Relatório - Ensaios a Vazio de Transformadores Monofásicos

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS 
IPUC - Departamento de Engenharia Elétrica – Laboratório de Máquinas Elétricas I 
Prof. Marcus Venicius Ferraz do Amaral 
 
 
 
 
Álvaro Augusto Ferreira Duarte 
 
 
 
 
RELATÓRIO 
Aula de Ensaios a Vazio de Transformadores Monofásicos 
 
 
 
 
 
 
 
 
Belo Horizonte 
23 de abril de 2020 
1. INTRODUÇÃO 
Ensaios em transformadores são métodos fundamentais para se determinar 
parâmetros construtivos e grandezas essenciais ao correto funcionamento do 
equipamento. No caso de um ensaio a vazio, são estudados parâmetros construtivos 
do núcleo magnético do transformador bem como algumas grandezas de operação. 
No núcleo magnético, ocorrem principalmente dois fenômenos, sendo eles: 
• Histerese magnética, que seria a tendência que os dipolos magnéticos do 
material ferromagnético do núcleo possuem em conservar suas orientações 
diante de sucessivas mudanças de polaridade devido a uma mudança de 
sentido do campo magnético sobre eles. 
• Correntes parasitas de Foucault, que seriam correntes perpendiculares ao 
sentido e direção do fluxo magnético no núcleo do transformador devido a 
pequenas diferenças de potencial perpendiculares ao sentido do fluxo 
magnético. 
Ao se levar em conta esses dois fenômenos, pode-se atribuir perdas para cada 
um desses fenômenos, porém para simplificar o modelo físico-matemático do 
problema, combina-se ambas as perdas em uma única grandeza (PHF). Com base no 
valor dessa perda, pode-se chegar a um modelo elétrico equivalente do transformador 
com valores definidos para os elementos (resistor e indutor) do núcleo magnético. 
2. OBJETIVOS 
• Medir a corrente de excitação no núcleo (IԐ); 
• Medir a relação entre as tensões de entrada (V1) e saída (V2); 
• Medir as perdas magnéticas do transformador (Po); 
• Calcular todo o ramo do núcleo (RN e XM), encontrando o circuito elétrico 
equivalente; 
 
 
 
 
 
 
 
3. DESENVOLVIMENTO 
Sendo o modelo magnético do transformador como o abaixo: 
 E – Força Eletromotriz; 
 N – Número de espiras; 
 
 
 
 
Deseja-se elaborar o circuito elétrico equivalente do transformador 
monofásico do seguinte modo: 
 
 
 
 
 
 
 
V1/2 – Tensão do lado primário/secundário; 
I1/2 – Corrente do lado primário/secundário; 
R1/2 – Resistência do enrolamento primário/secundário; 
XL1/2 – Reatância indutiva de dispersão; 
IԐ - Corrente de excitação; 
IHF – Corrente de histerese e Foucault; 
IM – Corrente de magnetização; 
RN – Resistência do núcleo; 
XM – Reatância magnetizante; 
O ramo AB representa o núcleo do transformador de alta impedância; 
Em um transformador, qualquer grandeza elétrica do primário pode ser refletida 
para o lado secundário, desde que levada em conta a relação de transformação, e 
vice versa. Para transformadores, deve-se pensar sempre em relação às impedâncias 
“vistas” pelos terminais. 
N1 N2 E1 E1 
V2 V1 
R1 XL1 R2 XL2 
I1 I2 
XM 
RN 
IԐ 
IM IHF 
A 
B 
Pela relação de transformação, 
𝐸1
𝐸2
=
𝑁1
𝑁2
=
𝑉1
𝑉2
 , 
Levando-se em conta que o valor de V1=E1, já que a impedância do lado 
primário é desprezível. 
Como, no ensaio a vazio, a impedância “enxergada” pelos terminais do 
transformador é infinita (já que não há carga conectada), I2=0A, o que faz com que 
I1=IԐ. 
Todo ensaio a vazio é um ensaio em tensões nominais, por segurança feito 
pelo lado de baixa tensão por segurança. 
Todo transformador operando a vazio apresenta um péssimo fator de potência, 
pois o circuito elétrico equivalente é altamente indutivo. 
 
 
 
 
 
Onde, ӨN é o ângulo de fator de potência do circuito elétrico equivalente do núcleo. 
Por análise fasorial, 
IHF = IԐ . cos ӨN 
IM = IԐ . sen ӨN 
Po = V1 . IԐ . cos ӨN Po = V1 . IHF IHF = Po/V1 
𝑐𝑜𝑠 Ө𝑁 = 
𝑃𝑜
𝑉1𝐼Ԑ
 
𝑉1 = 𝑅𝑁 . 𝐼𝐻𝐹 𝑅𝑁 =
𝑉1
𝐼𝐻𝐹
 
𝑉1 = 𝑋𝑀. 𝐼𝑀 𝑋𝑀 =
𝑉1
𝐼𝑀
 
Desta forma, pelos valores medidos da tensão V1, corrente I1 = I Ԑ, e potência 
dissipada, é possível chegar nos parâmetros construtivos do circuito elétrico 
equivalente do núcleo do transformador. 
 
 
V1 
IHF 
IM IԐ 
ӨN 
4. CONCLUSÃO 
 Verifica-se que, com um modelo elétrico e cálculos simples, um ensaio a vazio 
é de fácil execução e fundamental para se determinar as perdas magnéticas no 
transformador, corrente de excitação, relação de transformação e formatação de 
um modelo elétrico equivalente do transformador.