UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
Departamento de Engenharia Elétrica
Práticas de Laboratório de
Conversão Eletromecânica...
Sumário
1. Circuitos Magnéticos 1
1.1. Experimento 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ....
8. Levantamento dos Parâmetros do Circuito Equivalente 31
8.1. Resumo teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...
Capítulo 1
Circuitos Magnéticos
1.1 Experimento 1
Com os matérias fornecidos, monte um indutor semelhante ao mostrado na F...
1.2 Experimento 2 2
2. Determinar experimentalmente o valor da corrente de saturação. Use o circuito
mostrado na Figura 1....
Capítulo 2
Propriedades dos Materiais
Magnéticos - Corrente de
Magnetização e Histerese
2.1 Resumo teórico [?,1]
A
S PROPR...
2.1 Resumo teórico 4
resultante B. Se o magnetismo induzido (interno) é denotado pela densidade de momento
magnético M (em...
2.2 Objetivos da Prática 5
Figura 2.1: Núcleo de material ferromagnético excitado por uma bobina.
2.2 Objetivos da Prática...
2.3 Material Necessário 6
2.3 Material Necessário
1. Autotransformador va-riável monofásico;
2. Osicloscópio de dois canai...
2.4 Procedimentos Práticos 7
Rede
elétrica 1f
Varivolt Multímetro
Osciloscópio
Integrador prático
Alimentação
CA 220VCA
IN...
2.4 Procedimentos Práticos 8
Rede
elétrica 1f
Varivolt Multímetro
Multímetro
Osciloscópio
l
i
Integrador prático
Alimentaç...
2.4 Procedimentos Práticos 9
−1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
−1
−0.8
−0.6
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0
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0.6
0.8
1
Figura ...
2.4 Procedimentos Práticos 10
−1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
−1
−0.8
−0.6
−0.4
−0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Figura...
Capítulo 3
Polaridade, Relações de
Transformação e Regulação de um
Transformador
3.1 Resumo teórico [?,1]
O
S TRANSFORMADO...
3.1 Resumo teórico 12
Um transformador que alimente uma carga secundária está sujeito a perdas nas re-
sistências dos enro...
3.2 Objetivos da Prática 13
A
B
a`
b`
1 2
Transformador
Figura 3.1: Enrolamentos do Primário e Secundário.
positiva, a ten...
3.4 Procedimentos Práticos 14
Tabela 3.1: Dados do Transformador
Snom:
Enrol. Vnom Inom Terminais
Enrol. 1
Enrol. 2
Enrol....
3.4 Procedimentos Práticos 15
os terminais da ligação série. Certifique-se de que a escala utilizada no voltímetro é sufi-
c...
3.4 Procedimentos Práticos 16
Tabela 3.2: Relações de Transformação
Enrol. Vrms
Enrol. 1
Enrol. 2
Enrol. 3
Enrol. 4
Enrol....
Capítulo 4
Levantamento dos Parâmetros do
Circuito Equivalente
4.1 Resumo teórico [?,1]
E
M ANÁLISES DE ENGENHARIA que env...
4.2 Objetivos da Prática 18
por uma componente de perdas no núcleo, Ic, e uma componente de magnetização, Im. Ic
está em f...
4.4 Procedimentos Práticos 19
4.4 Procedimentos Práticos
A figura abaixo refere-se ao ensaio de Curto-Circuito.
No ensaio d...
4.4 Procedimentos Práticos 20
Zø = Vo/Io =
20
Capítulo 5
Levantamento dos Parâmetros do
Circuito Equivalente
5.1 Resumo teórico [?,1]
E
M ANÁLISES DE ENGENHARIA que env...
5.2 Objetivos da Prática 22
por uma componente de perdas no núcleo, Ic, e uma componente de magnetização, Im. Ic
está em f...
5.4 Procedimentos Práticos 23
5.4 Procedimentos Práticos
A figura abaixo refere-se ao ensaio de Curto-Circuito.
No ensaio d...
5.4 Procedimentos Práticos 24
Zø = Vo/Io =
24
Capítulo 6
Determinação das curvas de tensão
terminal em relação a velocidade e
corrente de campo
6.1 Objetivos da prática...
6.3 Procedimentos Práticos 26
6.3 Procedimentos Práticos
Antes de realizar qualquer conexão, certifique-se de que a montage...
Capítulo 7
Levantamento dos Parâmetros do
Circuito Equivalente
7.1 Resumo teórico [?,1]
E
M ANÁLISES DE ENGENHARIA que env...
7.2 Objetivos da Prática 28
por uma componente de perdas no núcleo, Ic, e uma componente de magnetização, Im. Ic
está em f...
7.4 Procedimentos Práticos 29
7.4 Procedimentos Práticos
A figura abaixo refere-se ao ensaio de Curto-Circuito.
No ensaio d...
7.4 Procedimentos Práticos 30
Zø = Vo/Io =
30
Capítulo 8
Levantamento dos Parâmetros do
Circuito Equivalente
8.1 Resumo teórico [?,1]
E
M ANÁLISES DE ENGENHARIA que env...
8.2 Objetivos da Prática 32
por uma componente de perdas no núcleo, Ic, e uma componente de magnetização, Im. Ic
está em f...
8.4 Procedimentos Práticos 33
8.4 Procedimentos Práticos
A figura abaixo refere-se ao ensaio de Curto-Circuito.
No ensaio d...
8.4 Procedimentos Práticos 34
Zø = Vo/Io =
34
Capítulo 9
Montagem de um Motor CC
Elementar
9.1 Objetivos da prática
Produzir um motor elétrico para despertar interesse ...
9.3 Procedimentos Práticos 36
9.3 Procedimentos Práticos
Cada grupo deverá conseguir os materiais para a construção de um ...
9.3 Procedimentos Práticos 37
Figura 9.1: Exemplo da montagem do motor CC elementar.
37
Referências Bibliográficas
[1] Jr. e Stephen D. Umans A. E. Fitzgerald e Charles Kingsley Máquinas Elétricas.
McGraw-Hill.
...
