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Métodos de medição da relação de transformação de um transformador, Notas de estudo de Desvio

Diferentes métodos para medir a relação de transformação e o ângulo de fase de um transformador, classificados em directos e comparativos, e analisando a precisão, simplicidade e condições de cada um deles. Alguns métodos comuns incluem o método dos dois voltímetros, o método dos dois wattímetros e o método de leitura nula.

O que você vai aprender

  • Por que os métodos de leitura nula são superiores aos métodos de desvio?
  • Como funcionam os métodos directos e comparativos para medir a relação de transformação de um transformador?
  • Quais são os métodos de medição mais comuns e quais as suas vantagens e desvantagens?

Tipologia: Notas de estudo

2022

Compartilhado em 07/11/2022

Carioca85
Carioca85 🇧🇷

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PARA UM
CONVERSOR
DE FASE
Fig. 1
MÉTODOS DE MEDIDA
DA RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO
JOSÉ JERÓNIMO HORTA DOS SANTOS
Engenheiro Electrotécnico (I.
S. T.)
CHEFE DE DIVISÃO DA EMPRESA FABRIL DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS
De todos os ensaios finais de fabrico e de re-
cepção a que se submete um transformador, um dos
que mais directamente vão interessar o explorador
duma rede é o que se refere à medida da relação de
transformação.
Quando se pretende obter uma boa precisão,
aliada a rapidez das determinações, alguns dos pro-
cessos usuais têm de ser afastados por conduzirem
a resultados ince
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os ou por demasiado morosos.
1.--CLASSIFICAÇAO DOS MÉTODOS
Os métodos para a medida da razão de transfor-
mação e do ângulo de fase dum transformador
podem ser classificados em 2 grupos:
directo
e
com-
parativo.
Dentro destes grupos poderão ainda dis-
tinguir-se, consoante a técnica de medidas utilizada,
os métodos de
«deflexão»
ou desvio e os de
«zero»
ou
leitura nula.
Enquanto nos métodos directos a razão e a
relação de fase dos vectores de tensão primário e
secundário são determinadas pela sua comparação
directa ou pela comparação de duas grandezas que
lhes estão ligadas por uma lei conhecida, nos métodos
comparativos a tensão secundária é comparada em
grandeza e fase com a de um transformador de re-
ferência sendo condição a igualdade dos vectores
de tensão primários.
Vamos passar ràpidamente em revista os mé-
todos de medida mais correntes para analisarmos
finalmente em mais pormenor o processo adoptado
na maior fábrica nacional de transformadores.
2. --- MÉTODO DOS DOIS VOLTÍMETROS
Um dos mais difundidos, em virtude da sua rela-
tiva simplicidade, consiste na aplicação de uma
tensão ao enrolamento de alta tensão e na medida
da tensão induzida no outro enrolamento, realizan-
do-se essas determinações por intermédio de trans-
formadores de tensão e voltímetros apropriados.
A precisão obtida é insuficiente pois se combinam
os erros instrumentais e de leitura nos vários apa-
relhos de medida.
O erro pode atingir valores de 1 a 2%, exce-
dendo assim a tolerância máxima de
0,5%
adoptada
pelas normas internacionais (B S I, V D E). Além
disso não permite a determinação da desfasagem
entre tensões.
Pode classificar-se de método directo de deflexão.
3. --
MÉTODO
DOS
DOIS
WATTIMETROS
Ê também, como o anterior, um método de de-
flexão, directo. Utiliza dois wattímetros electrodi-
nâmicos ligados conforme o esquema da fig. 1. Per-
mite medidas da razão de transformação e do ângulo
de fase em condições próximas da carga nominal do
transformador. Para correntes baixas a precisão cai
ràpidamente.
As medidas têm de ser feitas com o transfor-
mador em carga e com a bobina de corrente do
wattímetro primário a suportar a intensidade total.
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T

Vp

PARA UM CONVERSOR DE FASE

Fig. 1

MÉTODOS DE MEDIDA

DA RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO

JOSÉ JERÓNIMO HORTA DOS SANTOS Engenheiro Electrotécnico (I. (^) S. T.) CHEFE DE DIVISÃO DA EMPRESA FABRIL DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

De todos os ensaios finais de fabrico e de re- cepção a que se submete um transformador, um dos que mais directamente vão interessar o explorador duma rede é o que se refere à medida da relação de transformação. Quando se pretende obter uma boa precisão, aliada a rapidez das determinações, alguns dos pro- cessos usuais têm de ser afastados por conduzirem a resultados ince rt os ou por demasiado morosos.

