Teste de Sumpner (Costas-Costas): Eficiência, Regulação de Tensão e Aquecimento em Transformadores

Teste de Sumpner ou Teste Costas-Costas em Transformador para Eficiência, Regulação de Tensão e Efeito de Aquecimento

Os testes de circuito aberto e curto-circuito determinam parâmetros do circuito equivalente. Com eles, não se encontra elevação de temperatura no transformador. O teste de circuito aberto examina apenas perdas no núcleo e o de curto-circuito apenas perdas no cobre. Porém, o transformador não é submetido simultaneamente a ambas perdas. A alternativa é o teste de Sumpner.

A solução é o teste de Sumpner, realizado para determinar eficiência, regulação de tensão e efeito de aquecimento do transformador sob condições de carga. O teste de Sumpner também é conhecido como teste costas-costas, pois consiste em dois transformadores idênticos conectados costas-costas.

No teste de Sumpner, condições reais de carga são simuladas sem conectar carga real. Para transformador pequeno, é conveniente conectar carga total. Mas para transformadores grandes, é difícil. Este teste ajuda a encontrar parâmetros importantes e dá resultados mais precisos que testes de circuito aberto e curto-circuito.

Teste de Sumpner – (Teste Costas-Costas)

Para realizar o teste, são necessários dois transformadores monofásicos com especificações idênticas. O diagrama de circuito experimental é mostrado abaixo.

Como mostrado, dois transformadores idênticos T₁ e T₂ são conectados costas-costas. Os primários de ambos são conectados em paralelo com tensão e frequência nominais. Um amperímetro A₁, voltímetro V₁ e wattímetro W₁ estão no lado de entrada.

Os secundários são conectados em série com polaridades opostas. Voltímetro V₂ conecta-se entre ambos secundários para verificar oposição de polaridade. A faixa de V₂ deve ser o dobro da tensão secundária nominal. Dois terminais dos secundários são conectados (aqui B e C). Se V₂ mede zero entre os terminais restantes (A e D), os enrolamentos estão em série oposição e usamos A e D para testes. Se V₂ ler o dobro da tensão nominal, estão em mesma polaridade. Para opor, conecta-se A com C e usa-se B e D.

Agora, alimentação nominal é aplicada aos primários. A tensão total no secundário é zero. Portanto, os secundários comportam-se como circuito aberto e a corrente no secundário é zero. Devido à tensão nominal no primário e corrente zero no secundário, o wattímetro W1 mede perdas no ferro de ambos transformadores.

Baixa tensão (5 a 10%) é aplicada aos terminais secundários via transformador regulador T_R excitado pela rede. Amperímetro A₂ conecta-se ao lado secundário. A magnitude da alimentação secundária é ajustada até A₂ ler corrente secundária de carga total. A corrente secundária produz corrente de carga total no primário (ação de transformador) e o caminho desta corrente é representado por linha verde pontilhada. O transformador comporta-se como operando em carga total. O wattímetro W₂ lê perdas no cobre de carga total para ambos transformadores.

Leituras dos Instrumentos no Circuito do Teste de Sumpner

• Ampereímetro A₁ = Corrente de vazio = 2I₀
• Voltímetro V₁ = Tensão de entrada nominal (tensão primária)
• Wattímetro W₁ = Perdas no núcleo (perdas de ferro) de ambos transformadores = 2P_i
• Ampereímetro A₂ = Corrente secundária de carga total de ambos transformadores = 2I₂
• Voltímetro V₂ = Tensão total na conexão série de ambos secundários
• Wattímetro W₂ = Perdas no cobre de carga total de ambos transformadores = 2P_cu

Tabela de Observação

I1 (A)	V1 (V)	W1 (W)	I2 (A)	V2 (V)	W2 (W)
…..	…..	…..	…..	…..	…..

Cálculo das Perdas

Dois transformadores idênticos conectados. Perdas em ambos são iguais. Wattímetros W₁ e W₂ medem perdas de ferro e cobre para ambos. Para perdas de cada transformador, divide-se a leitura pela metade.

Cálculo da Eficiência

A eficiência do transformador é calculada por:

Cálculo de Parâmetros do Circuito

Parâmetros do circuito equivalente (resistência e reatância equivalentes) podem ser calculados das leituras do teste de Sumpner:

 

Onde R_S = Resistência equivalente do transformador referida ao lado secundário.

Queda de tensão de cada transformador:

Portanto:

Cálculo da Elevação de Temperatura

A elevação de temperatura pode ser determinada pelo teste de Sumpner. Por isso, também é conhecido como teste de aquecimento. No teste, mede-se temperatura do óleo e enrolamentos a intervalos regulares. Os transformadores operam por longo período (36 a 48 horas), resultando em elevação de temperatura do óleo. Determina-se a capacidade de suportar altas temperaturas.

Vantagens e Desvantagens do Teste de Sumpner

Vantagens

As vantagens do teste de Sumpner são:

• Grande capacidade de transformador pode ser testada sem conectar carga real.
• Potência necessária é muito pequena, igual às perdas de ambos transformadores.
• Permite encontrar perdas no cobre, ferro, elevação de temperatura, parâmetros do circuito equivalente e eficiência.

Desvantagem

A única desvantagem é que requer dois transformadores idênticos para realizar o teste.