímetro C.C. de ponteiro central;
1 varivolt trifásico.
3.2- Material
Fios para ligação;
3.3- Segurança
Ligar o transformador com carga conectada ao secundário;
Observar as escalas do amperímetro e do voltímetro para verificar se estão adequadas aos valores de corrente e tensão;
Aumentar a tensão no varivolt gradativamente;
Verificar a tensão de alimentação dos equipamentos;
Cuidado ao manusear os fios para não provocar nenhum curto-circuito.
4- Experiência Prática
4.1- Determinação da polaridade
	Ligam-se os lados de tensão superior a uma fonte CC. Instala-se um voltímetro CC dos lados de alta e baixa do trafo. O positivo do primeiro voltímetro será ligado em H1 e o positivo do segundo voltímetro será ligado em X1 e assim sucessivamente para os outros terminais.
	Liga-se a fonte, observando-se a deflexão de V1. Logo em seguida, desliga-se a fonte, observando-se a deflexão de V2:
Se V1 e V2 defletirem em sentidos opostos ( Polaridade Subtrativa.
Se V1 e V2 defletirem no mesmo sentido ( Polaridade Aditiva.
V1 deflete positivamente		V2 deflete negativamente
Polaridade subtrativa
	4.2- Determinação do defasamento angular
	Efetuamos a montagem abaixo:
	Em seguida aplicamos uma tensão de 100V nos terminais de alta tensão do trafo efetuamos as seguintes medições para determinação do defasamento pelo método de comparação das tensões:
VH1-H3 = 100Volts		VH2-X2 = 50Volts		VH2-X3 =85,9Volts
VH3-X2 = 85,9Volts 		VH3-X3 = 50Volts
Efetuamos as seguintes medidas, para a determinação do defasamento angular do trafo pelo método gráfico.
VX1-X2 = 50Volts		VH1-H2 = 100Volts		VH2-X2 = 50Volts
VH2-X3 = 85,9Volts		VH3-X2 = 85,9Volts		VH3-X3 = 50Volts
	4.2.1- Determinação do defasamento angular pelo método do golpe indutivo
	Efetuamos a montagem a seguir:
Ligar uma fonte de CC através de uma chave à TS – positivo em H1 e negativo em H2;
Ligar um amperímetro em três posições, aos terminais da TI, da seguinte forma:
1a posição – X1X2 – positivo do instrumento em X1;
2a posição – X1X3 – positivo do instrumento em X1;
3a posição – X2X3 – positivo do instrumento em X2.
Fechar o interruptor na TS, fazendo desta forma, H1 positivo e H2 negativo e verificar para as três posições, a polaridade dos terminais X1-X2, X1 – X3 e X2 – X3.
	X1
	X2
	X1
	X3
	X2
	X3
	+
	-
	+
	-
	-
	+
5- Discussões
	Utilizando-se das leituras obtidas no item 4.2 e com o auxílio da tabela 1 abaixo determinamos o defasamento angular pela comparação das tensões, e verificamos que este era de 0º.
	Ainda para comprovação determinamos o defasamento angular pelo método gráfico:
	Como vemos na figura acima o defasamento para o método gráfico também foi de 0º como o esperado.
	Além desses dois métodos ainda podemos determinar o defasamento pelo método do golpe indutivo, comparando as polaridades obtidas no item 4.2.1 com as representadas na tabela abaixo:
	X1
	X2
	X1
	X3
	X2
	X3
	Defasamento
	+
	-
	+
	-
	-
	+
	0º ou 0
	+
	-
	0
	0
	-
	+
	30º ou 1
	-
	+
	-
	+
	+
	-
	180º ou 6
	-
	+
	0
	0
	+
	-
	210º ou 7
	+
	-
	+
	-
	-
	+
	0º ou 0
	
Mais uma vez obtivemos a confirmação do defasamento angular de 0º como o esperado na teoria. Podemos ressaltar ainda que o defasamento angular não permite o conhecimento das ligações do primário e secundário do transformador, uma vez que diferentes ligações internas dos transformadores trifásicos podem apresentar o mesmo ângulo de defasamento angular como já exemplificado no caso de Y-( e (-Y.
Tabela 1
6- Conclusão
	Os transformadores são máquinas elétricas estáticas, cujo rendimento é bastante alto, se comparado com as demais máquinas elétricas rotativas, motores e geradores, já que não apresentamperdas mecânicas por atrito e ventilação.
	Os transformadores usados nos circuitos de distribuição, isto é, aqueles que alimentam diretamente os consumidores com a tensão de consumo, apresentam um ciclo de carga bastante variável, trabalhando a maior parte do dia à meia carga, portanto tendo seu rendimento máximo caracterizado quando ele está com 50% da carga.
	Os transformadores ditos de força possuem um ciclo de carga pouco variável e, portanto são projetados para ter seu melhor rendimento para cargas próximas da sua potência nominal.
	A melhor regulação se dá quando o ângulo ((i - (c) for igual a 90º. Nesse caso a carga é de natureza capacitiva. A pior regulação ocorre para cargas cujo ângulo ((i - (c) for igual a 0º
7- Referências Bibliográficas
AGUIAR, Adalton Lima de; CAMACHO, José Roberto - “Apostila de Laboratório de Transformadores” – UFU – Março de 2000;
CAMACHO, José Roberto – “Tratado sobre Transformadores de Potência” – UFU – Março de 2000;
PEREIRA, Renato Alves; DELAIBA, Antônio Carlos – “Apostila de Conversão de Energia – UFU – Fevereiro de 2001.
Laboratório de Transformadores
_1092583093/ole-[42, 4D, 9E, 52, 01, 00, 00, 00]
_1092583663/ole-[42, 4D, 2A, 59, 01, 00, 00, 00]
_1092595314/ole-[42, 4D, B6, 03, 09, 00, 00, 00]
_1092582833/ole-[42, 4D, FA, 49, 01, 00, 00, 00]