Labdisp2

274 visualizações

Publicada em

O objetivo do experimento é determinar o comportamento de um transformador monofásico quando conectado as cargas resistiva, indutiva e capacitiva, e a simulação dos eventos através de aquisição de dados feitas por medição de corrente, tensão e potência, para a determinação de fator de potência, rendimento e regulação de tensão para o mesmo.

Publicada em: Engenharia
0 comentários
0 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
274
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
4
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
8
Comentários
0
Gostaram
0
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Labdisp2

  1. 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE DISPOSITIVOS ELETROMAGNÉTICOS PROF: FERNANDO DINIZ TRANSFORMADOR MONOFÁSICO: FATOR DE POTÊNCIA, RENDIMENTO E REGULAÇÃO Raony Serrão da Silva SÃO LUÍS 2011
  2. 2. Objetivo O objetivo do experimento é determinar o comportamento de um transformador mo- nofásico quando conectado as cargas resistiva, indutiva e capacitiva, e a simulação dos eventos através de aquisicão de dados feitas por medição de corrente, tensão e potência, para a determinação de fator de potência, rendimento e regulação de tensão para o mesmo. 1
  3. 3. Lista de Figuras 1 Circuito equivalente referido ao primário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 Circuito equivalente referido ao primário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 Circuito equivalente referido ao secundário . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4 Diagrama fasorial para carga R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 5 Circuito elétrico para teste com carga carga R . . . . . . . . . . . . . . . . 9 6 Medição para teste com carga R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 7 Diagrama fasorial para carga RL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 8 Circuito elétrico para teste com carga carga RL . . . . . . . . . . . . . . . 13 9 Medição para teste com carga RL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 10 Diagrama fasorial para carga RC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 11 Circuito elétrico para teste com carga carga RC . . . . . . . . . . . . . . . 17 12 Medição para teste com carga RC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2
  4. 4. Lista de Tabelas 1 Dados de placa do transformador monofásico . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 Medição do teste à vazio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 Tabela resumo do teste para carga Resistiva . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 4 Tabela resumo da simulação do teste para carga Resistiva . . . . . . . . . . 10 5 Tabela resumo do teste para carga Indutiva . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 6 Tabela resumo da simulação do teste para carga Indutiva . . . . . . . . . . 14 7 Tabela resumo do teste para carga Capacitiva . . . . . . . . . . . . . . . . 16 8 Tabela resumo da simulação do teste para carga Capacitiva . . . . . . . . . 18 3
