Relatório (2) Verificação da Corrente a Vazio e da Corrente Transitória

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Universidade Federal de Uberlândia
FEELT – Faculdade de Engenharia Elétrica
RELATÓRIO 2
Verificação da Corrente a Vazio e da Corrente Transitória
Experimental de Transformadores
Beatriz Cristina de Moura					11421EEL002
Brenda Dias							11311EEL039
Lane Silva Pereira						11421EEL004
Leonardo Pereira							11221EEL052
11/05/2017
Sumário
Objetivos ………………………………………………………………………2
Introdução Teórica ……………………………………………………………2
Preparação……………………………………………………………………..3
Materiais e Ferramentas ……………………………………………..3
Montagem ……………………………………………………………..4
Análise de Segurança…………………………………………………………4
Cálculos e análise dos Resultados………………………………………….4
Questões ………………………………………………………………………9
Conclusão ……………………………………………………………………12
Bibliografia ……………………………………………………………………15
Objetivos
Determinar a corrente a vazio e a corrente transitória do transformador, de possa dessas correntes será possível determinar as perdas a vazio e o nível de saturação do mesmo, além disso, será possível verificar a viabilidade da proteção onde esse transformador será inserido.
Introdução Teórica
A corrente vazio também chamada de corrente de excitação, produz o fluxo magnético que aparece no núcleo de um transformador quando se aplica tensão a um de seus enrolamentos, nos transformadores de potência, as formas de onda da tensão aplicada e do fluxo magnético resultante são praticamente senoidais, porém a forma de onda da corrente de excitação é diferente de uma senóide devido às propriedades magnéticas não-lineares do núcleo do transformador. A figura abaixo mostra essa forma de onda juntamente com o laço de histerese correspondente do material que compõe o núcleo.
Esta corrente pode ser subdividida em duas parcelas:
-Ip - Corrente ativa ou de perdas, responsável pelas perdas no núcleo e, esta em fase com a tensão aplicada ao primário V1.
-Im - Corrente magnetizante ou reativa, responsável pela criação do fluxo magnético (φm) e está atrasada de 90° em relação a V1. 
Sabendo que:
A perda a vazio pode ser calculada por:
. = 
Sendo defasagem entre 
Por isso é comum considerar que a corrente em vazio é igual a corrente de magnetização.
Já a corrente de inrush aparece durante a energização do transformador, devido à magnetização e à saturação do seu núcleo, sendo sua magnitude determinada pela declividade da característica de magnetização na região saturada. A figura abaixo mostra sua forma de onda
A forma de onda da corrente de inrush é distorcida em relação a tensão aplicada pois existem varias componentes harmônicas inseridas nela, ela pode chegar a um valor de vinte vezes a corrente nominal, por isso é muito importante conhecer essa corrente para que a proteção não atue enquanto o transformador está sendo ligado.
Preparação
Materiais e Ferramentas 
Será utilizado um transformador monofásico, para a visualização da forma de onda da corrente em vazio do transformador. Portanto é necessário o seguinte equipamento: 
1 Transformador monofásico;
1 Varivolt monofásico;
1 Osciloscópio com memória; 
1 Amperímetro;  
1 Voltímetro. 
1 Reostato; 
Fios para ligação; 
Ponteiras para osciloscópio. 
Montagem
De acordo com o esquema da Fig. 1, o transformador foi ligado, operando durante todo o experimento a vazio;
Aplicou-se tensão nominal aos enrolamentos da baixa tensão.
Análise de Segurança
Ligar o transformador em vazio pelo lado da baixa tensão; 
 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 até a nominal; 
Verificar a tensão de alimentação dos equipamentos; 
Cuidado ao manusear os fios para não provocar nenhum curto-circuito.
Cálculos e análise dos Resultados
Neste experimento não estamos preocupados com os valores medidos, mas sim em entender o porquê das formas de onda obtidas, o experimento foi montado como mostrado abaixo,
Em um primeiro instante a ligação do transformador foi em estrela (Y) e logo depois fizemos o mesmo procedimento no entanto para a ligação em delta(∆). Para analisarmos a forma de onda da corrente foi necessário posicionar as ponteiras do osciloscópio nos terminais do resistor, o resistor foi ligado em paralelo na carga para obter o menor valor de resistência como indicado na figura: 
A partir dessas considerações começaremos a apresentar as formas de onda da corrente aumentando a tensão de 30 em 30 V
Para a ligação em Y obtemos as seguintes formas de onda:
	V=
	V=
	V=
	V=
		Experimental de Transformadores
		Verificação da Corrente a Vazio e da Corrente Transitória
 
