Transformadores. Sistemas Electromecânicos - Lic. Eng. Aeroespacial

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Mafalda Aleixo Alencastre
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1 Trasformadores Objectivos: - estudo do pricípio de fucioameto dos trasformadores; - represetação do trasformador por variáveis globais (corretes, tesões, fluxos), represetação em termos de circuito equivalete; Trasformador moofásico Trasformador trifásico Sistemas Electromecâicos - ic.

2 Uidade trasformadora e rectificadora empregue em aeroaves - Características de uma TRU (Trasformer Rectifier Uit):. Utiliza trasformador para redução da tesão de 5 VAC, 400Hz para 8 VAC;. Cotém um rectificador para coverter a tesão CA em CC distribuída ao sistema eléctrico da aeroave; Sistemas Electromecâicos - ic.

3 Pricípio de fucioameto Esquema represetativo de um trasformador moofásico Hipóteses a cosiderar: Erolametos do material codutor com posição relativa fixa; igação magética etre os erolametos; Variações letas das gradezas electromagéticas; Relações que modelizam o trasformador em termos de circuitos u u f f ri r i dψ + dψ + ( u, i ) ( u, i ) ψ ψ igações de froteira ( i, i ) ( i, i ) u u Coeficietes de idução própria e mútua ψ, i r 0 ψ i 0 + r M ψ ψ i i M di di M Caso liear em termos magéticos: represetação matricial Sistemas Electromecâicos - ic. 3

4 Trâsito de potêcia eléctrica p e u i + p ui p j { dwm { ( ri + r i ) e + + perdas por efeito joule Variação o tempo da eergia magética dw m Hipóteses a cosiderar: Perdas por efeito Joule p j : apeas devido aos efeitos dissipativos restritos às resistêcias; Sistema ão-liear em termos magéticos (ex: saturação magética) W m k i k dψ k Sistema liear em termos magéticos Wm ( I T I) Sistemas Electromecâicos - ic. Característica magética (curva B x H) 4

5 Secudário Represetação em termos de circuitos do trasformador dito perfeito Hipóteses a cosiderar: Erolametos codutores perfeitos R 0 (trasformador sem perdas); igação magética perfeita (dispersão ula); Secudário rebatido ao primário i Primário u u u dim di m i m i + i Esquema equivalete de um trasformador dito perfeito Sistemas Electromecâicos - ic. 5

6 Material magético com uma permeabilidade magética: µ i Correte de magetização ula u Coef. de idução elevados Esquema equivalete de um trasformador dito perfeito N i i i N u u i i Trasformador ideal: Sem perdas; Relações costates etre tesões e corretes; Potêcia etrada potêcia saída Sistemas Electromecâicos - ic. 6

Núcleo magético: material ferromagético costituído de chapas isoladas

7 Circuito equivalete do trasformador moofásico Estrutura costrutiva básica W Erolametos do primário e secudário: material codutor (cobre) Núcleo magético: material ferromagético costituído de chapas isoladas e empilhadas (dimiuição das perdas). W Φ H Sistemas Electromecâicos - ic. 7

8 Fluxo ligado ψ Formado por duas compoetes: ihas de força que se fecham pelo úcleo; ihas de força que se fecham pelo ar; ψ ψ ψ ψ { φ úcleo + λ 443 i + λi { φ + λ i 4 + λ i 43 úcleo ar ar { φ + λ λ i { φ úcleo { φ + λ λ i { φ + l i úcleo úcleo ar ar úcleo + l i Codição aproximada as lihas de força que se fecham pelo ar: i + i φ i 0 i φ i φ i M ( i ) f + i Fluxo médiof(saturação, histerese) l l φ + i + φ i Sistemas Electromecâicos - ic. 8

9 Circuito equivalete de um trasformador moofásico Trasformação de variáveis aplicada : 0 C 0 k k (relação etre o úmero de espiras do primário e do secudário) R r 0 k 0 r U I C C C - T T I U C U RI + di U R I + I d k k k rp r rs k r l p km ls k km M k M l k l Circuito equivalete de um trasformador moofásico com o secudário rebatido ao primário Sistemas Electromecâicos - ic. 9

10 Fucioameto do trasformador em regime permaete Hipóteses a cosiderar: Trasformador ligado a uma fote de tesão alterada siusoidal; Trasformador alimeta cargas lieares; Trasformador em vazio. Secudário do trasformador em aberto; i 0 U0 M U S0 U0 i 0 i0 im U0 U S0 U 0 U S0 Sistemas Electromecâicos - ic. 0

11 U 0 i 0 Evidecia a preseça de uma terceira harmóica acetuada a correte, resultate da saturação do úcleo do trasformador. Evolução da tesão aplicada o secudário e da correte em vazio de um trasformador. i 0 U U 0 M S0 U0 Perdas por efeito joule: No circuito primário No circuito magético corretes de Foucault + histerese deste material. r ( ) i 0 Sistemas Electromecâicos - ic.

12 Trasformador em curto-circuito. Secudário do trasformador com impedâcia ula; i cc i Scc U cc M i cc Corretes elevadas o primário (I x 0,0); Perdas por efeito Joule elevadas o primário e secudário; Desmagetização do circuito magético; Perdas reduzidas o ferro; im 0 i i cc i S cc i cc S cc Sistemas Electromecâicos - ic.

13 Trasformador em carga. Queda de tesão itera o trasformador; i i S i Z c U M i i S i U M ZS Zc [( r + r ) I ] [( l l ) ] U S U I 3 queda de tesão itera A amplitude e desfasagem da tesão o secudário varia com a carga: queda de tesão itera; A impedâcia de curto-circuito está relacioada com a maior ou meor queda de tesão itera o trasformador; Sistemas Electromecâicos - ic. 3

14 Queda de tesão itera para uma carga capacitiva e idutiva Valor eficaz da tesão o secudário X Correte a carga (pu) Sistemas Electromecâicos - ic. 4

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