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  1. 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO Departamento de Engenharia Elétrica Práticas de Laboratório de Conversão Eletromecânica de Energia Gustavo Medeiros Francisco Neves Recife, 2010
  2. 2. Sumário 1. Circuitos Magnéticos 1 1.1. Experimento 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2. Experimento 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2. Propriedades dos Materiais Magnéticos - Corrente de Magnetização e Histerese 3 2.1. Resumo teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.2. Objetivos da Prática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.3. Material Necessário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.4. Procedimentos Práticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.4.1. Determinação do ganho do integrador prático . . . . . . . . . . . . . 6 2.4.2. Formas de onda do fluxo e da corrente de magnetização de um trans- formador em vazio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.4.3. Formas de onda do fluxo e da corrente de magnetização de um trans- formador com carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3. Polaridade, Relações de Transformação e Regulação de um Transformador 11 3.1. Resumo teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.2. Objetivos da Prática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.3. Material Necessário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.4. Procedimentos Práticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.4.1. Ensaio de Polaridade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.4.2. Relações de Transformação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.4.3. Regulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 8. Levantamento dos Parâmetros do Circuito Equivalente 31 8.1. Resumo teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 8.2. Objetivos da Prática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 8.3. Material Necessário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 8.4. Procedimentos Práticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 8.4.1. Ensaio de Curto Circuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 8.4.2. Ensaio de Circuito Aberto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 i
  3. 3. 8. Levantamento dos Parâmetros do Circuito Equivalente 31 8.1. Resumo teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 8.2. Objetivos da Prática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 8.3. Material Necessário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 8.4. Procedimentos Práticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 8.4.1. Ensaio de Curto Circuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 8.4.2. Ensaio de Circuito Aberto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 6. Determinação das curvas de tensão terminal em relação a velocidade e corrente de campo 25 6.1. Objetivos da prática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 6.2. Material Necessário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 6.3. Procedimentos Práticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 6.3.1. Obter Curva ωr x Vt com velocidade variável . . . . . . . . . . . . . . 26 8. Levantamento dos Parâmetros do Circuito Equivalente 31 8.1. Resumo teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 8.2. Objetivos da Prática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 8.3. Material Necessário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 8.4. Procedimentos Práticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 8.4.1. Ensaio de Curto Circuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 8.4.2. Ensaio de Circuito Aberto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 8. Levantamento dos Parâmetros do Circuito Equivalente 31 8.1. Resumo teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 8.2. Objetivos da Prática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 8.3. Material Necessário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 8.4. Procedimentos Práticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 8.4.1. Ensaio de Curto Circuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 8.4.2. Ensaio de Circuito Aberto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 9. Montagem de um Motor CC Elementar 35 9.1. Objetivos da prática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 9.2. Material Necessário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 9.3. Procedimentos Práticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 9.3.1. Montagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 9.3.2. Determinações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 ii
  4. 4. Capítulo 1 Circuitos Magnéticos 1.1 Experimento 1 Com os matérias fornecidos, monte um indutor semelhante ao mostrado na Figura 1.1. 1. Calcular a relutância equivalente e a indutância do indutor; 2. Determinar experimentalmente o valor da corrente de saturação. Use o circuito mostrado na Figura 1.2; 3. Aplicar tensão senoidal ao indutor e medir a corrente. Montar uma tabela com a cor- rente variado em degraus de 5mA até que o núcleo sature. Determinar a indutância para cada corrente. Plotar os gráficos da tensão em função da corrente do indutor e da indutância em função da corrente; 4. Determinar o Bmax do material magnético usado no indutor. 1.2 Experimento 2 1. Adicionar três gaps ao indutor e calcular a relutância equivalente do caminho mag- nético, a relutância equivalente dos três gaps e a relutância total. Calcular a indutân- cia; 1
  5. 5. 1.2 Experimento 2 2 2. Determinar experimentalmente o valor da corrente de saturação. Use o circuito mostrado na Figura 1.2; 3. Aplicar tensão senoidal ao indutor e medir a corrente. Montar uma tabela com a corrente variado em degraus de de aproximadamente 10% do valor da corrente de saturação até que o núcleo sature. Determinar a indutância para cada corrente. Plotar os gráficos da tensão em função da corrente do indutor e da indutância em função da corrente; Figura 1.1: Esboço do indutor. Rede elétrica 3f Varivolt i A V Osciloscópio Transformador Indutor a ser ensaiado 4 : 1 Figura 1.2: Diagrama da montagem para medição da indutância. 2