Em 84V vemos o pico da corrente insrush a partir do chaveamento no momento de ligação do circuito. É importante observar que à medida que a tensão aumenta a distorção aumenta.
A partir deste ensaio vamos agora o transformador em delta, e para este caso alimentamos a tensão de 60 em 60V,
	V=
	V=
	V=
	V=
Em 200 V no chaveamento vemos o pico da corrente inrush, e ela só ocorre no momento de chaveamento do circuito.
Logo é possível observar que nas duas ligações há distorções na forma de já que devido as propriedades magnéticas não lineares do ferro a forma de onda da corrente difere da forma de onda de fluxo. Se analisarmos a corrente de excitação na série de Fourier poderemos verificar que ela é composta de uma fundamental e uma família de harmônicas ímpares. A fundamental pode ser decomposta em duas parcelas uma em fase com a f.c.e.m e a outra atrasada de 90 graus em relação a f.c.e.m. A componente em fase é a componente de potência absorvida pela histerese e perdas por Foucalt, se subtrairmos esta componente e diferença é chamada de corrente de magnetização que é a parcela que está atrasada de 90 graus em relação a f.c.e.m e com outras harmônicas que cuja 3º harmônica é cerca de 40% da fundamental. Que é a componente responsável pela deformação da onda.
Questões
Questões Referentes a Obtenção da Corrente a Vazio
O que se pode obervar na forma de onda para as tensões de excitação mais baixas? E para as mais altas? Em que situação a onda é mais distorcida?
Tanto na montagem em delta como na montagem em estrela a forma de onda da corrente em vazio para valores mais baixo de tensão de excitação se aproximava de uma senoide pura, porem com a elevação da tensão a forma de onda começava a ficar distorcida devido as caracteristicas não lineares do transformador, aproximando da região de saturação do nucleo magnetico.
Logo para elevados valores de tensão a corrente possuia maiores distorções.
Desenhe as formas de onda observadas, para uma excitação mais baixa e mais alta respectivamente. O que representa esta forma de onda de tensão observada no osciloscópio.
Para uma excitação mais baixa a forma de onda observada é: 
	Estrela
	Delta
Para uma excitação mais alta a forma de onda observada é:
	Estrela
	Delta
As formas de onda medidas pelo osciloscópio encima da resistência, essa representando a corrente a vazio do transformador (devido tensão estar sem fase com a corrente no resistor), podendo ser possivel verificar a influencia das propriedades do nucleo na forma de onda da corrente de magnetização.
Questões Referentes a Obtenção da Corrente Transitória
O que pode se observar a respeito da corrente transitória no instante em que o transformador foi ligado em vazio?
Ao ligar o transformador percebemos uma corrente de pico, logo após a corrente diminui entrando em regime permanente.
O que pode se observar a respeito da corrente transitória alguns ciclos após seu chaveamento?
Após alguns ciclos, a corrente transitória, entrará no seu regime permanente. Assim sendo como está a vazio essa corrente no regime permanente será a corrente a vazio, cuja função é suprir as perdas a vazio (núcleo) e produzir o fluxo magnético (mútuo).Repetindo o processo de energização do transformador por várias vezes, o que se pode concluir a respeito da influência do instante de energização sobre a corrente transitória? Não se esqueça que a tensão aplicada ao transformador é senoidal e de frequência igual a 60 Hz.
 Durante os primeiros instantes de energização de um transformador, os elevados valores de fluxo atingem a região de saturação do laço de histerese do núcleo. Desta maneira, para pequenas variações do fluxo podem ocorrer grandes variações de i de modo a se estabelecer um surto de corrente. Assim repetindo esse processo a corrente transitória não vai atresentar em nenhum chaveamento a mesma forma de onda pois ele varia no tempo e a tensão aplicada é senoidal
 
