Funcionamento de transformador monofasico

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© Manuel Vaz Guedes, 2003
MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
FEUP
 2003 / 2004
SE LEEC TLME1-3
Transformador Monofásico
ensaios económicos
1. Introdução
Na análise do funcionamento do transformador monofásico pode ser utilizado um modelo que
consiste num circuito eléctrico de parâmetros concentrados referido a um dos lados (primário ou
secundário) e simplificado do transformador. O circuito em L referido ao secundário tem a
seguinte configuração:
R2 X2
Ro2 Xo2
Os valores dos parâmetros (R2, X2, Ro2, Xo2) podem ser determinados a partir de dois ensaios — o
ensaio em circuito aberto e o ensaio em curto-circuito — que por se realizarem com um pequeno
consumo de energia são chamados os ensaios económicos.
No ensaio em circuito aberto, o transformador tem o secundário em circuito aberto, funcionando
praticamente como uma bobina com núcleo de ferro. Pode-se determinar o valor da impedância
do circuito de magnetização, e separar (segregar) a sua componente óhmica (Ro2) e a s u a
componente reactiva (Xo2).
R2 X2
Ro2 Xo2
Ia
Im
U
φ
Io
ϕo
Para realizar o ensaio em curto-circuito estabelece-se uma ligação eléctrica entre os terminais
do secundário do transformador, e alimenta-se o primário com uma tensão tal que provoque a
passagem de uma corrente eléctrica com uma intensidade igual à intensidade nominal d a
corrente secundária do transformador (I2n). Esta tensão tem um valor relativamente pequeno;
por isso, desprezam-se as perdas no ferro. Com este ensaio determina-se o valor da impedância
combinada referida ao secundário (Z2), assim como a sua componente óhmica (R2) e a s u a
componente reactiva (X2).
R2 X2
Ro2
R2·I2n
X
2·
I2
n
Z2·
I2n
 =
 U
2c 
= U
1c/m
TLME1-3 — 2 —
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2. Objectivos
O objectivo deste trabalho de Laboratório é a determinação, através dos ensaios económicos, dos
parâmetros do circuito equivalente referido ao secundário de um transformador monofásico.
3. Bibliografia
Manuel Vaz Guedes;“Sistemas Trifásicos – medida de potência,”, texto de apoio ( www.fe.up.pt/me1 )
Manuel Vaz Guedes;“Método do Voltímetro–Amperímetro,”, texto de apoio (www.fe.up.pt/me1)
Manuel Vaz Guedes;“ Máquinas Eléctricas I — apontamentos”, FEUP, 2003 (www.fe.up.pt/me1)
Carlos Castro Carvalho; “Transformadores”, pp. 70-71, AEFEUP 1983 (www.fe.up.pt/me1)
Manuel Vaz Guedes; “Grandezas Periódicas Não Sinusoidais”, Porto 2001 (www.fe.up.pt/me1)
M. Kostenko L. Piotrovsky; “Máquinas Eléctricas”, Vol. 1 [B_FEUP]
M.I.T. Staff; “Magnetic Circuits and Transformers”, MIT Press, 1943
4. Trabalho a Efectuar
4.1. Material Necessário
– Transformador monofásico – Autotransformador
– Dois voltímetros CA – Um Wattímetro
– Dois Amperímetros CA – Ponte de Medida da Resistência
A — Determinação da razão de transformação e Ensaio em Vazio
A.4.2. Montagem a Realizar
W
V1
A
V2
A.4.3. Modo de Proceder
➸ Realizar a montagem.
☎ Chamar o docente para verificação
▲ Ligar o auto-transformador
➚ Elevar LENTAMENTE a tensão aplicada ao primário do
transformador até atingir o valor nominal.
✍✒ Ler os valores da tensão primária (V1), da tensão secundária (V2), d a
intensidade de corrente (A) e da potência eléctrica absorvida (W).
➷ Reduzir a tensão do auto-transformador.
✍ Tomar as notas necessárias à elaboração do relatório.
▲ Desligar o auto-transformador
❍ Com os valores lidos determinar:
- a razão de transformação
- o factor de potência em vazio
- o valor das componentes da corrente em vazio
- o valor da resistência e da reactância de magnetização
2✍ Reverificar todas as notas importantes e necessárias à elaboração do
relatório
… Continuar o trabalho com,
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B — Ensaio em Curto-circuito
B.4.4. Montagem a Realizar
W
V1
A
A2
B.4.5. Modo de Proceder
– Realizar a montagem.
