Guia do Trabalho Laboratorial nº 1 - Conversão de Energia Elétrica (PDF)

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETROTÉCNICA E DE COMPUTADORES Licenciatura em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores Conversão de Energia Elétrica...

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETROTÉCNICA E DE COMPUTADORES Licenciatura em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores Conversão de Energia Elétrica Guia do Trabalho Laboratorial N.º 1 TRANSFORMADOR MONOFÁSICO Duração: 1h Execução do trabalho: Docente Registo dos resultados: Alunos Nota: Os alunos deverão produzir um relatório individual para cada trabalho laboratorial, em formato de artigo IEEE, devidamente identificado, com um máximo de 8 páginas, e submetê-lo em formato PDF na plataforma INFORESTUDANTE até 7 dias consecutivos após a realização do trabalho. Os relatórios impressos poderão ser consultados pelos alunos durante as provas escritas (frequências e/ou exames), que incluirão perguntas sobre o teor dos mesmos. OBJETIVO Aplicar os conhecimentos relativos a: (1) Lei de Faraday; (2) Lei de Ampère; (3) Transformadores monofásicos; (4) Propriedades dos materiais ferromagnéticos; (5) Rendimento e perdas de dispositivos eletromagnéticos. LOCAL Laboratório de Máquinas Elétricas (LME), R4.1. MATERIAL NECESSÁRIO 1 Transformador monofásico, 170 VA, 220/13 V, 50 Hz 1 Autotransformador monofásico, 230/0…250 V, 50 Hz 1 Resistência de carga (13 , > 13 W) 1 Ohmímetro digital 2 Voltímetros digitais 2 Amperímetros ou pinças amperimétricas digitais 1 Wattímetro digital 1 Fonte de 230 V, 50 Hz Cabos/condutores de ligação 1º ENSAIO [Ensaio em vazio] a) Certifique-se que o interruptor da fonte de alimentação monofásica (230 V, 50 Hz) se encontra desligado. b) Meça a resistência elétrica dos enrolamentos primário (220 V) e secundário (127 V) do transformador monofásico. c) Execute a montagem indicada no esquema da Fig. 1. d) Ligue os aparelhos de medida e o interruptor da fonte de alimentação. e) Ajustando a tensão à saída do autotransformador, para V1 = {22, 44, 66, 88, 110, 132, 154, 176, 198, 220, 242} V, meça/registe V2, A1 e W1. f) Desligue o interruptor da fonte de alimentação. Fig. 1 2º ENSAIO [Ensaio em curto-circuito] a) Certifique-se que o interruptor da fonte de alimentação monofásica (230 V, 50 Hz) se encontra desligado. b) Execute a montagem indicada no esquema da Fig. 2. c) Certifique-se que o autotransformador se encontra na posição de tensão mínima (V1  0). d) Ligue os aparelhos de medida e o interruptor da fonte de alimentação. e) Ajuste a tensão à saída do autotransformador até que A2 = 1 A, e meça/registe V1, A1 e W1. f) Desligue o interruptor da fonte de alimentação. Fig. 2 3º ENSAIO [Ensaio em carga] a) Certifique-se que o interruptor da fonte de alimentação AC monofásica (230 V, 50 Hz) se encontra desligado. b) Execute a montagem indicada no esquema da Fig. 3. c) Ligue os aparelhos de medida e o interruptor da fonte de alimentação. d) Ajuste a tensão à saída do autotransformador até que V1 = 230 V e meça/registe A1, W1, V2 e A2. e) Desligue o interruptor da fonte de alimentação e os aparelhos de medida. f) Desmonte o trabalho e arrume o material. Fig. 3 TAREFAS A EXECUTAR E PERGUNTAS A RESPONDER PELO ALUNO COM BASE NOS DADOS REGISTADOS DURANTE OS ENSAIOS, A INCLUIR NO RELATÓRIO Com base nos valores registados durante o ensaio em vazio: 1º - Justifique, recorrendo às leis de Ohm, Faraday e Ampère, o aparecimento de uma força eletromotriz (ou tensão) induzida no enrolamento secundário quando se aplica uma tensão alternada no enrolamento primário. 2º - Se fosse aplicada uma tensão contínua no primário, haveria também uma tensão induzida no secundário? 3º - Trace a curva de V2 (ordenadas) em função de A1 (eixo das abscissas) e identifique a zona aproximadamente linear, a zona do “joelho” e a zona de saturação do núcleo ferromagnético do transformador. 4º - Justifique a não-linearidade entre V2 e A1. 5º - Justifique o aumento da potência ativa absorvida com o aumento de V1. 6º - Determine as perdas totais e o rendimento do transformador. 7º - Calcule a relação aproximada entre o número de espiras dos enrolamentos primário e secundário. 8º - Determine a resistência de perdas no ferro e a reatância de magnetização do circuito equivalente aproximado referido ao primário. Com base nos valores registados durante o ensaio em curto-circuito: 1º - Determine a resistência e a reatância combinadas dos enrolamentos, referidas ao primário. 2º - Indique a razão pela qual, durante o ensaio em curto-circuito, não se deve exceder o valor nominal do enrolamento curto-circuitado. 3º - Indique a razão pela qual, durante o ensaio em curto-circuito, as perdas no ferro e a saturação do núcleo ferromagnético são muito baixas. Com base nos valores registados durante o ensaio em carga: 1º - Confirme o valor da resistência de carga com base nos valores de V2 e A2. 2º - Determine as perdas totais e o rendimento do transformador. 3º - Utilizando todos os dados registados, para o ponto de carga testado, determine as perdas no ferro, no enrolamento primário e no enrolamento secundário do transformador.