atividade pratica de maquinas eletricas

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
DISCIPLINA: MAQUINAS ELÉTRICA
ATIVIDADE PRÁTICA
 
 
 
 PROFESSOR: SAMUEL RIBAS
 
 
TERESINA-PI
2018
Atividade Prática: Projeto de um Transformador Monofásico de 1kVA – 220/380V 
1. OBJETIVO 
Projetar um transformador isolador com potência nominal de 1kVA, com enrolamento primário de 220V, e enrolamento secundário de 380V. 
2. MATERIAL UTILIZADO
 A realização da atividade prática de Maquinas Elétricas não exige a construção do transformador projetado. Devem ser apresentados somente os cálculos de projeto
3. INTRODUÇÃO 
Um transformador é uma máquina elétrica estática, cuja principal função é transferir energia elétrica de um circuito para outro. Os transformadores podem ser elevadores, abaixadores ou simplesmente isoladores.
4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
 Realizar o projeto de um transformador monofásico com as seguintes especificações:
 - Potência nominal: 1 kVA 
 - Tensão do primário: 220 V
 - Tensão do secundário: 380 V
 - Frequência: 60 Hz 
 - Seção magnética do núcleo: de acordo com o carretel escolhido 
 - Indução magnética: escolher um valor entre 10000 G e 14000 G.
 - Densidade de corrente: 4A/mm2 . 
Passo – 01 - Calcular a potência de entrada do transformador
Em um transformador ideal a potência de saída é igual a potência de entrada, porém nos modelos reais, isso não é verdade, existem perdas no cobre e no ferro, e estas vem expressa como rendimento (n) na placa do transformador. Assim, elevamos a potencia do primário em 10% o que nos dá um rendimento de aproximadamente 0,9.
P1 = 1,1.P2 Consideremos um rendimento de aproximadamente 0,9.
P1 = 1,1.1000W
P1 = 1100W Potência ativa dada em watt.
Passo – 02 - Calcular a seção magnética do núcleo do transformador.
A área de seção magnética do transformador pode ser calculada pela seguinte expressão:
Carretel utilizado foi o EI380 codigo DR 132
S=AxB
S=3,8x5,8
S=22 cm² 
Passo – 03 - Calcular o número de espiras no primário (N1) e do secundário (N2).
O número de espiras do primário pode ser calculado pela seguinte expressão:
Onde:
N1 = número de espiras no primário
V1 = tensão do primário
B = densidade do campo magnético em gauss 
f = frequência em Hz
SL = seção magnética do núcleo em cm²
A densidade do campo magnético depende da dopagem das chapas que irão formar o núcleo, vejamos:
_ B = 8000 para 2% de silício no ferro
_ B = 10000 para 3% de silício no ferro
_ B = 12000 para 4% de silício no ferro
Fazendo os cálculos teremos:
n1=220x100000000
 4,44x10000x60x22
n1 » 375 espiras
Agora, com uma equação bastante conhecida, podemos calcular o número de espiras do secundário.
N1 = N2
V1 V2
375x380=220xN2 =>N2 » 648 espiras
Passo – 04 – Dimensionar a área de seção transversal (bitola) dos enrolamentos primário e secundário.
Para saber a bitola dos fios devemos saber a corrente do primário e do secundário que podem ser calculadas facilmente.
P1 = V1. I1
I1 = P1 ¸ V1
I1 = 1100W ¸ 220V
I1 = 5 A
P2 = V2. I2
I2 = P2 ¸ V2
I2 = 1000W ¸ 380V
I2 = 2,63 A
Agora, precisamos conhecer a densidade de corrente, que é a condução de corrente por mm2. Lembrando que quanto mais ventilado for o ambiente de trabalho do transformador, maior a densidade da corrente.
Tabela da densidade da corrente D
_ Sem ventilação ® D = 2A/cm²
_ Má ventilação ® D = 4A/cm²
_ Ventilação regular ® D = 6A/cm²
_ Boa ventilação ® D = 8A/cm²
Iremos considerar para este transformador um ambiente mal ventilado, ou seja, com densidade de 4A/cm².
Seção do primário = I1 /D
Seção do primário = 5A / 4A/cm²
Seção do primário = 1,25mm²
Pela tabela de condutores o condutor que possui seção igual ou superior a 1,25mm² è o 16 AWG
Seção do secundário = I2 ¸ D
Seção do secundário = 2,63A / 4A/cm²
Seção do secundário = 0,6575mm²
Pela tabela de condutores o condutor que possui seção igual ou superior a 0,6575mm² è o 18 AWG
*Os fios para transformadores usam um padrão americano AWG, (American Wire Gauge), assim devemos fazer a conversão de mm² para AWG, para isso usamos a tabela abaixo
Passo – 05 – ocupação percentual total da janela
Verificar se a área livre no núcleo é o suficiente para encaixar a bobina.
𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎/𝑐𝑎𝑚𝑎𝑑𝑎 = ℎ /d
em que,
 - h é a altura da janela do carretel, em cm,
 - d é o diâmetro do condutor escolhido, em cm
𝐶𝑎𝑚𝑎𝑑𝑎𝑠 = 𝑁 𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑠/𝑐𝑎𝑚𝑎da
em que, - N é o número de espiras do enrolamento em questão.
1)Número de espiras por camada para o enrolamento primário. 
𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎/𝑐𝑎𝑚𝑎𝑑𝑎 = 5,8 /0,129-> 44,96
2) Número de espiras por camada para o enrolamento secundário.
𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎/𝑐𝑎𝑚𝑎𝑑𝑎 = 5,8 /0,102-> 56,86
𝐶𝑎𝑚𝑎𝑑𝑎𝑠 no primário = 𝑁 𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑠/𝑐𝑎𝑚𝑎da->375/ 44, 96=8,34 camadas
𝐶𝑎𝑚𝑎𝑑𝑎𝑠 no secundário = 𝑁 𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑠/𝑐𝑎𝑚𝑎da->648/ 56, 86=11,39 camadas
Com base no número de camadas que o enrolamento irá preencher, determina-se a ocupação percentual do enrolamento em relação a área total da janela. Matematicamente, isso é calculado pela equação
𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎çã𝑜(%) = ℎ × 𝑑 × 𝐶𝑎𝑚𝑎𝑑𝑎𝑠 ℎ × 𝑙 × 100
 ℎ × 𝑙
A área total de ocupação da janela do transformador será a soma das áreas de ocupação de todos os enrolamentos que compõem o transformador. Se a área de ocupação total for menor que 70%, significa que a construção do transformador é possível.
𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎çã𝑜(%) no primário = 5,8 × 0,129 × 8,34× 100
 5,8 × 3,8
𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎çã𝑜(%) no primário= 28,31%
𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎çã𝑜(%) no secundário = 5,8 × 0,102 × 11,39× 100
 5,8 × 3,8
𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎çã𝑜(%) no secundário = 30,57%
𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎çã𝑜(%) total = 𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎çã𝑜(%) no primário + 𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎çã𝑜(%) no secundário
𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎çã𝑜(%) total= 28,31% + 30,57%
𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎çã𝑜(%) total » 59%
Como 59% < 70% logo o projeto será possível