1.--CLASSIFICAÇAO DOS MÉTODOS

Os métodos para a medida da razão de transfor- mação e do ângulo de fase dum transformador

podem ser classificados em 2 grupos: directo^ e^ com-

parativo. Dentro destes grupos poderão ainda dis-

tinguir-se, consoante a técnica de medidas utilizada,

os métodos de «deflexão» ou desvio e os de^ «zero»^ ou

leitura nula. Enquanto nos métodos directos a razão e a relação de fase dos vectores de tensão primário e secundário são determinadas pela sua comparação directa ou pela comparação de duas grandezas que lhes estão ligadas por uma lei conhecida, nos métodos comparativos a tensão secundária é comparada em grandeza e fase com a de um transformador de re- ferência sendo condição a igualdade dos vectores de tensão primários. Vamos passar ràpidamente em revista os mé- todos de medida mais correntes para analisarmos finalmente em mais pormenor o processo adoptado na maior fábrica nacional de transformadores.

2. --- MÉTODO DOS DOIS VOLTÍMETROS

Um dos mais difundidos, em virtude da sua rela- tiva simplicidade, consiste na aplicação de uma tensão ao enrolamento de alta tensão e na medida da tensão induzida no outro enrolamento, realizan-

do-se essas determinações por intermédio de trans- formadores de tensão e voltímetros apropriados. A precisão obtida é insuficiente pois se combinam os erros instrumentais e de leitura nos vários apa- relhos de medida. O erro pode atingir valores de 1 a 2%, exce-

dendo assim a tolerância máxima de 0,5% adoptada

pelas normas internacionais (B S I, V D E). Além disso não permite a determinação da desfasagem entre tensões. Pode classificar-se de método directo de deflexão.

  1. -- MÉTODO DOS DOIS (^) WATTIMETROS

Ê também, como o anterior, um método de de- flexão, directo. Utiliza dois wattímetros electrodi- nâmicos ligados conforme o esquema da fig. 1. Per-

mite medidas da razão de transformação e do ângulo de fase em condições próximas da carga nominal do transformador. Para correntes baixas a precisão cai ràpidamente. As medidas têm de ser feitas com o transfor- mador em carga e com a bobina de corrente do wattímetro primário a suportar a intensidade total.

Fig. 2

Estas duas condições limitam a valores baixos as potências dos transformadores ensaiados. Mesmo nas condições óptimas a precisão é rela- tivamente baixa.

4. -- MÉTODOS DE COMPA-

RAÇÃO DE DESVIO NULO

A superioridade dos processos de leitura nula sobre os métodos de desvio reside no facto de o re- sultado ser independente dos erros pessoais e da aferição dos instrumentos adoptados. Os métodos comparativos, de zero, são por isso mais precisos do que os ante riores. Comparam o transformador sujeito aos ensaios com um transformador padrão cuja razão de transformação é conhecida com ele- vada precisão. Ambos os transformadores são ligados em para- lelo e alimentados pelo lado dos enrolamentos de alta tensão. As tensões secundárias são comparadas através dum circuito potenciométrico, onde, no ramo do cursor, é introduzido um instrumento de «zero» de suficiente sensibilidade, o qual é levado a um desvio nulo pelo ajustamento das impedâncias da malha potenciométrica. A sensibilidade e pre- cisão são tais que se podem fàcilmente conseguir

erros de 0,01% na determinação da razão de trans-

formação e de 0,3 min na medida do ângulo de

fase. Este processo requer transformadores especiais, aferidos com alta precisão e por isso re culta pouco económico e pouco expedito.