  5. 5. Sumário 1 Material utilizado 5 2 Circuito utilizado 5 3 Dados de placa do transformador monofásico 5 4 Parâmetros do transformador 5 4.1 Circuito equivalente referido ao lado de Baixa Tensão . . . . . . . . . . . . 5 4.2 Circuito equivalente referido ao lado de Alta Tensão . . . . . . . . . . . . . 6 5 Medições do teste à vazio 6 6 Ensaio para carga Resistiva 7 6.1 Modo de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 6.2 Diagrama fasorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 6.3 Simulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 7 Ensaio para carga Indutiva 10 7.1 Modo de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 7.2 Diagrama fasorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 7.3 Simulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 8 Ensaio para carga Capacitiva 14 8.1 Modo de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 8.2 Diagrama fasorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 8.3 Simulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 9 Conclusão 19 4
  6. 6. 1 Material utilizado 1. Transformador monofásico 2. Varivolt monofásico 3. Dois amperímetros 4. Dois voltímetros 5. Carga resistiva R = 330Ω 6. Carga indutiva R = 330Ω e L = 140mH 7. Carga capacitiva R = 330Ω e C = 1µF 2 Circuito utilizado Figura 1: Circuito equivalente referido ao primário 3 Dados de placa do transformador monofásico Consultando a placa do transformador, temos os seguintes dados relevantes ao expe- rimento: Pot. aparente tensão(V) 110 220 440 1KVA corrente(A) 9.1 4.5 2.3 Tabela 1: Dados de placa do transformador monofásico 4 Parâmetros do transformador De acordo com os parâmetros encontrados nos testes CC e CA, temos os parâmetros referidos aos lados de alta e baixa tensão. 4.1 Circuito equivalente referido ao lado de Baixa Tensão Usando os parâmetros referidos ao primário: Rc = 1.21kΩ, Lm = 951.2mH, R = 5.187Ω e L = 76.29mH 5
  7. 7. Figura 2: Circuito equivalente referido ao primário 4.2 Circuito equivalente referido ao lado de Alta Tensão Usando os parâmetros referidos ao secundário: Rc = 4.41kΩ, Lm = 3.467H, R = 18.9Ω e L = 278.1mH Figura 3: Circuito equivalente referido ao secundário 5 Medições do teste à vazio Temos a tabela 2, de acordo com os valores lidos nos instrumentos Medição à vazio Parâmetros Valor Vp(V ) 220 Ip(A) 3.5 Vs(V ) 440 Is(A) 0 Tabela 2: Medição do teste à vazio 6
  8. 8. 6 Ensaio para carga Resistiva 6.1 Modo de cálculo Utilizando as leituras do Amperímetro e Voltímetro 1. Medição da tensão no primário Vp = 220V 2. Medição da corrente no primário Ip = 2.52A 3. Medição da tensão no secundário Vs = 408V 4. Medição da corrente no secundário Is = 1.2A 5. Fator de potencia da carga fp = cos(0o ) = 1.0 6. Impedância da carga Resistência R = 340Ω Zc = 330 + j0 = 330 0o Ω 7. Potência da carga Pc = 408V ∗ 1.2A ∗ 1 = 489.6W 8. Regulação de tensão Reg = |408V − 440V | 440V ∗ 100 = 7.272% 9. Rendimento η = Psaida Psaida + Pnucleo + Pcobre Carregamento Carga = 408V ∗ 1.2A 1000V A ∗ 100 = 48.96% Perda no núcleo Pnucleo = 40W Perda no cobre a carga nominal Pcobre = 100W Perda no cobre a 48.96% de carga Pcobre = 100W ∗ 48.96 100 2 = 23.97W então, η = 489.6W 489.6W + 40W + 23.97W ∗ 100 = 489.6W 553.57W ∗ 100 = 88.44% 7
  9. 9. 10. Potência de entrada Pp = 553.57W Seguimos na tabela 3 um resumo do teste realizado Medição com carga Resistiva Parâmetros Valor Vp(V ) 220 Ip(A) 2.52 Vs(V ) 408 Is(A) 1.2 Zc(Ω) 330 Cos(θ) 1.0 Pp(W) 553.57 Ps(W) 489.6 Reg(%) 7.272 η(%) 88.44 Tabela 3: Tabela resumo do teste para carga Resistiva 6.2 Diagrama fasorial Es = Vs + IsZeq Seguindo a expressão vetorial, temos o código no , ambiente matemático, Matlab para geração do diagrama fasorial %Lab Dispositivos %Raony Serrão clc clf clear all %Fasores do circuito R %Vs = 430.7 + j125.8 %Is = 1.2 - j0 %Zeq = 18.19 + j104.8 %IsReq = 22.68 + j125.8 %Vc = 408 + j0 zreal=[430.7 408 22.68]; zimag=[125.8 0 125.8]; z=zreal+i*zimag; compass(z) cont=char('Es','Vs ','IsZeq'); for i=1:3 gtext(cont(i,:)); end title('Diagrana fasorial carga R');grid 8
