Transformadores: Modelo Elétrico e Ensaios, Provas ENEM de Física

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TRANSFORMADORES

•Transformador Real•Ensaios no transformador•Exercícios

TRANSFORMADOR

•Transformador REAL

Tem um núcleo de permeabilidade infinita e sem perdas; 9

Tem enrolamentos elétricos sem perdas; 9

Não apresenta fluxo de dispersão.

Transformador IDEAL

A permeabilidade do núcleo não é infinita e há perdas; 9

Os enrolamentos elétricos tem perdas; 9

Apresenta fluxo de dispersão.

Transformador REAL

TRANSFORMADOR

•Transformador REAL

Æ

Perdas

Perdas no transformador

cobre núcleo

TRANSFORMADOR

•Transformador REAL

Æ

Perdas

Perdas no cobre

Resultam da resistência dos fios de cobre nas espiras primárias e secundárias. As perdas pela resistência do cobresão perdas sob a forma de calor e não podem ser evitadas

Perdas no núcleo

Perdas por histerese: Energia é transformada em calor na reversão da polaridade magnética do núcleo do transformador. 9

Perdas por correntes parasitas: Quando uma massa de metal condutor se desloca num campo magnético, ou é sujeita a um fluxo magnéticovariável no tempo, circulam nela correntes induzidas. Essas correntesproduzem

calor

devido

às

perdas

na

resistência

do

núcleo

ferromagnético.

TRANSFORMADOR

•Transformador REAL

Æ

Modelo Elétrico

9

O fluxo disperso primário

φ

l

pode ser representado no modelo elétrico como:

¾

uma indutância de dispersão (igual ao enlace de fluxo dividido pela corrente); ¾

uma reatância de dispersão X

l

(igual a 2

π

f vezes a indutância de dispersão).

9

Idem para o

φ

l

TRANSFORMADOR

•Transformador REAL

Æ

Modelo Elétrico

9

O núcleo do transformador é representado por um ramo

shunt

(derivação) formado por uma resistência e

uma reatância em paralelo.

Representam os

enrolamentos

Representa o

núcleo

TRANSFORMADOR

•Transformador REAL

Æ

Modelo Elétrico

Observações sobre o modelo elétrico.

Corrente de excitação

Æ

separada

em duas componentes:

A componente de perdas no núcleo em fase com a fcem E

1

(I

c

A componente de magnetização atrasada de 90

o em relação a E

1 (I

m

).

Para maiores detalhes: Máquinas Elétricas,Fitzgerald pg 27

TRANSFORMADOR

•Transformador REAL

Æ

Modelo Elétrico

Como a queda de tensão na impedância primária é pequena,posso deslocar o ramo

shunt

para

próximo da fonte.

Parâmetros do secundárioreferidos para o primário.

TRANSFORMADOR

R

eq

X

eq

R

c

X

m

R

eq

X

eq

R

c

X

m

Como obter essas grandezas?

Ensaios de Laboratório!

TRANSFORMADOR

R

eq

X

eq

R

c

X

m

Ensaio de circuito aberto

9

Objetivos: a) Verificar as perdas no núcleo do transformador.b) Obter R

c^

e X

m

TRANSFORMADOR

R

eq

X

eq

R

c

X

m

Ensaio de curto circuito

9

Objetivos: a) Verificar as perdas no cobre.b) Obter R

eq

e X

eq

TRANSFORMADOR

Voltímetro: tensão

5% da V

nominal

(V)

Amperímetro: corrente nominal (I)Wattímetro: perdas no enrolamento (P)

Ensaio de curto circuito - Procedimento

9

Aplica-se

corrente

nominal

em

um

dos

enrolamentos do transformador enquanto o outroterminal está curto-circuitado. 9

Atenção: Geralmente este ensaio é realizado do lado de AT. Por exemplo: Sabe-se que a queda detensão na impedância equivalente é cerca de 5% datensão nominal, portanto para um trafo de 1100/220,temos que 5% de 1100 é 55V e 5% de 220 é 11V.Por questões de precisão e de facilidade é mais fácillidar com os 55V ao invés dos 11V.

[^

]

Ω

=

2

eq

P I

R) 1

[^

] Ω

=

V I

Z ) 2

eq

[^

]

Ω

−

=

2 eq

2 eq

eq

R

Z

X) 3

EXERCÍCIO

1) Respostas:

Os resultados são os mesmos independente se você fez trafo abaixador ou elevador!

Modelo referido ao lado de AT

Modelo referido ao lado de BT

0,3128j

89,79j

31,28j

8979j

EXERCÍCIO

Comentários sobre o exercício 1Como P é proporcional a V

2

Se P

n

for a perda no núcleo devido a histerese e corrente parasita sob tensão

nominal, então as perdas no núcleo no ensaio de curto circuito é dada por:

n 2

al

min no

cc

) cc( n

P

V

V

P

⎞⎟⎟⎠

⎛⎜⎜⎝

n 2

) cc( n

P

(^1502200)

P

⎞⎟ ⎠

⎛⎜ ⎝

P

n(cc)

= 0,0046 P

n

Verifica-se que as perdas no núcleo são desprezíveis sob as tensões extremamentereduzidas aplicadas ao enrolamento de alta tensão durante o ensaio de curtocircuito!