  6. 6. Capítulo 2 Propriedades dos Materiais Magnéticos - Corrente de Magnetização e Histerese 2.1 Resumo teórico [?,1] A S PROPRIEDADES MAGNÉTICAS DE UM MATERIAL estão associadas aos momentos mag- néticos produzidos pelos movimentos de rotação (spins) e orbitais dos elétrons, sendo regidas por relações complexas. De uma maneira simplificada, pode-se dizer que em um material magnético, na ausên- cia da aplicação de um campo externo, os domínios magnéticos do material são orienta- dos de maneira aleatória. No entanto, sob a influência de um campo magnético externo, os domínios magnéticos tendem a ser orientados paralelamente ao campo aplicado. Com isso, observa-se que o material produz um campo magnético interno que contribui para o crescimento da indução magnética B, tornando-a bastante superior à que seria observada caso o mesmo campo magnético externo fosse aplicado a um material não magnético. Um nível de saturação é alcançado quando todos os domínios tornam-se alinhados. Suponha que um material é colocado em um campo magnético de intensidade H. A interação entre os momentos magnéticos externos e internos aumenta a indução magnética 3
  7. 7. 2.1 Resumo teórico 4 resultante B. Se o magnetismo induzido (interno) é denotado pela densidade de momento magnético M (em N.m. por unidade de volume), a densidade de fluxo devida somente a M é Bind = µ0M, (2.1) onde a constante µ0 tem o valor 4π × 10−7 Wb/Am no sistema SI. A densidade de fluxo total devida a M e ao campo magnético externo H é B = µ0M + µ0H. (2.2) Se M é expressa como χH, onde χ é a susceptibilidade magnética do material, então a equação (2.2) torna-se B = µ0(χ + 1)H = µ0µrH = µH, (2.3) onde µr é a permeabilidade relativa do material e µ é a permeabilidade magnética do material. Suponha que em um núcleo de material ferromagnético tem-se um enrolamento com N espiras, o qual é alimentado por uma fonte elétrica externa, sendo percorrido por uma corrente i, como mostrado na Fig. 2.1. Devido ao fenômeno de saturação, a intensidade de campo magnético no núcleo H não é proporcional à densidade de fluxo B. Equiva- lentemente, a corrente i não é proporcional ao fluxo magnético φ. Assim, uma corrente alternada, que varia senoidalmente com o tempo, produz um fluxo magnético que varia com o tempo com uma forma de onda não senoidal. Analogamente, se o fluxo magnético tem forma de onda senoidal, a forma de onda da corrente de magnetização correspon- dente é não senoidal. Considere, por exemplo, que circuito magnético da Fig. 2.1 tem seu enrolamento alimentado por uma fonte de tensão senoidal externa. Considerando que a resistência do enrolamento é desprezível, pode-se afirmar que a tensão externa é igual à taxa de variação do fluxo concatenado com o enrolamento dλ/dt. Como a tensão aplicada é senoidal, sua integral é também uma função senoidal. Portanto, o fluxo concatenado e o fluxo no material magnético são senoidais, sendo a corrente de magnetização não senoidal. Uma característica de magnetização típica de um material ferromagnético de elevada per- meabilidade é mostrada na Figura 2.2. A partir da curva de histerese, é possível traçar a forma de onda da corrente de magnetização, como mostrado. 4
  8. 8. 2.2 Objetivos da Prática 5 Figura 2.1: Núcleo de material ferromagnético excitado por uma bobina. 2.2 Objetivos da Prática ∙ Visualizar a forma de onda do fluxo concatenado com o enrolamento primário de um transformador; ∙ Visualizar a forma de onda da corrente de magnetização de um transformador; ∙ Visualizar a curva de histerese do transformador; ∙ Verificar por que a corrente do transformador com carga é aproximadamente senoidal. Figura 2.2: Curva de histerese típica de material ferromagnético. 5
  9. 9. 2.3 Material Necessário 6 2.3 Material Necessário 1. Autotransformador va-riável monofásico; 2. Osicloscópio de dois canais; 3. Duas ponteiras de osciloscópio para medição de tensão e uma ponteira para medição de corrente; 4. Circuito integrador prático; 5. Transformador monofásico; 6. Módulo com lâmpadas. 2.4 Procedimentos Práticos Antes de iniciar a prática, faz-se necessário entender como será medido o fluxo magnético no transformador. A fim de possibilitar a visualização da forma de onda do fluxo con- catenado, utiliza-se um circuito integrador, confeccionado com amplificador operacional. Sabe-se que um integrador puro, quando da presença de sinal contínuo na entrada, tem sua saída sempre crescente. Assim, para evitar os efeitos do offset de tensão e correntes de polarização do amplificador operacional, os quais são contínuos, utiliza-se uma montagem do tipo integrador prático, cujo ganho é vo vi (jω) = Ao 1 + j ω ωo . (2.4) Para frequências baixas, muito menores do que ωo, o ganho do integrador prático não é infinito, como seria o do integrador puro, e vale aproximadamente Ao. Para frequências elevadas, muito maiores do que ωo, o ganho torna-se aproximadamente igual a Aoωo/jω. Nesse caso, o integrador puro teria ganho igual a 1/jω. 2.4.1 Determinação do ganho do integrador prático Objetivando determinar o ganho do integrador prático para sinais com frequência de 60Hz, realize a montagem 2.3. Antes de energizar o circuito, certifique-se de que o varivolt está ajustado para tensão nula em seu secundário e que o integrador prático tem alimen- tação auxiliar de 220V, 60Hz. Após energizar a montagem, aumente a tensão secundária do varivolt até obter um valor de pico igual a 150V. Verifique o valor de pico da tensão de 6
  10. 10. 2.4 Procedimentos Práticos 7 Rede elétrica 1f Varivolt Multímetro Osciloscópio Integrador prático Alimentação CA 220VCA IN OUT V 220 VCA 60Hz Figura 2.3: Montagem para determinação do ganho do integrador prático. saída do integrador prático e preencha a Tabela 2.1 abaixo. Nas próximas seções, deve-se ter em mente que o valor indicado na última coluna da Tebela 2.1 precisa ser multiplicado pela leitura da saída do integrador prático para obter o valor de pico da integral do sinal de entrada. Tabela 2.1: Cálculo do Ganho do Integrador Prático Vi (pico) Vo (pico) ∫ vidt (teórico, de pico) ∣Aoωo/jω∣ 1/(Aoωo) Reduza a tensão do varivolt até zero e, em seguida, desligue a alimentação da mon- tagem, antes de começar o próximo procedimento. 2.4.2 Formas de onda do fluxo e da corrente de magnetização de um transfor- mador em vazio Realize a montagem da Fig. 2.4. Antes de energizar o circuito, certifique-se de que o varivolt está ajustado para tensão nula em seu secundário e que o integrador prático tem alimentação auxiliar de 220V, 60Hz. Após energizar a montagem, aumente a tensão secundária do varivolt até obter um valor de pico igual ao valor nominal da tensão da bobina do transformador que está sendo energizada. Desenhe, no gráfico da Fig. 2.5, as formas de onda da corrente de magnetiza- ção e do fluxo concatenado com a bobina energizada, visualizadas no osciloscópio. Utilize o ganho do integrador prático para obter os valores de fluxo corretos. Explique, sucinta- mente, as formas de onda obtidas. Utilizando o modo xy do osciloscópio, visualize a curva de histerese do transformador. Plote esta curva, adequando os valores de fluxo concatenado na Fig. 2.6. Em seguida, reduza a tensão de saída do varivolt e observe as formas de onda de fluxo e 7
