Conversão de Energia Eletromecânica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
LISTA DE EXERCÍCIOS – CONVERSÃO
ELETROMECÂNICA DE ENERGIA 
1 - Um sistema de potência monofásico consiste em um gerador de 480 V e 60 Hz alimentando uma
carga Zcarga = 4 + j3 Ω por meio de uma linha de transmissão de impedância Zlinha = 0,18 + j0,24 Ω.
Responda às seguintes perguntas sobre esse sistema.
Figura 1
a) Se o sistema de potência for exatamente como o recém-descrito (e mostrado na Figura 1) , qual será
a tensão sobre a carga? Quais serão as perdas na linha de transmissão? 
(b) Suponha que um transformador elevador de tensão 1:10 seja colocado na extremidade da linha de
transmissão que está junto ao gerador. Um outro transformador abaixador 10:1 é colocado na
extremidade da linha de transmissão que está junto à carga (como mostrado na Figura 1-b). Agora, qual
será a tensão sobre a carga? Quais serão as perdas na linha de transmissão?
2 – Um transformador de distribuição, com valor nominal de placa de identificação de 100 kVA,
1100/220V,60Hz,tem uma resistência no enrolamento de alta tensão de 0,1 Ω e uma reatância de
dispersão de 0,3Ω. A resistência do enrolamento de baixa tensão é 0,012Ω. A fonte é aplicada no lado
de alta tensão.
a) Calcule a resistência e a reatância equivalente no lado de baixa e de alta tensão.
b) Calcule a queda de tensão na resistência e na reatância equivalente no primário.
3 – Um transformador monofásico, 10KVA , 220 V/ 110V , 60 Hz é conectado a um alimentador de
220 V. O transformador drena da rede sua corrente nominal com fator de potência 0,8 adiantado. O
transformador pode ser considerado ideal.
a) Determine a potência aparente da carga. 
b)Determine a impedância da carga.
Resolva a questão novamente colocando agora um fator de potência 0,8 atrasado.
4 - Um transformador monofásico, 10KVA , 2400 V/ 120V , 60 Hz tem os seguintes parâmetros de
circuito equivalente : Zeq. Alta = 5 + j25 ; Rc.alta = 64KΩ ; Xm. Alta = 9,6 < 90 º.
a) Calcule as medições realizadas no ensaio de curto circuito : Icc, Vcc, Pcc.
b) Calcule as medições realizadas no ensaio de circuito aberto : Ica, Vca, Pca.
c) Comente sobre a representação do transformador em seu modelo L e no modelo H.
5 - As impedâncias do circuito equivalente de um transformador de 20 kVA, 8.000/240 V e 60 Hz
devem ser determinadas. O ensaio a vazio foi efetuado no lado secundário do transformador (para
reduzir a tensão máxima a ser medida) e o ensaio de curto-circuito foi realizado no lado primário do
transformador (para reduzir a corrente máxima a ser medida). Os seguintes dados foram obtidos: Vca
=240 V ; Ica = 7,133 A ; Pca = 400 W; Vcc = 489 V ; Icc = 2,5A; Pcc = 240 W.
Encontre as impedâncias do circuito equivalente aproximado, referido ao lado do primário, e faça um
desenho esquemático desse circuito.
6 - Um transformador de 15 kVA e 2300/230 V deve ser testado para determinar os componentes do
ramo de excitação, as impedâncias em série e a sua regulação de tensão. Os seguintes dados foram
obtidos durante os ensaios com o transformador: Vca =230 V ; Ica = 2,1 A ; Pca = 50 W; Vcc = 47 V ;
Icc = 6,0 A; Pcc = 160 W. 
a) Encontre o circuito equivalente desse transformador referido ao lado de alta-tensão. 
b) Calcule a regulação de tensão a plena carga para o fator de potência de 0,8 atrasado, o fator de
potência 1,0 e o fator de potência 0,8 adiantado.
e) Faça os diagramas fasoriais do item b.
d) Qual é a eficiência do transformador a plena carga para um fator de potência 0,8 atrasado?
