Relatório (5) Ensaio para a Determinação do Rendimento e Regulação do Transformador

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Universidade Federal de Uberlândia
Faculdade de Engenharia Elétrica
Ensaio para a Determinação do Rendimento e Regulação do Transformador 
 Beatriz Cristina Moura 11421EEL002
 Lane Silva Pereira 11421EEL004
 Leonardo Pereira 11121EEL052
 Murilo
Uberlândia
2017
SUMÁRIO
1. Objetivos	3
2. Introdução Teórica	3
3. Preparação do ensaio	5
3.1 Materiais e ferramentas	5
3.2 Montagem	5
4. Análise de Segurança	6
5. Cálculos e análise dos resultados	6
6. Questões	8
7. Conclusões	12
REFERÊNCIAS	12
1 Objetivos:
 O intuito dessa prática foi desenvolver formas de analisar o rendimento de um transformador na prática, ou seja, ter meios de definir o quanto de energia elétrica de entrada está sendo fornecida na saída sendo possível mensurar suas perdas entre outros fatores do transformador. Foi feito o levantamento de dados para se obter da mesma forma a regulação de tensão do transformador, e ser capaz de analisar o quanto a tensão de saída de um transformador varia com a variação da carga em seus terminais. 
 Para ambos os fatores analisados existe faixas aceitáveis de variação de seus valores, e extrapolando essa faixa pode tirar conclusões sobre a eficiência do transformador em uso. 
2 Introdução teórica:
 2.1 Rendimento do Transformador 
 O rendimento de um transformador é definido como sendo a potência de saída dividido pela potência de entrada, expressa em porcentagem,
 Podemos exemplificar com o diagrama abaixo a potência de saída 
E a potência de entrada e em baixo as perdas presente nos transformadores,
 
Perdas
 
 Figura 1: Diagrama de perdas
 
 Nas máquinas estáticas o rendimento é alto, já que não tem perdas por atrito e ventilação, as suas perdas se baseiam nas perdas no ferro e no cobre, e pode existir as perdas nas ferragens ditas como perdas adicionais.
Uma outra forma de calcular o rendimento de transformadores é através da fórmula 
Onde são as perdas no cobre dado por: e são as perdas no ferro. O rendimento pode também ser expresso em função do fator de carga,
 Onde é a potência nominal, é o fator de carga e são as perdas nominais . Outras formulas são utilizadas na teoria para o cálculo do rendimento.
 Em nossos estudos, vemos que existem dois tipos de transformadores um de força e outro de distribuição. Os transformadores de distribuição são aqueles que distribuem para os consumidores a energia, ele trabalha a maior parte do dia à meia carga, e por esta razão devem ser projetados para um rendimento próximo a potência nominal, já os de força usados em subestações são projetados para terem melhor rendimento para cargas próxima à nominal.
 
 O rendimento pode ser calculado diariamente como feito pelas concessionais onde calculam o rendimento diário de transformadores representado pela energia elétrica útil de saída pela energia útil de entrada, durante 24horas.
 2.2 Regulação de tensão
 A regulação de um transformador é diferença das tensões no terminal secundário quando este está sem carga com a tensão alterada pelo acréscimo de carga. A mudança na tensão do secundário quando este tem uma carga acontece devido à queda de tensão nas resistências e nas reatâncias de dispersão dos enrolamentos, ou seja devido à queda de tensão na impedância do transformador. A regulação pode ser positiva ou negativa e depende também do tipo de carga (indutiva ou capacitiva) que é alimentada pelo transformador. Este expressão mostra como a regulação pode ser calculada,
 
 
 
 Onde E2 é a tensão á vazio, e V2 é a tensão no secundário com carga
A regulação também pode ser calculada em função do fator de carga, como mostrado na expressão abaixo,
Como também pela fórmula,
Podemos utiliza-las conforme o parâmetro que queremos descobrir assim como conforme a conveniência. É importante citar que a pior regulação é quando o ângulo da impedância interna do transformador for igual ao ângulo da impedância de carga variável, e a melhor regulação ocorre quando a diferença entre estes dois ângulos for de .
3 Preparação do ensaio
3.1 Materiais e Ferramentas
• 1Transformador trifásico;
 