  11. 11. 2.4 Procedimentos Práticos 8 Rede elétrica 1f Varivolt Multímetro Multímetro Osciloscópio l i Integrador prático Alimentação CA 220VCA IN OUT V V 220 VCA 60Hz Figura 2.4: Transformador em vazio e circuitos para medição de corrente de magnetização e fluxo concatenado. corrente de magnetização. A distorção da corrente de magnetização aumenta ou diminui? Explique sucintamente. Reduza a tensão do varivolt até zero e, em seguida, desligue a alimentação da mon- tagem, antes de começar o próximo procedimento. 2.4.3 Formas de onda do fluxo e da corrente de magnetização de um transfor- mador com carga Acrescente uma carga ao secundário do transformador, empregando lâmpadas incandes- centes. Certifique-se de que a tensão nominal das lâmpadas é igual ou superior à máxima tensão à qual elas serão submetidas. Utilize lâmpadas em peralelo de modo que a potência a ser consumida pelas lâmpadas atinja pelo menos 20% da potência nominal do transfor- mador. Verifique e plote novamente as formas de onda do fluxo concatenado e da corrente primária. Por quê a corrente medida tem muito menos distorção? Reduza a tensão do varivolt até zero e, em seguida, desligue a alimentação da mon- tagem. Desfaça a montagem e guarde todo o material utilizado. 8
  12. 12. 2.4 Procedimentos Práticos 9 −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Figura 2.5: Plote aqui as formas de onda de fluxo e corrente de magnetização. Indique as escalas e unidades. −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Figura 2.6: Plote aqui curva de histerese. Indique as escalas e unidades. 9
  13. 13. 2.4 Procedimentos Práticos 10 −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Figura 2.7: Plote aqui as formas de onda de fluxo e corrente primária. Indique as escalas e unidades. −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Figura 2.8: Plote aqui curva de histerese. Indique as escalas e unidades. 10
  14. 14. Capítulo 3 Polaridade, Relações de Transformação e Regulação de um Transformador 3.1 Resumo teórico [?,1] O S TRANSFORMADORES SÃO TALVEZ OS EQUIPAMENTOS elétricos mais utilizados, po- dendo seu tamanho variar desde minúsculas unidades, dentro de pequenos cir- cuitos eletrônicos, a equipamentos de várias toneladas, nas subestações de sistemas de potência. Porém, independentemente do tamanho, seus princípios físicos de funciona- mento são os mesmos. Todo transformador tem um enrolamento primário e um ou mais enrolamentos secundários. O primário é conectado a uma fonte de energia elétrica e esta tensão é aproximadamente igual à taxa de variação do fluxo concatenado com o enrola- mento. Como quase todo o fluxo circula pelo núcleo magnético do transformador, este fluxo atravessa também a(s) bobina(s) do(s) enrolamento(s) secundário(s). A taxa de vari- ação do fluxo concatenado com cada bobina do secundário é igual à respectiva tensão induzida. Sendo assim, cada enrolamento secundário pode ser utilizado para alimentar cargas elétricas, a partir da energia fornecida pela fonte conectada ao primário, mesmo sem haver conexão entre os enrolamentos primário e secundário. 11
  15. 15. 3.1 Resumo teórico 12 Um transformador que alimente uma carga secundária está sujeito a perdas nas re- sistências dos enrolamentos primário e secundário (perdas no cobre) e perdas associadas ao campo magnético variável no núcleo, devidas aos fenômenos de histerese e correntes parasitas (perdas no ferro). Porém, como os transformadores são geralmente cuidadosa- mente construídos, as resistências dos enrolamentos e, portanto, as perdas no cobre, são geralmente pequenas, podendo ser desprezadas em muitas aplicações. Além disso, a per- meabilidade magnética do material ferromagnético do núcleo é muito elevada e o núcleo magnético é constituído de finas chapas. Com isso, a corrente necessária para a produção do fluxo magnético resultante é muito baixa e as correntes parasitas são também mini- mizadas, tornando as perdas no ferro, em muitos casos, desprezíveis. Um transformador cujas quedas de tensão nos enrolamentos sejam desprezíveis e que tenha corrente de excitação também desprezível é denominado de transformador ideal. Em um transformador ideal, a tensão aplicada ao primário é exatamente igual ao número de espiras deste enrolamento multiplicado pela taxa de variação do fluxo magnético re- sultante no núcleo. Analogamente, a tensão induzida em cada enrolamento secundário é igual ao número de espiras do enrolamento vezes a taxa de variação do fluxo resultante. A fim de determinar o sentido da tensão induzida em cada enrolamento secundário, em relação ao sentido da tensão aplicada ao primário, a partir da lei de Lenz, seria necessário observar o sentido físico do enrolamento, em comparação com o sentido do enrolamento primário. A polaridade dos enrolamentos diz respeito à maneira pela qual as bobinas estão enroladas sobre o núcleo. Assim, teoricamente, a polaridade pode ser verificada compara- ndo a maneira pela qual as bobinas são enroladas no núcleo. Entretanto, na prática, é impossível examinar-se um trafo comercial para se deduzir o sentido dos enrolamentos e daí determinar-se a polaridade relativa dos terminais. A maneira como estão dispostas as bobinas sobre o núcleo dos transformadores impede esta determinação, de tal forma que o o exame físico não fornece nenhuma informação no que diz respeito à polaridade. É comum, antes de se colocar um transformadore em serviço, executar-se um ensaio de polaridade. Esse ensaio é realizado com o objetivo de marcar ou codificar os terminais individuais das diferentes bobinas do transformador, de tal modo que os terminais que têm a mesma polaridade instantânea sejam devidamente identificados. Na Figura 3.1, os terminais do enrolamento primário foram designados por A e B e os terminais do enrolamento secundário por a e b. Diz-se que A e a têm a mesma po- laridade se, ao aplicar uma tensão senoidal ao primário, as tensões ⃗VAB e ⃗Vab estiverem (praticamente) em fase, ou seja, sempre que a tensão do terminal A para o terminal B for 12
  16. 16. 3.2 Objetivos da Prática 13 A B a` b` 1 2 Transformador Figura 3.1: Enrolamentos do Primário e Secundário. positiva, a tensão do terminal a para o terminal b também será positiva. As tensões ⃗VAB e ⃗Vab, no caso de A e a terem a mesma polaridade, só estariam perfeitamente em fase se o transformador fosse ideal. Na prática existirá uma pequena defasagem, devida às quedas de tensão nas impedâncias dos enrolamentos primário e secundário e também devido ao efeito da corrente de excitação do transformador. Quando um transformador é energizado em vazio, a relação entre as tensões primária e secundária é muito próxima da relação de espiras. Porém, se uma carga com potência próxima da nominal é energizada a partir do enrolamento secundário, as quedas de tensão nos enrolamentos do transformador tornam a relação entre as tensões diferente da relação de espiras. 3.2 Objetivos da Prática ∙ Identificar os terminais de mesma polaridade dos transformadores; ∙ Explicitar a diferença entre enrrolamentos de polaridade aditiva e subtrativa. ∙ Medir as relações de transformação entre todos os enrolamentos. ∙ Verificar as relações entre as correntes. ∙ Verificar a regulação do transformador. 3.3 Material Necessário 1. Transformador monofásico; 2. Auto-transformador variável; 3. 02 Voltímetros; 4. 02 Amperímetros; Conjunto de cargas (lâmpadas) 13
