Transformador Trifásico regime desequilibrado e regime assimétrico

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1 LE ÁQUIA ELÉCICA II 2004 / 2005 E FEUP LEEC LE Introdução ransformador rifásico regime desequilibrado e regime assimétrico Um transformador trifásico pode funcionar com cargas diferentes nas três fases do secundário regime de cargas desequilibradas, ou pode funcionar alimentado por um trifásico assimétrico de tensões funcionamento em regime assimétrico. Quando um transformador trifásico alimenta apenas uma carga monofásica, situação do maior desequilíbrio de cargas, há uma distribuição da corrente eléctrica pelas três fases que depende do tipo de ligação dos enrolamentos primários (D, Y) e dos enrolamentos secundários (d, y, z) do transformador. O comportamento diferente de cada tipo de ligação leva a uma escolha diferente do tipo de ligação a adoptar numa dada aplicação, conforme é de prever, ou não, a existência de desequilíbrio de cargas. Como o transformador trifásico é uma máquina eléctrica estática e como se supõe que existe simetria entre as diferentes fases, a impedância apresentada por este elemento de circuito é independente da ordem de sucessão de fases do de tensões trifásico aplicado nos terminais do primário. as a impedância homopolar tem, geralmente, um valor diferente da impedância directa que tem um valor igual ao da impedância inversa. {num transformador a impedância directa é igual à impedância inversa que é igual à impedância de magnetização em vazio (Z o ), e é igual à impedância de fugas no funcionamento em carga}. B. Este trabalho necessita de uma preparação teórica prévia à sua execução no laboratório. 2. Objectivos O objectivo deste trabalho de Laboratório é a verificação experimental da distribuição das correntes eléctricas para os diferentes tipos de ligações dos enrolamentos de um transformador trifásico alimentando uma carga monofásica. Faz uma introdução à eoria das Componentes imétricas. 3. Bibliografia Carlos Castro Carvalho; ransformadores, pp , AEFEUP 1971 [www.fe.up.pt/me1] [CCC 1].I.. taff; agnetic Circuits and ransformers, I Press, 1943 anuel az Guedes; Corrente Alternada polifásicos assimétricos, FEUP 2005 [www.fe.up.pt/me2] J. Lewis Blackburn; ymmetrical Components for Power ystems Engineering, arcel Dekker 1993 [B_FEUP] 4. rabalho a Efectuar 4.1. aterial ecessário ransformador rifásico Autotransformador oltímetro CA (multímetro) Pinça Amperimétrica Carga onofásica oltímetros CA Amperímetro CA anuel az Guedes, 1994/95, 2005

2 LE egime de Cargas Desequilibradas A.1. odo de Proceder Para cada tipo de ligação, e atendendo à respectiva montagem, realizar as seguintes operações: ealizar a montagem, com o transformador como abaixador de tensão. Chamar o docente para verificação Ligar o auto-transformador à rede (110/190 ) Elevar a tensão primária composta até 190 Efectuar a medida das tensões e das correntes eléctricas nas diferentes fases e nas linhas de alimentação do transformador. colocar a carga entre coluna extrema e coluna do meio, e depois entre as colunas extremas. omar nota dos valores lidos, devidamente referenciados. Baixar a tensão do auto-transformador para 0, e depois desligá-lo. Determinar a razão de correntes entre fases {utilizar um p. u. em que a corrente de base é o menor valor da intensidade de corrente medido}. P &?1 Quais são as grandezas físicas cujo valor condiciona a segurança desta experiência (ou a a qualidade de serviço da instalação eléctrica)? Qual o valor limite para essas grandezas??2 Qual o comportamento do valor das tensões nas diferentes ligações [CCC-1], {apresentar os valores num quadro e justificar as conclusões}?2.1 Justificar a forma de efectuar a apresentação em valores por unidade (p.u.)?3 Qual o comportamento do valor da intensidade da corrente nas diferentes ligações [CCC-1], {apresentar os valores num quadro e justificar as conclusões} A.1. Ligações A.1.1. Ligação Yy, Yyn, Yy, Yyn ontagem a ealizar A.1.2. Ligação Dy, Dyn ontagem a ealizar anuel az Guedes, 1994/95, 2005

3 A.1.3. Ligação Dd ontagem a ealizar LE P &?4 Escrever, justificando completamente, que tipos de ligações utilizaria num transformador trifásico para: um posto de transformação (P) <300 ka; uma subestação; uma grande subestação de distribuição.?5 Justificar, devidamente, a pouca utilização da ligação Yyn.?6 Justificar a distribuição de correntes eléctricas durante o curto-circuito à terra numa fase do primário de um transformador Yd. {apresentar as figuras e a explicação detalhada} B.1. Funcionamento em egime Assimétrico o estudo de um transformador funcionando em regime assimétrico é importante o conhecimento do valor da impedância homopolar. edida da Impedância Homopolar As componentes homopolares de um trifásico de grandezas têm a mesma amplitude e estão em fase: I o = I o = I o = I o = (1/3) (I + I + I ). A impedância homopolar é medida à frequência nominal entre os terminais de linha de um enrolamento ligado em estrela ou em ziguezague e o terminal do neutro. É expressa em Ohm por fase [Ω/fase] e é dada por Z o = 3 (U/I), em que U é a tensão de ensaio e I a intensidade de corrente eléctrica de ensaio. Deve ser declarada a intensidade de corrente eléctrica por fase I/3. Deve ser verificado que o valor da intensidade de corrente que irá passar no neutro durante o ensaio é compatível com o dimensionamento desse circuito A odo de Proceder Efectuar a montagem (ligar os enrolamentos do transformador em Yd) Chamar o docente para verificação Efectuar o ensaio ) Elevar L E A & C U I D A D O A E E a tensão através do autotransformador até circular a corrente de ensaio no circuito primário anuel az Guedes, 1994/95, 2005