 - Potência nominal (): 1.5KVA 
 - Frequência (f): 60Hz 
 - Tensão (AT): 220Volts (Ligação: Δ)
 - Tensão (BT): 110Volts (Ligação: Y) 
• Amperímetros; 
• Voltímetros digital; 
• Wattímetros; 
• 1 Varivolt trifásico;
• Reostato.
3.2 Montagem
Anotou-se os dados de placa do transformador;
Calculou-se as correntes nominais do transformador;
Efetuou-se a montagem abaixo: 
 Figura 2 - circuito
Realizou-se várias medidas de correntes e montou-se o quadro abaixo:
	I1(A)
	V1(V)
	W1(W)
	W2(W)
	P1(W)
	I2(A)
	V2(V)
	P2(W)
	0,702
	218
	-100
	+110
	10
	0
	109,2
	0
	0,940
	219
	+20
	+210
	230
	0,596
	108,6
	194,8
	1,352
	220
	+100
	+300
	400
	1,107
	108,5
	387,6
	1,779
	219
	+200
	+400
	600
	1,68
	107,5
	568
	2,177
	220
	+300
	+500
	800
	2,223
	106,9
	750,5
	2,673
	220
	+390
	+590
	980
	2,787
	106,1
	920,1
	4,903
	220
	+740
	+940
	1680
	4,833
	102,9
	1572
 Tabela 1: Resultados do ensaio
4 Análise de 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 até a obtermos corrente nominal;
Verificar a tensão de alimentação dos equipamentos; 
Cuidado ao manusear os fios para não provocar nenhum curto-circuito.
5 Cálculo e análise de resultados
•Cálculo Regulação
E2 = 109,2 V (calculado com o transformador a vazio)
	V2[V]
	108,6
	108,5
	107,5
	106,3
	106,1
	102,9
 Tabela 2: Valores medidos de V2
Utilizando a equação da regulação, obtivemos os seguintes valores de regulação:
	Reg %
	0,55
	0,64
	1,58
	2,15
	2,92
	6,12
 Tabela 3 : Valores calculados de regulação 
Cálculo do Rendimento
Fórmula para calcular o rendimento do transformador:
P1 = W1 + W2
	P2[W]
	W1[W]
	W2[W]
	P1[W]
	V2[V]
	194,8
	20
	210
	230
	108,6
	387,6
	100
	300
	400
	108,5
	568
	200
	400
	600
	107,5
	750,5
	300
	500
	800
	106,3
	920,1
	390
	590
	980
	106,1
	1572
	740
	940
	1680
	102,9
 Tabela 4: Valores medidos de P2 e P1
Usando a Equação do Rendimento, obtivemos os seguintes valores de rendimento:
	η%
	84,7
	96,9
	94,67
	93,81
	93,88
	93,57
 Tabela 5: Valores calculados do rendimento 
	I2[A]
	V2[V]
	P2[W]
	I1[A]
	V1[V]
	W1[W]
	W2[W]
	P1[W]
	Reg%
	η%
	0
	109,2
	0
	0,702
	218
	-100
	110
	10
	0
	0
	0,596
	108,6
	194,8
	0,94
	219
	20
	210
	230
	0,55
	84,7
	1,107
	108,5
	387,6
	1,362
	220
	100
	300
	400
	0,64
	96,9
	1,68
	107,5
	568
	1,779
	219
	200
	400
	600
	1,58
	94,67
	2,223
	106,3
	750,5
	2,177
	220
	300
	500
	800
	2,15
	93,81
	2,787
	106,1
	920,1
	2,673
	220
	390
	590
	980
	2,92
	93,88
	4,833
	102,9
	1572
	4,503
	220
	740
	940
	1680
	6,12
	93,57
 Tabela 6: Valores medidos e calculados
Questões
Com os dados obtidos no ensaio, traçar para o transformador
em questão a curva do rendimento em função da carga ( % x 2 ou % x c)
Com base na tabela 6, obtivemos o seguinte gráfico,
 Figura 2: gráfico 
Analise o gráfico da questão anterior em relação a carga, verificando o comportamento do transformador em vazio, a meia carga e com carga máxima.
 De acordo com a figura2, o transformador alcança o rendimento máximo quando está perto de meia carga. Em plena carga, apresenta um alto rendimento.
Se você fosse o engenheiro responsável, qual o regime de carga você recomendaria para este transformador trabalhar a maior parte do dia?
No regime de meia carga, pois é onde ele possui seu melhor rendimento.
Classificar o transformador pela curva obtida (força ou distribuição).
A partir do que foi calculado e notado, trata-se de um transformador de distribuição.
5) Desenhe uma curva de carga diária hipotética de um transformador. Faça a análise de rendimento com base nesta curva e na expressão para o rendimento diário em energia fornecida pelo transformador. (Não se esqueça que o carregamento do transformador se altera ao longo de um dia de funcionamento e que as perdas a vazio são constantes).
Figura3: Gráfico do ciclo médio de carga 
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
 