  17. 17. 3.4 Procedimentos Práticos 14 Tabela 3.1: Dados do Transformador Snom: Enrol. Vnom Inom Terminais Enrol. 1 Enrol. 2 Enrol. 3 Enrol. 4 Enrol. 5 Enrol. 6 Enrol. 7 Enrol. 8 3.4 Procedimentos Práticos 3.4.1 Ensaio de Polaridade Antes de realizar qualquer conexão, certifique-se de que a montagem está desenergizada. Examine a construção do transformador. Identifique os terminais de conexão de cada enrolamento. Observe que o núcleo é constituído de finas chapas de aço. Verifique se é pos- sível identificar a forma como cada bobina está enrolada sobre o núcleo. Identifique e anote na Tabela 3.1, os dados nominais de placa do transformador que estiverem disponíveis. Escolha um dos enrolamentos do transformador como enrolamento primário. Se o transformador tiver mais de dois enrolamentos, você deverá repetir os procedimentos de- scritos a seguir, usando sempre o enrolamento primário escolhido e cada um dos demais enrolamentos do transformador. As ligações a serem realizadas para cada par de enrolamentos estão esquematizadas abaixo na Figura 3.2. Observe que as duas bobinas são ligadas em série e um voltímetro (V2) colocado entre Alimentação v+ - V2 v + - V1 1 2 Transformador1 Figura 3.2: Montagem para o Ensaio de Polaridade. 14
  18. 18. 3.4 Procedimentos Práticos 15 os terminais da ligação série. Certifique-se de que a escala utilizada no voltímetro é sufi- ciente para a leitura da tensão. O voltímetro (V1) deve ser ligado apenas para verificação da tensão de alimentação. O enrolamento alimentado deve ter tensão nominal igual ou superior à da rede. Depois de realizada a montagem, alimenta-se o circuito e verifica-se o valor apresen- tado no voltímetro (V2). Caso a tensão lida no voltímetro (V2) seja maior do que a tensão de alimentação, a polaridade dos enrolamentos é dita aditiva (polaridades opostas) e os pontos são atribuídos de acordo com a Figura 3.3. 1 2 Figura 3.3: Enrolamento de Polaridade Aditiva. Se o valor da tensão no voltímetro (V2) for menor que o valor da tensão aplicada, a po- laridade dos enrolamentos é subtrativa (polaridades semelhantes) e os pontos são atribuí- dos de acordo com a Figura 3.4. 1 2 Figura 3.4: Enrolamento de Polaridade Subtrativa. Desenergize a montagem antes de modificar qualquer ligação. 3.4.2 Relações de Transformação Agora você irá alimentar o enrolamento escolhido como primário com tensão nominal e medir a tensão em cada um dos enrolamentos secundários e preencha a Tabela 3.2 (con- sidere que o Enrolamento 1 é o escolhido como primário). Verifique se cada tensão obtida está coerente com o valor esperado. Desenergize a montagem. Esquematize uma montagem para alimentar o transfor- mador a partir de um auto-transformador variável e de modo a possibilitar a medição 15
  19. 19. 3.4 Procedimentos Práticos 16 Tabela 3.2: Relações de Transformação Enrol. Vrms Enrol. 1 Enrol. 2 Enrol. 3 Enrol. 4 Enrol. 5 Enrol. 6 Enrol. 7 Enrol. 8 da tensão primária e correntes primária e secundária, com o enrolamento secundário em curto-circuito. Utilize um dos esquemas de ligação exibidos na placa do transformador. Não energize a montagem realizada antes de pedir que o professor verifique se a mesma está correta. Utilize o espaço abaixo para desenhar sua montagem. Certifique-se de que a saída do auto-transformador variável está ajustada para ten- são nula. Energize a montagem e aumente gradativamente a tensão de saída do auto- transformador variável até que a corrente primária nominal seja alcançada. Meça as cor- rentes primária e secundária e compare a relação entre as correntes com a relação de trans- formação. Explique o resultado encontrado. Reduza novamente a tensão do auto-transformador variável até zero e desenergize a montagem. 3.4.3 Regulação Aproveite a montagem da seção anterior, mas, ao invés de utilizar o secundário em curto- circuito, conecte lâmpadas em paralelo com o enrolamento secundário, de modo que a potência total a ser consumida seja próxima da potência nominal do enrolamento se- cundário. Esquematize a montagem realizada, incluindo os dados das lâmpadas. Energize a montagem e aumente a tensão primária até o valor nominal. Verifique a tensão do se- cundário do transformador. O valor medido foi igual ao obtido na seção 2.4.1? Explique. Desenergize a montagem e guarde todo o material empregado. 16
  20. 20. Capítulo 4 Levantamento dos Parâmetros do Circuito Equivalente 4.1 Resumo teórico [?,1] E M ANÁLISES DE ENGENHARIA que envolvem o transformador como elemento de cir- cuito, costuma-se adotar o método do Circuito Equivalente, baseado em raciocínio lógico. Nesse o fluxo total concatenado com o enrolamento primário divide-se em duas componentes: o fluxo mútuo resultante, confinado no núcleo de ferro e produzido pelo efeito das correntes do primário e do secundário, e o fluxo disperso do primário que se concatena apenas com esse enrrolamento. A maior parte do fluxo disperso está no ar e varia, assim como a tensâo por ele induzida, linearmente com a corrente primária I1. O efeito desse fluxo pode ser simulado através da associação ao primário de uma indutância de dispersão,ou reatância de disperção X1. Além disso, no circuito primário há ainda a queda de tensão na resistência efetiva do primário R1. A corrente do primário pode ser dividida em duas componentes: uma componente de carga I’2, responsável por contrabalancear o efeito desmagnetizante da corrente do se- cundário e uma segunda componente, de excitação Iø, responsável por produzir a FMM necessaria para criar o fluxo mútuo resultante. A componente de excitação é constituída 17