☎ Chamar o docente para verificação
▲ Ligar o auto-transformador
➚ Elevar MUITO LENTAMENTE a tensão aplicada ao pr imár io
do transformador até que no secundário circule a corrente
nominal (A2).
✍✒ Ler os valores da tensão primária (V), da intensidade d e
corrente eléctrica primária (A) e da potência eléctr ica
absorvida (W).
➷ Reduzir a tensão do auto-transformador.
▲ Desligar o auto-transformador
❍ Com os valores lidos determinar:
- o valor em módulo da impedância reduzida ao secundário
e a queda de tensão percentual
- o valor da resistência combinada reduzida ao secundário
- o valor da reactância combinada reduzida ao secundário
- a razão de transformação em curto-circuito mcc = I2/I1
2✍ Reverificar todas as notas importantes e necessárias à elaboração do
relatório
C — Medida da Resistência dos Enrolamentos
Medir a resistência do enrolamento primário e do enrolamento secundário c o m
uma ponte de medida.
6. Temas de Desenvolvimento
TD_3.1 Razão de Transformação — Justificar, devidamente, a comparação entre a
razão de transformação em curto–circuito e a razão de transformação.
TD_3.2 Circuito Equivalente — Explicar o circuito eléctrico equivalente como modelo do
transformador e discutir a sua utilização e os seus limites.
TD_3.3 Resistência em Corrente Alternada — Comparar o valor da resistência
reduzida ao secundário com o valor obtido pela definição, a partir do valor d a
resistência do circuito primário e da resistência do circuito secundário,
medidos em corrente contínua.
– T L ME 1- 3 –
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Máquinas Eléctricas 16 Resenha Histórica
P r im ór dios do T r an sf or m ador
A Lei física em que se baseia o
funcionamento do transformador eléctrico —
Lei da Indução Electromagnética — foi
descoberta experimentalmente com o auxílio de
um instrumento a que hoje chamaríamos
transformador.
Michael Faraday em 1831 descreveu no seu
diário o instrumento com que realizou algumas
experiências: era formado por duas bobinas de
fio de cobre isolado enroladas em cada lado de
um anel de ferro macio.
Faraday 1831
Em 1836 Charles G. Page nos Estados
Unidos da América apresentou um
multiplicador dinâmico, que, baseado na Lei da
Indução, tinha um funcionamento
característico de um autotransformador, e mais
tarde (1851) seria reinventado por H.
Ruhmkorff..
Page 1836
Em 1837 Nichollas Callan na Irlanda
desenvolveu uma bobina de indução que
apresentou a alguns cientistas, mas que não
divulgou devidamente.
Callan 1837
Em 1851 Heinrich Ruhmkorff apresentou
uma bobina de indução, vulgo “bobina de
Ruhmkorff”, a que foi atribuído em 1864 o
prémio Volta.
Ruhmkorff 1851
Cromwell F. Varley em 1856 aumentou o
rendimento da bobina de indução, quando
passou a utilizar um circuito magnético em fio
de ferro fechado. Tal seria comprovado pela
Teoria do Circuito Magnético apresentada por
Hopkinson em 1896.
Varley 1856
Todos estes instrumentos funcionavam,
segundo a Lei da Indução, devido à variação do
campo magnético provocada pela interrupção,
mais ou menos, brusca do circuito eléctrico de
magnetização (corrente impulsional).
Foi William Grove quem em 1868 aplicou
uma fonte de corrente alternada (um alternador)
na alimentação de uma bobina de indução,
provocando uma condição de ressonância
devido ao condensador nos terminais do
interruptor (condensador de Fizeau).
~
Grove 1868
Em 1877 Paul Jablochkoff utilizou uma série
de bobinas de indução, alimentadas em
corrente alternada, para promover a
divisibilidade da luz das velas Jablochkoff,
colocadas em paralelo no secundário de cada
bobina.
Em 1883 Lucien H. Gaulard e John D. Gibbs
utilizaram um transformador, com o circuito
magnético aberto, numa instalação pública de
iluminação eléctrica. •