4 LE omar nota dos valores e de todos os pormenores relevantes eduzir LEAEE a tensão através do auto-transformador e desligar o auto-transformador da rede Com os valores lidos determinar: o valor da impedância homopolar vista do lado primário. Justificar o valor da impedância homopolar vista do lado secundário. {ver Carlos C. Carvalho; ransformadores, AEFEUP 1983, pp } P &?7 Justificar a importância do conhecimento do valor da impedância homopolar no projecto e no estudo de um eléctrico.?8 Justificar como se determina a impedância homopolar de um transformador de três enrolamentos {ver Carlos C. Carvalho; ransformadores, AEFEUP 1983}?9 Apresentar uma construção gráfica didáctica mostrando a possibilidade de decomposição de um trifásico assimétrico de tensões em três s de tensões simétricos. ealçar a vantagem da utilização da eoria das Componentes imétricas no estudo de uma máquina eléctrica em regime assimétrico. {ver anuel az Guedes; Corrente Alternada s polifásicos assimétricos, FEUP 2005, LE-2.5 esenha Histórica Opinião de Charles P. teinmetz: rabalhando no cálculo ou na investigação de s polifásicos, ou, como é normalmente o caso, com s trifásicos as dificuldades que encontramos não são tanto dificuldades matemáticas, mas são aquilo que eu poderia chamar dificuldades mecânicas. As equações, enquanto matematicamente não são complicadas, levam a expressões que são complicadas e extensas de tal forma que tornam qualquer cálculo extremamente difícil. rabalhando com s polifásicos simétricos, esta dificuldade foi ultrapassada pela introdução do equivalente monofásico, considerando o polifásico resolvido num número de s monofásicos, cada um compreendendo o circuito eléctrico entre os condutores de uma fase e o ponto neutro do. Este método, contudo, falha nos s polifásicos assimétricos e naturalmente, praticamente todos os s comerciais polifásicos existentes são mais ou menos assimétricos e a teoria do método vectorial {fasorial}, que hoje nos foi apresentada numa mais extensiva descrição pelo r Fortescue, dá a solução mostrando-nos no caso do trifásico geral que ele pode ser resolvido em dois s trifásicos simétricos com rotação de fase opostas. Pode-se aplicar o mesmo plano a outros s polifásicos. Atlantic City, UA; 28 de Junho de 1918 G a a d a i c b c d b d b i c i a o b o c o assimétrico directo inverso homopolar anuel az Guedes, 1994/95, 2005

5 áquinas Eléctricas 2 esenha Histórica Importância do ransformador ransformador rifásico (1891) A primeira transmissão de energia a grande distância sob a forma de corrente trifásica em alta tensão (14,8 k) realizou-se em 1891 entre Lauffen e Frankfort (175 km), durante a Exposição Electrotécnica Internacional desta cidade. Já tinham sido feitas experiências na transmissão de energia em corrente alternada monofásica (1884, 1886). essa transmissão era utilizado um alternador que alimentava directamente a linha de transporte com uma tensão elevada, e somente junto da carga a tensão era baixada para o valor necessário à alimentação das lâmpadas de incandescência. al estava limitado pelo valor da tensão do alternador, que, devido a problemas de isolamento, chegava aos 3 k ou 4,4 k, mas que não podia ultrapassar os 10 k. o entanto, em todas estas experiências, impressionava o valor do rendimento da transmissão de energia: 70% a 80%. Porque em 1891 estavam criadas as condições conhecimento do funcionamento em paralelo de transformadores (1885), existência de um motor de corrente alternada (1887; 1889), vantagem prática do trifásico desenvolveu-se um de transmissão de energia em corrente trifásica com transformador estático em cada uma das extremidades da linha. O transformador trifásico (150 ka) era constituído por um núcleo magnético triplo (ou em templo) formada por três colunas verticais, de 900 mm de altura e 270 cm 2 de secção recta, localizadas nos vértices de um triângulo equilátero, com as extremidades reunidas por culassas formadas pelo enrolamento de uma banda de chapa de ferro com 76 mm de largura. A chapa de ferro tinha 0,5 mm de espessura e era isolada com papel de 0,08 mm de espessura. Os enrolamentos, mergulhados em óleo para um melhor isolamento, estavam ligados em estrela nos dois lados do transformador, e tinham os pontos neutros ligados à terra. Os isoladores de travessia de alta tensão eram em tubo de vidro, e posteriormente, em tubo de porcelana. A razão de transformação era de 95/14750, e a frequência 40 Hz. Estes transformadores apresentavam as seguintes vantagens construtivas: desmontagem fácil; enrolamentos com fabrico fácil; grande segurança na exploração; baixo custo; boa protecção mecânica contra contactos acidentais. Depois do retumbante êxito desta aplicação do transformador trifásico começou-se a vislumbrar a possibilidade de industrialização das cidades afastadas da tradicional fonte de energia mecânica: os rios. anuel az Guedes, 1995

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