 Tabela 7: Cálculo do rendimento para um transformador no ciclo médio
Utilizando a expressão: 
Onde,
6) Utilizando a mesma montagem, determinar os valores de do transformador em uso.
Da formula da Regulação: 
Sabendo que a carga era resistiva, logo 
Isolando :
Sabendo que 
E por fim 
7) Utilize os valores de , para o calculo da regulação, pelos métodos: gráfico ( desenhe o diagrama de Kapp do transformador) e analítico ( Calcule a regulação : ). Lembre –se que o fator de potência para as cargas resistivas é unitário 
Para fazer o gráfico calculamos , seguiu-se a mesma lógica para calcular da questão anterior
	 ()
	(
	(
	 
	
	0,581
	0,3357
	0,671
	0,5525
	0,346
	0,365
	0,8259
	0,903
	0,645
	0,401
	0,584
	1,3687
	1,4881
	1,58
	0,981
	0,597
	1,0058
	1,1696
	2,15
	1,327
	0,642
	1,2163
	1,3994
	2,92
	0,898
	0,7523
	1,262
	1,469
	6,12
	1,1051
 Tabela 8: Cálculos do gráfico
Para calcular , achamos o fator de carga a partir da fórmula abaixo e o fator de potência unitário
E 
	
	 
	
	0,233
	1,6
	0,36
	0,422
	2,15
	0,91
	0,640
	3,55
	2,27
	0,846
	2,79
	2,24
	0,063
	2,72
	2,89
	1,063
	3,50
	6,44
 Tabela 9: cálculos da regulação 
7 Conclusão
 Os transformadores são máquinas elétricas estáticas cujo rendimento é muito alto, comparando com máquinas rotativas, e importante conhecer o rendimento do transformador em uso para ter base para analisar se as perdas internas que estão acontecendo estão coerentes com os valores estabelecidos em normas, visando desenvolver menores perdas possíveis, então quanto menor o rendimento mais desfavorável é o transformador em questão, no caso dessa prática os valores do rendimento medido variou entre 85 e 95% valores dentro do esperado. 
 Através do conhecimento do rendimento é possível obter os valores do fator de carga para rendimento máximo, da carga e entre outros. Outro fator importante nos transformadores é sua regulação, idealmente a tensão no secundário deveria ser constante independente da variação da carga, porém isso não ocorre devido as quedas internas e dispersão nas reatâncias dos enrolamentos, mas quanto menor for feito esse valor de regulação, melhor será essa relação de tensão existente, idealmente seria zero, para o transformador ensaiado a regulação chegou a 6,15% , ou seja, logo o mesmo esta variando a tensão no secundário de acordo com a carga, porém pouca devido ao baixo valor percentual. Com isso foi feito a análise de um transformador didático quantos as características que está sendo entregue pelo mesmo.
8 Referências
[1] Camacho, J. Roteiro para Laboratório de Transformadores: Aulas Práticas e Ensaios. 10 Agos. 2010. Faculdade de Engenharia Elétrica –UFU.
[2]Camacho, J. Transformadores de Potência. 18 Fev. 2014. Faculdade de Engenharia Elétrica – UFU.
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/349452/mod_resource/content/2/Transformadores_Teo_2014%20%281%29.pdf