  10. 10. Segue o diagrama fasorial na gura 4 Figura 4: Diagrama fasorial para carga R 6.3 Simulação Seguimos a montagem conforme a gura 5 para o teste com carga R Figura 5: Circuito elétrico para teste com carga carga R De acordo com a medição do amperímetro, watímetro e voltímetro para teste com carga R, temos os seguintes valores como mostra a gura 6 Figura 6: Medição para teste com carga R Seguindo na tabela 4 os valores adiquiridos na simulação 9
  11. 11. Simulação com carga Resistiva Parâmetros Valor Vs(V ) 399.3 Is(A) 1.21 Ps(W) 483.16 Cos(θ) 1.0 Tabela 4: Tabela resumo da simulação do teste para carga Resistiva 7 Ensaio para carga Indutiva 7.1 Modo de cálculo Utilizando as leituras do Amperímetro e Voltímetro 1. Medição da tensão no primário Vp = 220V 2. Medição da corrente no primário Ip = 2.2A 3. Medição da tensão no secundário Vs = 400V 4. Medição da corrente no secundário Is = 1.0A 5. Impedância da carga Resistência da carga Rc = 330Ω Indutância da carga L = 35mH ∗ 4 = 140mH Reatância indutiva da carga Xc = j377 ∗ 140mH = j52.78Ω Impedância da carga Zc = 330 + j52.78 = 334.2 9.08o Ω 6. Fator de potência da carga fp = Cos(9.08o ) = 0.987 7. Potência da carga Pc = 400V ∗ 1.0A ∗ 0.987 = 395W 8. Regulação de tensão Reg = |400 − 440V | 440V ∗ 100 = 9.09% 10
  12. 12. 9. Rendimento η = Psaida Psaida + Pnucleo + Pcobre Carregamento Carga = 400V ∗ 1.0A 1000V A ∗ 100 = 40% Perda no núcleo Pnucleo = 40W Perda no cobre a carga nominal Pcobre = 100W Perda no cobre a 40% de carga Pcobre = 100W ∗ 40 100 2 = 16W então, η = 400W 400W + 40W + 16W ∗ 100 = 400W 456W ∗ 100 = 87.71% 10. Potência de entrada Pp = 456W Seguimos na tabela 5 um resumo do teste realizado 11
  13. 13. Medição com carga Indutiva Parâmetros Valor Vp(V ) 220 Ip(A) 2.2 Vs(V ) 400 Is(A) 1.0 Zc(Ω) 334.2 Cos(θ) 0.987 Pp(W) 456 Ps(W) 395 Reg(%) 9.09 η(%) 87.71 Tabela 5: Tabela resumo do teste para carga Indutiva 7.2 Diagrama fasorial Es = Vs − IsZeq Seguindo a expressão vetorial, temos o código no , ambiente matemático, Matlab para geração do diagrama fasorial %Lab Dispositivos %Raony Serrão clc clf clear all %Fasores do circuito R %Vs = 475.2 + j100.5 %Is = 0.987 - j1.578 %Zeq = 18.19 + j104.8 %IsReq = 35.2 + j100.5 %Vc = 400 + j0 zreal=[475.2 400 35.2]; zimag=[100.5 0 100.5]; z=zreal+i*zimag; compass(z) cont=char('Es','Vs ','IsZeq'); for i=1:3 gtext(cont(i,:)); end title('Diagrana fasorial carga RL');grid Segue o diagrama fasorial na gura 7 12
  14. 14. Figura 7: Diagrama fasorial para carga RL 7.3 Simulação Seguimos a montagem conforme a gura 8 para o teste com carga RL Figura 8: Circuito elétrico para teste com carga carga RL De acordo com a medição do amperimetro, watimetro e voltimetro para teste com carga R, temos os seguintes valores como mostra a gura 9 Figura 9: Medição para teste com carga RL Seguindo na tabela 6 os valores adiquiridos na simulação 13
  15. 15. Simulação com carga Indutiva Parâmetros Valor Vs(V ) 384.91 Is(A) 1.15 Ps(W) 437.66 Cos(θ) 0.987 Tabela 6: Tabela resumo da simulação do teste para carga Indutiva 8 Ensaio para carga Capacitiva 8.1 Modo de cálculo Utilizando as leituras do Amperímetro e Voltímetro 1. Medição da tensão no primário Vp = 220V 2. Medição da corrente no primário Ip = 0.45A 3. Medição da tensão no secundário Vs = 444V 4. Medição da corrente no secundário Is = 0.17A 5. Impedância da carga Resistência da carga Rc = 330Ω Capacitância da carga C = 1µF Reatância indutiva da carga Xc = −j 1 377 ∗ 1µF = −j2652.52Ω Impedância da carga Zc = 330 − j2652.52 = 2672.96 82.91o Ω 6. Fator de potência da carga fp = Cos(82.91o ) = 0.123 7. Potência da carga Pc = 444V ∗ 0.17A ∗ 0.123 = 9.28W 8. Regulação de tensão Reg = |444 − 440V | 440V ∗ 100 = 0.909% 14