7 – Um autotransformador abaixador deve ser usado para dar partida em um motor de indução, a fim de
limitar o modulo da corrente de partida a um nível aceitável, que é conhecido com 34A, para uma
tensão nominal de linha de 230V, o autotransformador deve ser regulado em um ponto de derivação de
80%.
a) Mostre o diagrama esquemático do arranjo do dispositivo de partida do autotransformador, com as
tensões claramente indicados.
b) Qual o valor da corrente na bobina comum.
c) Determine a corrente na entrada do autotransformador.
d) Determine a potência aparente dos transformadores. 
8 - Um transformador monofásico ideal tem os seguintes dados nominais: 100KVA , 11,0kV/2,2KV.
Uma carga de S = 120ej30º deve ser alimentado com uma tensão de 2,2 KV a partir de uma fonte de
tensão de 13,2KV.
a) Como os enrolamentos do transformador podem ser conectados para que a carga seja atendida ?
b) Quais são as correntes nos enrolamentos e na carga ? 
 
9 - Um transformador de 100VA e 120/12 V deve ser conectado de forma que opere como um
autotransformador elevador. Uma tensão primária de 120 V é aplicada ao transformador. 
a) Qual é a tensão secundária do transformador? 
b) Qual é a máxima especificação nominal de volts-ampères nesse modo de operação? 
c) Calcule qual é a vantagem de potência aparente nominal dessa conexão como autotransformador
sobre a potência aparente nominal do transformador quando está operando de forma convencional em
120/12 V.
10 – Um transformador monofásico, 10 KVA,460/120V, 60 Hz possui uma eficiência de 96% quando
entrega 9KW e um fator de potência de 0,9. Este transformador é conectado como um
autotransformador para fornecer carga a um circuito de 460V a partir de uma fonte de 580 V. 
a) Mostre a conexão do autotransformador. 
b) Determine a máxima potência aparente que o autotransformador pode fornecer a um circuito de 460
V.
c) Determine a eficiência do autotransformador para carga total com um fator de potência de 0.9.
11 - Um engenheiro tem à sua disposição três transformadores idênticos com os seguintes dados e
parâmetros nominais: 150kVA, 2400/240V e Zeq = 0,5 + j1,5Ω referida no lado de alta. Ele deve
montar um banco 3φ 2400:240√3V para atender uma carga 3φ de 240√3V (linha), 450kVA e fator de
potência 0,92 (atrasado).
a) Qual deve ser a conexão do primário e a do secundário? Comente sobre este tipo de ligação.
b) Qual deve ser a tensão aplicada ao terminal primário do banco para que a carga seja atendida?
Qual é o fator de potência de operação do transformador?
12 – Dois transformadores idênticos de 250 KVA, 230 V/460 V estão conectados em delta aberto para
fornecer a uma carga trifásica balanceada de 460 V e com um fator de potência de 0,8 atrasada.
Determine :
a0A corrente máxima de linha do secundário.
A potência real entregue por cada transformador.
A corrente de linha do primário.
Comente sobre a ligação delta aberta e faça sua representação. 
13 - Três transformadores idênticos monofásicos são conectados em delta-delta .São conhecidos os
seguintes dados nominais de cada transformador : 10 KVA, 120/2400 V e Zequiv = 6,1+j41,7Ω
(referido no lado de alta). Uma carga trifásica equilibrada de 30 KVA e fator de potência 0,92 atrasado
é ligado nos terminais de baixa do banco trifásico para ser alimentado na tensão de 120 V. 
a) Correntes do primário e secundário.
b) As tensões nos terminais de alta.
c) A potência aparente de entrada.
d)A magnitude das correntes nos enrolamentos de cada transformador.
e) Comente sobre a ligação delta-delta e faça sua representação.
14 – Uma conexão delta – estrela é conectado para conectar um grande gerador trifásico a uma linha de
transmissão com carga. A relação de espiras de cada transformador monofásico do primário para o
secundário é de 0,1. A carga trifásica na linha de transmissão é de 10 MVA , com uma tensão fase-fase
de 240 kV. O fator de potência da carga é de 0,8 atrasado.
a) Calcule o modulo das correntes no enrolamento do transformador no lado de baixa e no lado de alta.
b) Determinar o modulo da corrente de linha fornecidos pelo gerador.