  21. 21. 4.2 Objetivos da Prática 18 por uma componente de perdas no núcleo, Ic, e uma componente de magnetização, Im. Ic está em fase com E1 e Im está atrasada de 90∘ em relação a FEM E1. A FEM E2 induzida no secundário não é igual à tensão nos terminais do secundário devido à queda de tensão na resistência do secundário e ao fluxo disperso desse enrro- lamento criado pela corrente de secundário I2. Podemos simular a queda de tensão no secundário e seu fluxo disperso através da associação ao secundário de uma uma resistên- cia R2 e uma reatância de dispersão do secundário X2. A figura 2.1 refere-se ao circuito equivalente do transformador real que é formado pelo transformador ideal mais as impedâncias externas. Referindo todas a impedâncias ao primário ou ao secundário do transformador, o transformador ideal pode ser excluído do circuito e o transformador real pode ser rep- resentado como na figura 2.2, com todas as tensões, correntes e impedâncias referidas ao mesmo lado. Esse esquema é chamado circuito T de um transformador. 4.2 Objetivos da Prática ∙ Levantamento das Características Físicas do Transformador; ∙ Obtermos, do Ensaio de Curto-Circuito, a Impedância Equivalente em Série: Zeq = Req + jXeq; ∙ Obtermos, do Ensaio de Circuito Aberto, a Impedância de Magnetização: Zø = Rc + jXm ; ∙ Montagem do Circuito Equivalente. 4.3 Material Necessário 1. Amperímetro ; 2. Transformador Monofásico ; 3. Variador de Tensão Monofásico; 4. Voltímetro ; 5. Wattímetro Monofásico; 18
  22. 22. 4.4 Procedimentos Práticos 19 4.4 Procedimentos Práticos A figura abaixo refere-se ao ensaio de Curto-Circuito. No ensaio de Curto-Circuito o transformador deve ser alimentado através do variador de tensão pelo seu lado de alta e os instrumentos ligados conforme a figura 2.3. O lado de baixa deve ser curto-circuitado. A montagem para o ensaio de Circuito Aberto é semelhante a do ensaio de Curto- Circuito, entretanto o lado de baixa ficará em aberto, como está na figura 2.4. 4.4.1 Ensaio de Curto Circuito Realizada a montagem conforme a Figura 2.3 consulte o professor ou técnico do laboratório a respeito de suas ligações e,após sua aprovação, continue o ensaio. Eleve a tensão de saída do variac e observe o valor da corrente no amperímetro até que ela atinja o valor da corrente nominal primária. Leia a potência dada pelo wattímetro (Pcc), a tensão indicada no voltímetro (Vcc) e a corrente no amperímetro (Icc) e anote seus respectivos valores: Pcc= Vcc= Icc= Calcule: a)Impedância equivalente do trafo referida ao primário: Zeq = Z1 + Zφ∥Z2 = Z1 + Z2, (4.1) Zeq = Zcc = Vcc/Icc b)Resistência equivalente do trafo referida ao primário: Req = Rcc = Rcc/Icc c)Reatância equivalente do trafo referida ao primário: Após calculados e registrados os parâmetros de curto-circuito, reduza a zero a tensão de saída do variac e desligue a chave de alimentação do circuito. 4.4.2 Ensaio de Circuito Aberto Eleve lentamente a tensão no variac até que o voltímetro indique o valor da tensão nominal do lado a que ele está sendo alimentado (lado de baixa). Com o circuito do secundário aberto a única corrente que flui nocircuito é a corrente de excitação do trafo. Leia e anote os valores indicados no wattímetro (Po),no voltímetro (Vo) e no amperímetro (Io). Po = Vo = Io = Zo = Z1 + Zø = Zø 19
  23. 23. 4.4 Procedimentos Práticos 20 Zø = Vo/Io = 20
  24. 24. Capítulo 5 Levantamento dos Parâmetros do Circuito Equivalente 5.1 Resumo teórico [?,1] E M ANÁLISES DE ENGENHARIA que envolvem o transformador como elemento de cir- cuito, costuma-se adotar o método do Circuito Equivalente, baseado em raciocínio lógico. Nesse o fluxo total concatenado com o enrolamento primário divide-se em duas componentes: o fluxo mútuo resultante, confinado no núcleo de ferro e produzido pelo efeito das correntes do primário e do secundário, e o fluxo disperso do primário que se concatena apenas com esse enrrolamento. A maior parte do fluxo disperso está no ar e varia, assim como a tensâo por ele induzida, linearmente com a corrente primária I1. O efeito desse fluxo pode ser simulado através da associação ao primário de uma indutância de dispersão,ou reatância de disperção X1. Além disso, no circuito primário há ainda a queda de tensão na resistência efetiva do primário R1. A corrente do primário pode ser dividida em duas componentes: uma componente de carga I’2, responsável por contrabalancear o efeito desmagnetizante da corrente do se- cundário e uma segunda componente, de excitação Iø, responsável por produzir a FMM necessaria para criar o fluxo mútuo resultante. A componente de excitação é constituída 21
  25. 25. 5.2 Objetivos da Prática 22 por uma componente de perdas no núcleo, Ic, e uma componente de magnetização, Im. Ic está em fase com E1 e Im está atrasada de 90∘ em relação a FEM E1. A FEM E2 induzida no secundário não é igual à tensão nos terminais do secundário devido à queda de tensão na resistência do secundário e ao fluxo disperso desse enrro- lamento criado pela corrente de secundário I2. Podemos simular a queda de tensão no secundário e seu fluxo disperso através da associação ao secundário de uma uma resistên- cia R2 e uma reatância de dispersão do secundário X2. A figura 2.1 refere-se ao circuito equivalente do transformador real que é formado pelo transformador ideal mais as impedâncias externas. Referindo todas a impedâncias ao primário ou ao secundário do transformador, o transformador ideal pode ser excluído do circuito e o transformador real pode ser rep- resentado como na figura 2.2, com todas as tensões, correntes e impedâncias referidas ao mesmo lado. Esse esquema é chamado circuito T de um transformador. 5.2 Objetivos da Prática ∙ Levantamento das Características Físicas do Transformador; ∙ Obtermos, do Ensaio de Curto-Circuito, a Impedância Equivalente em Série: Zeq = Req + jXeq; ∙ Obtermos, do Ensaio de Circuito Aberto, a Impedância de Magnetização: Zø = Rc + jXm ; ∙ Montagem do Circuito Equivalente. 5.3 Material Necessário 1. Amperímetro ; 2. Transformador Monofásico ; 3. Variador de Tensão Monofásico; 4. Voltímetro ; 5. Wattímetro Monofásico; 22
  26. 26. 5.4 Procedimentos Práticos 23 5.4 Procedimentos Práticos A figura abaixo refere-se ao ensaio de Curto-Circuito. No ensaio de Curto-Circuito o transformador deve ser alimentado através do variador de tensão pelo seu lado de alta e os instrumentos ligados conforme a figura 2.3. O lado de baixa deve ser curto-circuitado. A montagem para o ensaio de Circuito Aberto é semelhante a do ensaio de Curto- Circuito, entretanto o lado de baixa ficará em aberto, como está na figura 2.4. 5.4.1 Ensaio de Curto Circuito Realizada a montagem conforme a Figura 2.3 consulte o professor ou técnico do laboratório a respeito de suas ligações e,após sua aprovação, continue o ensaio. Eleve a tensão de saída do variac e observe o valor da corrente no amperímetro até que ela atinja o valor da corrente nominal primária. Leia a potência dada pelo wattímetro (Pcc), a tensão indicada no voltímetro (Vcc) e a corrente no amperímetro (Icc) e anote seus respectivos valores: Pcc= Vcc= Icc= Calcule: a)Impedância equivalente do trafo referida ao primário: Zeq = Z1 + Zφ∥Z2 = Z1 + Z2, (5.1) Zeq = Zcc = Vcc/Icc b)Resistência equivalente do trafo referida ao primário: Req = Rcc = Rcc/Icc c)Reatância equivalente do trafo referida ao primário: Após calculados e registrados os parâmetros de curto-circuito, reduza a zero a tensão de saída do variac e desligue a chave de alimentação do circuito. 5.4.2 Ensaio de Circuito Aberto Eleve lentamente a tensão no variac até que o voltímetro indique o valor da tensão nominal do lado a que ele está sendo alimentado (lado de baixa). Com o circuito do secundário aberto a única corrente que flui nocircuito é a corrente de excitação do trafo. Leia e anote os valores indicados no wattímetro (Po),no voltímetro (Vo) e no amperímetro (Io). Po = Vo = Io = Zo = Z1 + Zø = Zø 23