Desenhe as formas de onda típicas de corrente transitória em transformadores. 
As correntes de Inrush aparecem em pulsos rápidos da forma de milisegundos, nessa prática foi realizado um vídeo para mostrar o comportamentos dessa corrente, e algumas formas de ondas que obtivemos foram:
	Delta: 
	
	
Estrela:
	
Por que entre dois processos de obtenção da corrente transitória, a forma de onda registrada o osciloscópio nunca se repete?
A corrente de Inrush do valor instantâneo da corrente de entrada senoidal, então como a alimentação esta variando em uma frequência de 60Hz, no momento da energização não é possivel prever em que ponto a senoide estara em seu ciclo, sendo então que a cada momento que a forma de onda for registrada será obtido um pico diferente para o valor da corrente transitória, como podemos ver nas fotos do exercicio anterior.
Conclusão
Para analise dos efeitos da corrente de Inrush e Corrente em vazio, foi realizado a montagem do transformador em delta e em estrela, com seu outro lado em aberto. É possivel observar pelas formas de onda da corrente que o aumento da tensão influência diretamente a distorção da corrente a vazio do transformador, devido as propriedades magneticas não lineares do material do núcleo.
Se for realizado uma analise em série de Fourier é possivel decompor essa onda em uma fundamental e uma série de harmonicos, onde a fundamental pode ser separada em duas componentes: uma em fase com a f.c.e.m a qual corresponde a potência absorvida pela histerese e perdas por corrente de foucault no núcleo chamada de componente de perdas no núcleo da corrente de excitação, e outra atrasada em 90° da f.c.e.m chamada corrente de magnetização onde se tem a componente fundamental e os demais harmônicos e a influência da 3° é de cerca de 40% da corrente de magnetização.
Da curva B-H é possivel obter a relação existente com tensão e corrente, como mostrado acima. Para se aproveitar o nucleo de um transformador é escolhido uma região linear proxima a saturação para trabalhar com a máxima indução de fluxo magnético (B), logo quanto mais eleva a tensão mais distorcida fica a corrente devido as caracteristicas do nucleo.
Na montagem em estrela, o lado a vazio foi o primário, logo no secundário poderia excursionar a tensão de 0 a 120V, sendo possivel observar que com menores valores de tensão já era possivel analisar uma distorção elevada, se dando ao fato da ligação em estrela não estar aterrada para circulação da corrente de 3° harmônico, gerando tensões resultantes maiores, e como a forma de onda da corrente esta sendo obtida em um resistor tensão e corrente estão em fase.
Na montagem em delta, deixou-se o lado de baixa em aberto para se ter uma faixa de variação maior no primário de 0 a 220V tendo que elevar mais a tensão para começar a observar a distorção, devido no triângulo ser mais favoravel a circulação das correntes de 3° harmônico.
Pode também observar as correntes de Inrush no momento de energização do circuito, sendo seu pico variavel de acordo com o ponto em que o mesmo era energizado, não sendo possivel controlar. Sendo assim, foi posivel analisar o que ocorre com a corrente com o transformador funcionando a vazio.
Bibliografia
[1]	Análise e Medições das Sobrecorrentes de Energização de um Transformador Monofásico. Disponivel em < http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10003742.pdf >. Acesso em: 08. Mai. 2017.
[2]	Camacho, J. Roteiro para Laboratório de Tranformadores: Aulas Práticas e Ensaios. 10 Agos. 2010. Faculdade de Engenharia Elétrica – UFU.
[3]	Camacho, J. Transformadores de Potência. 18 Fev. 2014. Faculdade de Engenharia Elétrica – UFU.
[4]	Samesia.M. Conversão de Energia: Roteiro de Aulas Práticas para Laboratório. Mai. 2013. Faculdade de Engenharia Elétrica – UFU.
[5] Tranformadores. Corrente de Energização Inrush. Disponivel em < http://alexandrecezar.vl1.net2.com.br/inrusha.pdf >. Acesso em: 08. Mai. 2017.