  1. — (^) MÉTODOS DIREC- TOS DE DESVIO NULO

5.1. (^) CARACTERÍSTICAS GERAIS

Nos processos incluídos nesta classificação re- corre-se em geral a um dispositivo potenciométrico no qual se opõe à tensão secundária uma fracção conveniente da tensão primária. Muito esquemàtica- mente, e abstraindo a desfasagem entre tensões, os circuitos usados podem reduzir-se em primeira apro- ximação ao que se re- presenta na fig. 2. Os enrolamentos do trans- formador são conecta- dos em série (como um auto-transforma-

dor). Entre a junção

dos 2 enrolamentos e o cursor da resistência potenciométrica é li- gado um aparelho de

«zero». Para um desvio nulo a relação de transfor- mação procurada será igual à razão das resistências. Para muito altas tensões, o divisor de tensão costuma ser do tipo capacitivo em vez de ohmico Pràticamente a malha potenciométrica incluirá uma combinação de resistências com indutância própria, indutâncias mútuas e capacitâncias de ma- neira que se obtenha a compensação da desfasagem entre as grandezas vecto riais eni jogo.

5.2. APARELHO «ALLOCHIO E BACCHINI»

O princípio em que se baseia este aparelho cor- responde ao grupo 5). A sua concepção é da autoria do Prof. Barbagelata. Trata-se de um aparelho portátil, de pequenas dimensões e de operação extremamente simples. Os valores da relação de transformação são dados por leitura directa sobre as escalas dos comutadores do potenciómetro. Na fábrica de transformadores onde prestamos os nossos serviços existem alguns aparelhos deste tipo. Dada a insuficiência dos elementos fornecidos pelo fabricante no que se refere à teo ria do cir- cuito utilizado tivemos de proceder à análise desse circuito de modo que se consiga completa com- preensão da sua actuação. Apresentamos nas alíneas seguintes alguns dos passos e conclusões desse es- tudo.

Fig. 3

5.2.1. — Na fig. 3 ilustra-se o esquema de prin- cípio do método. O instrumento de medida é do tipo electrodinâmico, com duas bobinas, sendo uma delas fixa e a outra móvel.

Entre P1 e P2, ligados aos terminais do enrola-

mento de alta-tensão, é aplicada uma tensão V 1

(a qual poderá ser da ordem dos 100 Volts). Os

pontos S 1 e S2 são ligados ao enrolamento' de baixa-

-tensão do transformador sob prova. V 2 é a f.e.m.

induzida neste enrolamento.

rente daquele que apresenta na expressão Substituindo em (6) o

valor de V1 tirado de (4)

obtemos:

V, cos e K l cos p

T72 cos (C? e)

ou

cos (p + e) K,

cos e cos p K,

Desenvolvendo obtém- -se ainda:

cos p cose sen p sen e K 1

cos e cos p cos e cos p K.,

Fig. 6

R+r

V1 cos p (^) k 2 k R (^) + r

V2 cos (+ e) k'

K

r r

A expressão que nos permite determinar o ân- gulo de desfasagem será finalmente:

K„ — K 1 1 e K1 (^) X tg p (7)

e notando que podemos, com um erro desprezível, Onde R tem agora, evidentemente, um valor dife-

considerar cos e _ 1

V R +

V 2 r —K

y —

A relaç ã o R

r , para um desvio nulo do ins-

trumento, é pois igual à razão de transformação. É lida directamente no aparelho.

5.2.3. (^) DETERMINAÇÃO DO

ANGULO e DE DESFASAGEM

Intercalando em série com a bobina fixa (fig. 5)

uma auto-indução L, a corrente nessa bobina vai

desfasar-se de um ângulo p em atraso sobre V 1

r

^w

100 •^ •^ s,

z < L.

S a^

P 1 ^ MOVE

P 2 •

e finalmente:

Será pois:

e

I — tgp tg e =

K 1

K

Fig. 5

(diagrama vectorial da fig. 6). Corno se vê imediata-

mente, a condição de quadratura entre I, ,, e Ij é

agora: Como e é um ângulo muito pequeno podemos, com uni erro despresível, considerar tg e = E. O valor

V1 k 1 cos p = V 2 k 2 cos (Q -L- e) de tg p, função da auto-indução L, é uma constante

do aparelho (indicada pelo fabricante). donde:

K2 — K

tg E — >: K 1 tg (^) .^