Ensaio Transformador Trifásico - Instituto Superior Técnico

Universidade Técnica de Lisboa Instituto Superior Técnico

Fundamentos de Energia Eléctrica

Ensaio do Transformador Trifásico

Laboratório de Máquinas Eléctricas

2005

FEE – Ensaio do transformador trifásico

Índice Introdução. ................................................................................................................................................................ 3 Lista de Material. ...................................................................................................................................................... 3 Montagem dos componentes..................................................................................................................................... 5 A – Ensaio do transformador trifásico em vazio....................................................................................................... 6 Ligações ................................................................................................................................................................ 6 Condução do ensaio .............................................................................................................................................. 7 B – Ensaio do transformador trifásico em curto-circuito .......................................................................................... 8 Ligações ................................................................................................................................................................ 8 Condução do ensaio .............................................................................................................................................. 8 C – Transformador trifásico com carga simétrica ..................................................................................................... 9 Ligações ................................................................................................................................................................ 9 Condução do ensaio .............................................................................................................................................. 9 D - Estudo do autotransformador ............................................................................................................................ 10 D1 - Autotransformador elevador ....................................................................................................................... 10 Ensaio em carga .................................................................................................................................................. 10 D2-Autotransformador abaixador ....................................................................................................................... 11 Ensaio em carga .................................................................................................................................................. 11

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Introdução. Este trabalho destina-se a dar aos alunos uma visão clara do transformador trifásico. O trabalho aqui proposto deverá ser executado por um número restrito de alunos supervisionado por um professor. Dado o nível elevado das tensões em jogo, deverão os alunos proceder com o máximo cuidado de modo a evitarem choques eléctricos que poderão ter consequências graves.

Lista de Material. 1. Transformador trifásico OFICEL (1 kVA) Este transformador tem um núcleo de 3 colunas cada uma correspondente a uma fase. Cada fase tem três enrolamentos conforme se indica no esquema da figura 1.

A3

a4

A2

B3

b4

B2

A1

C3

c4

C2

a3

b3

c3

a2

b2

c2

a1

B1

b1

C1

A1-A2 → 230V A1-A3 → 400V

B1-B2 → 230V B1-B3 → 400V

C1-C2 → 230V C1-C3 → 400V

a1-a2 → 57 V a3-a4 → 57 V

b1-b2 → 57 V b3-b4 → 57 V

c1-c2 → 57 V c3-c4 → 57 V

a) Esquema.

c1

B) Fotografia

Figura 1: Transformador trifásico didáctico.

O primário é constituído por um enrolamento que suporta 400V (entre A1 e A3 ou B1 e B3 etc.). Este enrolamento tem uma tomada a 230V (entre A1 e A2 ou B1 e B2 etc.). Para que o nível de fluxo se mantenha aproximadamente constante (em módulo) sempre que se quiser ligar o primário em triângulo deverá utilizar-se todo o enrolamento (A1-A3 ou B1-B3, etc.). Quando se quiser ligar o primário em estrela deverá utilizar-se o terminal intermédio (A1-A2 ou B1-B2 etc.). O secundário é constituído por dois enrolamentos por fase, com igual número de espiras. Cada um destes dois enrolamentos tem o valor nominal de tensão igual a 57V. O enrolamento do primário está protegido por fusíveis. Estes fusíveis protegem o transformador contra curto-circuitos apenas, não havendo protecção contra sobrecargas. 3


Na fotografia da figura 1, mostra-se o transformador preparado para a ligação em estrela do lado do primário e do lado do secundário. Os enrolamentos do secundário estão ligados em série constituindo o conjunto um enrolamento que pode suportar 115V.

2. Resistência de carga trifásica ESSELTE STUDIUM É constituída por um conjunto trifásico de resistências que se podem introduzir em paralelo aumentando a carga através de dois comutadores, um de regulação fina e o outro de regulação grossa. Deve ter-se em atenção um outro comutador que selecciona a tensão máxima que o conjunto pode suportar (380/220V) ou (220/127V).

Fina Grossa

Figura 2: Fotografia da resistência de carga. Durante o trabalho deverá tomar em atenção a posição deste comutador pois só assim conseguirá fazer o ensaio de forma correcta e não danificar a resistência de carga.

