Variação de Corrente em Transformadores

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Universidade Federal de Uberlândia 
Faculdade de Engenharia Elétrica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VARIAÇÃO DA CORRENTE A VAZIO E DA CORRENTE TRANSITÓRIA (INRUSH) 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aluno: Victor Fernandes Camargo 11511EEL035 
 
 
 
 
 
Uberlândia 
2018
 
 
 
Sumário 
 
1. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 3 
2. INTRODUÇÃO TEÓRICA ...................................................................................................... 3 
3. PREPARAÇÃO DO ENSAIO ................................................................................................. 4 
4. ANÁLISE DE SEGURANÇA .................................................................................................. 6 
5. CÁLCULOS E ANÁLISE DOS RESULTADOS ...................................................................... 6 
6. QUESTÕES ........................................................................................................................... 7 
7. CONCLUSÕES ...................................................................................................................... 9 
8. REFERÊNCIAS ...................................................................................................................... 9 
 
 
 
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1. Objetivos 
 
 Os objetivos principais deste trabalho consistem em obter e analisar a forma da onda das 
correntes transitórias de magnetização (corrente de INRUSH) e das correntes a vazio de um 
transformador de potência observado em sala de aula. 
 
2. Introdução Teórica 
 
 Os transformadores de potências podem ser definidos como equipamentos fundamentais 
para que aconteça a transmissão e a distribuição de energia elétrica, pois são dependentes de 
uma energia, denominada primária, para que possam transformá-la em outra energia elétrica, 
denominada secundária (BECHARA, 2010; AGUIAR & CAMACHO, 2014). 
 Quando esse transformador é alimentado por um de seus lados, com apenas uma 
corrente de excitação, enquanto o outro está em aberto, com uma corrente nula (corrente a vazio) 
denomina-se “Ensaio a Vazio”. Desta forma os resultados da impedância são obtidos pelo lado 
que se encontra em aberto e assim as medidas podem ser efetuadas. É a partir da corrente a 
vazio que pode-se definir a energia consumida pelo transformador quando é operado sem carga, 
de forma a fornecer a energia que é necessária para que se magnetize o circuito (MATHEUS, 
2010). 
 Quando o transformador é energizado por sua ligação com uma fonte de tensão alternada 
de valor instantâneo ocorre em fluxo no núcleo com três componentes. As duas primeiras 
componentes são continuas e unidirecionais e por isso desaparecem depois de alguns ciclos. É 
nessa curta duração que aparece uma forte corrente no primário do transformador, que é 
chamada corrente transitória de magnetização ou corrente INRUSH por conta da curva de 
saturação do núcleo (AGUIAR & CAMACHO, 2014). 
 
 
 
 
 
 
 
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2.1 Circuito equivalente 
 
 Figura 1 apresenta o circuito equivalente monofásico de um transformador com seus 
parâmetros. 
 
 
Figura 1: Circuito equivalente transformador. 
 
Parâmetro Valor 
Potência de entrada (W) 800 
Velocidade nominal 
(rpm) 
1720 
Corrente nominal (A) 6,8 
Tensão nominal (V) 220 
Rendimento (%) 66 
TABELA I. Características 
 
3. Preparação do ensaio 
3.1 Materiais e ferramentas 
 
 Para a construção deste trabalho foi utilizado os seguintes materiais: 
 
 1 Transformador monofásico (que foi utilizado para visualizar a forma de onda da corrente 
em vazio do transformador); 
 1 Varivolt do modelo ATV-245-T, que possui uma entrada de 220 V / 60 Hz, três fases, 
saída de 0 à 240 V com 11 A máximo e 4,5 K VA máximo; 
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 1 Reostato; 
 1 Chave on-off, contendo 3 pinos de entrada e a mesma quantidade de saída; e 
 1 osciloscópio analógico sem memória do modelo Minipa MO-12215. 
 
3.2 Montagem 
 
 A montagem do experimento para obter a corrente a vazio foi realizada em sala de aula 
com os materiais citados a cima. A figura a baixo demonstra um esquema para retratar esta 
montagem. 
 
 
Figura 2: Esquema de montagem para obtenção da corrente a vazio. 
 
 Por meio desse esquema é possível notar que o transformador devem estar operando a 
vazio e que não se mediu nenhum valor, pois o foco do projeto foi de observar a forma de onda 
que deveria ser capturada pelo osciloscópio. Desta forma com a utilização do resistor em serie, 
com o circuito e a utilização das ponteiras do osciloscópio que esta medindo a tensão, é possível 
conseguir a forma de onda da corrente através da Lei de OHM e, assim obteremos que a onda de 
corrente e diretamente proporcional à forma da onda de tensão. 
 Seguindo esse principio é possível obter a corrente de transição a partir do momento em 
que se desliga a alimentação do circuito de tal transformador e com o varivolt em uma posição de 
valor que possua uma corrente em vazio que seja razoável diante das circunstancias. Após esse 
primeiro momento liga-se a chave novamente e se verifica a nova forma de onda que foi obtida e 
tem-se assim a corrente em INRUSH, logo que ela só ocorre depois desse momento de 
ligamento do circuito. 
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4. Análise de Segurança 
 
 Para a realização desse experimento é necessário e fundamental que se utilize analises 
de segurança para que não ocorra riscos no decorrer do experimento, tais como: 
 
 Ligue o transformador em vazio pelo lado que possui baixa tensão; 
 Observe as escalas que são referidas no osciloscópio para que se verifique se elas estão 
adequadas aos valores de tensão; 
 Aumente a tensão do varivolt de maneira lentamente e consecutiva até que se chegue à 
nominal; 
 Verifique a tensão de alimentação dos equipamentos; 
 Tenha cuidado ao manusear os cabos do experimento para que não provoque um curto 
circuito. 
 