  27. 27. 5.4 Procedimentos Práticos 24 Zø = Vo/Io = 24
  28. 28. Capítulo 6 Determinação das curvas de tensão terminal em relação a velocidade e corrente de campo 6.1 Objetivos da prática O objetivo desta aula pratica e a determinação das curvas de tensão terminal em relação a velocidade angular e corrente de campo das maquinas síncronas. 6.2 Material Necessário 1. 2 varivolt 1φ; 2. 2 multímetros digitais; 3. 1 carga resistiva 3φ; 4. 1 carga indutiva 3φ; 5. 1 tacômetro; 6. 1 osciloscópio. 25
  29. 29. 6.3 Procedimentos Práticos 26 6.3 Procedimentos Práticos Antes de realizar qualquer conexão, certifique-se de que a montagem está desenergizada. Realize a montagem a seguir: Figura 6.1: Paralelismo de conversores usando a configuração mestre-escravo. 6.3.1 Obter Curva ωr x Vt com velocidade variável 1) Depois de concluída faça uma reverificação da montagem e em seguida chame o profes- sor ou responsável para verificação antes de energizar a bancada; 2) Certifique-se que o auto-transformador variável (varivolt) está ajustado para tensão de saída nula antes de energizar a bancada; 3) Aumente lentamente a velocidade da máquina motriz até que a tensão nominal at- inja o valor nominal; (If = Ifnom). 4) Nessas condições, anote as leituras do voltímetro e tacômetro na tabela 1; Tabela 6.1: Resumo comparativo entre o controle por inclinação e a configuração mestre- escravo. ωr Vt 26
  30. 30. Capítulo 7 Levantamento dos Parâmetros do Circuito Equivalente 7.1 Resumo teórico [?,1] E M ANÁLISES DE ENGENHARIA que envolvem o transformador como elemento de cir- cuito, costuma-se adotar o método do Circuito Equivalente, baseado em raciocínio lógico. Nesse o fluxo total concatenado com o enrolamento primário divide-se em duas componentes: o fluxo mútuo resultante, confinado no núcleo de ferro e produzido pelo efeito das correntes do primário e do secundário, e o fluxo disperso do primário que se concatena apenas com esse enrrolamento. A maior parte do fluxo disperso está no ar e varia, assim como a tensâo por ele induzida, linearmente com a corrente primária I1. O efeito desse fluxo pode ser simulado através da associação ao primário de uma indutância de dispersão,ou reatância de disperção X1. Além disso, no circuito primário há ainda a queda de tensão na resistência efetiva do primário R1. A corrente do primário pode ser dividida em duas componentes: uma componente de carga I’2, responsável por contrabalancear o efeito desmagnetizante da corrente do se- cundário e uma segunda componente, de excitação Iø, responsável por produzir a FMM necessaria para criar o fluxo mútuo resultante. A componente de excitação é constituída 27
  31. 31. 7.2 Objetivos da Prática 28 por uma componente de perdas no núcleo, Ic, e uma componente de magnetização, Im. Ic está em fase com E1 e Im está atrasada de 90∘ em relação a FEM E1. A FEM E2 induzida no secundário não é igual à tensão nos terminais do secundário devido à queda de tensão na resistência do secundário e ao fluxo disperso desse enrro- lamento criado pela corrente de secundário I2. Podemos simular a queda de tensão no secundário e seu fluxo disperso através da associação ao secundário de uma uma resistên- cia R2 e uma reatância de dispersão do secundário X2. A figura 2.1 refere-se ao circuito equivalente do transformador real que é formado pelo transformador ideal mais as impedâncias externas. Referindo todas a impedâncias ao primário ou ao secundário do transformador, o transformador ideal pode ser excluído do circuito e o transformador real pode ser rep- resentado como na figura 2.2, com todas as tensões, correntes e impedâncias referidas ao mesmo lado. Esse esquema é chamado circuito T de um transformador. 7.2 Objetivos da Prática ∙ Levantamento das Características Físicas do Transformador; ∙ Obtermos, do Ensaio de Curto-Circuito, a Impedância Equivalente em Série: Zeq = Req + jXeq; ∙ Obtermos, do Ensaio de Circuito Aberto, a Impedância de Magnetização: Zø = Rc + jXm ; ∙ Montagem do Circuito Equivalente. 7.3 Material Necessário 1. Amperímetro ; 2. Transformador Monofásico ; 3. Variador de Tensão Monofásico; 4. Voltímetro ; 5. Wattímetro Monofásico; 28
  32. 32. 7.4 Procedimentos Práticos 29 7.4 Procedimentos Práticos A figura abaixo refere-se ao ensaio de Curto-Circuito. No ensaio de Curto-Circuito o transformador deve ser alimentado através do variador de tensão pelo seu lado de alta e os instrumentos ligados conforme a figura 2.3. O lado de baixa deve ser curto-circuitado. A montagem para o ensaio de Circuito Aberto é semelhante a do ensaio de Curto- Circuito, entretanto o lado de baixa ficará em aberto, como está na figura 2.4. 7.4.1 Ensaio de Curto Circuito Realizada a montagem conforme a Figura 2.3 consulte o professor ou técnico do laboratório a respeito de suas ligações e,após sua aprovação, continue o ensaio. Eleve a tensão de saída do variac e observe o valor da corrente no amperímetro até que ela atinja o valor da corrente nominal primária. Leia a potência dada pelo wattímetro (Pcc), a tensão indicada no voltímetro (Vcc) e a corrente no amperímetro (Icc) e anote seus respectivos valores: Pcc= Vcc= Icc= Calcule: a)Impedância equivalente do trafo referida ao primário: Zeq = Z1 + Zφ∥Z2 = Z1 + Z2, (7.1) Zeq = Zcc = Vcc/Icc b)Resistência equivalente do trafo referida ao primário: Req = Rcc = Rcc/Icc c)Reatância equivalente do trafo referida ao primário: Após calculados e registrados os parâmetros de curto-circuito, reduza a zero a tensão de saída do variac e desligue a chave de alimentação do circuito. 7.4.2 Ensaio de Circuito Aberto Eleve lentamente a tensão no variac até que o voltímetro indique o valor da tensão nominal do lado a que ele está sendo alimentado (lado de baixa). Com o circuito do secundário aberto a única corrente que flui nocircuito é a corrente de excitação do trafo. Leia e anote os valores indicados no wattímetro (Po),no voltímetro (Vo) e no amperímetro (Io). Po = Vo = Io = Zo = Z1 + Zø = Zø 29
  33. 33. 7.4 Procedimentos Práticos 30 Zø = Vo/Io = 30