3. Autotransformador trifásico com regulação de tensão em carga Durante os ensaios deverá aplicar a tensão trifásica ao transformador de uma forma suave e progressiva. Para isso utiliza-se um autotransformador com regulação de tensão em carga. Sempre que ligar o disjuntor que alimenta o autotransformador deverá certificar-se que o seu cursor se encontra na posição zero. Esta medida deverá ser especialmente verificada quando realizar o ensaio em curto-circuito.

4. Pinça multimétrica Para evitar a necessidade do uso de muitos amperímetros, uma vez que temos um sistema trifásico, optou-se pela utilização de uma pinça multimétrica que permite medir a corrente 4


eléctrica sem necessidade de desligar o circuito. Uma vez que esta pinça utiliza o campo magnético para a medição da corrente, não a deverá aproximar demasiado do transformador para não introduzir erros de medição.

5. Multímetro Serve para medir as várias tensões presentes no sistema. Tensões do primário, do secundário, tensões simples e tensões compostas.

6. Wattímetro trifásico Deverá ser usado para os ensaios em vazio e em curtocircuito. A sua utilização visa a decomposição da impedância complexa em valor real e valor imaginário. Poderá também usar-se um fasímetro. O wattímetro usado encontra-se representado na figura 3. Para utilizar este wattímetro: • Colocar o comutador de tensão sobre o calibre correspondente à tensão do circuito em medida. Não deverá utilizar um calibre mais baixo de modo a não danificar o aparelho. • Efectuar as ligações segundo a figura 4. Figura 3. Wattímetro

• Ler o desvio da agulha na escala de 90 divisões. • Aplicar o coeficiente correspondente ao calibre utilizado.

(Ver tabela que se encontra no wattímetro)

Montagem dos componentes Para simplificar a montagem segue-se o esquema da figura 4. O transformador é alimentado através de um autotransformador com regulação de tensão em carga (AT). O secundário deste autotransformador encontra-se ligado a um conjunto trifásico de nós para facilitar as ligações (bornes de ligações). Em paralelo com este conjunto encontra-se um voltímetro (escala 50V-250V-500V) que irá servir para medir a tensão composta aplicada e proporcionar uma medida fácil da tensão aplicada ao transformador. Sempre que se efectuarem alterações de ligações, a tensão deverá ser reduzida a zero, o que será facilmente visível neste voltímetro. Entre os bornes de ligações e o transformador, introduz-se o wattímetro. 5


V

V3

R S T N

V2 AT

V1

Bornes de ligações

Transformador

W

Figura 4:Montagem para a realização do trabalho.

A – Ensaio do transformador trifásico em vazio. Ligações O esquema de ligações encontra-se representado na figura 5. Os terminais do secundário serão a4, b4 e c4. Utilizando os enrolamentos de 230V (entre A1 e A2 ou B1 e B2 etc.), ligue o primário do transformador em estrela. Alimente esse enrolamento através do autotransformador com regulação de tensão em carga e utilize a pinça multimétrica e o multímetro de modo a poder medir as correntes e as tensões nas três fases. Ligue também o wattímetro de modo a poder medir a potência absorvida. OBS: Os enrolamentos do secundário são, neste caso, compostos pela série de dois enrolamentos de 57V.

A3

a4

B3

b4

B2

A2

A1

L3

L2

L1

C3

c4

C2

a3

b3

c3

a2

b2

c2

a1

B1

b1

C1

c1

Figura 5:Esquema de ligações do transformador (estrela/estrela). 6


Condução do ensaio Actuando no autotransformador com regulação em tensão em carga aplique a tensão nominal ao transformador, 400V de tensão composta (entre A2 e B2). Experimente aproximar e afastar a pinça multimétrica do transformador, para constatar os erros referidos no ponto 4 deste guia. Leia e registe os valores das grandezas de cada fase do primário e secundário e determine as respectivas médias (Vp , Ip , Vs e Is)

Primário

Secundário

Tensões simples [V] Vp1

Vp2

Tensões simples [V]

Vp3

Vp

Vs1

Vs2

Vs3

Tensões compostas [V]

Tensões compostas [V]

VAB

Vab

VBC

VCA

Correntes nas fases [A] Ip1

Ip2

Ip3

Vbc

Vs

Vca

Correntes nas fases [A] Ip

Is2

Is1

Is3

Is

Registe a potência absorvida no ensaio em vazio. Nº divisões

Factor de escala

P [W]

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B – Ensaio do transformador trifásico em curto-circuito Ligações Este ensaio vai ser realizado com tensão reduzida. Ligue o transformador em “Estrela-estrela” utilizando os enrolamentos de 230V do lado do primário e os dois enrolamentos do secundário ligados em série. Curte-circuite as fases do secundário. Condução do ensaio Com o autotransformador na posição zero, ligue o disjuntor de corrente alternada. Actuando no autotransformador, vá aumentando progressivamente a tensão de alimentação até atingir os valores nominais da corrente (IpN=1,5A e IsN=2,7A). Registe os valores de:

Vp , I p , I s , P Vá baixando progressivamente a tensão fornecida pelo autotransformador e registe os valores correspondentes.