5. Cálculos e análise dos resultados 
5.1 Dados coletados 
 
 
Figura 3: Forma de onda da corrente a vazio. 
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Figura 4: Representação teórica da forma de onda da corrente inrush e da tensão aplicada. 
 
 
5.2 Análise dos Resultados obtidos 
 
 Para analisarmos os dados deste trabalho utilizaremos as figuras acima apresentadas. 
Quando acionamos o ligamento do chaveamento no circuito, após elevar sua tensão em que 
podemos notar um pico da corrente de INRUSH. Também podemos notar distorções em sua 
forma causadas pela característica magnética não linear do ferro. 
 Como observamos a corrente de excitação pela serie de Fourier, podemos notar que ela 
tem uma quantidade de harmônicos e da fundamental. Podemos afirmar que a fundamental se 
subdivide em duas fases, a primeira com uma força contraeletromotriz e a segunda atrasada em 
90º em relação à própria. Quando se subtrai a componente em fase, interpretada como a 
potência ligada à histerese e as perdas de Focault, obteremos a corrente de magnetização, que 
representa a parcela atrasada nos 90º e também com outras harmônicas. 
 Para, além disso, a terceira harmônica é aproximadamente 40% da total da fundamental e 
para que se evite que esta componente deforme a onda é necessário que a ligação seja realizada 
em delta, pois possui uma sequência equivalente a zero e acaba por se anular quando inserida 
em delta, devendo-se isso pelos sentidos da corrente. 
 
6. Questões 
 
Questões referentes a obtenção da corrente a vazio: 
1. O que se pode observar na forma de onda para as tensões de excitação mais baixas? E 
para as mais altas?
Em que situação a onda é mais distorcida? 
 
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 Na corrente a vazio com valores baixos em sua entrada, sua forma de onda ficara 
próxima de uma senoide pura, mas quando se aumenta a tensão sua forma ficara distorcida por 
causa da linearidade do transformador, fazendo com que chegue na região de saturação do 
núcleo. 
 
2. Desenhe as formas de onda observadas, para uma excitação mais baixa e mais alta, 
respectivamente. O que representa esta onda de tensão observada no osciloscópio? 
 As formas de ondas observadas estão ilustradas nas figuras 3 e 4, como podemos 
observar foram obtidas nas resistências usando um osciloscópio analógico que apresenta a 
corrente a vazio do transformador. Como também podemos observar as influencias no núcleo 
pela forma de onda da corrente de magnetização. 
 
Referentes a obtenção da corrente transitória: 
1. O que se pode observar a respeito da corrente transitória no instante em que o 
transformador foi ligado em vazio? 
 Podemos notar que formara uma corrente de pico, logo haverá uma queda e depois entra 
em um regime permanente. 
 
2. O que se pode observar a respeito da corrente transitória alguns ciclos após seus 
chaveamento? 
 É possível observar que após o chaveamento da corrente transitória ela entrara em um 
regime permanente, pois ela em um ensaio a vazio e passara a ser uma corrente a vazio, de 
forma que possa suprir as perdas do núcleo e assim produzir um fluxo magnético. 
 
3. Repetindo o processo de energização do transformador por varias vezes, o que se pode 
concluir a respeito da influência do instante de energização sobre a corrente transitória? 
 Podemos concluir que a corrente transitória não apresentará em nenhum de seus 
chaveamentos uma mesma forma de onda, logo que o transformador varia de acordo com o 
tempo e sua tensão de alimentação é senoidal. Isso ocorre porque os valores elevados de seu 
fluxo atingem sua saturação no laço de histerese do núcleo. 
 
4. Desenhe as formas de onda típicas de corrente transitória em transformadores. 
 Podemos observar a ilustração na figura 4. 
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5. Por que entre dois processos de obtenção da corrente transitória, a forma de onda 
registrada no osciloscópio nunca se repete? 
 A partir do momento em que é feita a energização não se torna possível que ocorra uma 
previsão de em qual ponto da senoide estará no ciclo, logo a cada instante que a forma de onda 
for registrada no osciloscópio se obterá um pico diferente para cada valor para a corrente 
INRUSH. 
 
7. Conclusões 
 
 Este trabalho foi montado a partir de uma análise das ações das correntes a vazio e de 
INRUSH contidas em um transformador, este que foi montado de modo monofásico e com um de 
seus lados estando em aberto. Sendo assim, podemos concluir através da análise das formas de 
onda apresentadas que o aumento gradativo de tensão terá uma influência direta na distorção 
realizada na corrente a vazio do próprio transformador por conta das propriedades magnéticas 
não lineares constituintes no núcleo. 
 Além disso, se torna extremamente importante observar a trajetória da correte INRUSH 
no momento da energização que o circuito sofre, pois possui um pico que é variável a depender 
do ponto em que sofre a energização, de forma que não se torna possível ter um controle 
fidedigno desta grandeza. 
 
8. REFERÊNCIAS 
 
Aguiar, A. L. & Camacho, J. R. (2014). Transformadores de potência. Minas Gerais: Universidade 
Federal de Uberlândia, pp. 01-35. 
Bechara, R. (2010). Análise de falhas de transformadores de potência. São Paulo: Escola 
Politécnica da Universidade de São Paulo, pp.17-23. 
Matheus, C. (2010). Ensaios no transformador. [online] Available at: 
http://carlosmatheus.com.br/?p=95 [Accessed 11 Sep. 2018].