  16. 16. 9. Rendimento η = Psaida Psaida + Pnucleo + Pcobre Carregamento Carga = 444V ∗ 0.17A 1000V A ∗ 100 = 7.548% Perda no núcleo Pnucleo = 40W Perda no cobre a carga nominal Pcobre = 100W Perda no cobre a 7.548% de carga Pcobre = 100W ∗ 7.548 100 2 = 0.569W então, η = 9.28W 9.28W + 40W + 0.569W ∗ 100 = 9.28W 49.85W ∗ 100 = 18.615% 10. Potência de entrada Pp = 49.85W Seguimos na tabela 7 um resumo do teste realizado 15
  17. 17. Medição com carga Capacitiva Parâmetros Valor Vp(V ) 220 Ip(A) 0.45 Vs(V ) 444 Is(A) 0.17 Zc(Ω) 2672.96 Cos(θ) 0.123 Pp(W) 49.85 Ps(W) 9.28 Reg(%) 0.909 η(%) 18.615 Tabela 7: Tabela resumo do teste para carga Capacitiva 8.2 Diagrama fasorial Es = Vs + IsZeq Seguindo a expressão vetorial, temos o código no , ambiente matemático, Matlab para geração do diagrama fasorial %Lab Dispositivos %Raony Serrão clc clf clear all %Fasores do circuito RC %Vs = 422.7 + j5.387 %Is = 0.02 - j0.168 %Zeq = 18.19 + j104.8 %IsReq = -17.29 + j5.387 %Vc = 408 + j0 zreal=[422.7 408 -17.29]; zimag=[5.38 0 5.38]; z=zreal+i*zimag; compass(z) cont=char('Es','Vs ','IsZeq'); for i=1:3 gtext(cont(i,:)); end title('Diagrana fasorial carga RC');grid Segue o diagrama fasorial na gura 10 16
  18. 18. Figura 10: Diagrama fasorial para carga RC 8.3 Simulação Seguimos a montagem conforme a gura 11 para o teste com carga RC Figura 11: Circuito elétrico para teste com carga carga RC De acordo com a medição do amperimetro, watimetro e voltimetro para teste com carga R, temos os seguintes valores como mostra a gura 12 Figura 12: Medição para teste com carga RC Seguindo na tabela 8 os valores adiquiridos na simulação 17
  19. 19. Simulação com carga Capacitiva Parâmetros Valor Vs(V ) 457.35 Is(A) 0.17 Ps(W) 9.93 Cos(θ) 0.127 Tabela 8: Tabela resumo da simulação do teste para carga Capacitiva 18
  20. 20. 9 Conclusão Um transformador carregado a corrente nominal por uma carga de fator de potência unitário tem uma pequena regulação de tensão Es, ainda sendo maior que Vs, e adianta-se em relação a ela um pequeno ângulo positivo. Um transformador carregado a corrente nominal por uma carga de fator de potência em atraso tem uma regulação mais alta do que uma carga com fator de potência unitário, ainda sendo pouco maior que Vs e do que a regulação à carga resistiva, e adianta-se em relação a ela um pequeno ângulo positivo, pois a corrente atrasada tende a aumentar as quedas internas indutivas devido as reatancias indutivas primária e secundária do próprio transformador. Um transformador carregado à corrente nominal por uma carga de fator de potência adiantado tem uma pequena regulação de tensão Es, podendo chegar a um valor próximo a zero ou até mesmo ser negativa, sendo assim é menor que Vs, pois a corrente adiantada tende a contrabalancear as quedas internas indutivas devido as reatâncias indutivas primária e secundária do próprio transformador. Com base nos valores práticos e simulados, temos uma equivalência de resultados a um pequeno erro que prova o uso correto dos procedimentos abordados, unindo a prática à teoria. 19
  21. 21. Referências [1] A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley, Jr., Stephen D. Umans, Máquinas Elétricas, 6 edição, editora: Bookman [2] Stephen J. Chapman, Máquinas Eléctricas, 3 edición, editora: McGraw-Hill 20

×