  34. 34. Capítulo 8 Levantamento dos Parâmetros do Circuito Equivalente 8.1 Resumo teórico [?,1] E M ANÁLISES DE ENGENHARIA que envolvem o transformador como elemento de cir- cuito, costuma-se adotar o método do Circuito Equivalente, baseado em raciocínio lógico. Nesse o fluxo total concatenado com o enrolamento primário divide-se em duas componentes: o fluxo mútuo resultante, confinado no núcleo de ferro e produzido pelo efeito das correntes do primário e do secundário, e o fluxo disperso do primário que se concatena apenas com esse enrrolamento. A maior parte do fluxo disperso está no ar e varia, assim como a tensâo por ele induzida, linearmente com a corrente primária I1. O efeito desse fluxo pode ser simulado através da associação ao primário de uma indutância de dispersão,ou reatância de disperção X1. Além disso, no circuito primário há ainda a queda de tensão na resistência efetiva do primário R1. A corrente do primário pode ser dividida em duas componentes: uma componente de carga I’2, responsável por contrabalancear o efeito desmagnetizante da corrente do se- cundário e uma segunda componente, de excitação Iø, responsável por produzir a FMM necessaria para criar o fluxo mútuo resultante. A componente de excitação é constituída 31
  35. 35. 8.2 Objetivos da Prática 32 por uma componente de perdas no núcleo, Ic, e uma componente de magnetização, Im. Ic está em fase com E1 e Im está atrasada de 90∘ em relação a FEM E1. A FEM E2 induzida no secundário não é igual à tensão nos terminais do secundário devido à queda de tensão na resistência do secundário e ao fluxo disperso desse enrro- lamento criado pela corrente de secundário I2. Podemos simular a queda de tensão no secundário e seu fluxo disperso através da associação ao secundário de uma uma resistên- cia R2 e uma reatância de dispersão do secundário X2. A figura 2.1 refere-se ao circuito equivalente do transformador real que é formado pelo transformador ideal mais as impedâncias externas. Referindo todas a impedâncias ao primário ou ao secundário do transformador, o transformador ideal pode ser excluído do circuito e o transformador real pode ser rep- resentado como na figura 2.2, com todas as tensões, correntes e impedâncias referidas ao mesmo lado. Esse esquema é chamado circuito T de um transformador. 8.2 Objetivos da Prática ∙ Levantamento das Características Físicas do Transformador; ∙ Obtermos, do Ensaio de Curto-Circuito, a Impedância Equivalente em Série: Zeq = Req + jXeq; ∙ Obtermos, do Ensaio de Circuito Aberto, a Impedância de Magnetização: Zø = Rc + jXm ; ∙ Montagem do Circuito Equivalente. 8.3 Material Necessário 1. Amperímetro ; 2. Transformador Monofásico ; 3. Variador de Tensão Monofásico; 4. Voltímetro ; 5. Wattímetro Monofásico; 32
  36. 36. 8.4 Procedimentos Práticos 33 8.4 Procedimentos Práticos A figura abaixo refere-se ao ensaio de Curto-Circuito. No ensaio de Curto-Circuito o transformador deve ser alimentado através do variador de tensão pelo seu lado de alta e os instrumentos ligados conforme a figura 2.3. O lado de baixa deve ser curto-circuitado. A montagem para o ensaio de Circuito Aberto é semelhante a do ensaio de Curto- Circuito, entretanto o lado de baixa ficará em aberto, como está na figura 2.4. 8.4.1 Ensaio de Curto Circuito Realizada a montagem conforme a Figura 2.3 consulte o professor ou técnico do laboratório a respeito de suas ligações e,após sua aprovação, continue o ensaio. Eleve a tensão de saída do variac e observe o valor da corrente no amperímetro até que ela atinja o valor da corrente nominal primária. Leia a potência dada pelo wattímetro (Pcc), a tensão indicada no voltímetro (Vcc) e a corrente no amperímetro (Icc) e anote seus respectivos valores: Pcc= Vcc= Icc= Calcule: a)Impedância equivalente do trafo referida ao primário: Zeq = Z1 + Zφ∥Z2 = Z1 + Z2, (8.1) Zeq = Zcc = Vcc/Icc b)Resistência equivalente do trafo referida ao primário: Req = Rcc = Rcc/Icc c)Reatância equivalente do trafo referida ao primário: Após calculados e registrados os parâmetros de curto-circuito, reduza a zero a tensão de saída do variac e desligue a chave de alimentação do circuito. 8.4.2 Ensaio de Circuito Aberto Eleve lentamente a tensão no variac até que o voltímetro indique o valor da tensão nominal do lado a que ele está sendo alimentado (lado de baixa). Com o circuito do secundário aberto a única corrente que flui nocircuito é a corrente de excitação do trafo. Leia e anote os valores indicados no wattímetro (Po),no voltímetro (Vo) e no amperímetro (Io). Po = Vo = Io = Zo = Z1 + Zø = Zø 33
  37. 37. 8.4 Procedimentos Práticos 34 Zø = Vo/Io = 34
  38. 38. Capítulo 9 Montagem de um Motor CC Elementar 9.1 Objetivos da prática Produzir um motor elétrico para despertar interesse dos alunos na compreensão dos fenô- menos envolvidos no experimento. 9.2 Material Necessário 1. 90 cm de fio de cobre esmaltado (fio 24); 2. 2 pedaços de arame com comprimento de 20 cm cada um; 3. 1 pilha tamanho grande de 1, 5V; 4. 1 Ímã de aproximadamente 2, 5 cm x 2, 5 cm; 5. Lixa ou palha de aço; 6. Fita adesiva; 7. Tábua retangular como suporte 15 cm x 10 cm. 35
  39. 39. 9.3 Procedimentos Práticos 36 9.3 Procedimentos Práticos Cada grupo deverá conseguir os materiais para a construção de um motor elétrico. Com este roteiro apenas como um exemplo, que poderá, a critério do aluno não ser seguido, sendo assim cada grupo poderá consultar bibliografias ou sites sobre o assunto na internet para a montagem do motor. Após a montagem, o grupo fará relatório sobre o sucesso ou fracasso do experimento para posterior discussão em sala. 9.3.1 Montagem Para a montagem do motor CC elementar seguir os passos: 1. Fazer uma bobina com o fio de cobre esmaltado efetuando 20 voltas (diâmetro de 4cm) deixando 3 cm em cada extremidade do fio; 2. Montar as hastes de arame; 3. Anexar as hastes à pilha; 4. Lixar as pontas da bobina,sendo que uma ponta é lixada apenas um lado, enquanto o outro, dois lados; 5. Apoiar a bobina nas hastes; 6. Deixar o ímã próximo da bobina; Na Figura 9.1 é mostrado um exemplo de como ficará a montagem. Para dar a partida no motor é necessário aplicar um impulso inicial à bobina. 9.3.2 Determinações Se a pilha for invertida, mudará o sentido do movimento da bobina? Se o ímã for retirado ou pouco afastado, cessará o movimento da bobina? 36
  40. 40. 9.3 Procedimentos Práticos 37 Figura 9.1: Exemplo da montagem do motor CC elementar. 37
  41. 41. Referências Bibliográficas [1] Jr. e Stephen D. Umans A. E. Fitzgerald e Charles Kingsley Máquinas Elétricas. McGraw-Hill. [2] Ciências a mão, portal de ensino de ciências. http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php?midia=lcn&cod=_montagemdeummotoreletric. [3] http://www.ifi.unicamp.br/˜ ghtc/Biografias/Faraday/Faraday3.htm. [4] http://www.ifi.unicamp.br/˜ ghtc/Biografias/index.html. [5] http://www.youtube.com/watch?v=Xi7o8cMPI0E&playnext=1&list=PL985B5C6A50C6A355. 38

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