Vp [V]

Ip [A]

Is [A]

P1 [divisões]

P1 [W]

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C – Transformador trifásico com carga simétrica Ligações Ligue o transformador em “Estrela-estrela” utilizando os enrolamentos de 230V e colocando os dois enrolamentos do secundário em série. Ligue a resistência de carga ao secundário do transformador. O comutador de tensão desta resistência deve estar no ponto (220/127 V) e esta resistência deverá estar ligada em estrela. Actuando nos comutadores de regulação grossa e fina coloque a resistência na posição de aberto (máxima resistência, mínima carga), ponto (0,0). Introduza o wattímetro no primário. Condução do ensaio Ligue o disjuntor. Aumente progressivamente a tensão actuando no autotransformador até aplicar 400V de tensão composta ao primário. O ensaio será efectuado de forma decrescente, isto é, do ponto de funcionamento nominal, para o ponto de funcionamento em vazio. Para isso, actue na resistência de carga por pontos até atingir os valores nominais de corrente (IpN=1,5A; IsN=2,7A). Tome nota dos valores das grandezas da tabela anexa. Variando a resistência de carga, vá diminuindo as correntes até à situação de vazio e registando os valores das grandezas indicadas na tabela. Vp [V]

Ip [A]

P1 [Nº div]

P1 [W]

Vs [V]

Is [A]

Elabore os seguintes gráficos: •

Tensão do secundário em função da corrente do secundário. Quanto vale a queda de tensão interna no ponto de funcionamento nominal?

•

Corrente do primário em função da corrente do secundário.

•

Rendimento em função da corrente do secundário. 9


D - Estudo do autotransformador Nesta secção ignore os enrolamentos do secundário do transformador mantendo-os em aberto. Nos pontos seguintes, o termo “secundário” refere-se ao secundário do autotransformador em estudo. D1 - Autotransformador elevador Ligue o primário em estrela como autotransformador conforme se indica na figura 7.

A3

a4

A2

A1

L3

L2

L1

B3

b4

c4

C3

B2

C2

a3

b3

c3

a2

b2

c2

a1

B1

b1

C1

c1

Figura 7. Autotransformador elevador. Os terminais A2, B2 e C2 são os terminais do primário e A3, B3 e C3 são os terminais do secundário. Como a tensão do secundário vai ser muito elevada deverá tomar as precauções devidas. De modo a evitar riscos desnecessários, alimente o primário do autotransformador através de um autotransformador com regulação de tensão em carga trabalhando com tensões mais baixas do que a tensão nominal da rede. Em vez dos 400V de tensão

Vp

Vs

Ip

Is

composta aplique 200V (entre A2 e B2). Ensaio em carga Utilize a resistência de carga no ponto (380/220V). Faça o ensaio em carga utilizando a carga resistiva disponível actuando do mesmo modo que no ensaio anterior (do ponto nominal, para o vazio). Tome nota dos valores obtidos. O valor máximo da corrente do primário (enrolamento A1-A2) não deverá ultrapassar 1,5 A.

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D2-Autotransformador abaixador Ligue o primário em estrela como se indica na figura 8. Aplique 400V de tensão composta (entre A3 e B3).

L3

L2

L1

A3

a4

A2

B3

b4

B2

A1

C3

c4

C2

a3

b3

c3

a2

b2

c2

a1

B1

b1

C1

c1

Figura 8:Esquema de ligações do autotransformador abaixador.

Ensaio em carga

Utilize a resistência de carga no ponto (220/127 V). Faça o ensaio em carga deste autotransformador procedendo de forma idêntica à do ensaio anterior (do ponto nominal, para o vazio). Tome nota dos valores das grandezas do primário e do secundário. O valor máximo da corrente do secundário (enrolamento A1-A2) não deverá ultrapassar 1,5 A. Vp

Vs

Ip

Is

Calcule as relações de transformação destes dois autotransformadores.

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