Conversão de Energia I

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1 Departamento de Engenharia Elétrica Aula 2.3 Transformadores Prof. Clodomiro Unsihuay Vila

2 Bibliografia FITZGERALD, A. E., KINGSLEY Jr. C. E UMANS, S. D. Máquinas Elétricas: com Introdução à Eletrônica De Potência. 6ª Edição, Bookman, Capítulo 2 Transformadores KOSOW, I. Máquinas Elétricas e Transformadores. Editora Globo Capítulo13 Transformadores TORO, V. Del, MARTINS, O. A. Fundamentos de Máquinas Elétricas. LTC, Capítulo 2 Transformadores Bim, Edson. Máquinas Elétricas e Acionamento. Editora Elsevier, Capítulo 2 Transformadores

3 Aspectos de Engenharia da Análise de Transformadores Analises de Engenharia muitas vezes precisa-se fazer algumas aproximações. Cálculos podem ser simplificados fazendo considerando circuitos aproximações. Circuito equivalente T versus circuito equivalente L Transformadores de grande porte: Impedância de ramo de excitação é Normalmente bem elevado, a corrente de excitação é bem pequena: Ausência da queda de tensão causada pela corrente de excitação na impedância de dispersão são insignificantes. Desconsideração da corrente de excitação por completo Transformador de grande porte Req<< Xeq e frequentemente pode ser desconsiderada. Se a V, I são determinados por circuitos externos ao trafo, e um alto grau de exatidão não é exigido, pode-se desprezar por completo a impedância do trafo e considera-lo ideal.

4 Circuitos equivalentes aproximados de transformadores

5 Exemplo 2.3.1: Considere o circuito equivalente T do transformador de distribuição, com 50 kva e 2400:240 do exemplo 2.2.1, no qual as impedâncias estão referidas ao lado de alta tensão. (a)desenhe o circuito equivalente L com o ramo em derivação nos terminais de alta tensão. (b)com os terminais de baixa tensão em aberto, e 2400 V aplicados ao terminais de alta tensão, calcule a tensão nos terminais de baixa tensão para cada tipo de circuito equivalente.

6 Exemplo Um transformador monofásico abaixador 1,2 [kva] tem a vazio as tensões 120/12 [V], frequência de 60 [Hz], 0,1 [Ω] de resistência equivalente e 1,5 [Ω] de reatância equivalente no primário e 0,001 [Ω] de resistência equivalente e 0,014 [Ω] de reatância equivalente no secundário. Para uma carga com fator de potência 0,85 indutivo, operando com corrente nominal no secundário, a tensão terminal atingiu 11 [V]. Desprezando a corrente de excitação, calcule: a) Qual a defasagem angular entre a tensão induzida no secundário e a tensão na carga (tomar a tensão na carga como referencia)? b) A tensão aplicada ao primário do transformador para a condição de carga especificada?

7 Ensaio de curto-circuito e de circuito aberto Dois ensaios servem para determinar as constantes do circuito equivalente e as perdas do transformador. Esses ensaios consistem em medir a tensão, a corrente e a potência de entrada no primário, inicialmente com o secundário curto-circuitado, e depois com o secundário em circuito aberto. Ensaio de curto-circuito Pode ser usado para encontrar a impedância equivalente em série. impedância equivalente em série é relativamente baixa, uma tensão da ordem de 10 a 15% ou menos do valor nominal, aplicada ao primário, resultará na corrente nominal. A baixa tensão de alimentação provoca uma baixa densidade de fluxo no núcleo, assim a corrente de excitação e as perdas no núcleo são desprezíveis

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9 Ensaio de curto-circuito e de circuito aberto Procedimento do ensaio de curto-circuito Ajusta-se a tensão primária para fornecer a corrente nominal para o transformador. Normalmente toma-se o lado de alta tensão como primário. Fornecendo a corrente nominal para o transformador tem-se V CC (no voltímetro) tensão de curto circuito, I CC (no amperímetro) corrente de curtocircuito e P CC (no Wattímetro) potência de curto-circuito.

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11 Ensaio de curto-circuito e de circuito aberto Ensaio de circuito aberto Com a tensão nominal no primário e o secundário aberto, a corrente no primário é a corrente de excitação do núcleo mais a corrente necessária para suprir as perdas no núcleo. Como a corrente é muito menor que a nominal a queda de tensão na indutância de dispersão é desprezível.

12 Ensaio de curto-circuito e de circuito aberto Procedimento do ensaio de circuito aberto Ajusta-se a corrente primária para fornecer a corrente nominal para o transformador. Normalmente toma-se o lado de baixa tensão como primário. Fornecendo a corrente nominal para o transformador tem-se V ca (no voltímetro) tensão de circuito aberto, I ca (no amperímetro) corrente de circuito aberto e P ca (no Wattímetro) potência de circuito aberto.

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14 Ensaio de curto-circuito e de circuito aberto Procedimento do ensaio de circuito aberto Ensaio de circuito aberto: serve para obter as perdas no núcleo, calculo do rendimento, corrente de excitação, relação de espiras. :

15 Exemplo 2.3.3) Com os instrumentos colocados no lado de alta tensão e o lado de baixa tensão em curto-circuito, as leituras do ensaio de curto-circuito para o transformador de 50kVA, 2.400:240 [V] são 48 [V], 20,8 [A] e 617 [W]. De um ensaio de circuito aberto, em que foi alimentado o lado de baixa tensão, resultam leituras nos instrumentos neste lado de 240 [V], 5,41 [A] e 186 [W]. a) Determine o circuito equivalente completo desse transformador. b) Determine o rendimento e a regulação de tensão a plena carga com um fator de potência de 0,80 indutivo

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