LABORATÓRIO INTEGRADO III

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1 FACULDADE DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS EXATAS CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO INTEGRADO III Experiência 02: TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS - FUNCIONAMENTO Prof. Norberto Augusto Júnior

2 I) OBJETIVOS: Estudar o princípio de funcionamento dos transformadores trifásicos de potência e experimentalmente realizar as principais ligações e compreender as relações entre tensões do primário e secundário. II) INTRODUÇÃO TEÓRICA: As normas brasileiras, normas ABNT, que tratam dos transformadores de força são: NBR Transformadores de Potência. Especificação NBR Transformadores Para Redes Aéreas de Distribuição. Padronização NBR Transformador de Potência. Método de Ensaio. NBR Aplicação de Cargas em Transformadores de Potência. Procedimentos O sistema elétrico de potência, denominado de rede básica, é realizado pelo sistema trifásico de corrente alternada. A potência nos geradores das usinas são trifásicos e de média tensão e normalmente situam-se ente 13,2 a 25 kv. Em função das distâncias entre a localização da usina e do centro de consumo de carga, bem como da quantidade de energia transportada, por motivos econômicos e de redução das perdas, as tensões dos geradores são elevadas para o nível de alta ou extra alta tensão, ou seja, entre 88 a 760 kv, no sistema de transmissão e posteriormente essas tensões são rebaixas, em subestações, próximas dos locais das cargas. Assim, no sistema elétrico é essencial a aplicação de transformadores que operem em sistemas trifásicos, denominados genericamente de transformadores de força. II.I) FUNCIONAMENTO TRANSFORMADOR MONOFÁSICO Abaixo o princípio de funcionamento do transformador monofásico extraído do manual de Transformadores da WEG, importante para a compreensão do transformador trifásico. 1

3 II. 2) FUNCIONAMENTO DO TRANSFORMADOR TRIFÁSICO A teoria desenvolvida para transformadores monofásicos, com algumas considerações, pode ser aplicada aos transformadores trifásicos. As tensões aplicadas em cada uma das bobinas do primário do transformador trifásico são: v A = V A Max. sen ( w.t + θ) v B = V B Max. sen ( w.t + θ) v C = V C Max. sen ( w.t + θ) a) Corrente de Vazio. No transformador trifásico do tipo núcleo envolvido, a corrente de vazio das pernas laterais são cerca de 30 a 50% superiores a corrente de vazio da perna central devido a assimetria da relutância magnética. Neste caso adota-se como a corrente de vazio a corrente média das três fases ou das três pernas, ou seja: I O I = + I O1 O2 O3 3 Anexo a tabela que ilustra as relações do número de espiras K N e de tensões de K T nos transformadores trifásicos para diversas configurações nas ligações estrela, triângulo e zig zag, extraída do Manual de Transformadores WEG. 2 + I b) Relação do número de espiras K N ou a. Nos transformadores trifásicos a relação do número de espiras (N 1 / N 2) é a própria relação entre as tensões de fase do primário V F1 e secundário V F2, ou seja: N 1 a = K N = = N 2 Todavia, nos transformadores trifásicos, a relação de transformação de tensão, K T, é a relação entre as tensões de linha do primário e secundário e que dependem do tipo de ligação do de cada lado do transformador, estrela, delta ou zig-zag. V K T = V L1 L2 V V F1 F 2

4 c) Parâmetros do circuito equivalente. O circuito equivalente do transformador trifásico é desenhado por fase. As tensões, correntes, potências ou perdas indicadas são por fase. Para a determinação dos parâmetros Z M, R M e X M do circuito equivalente, utiliza-se as mesmas expressões e diagramas de fasores do transformador monofásico, considerando os valores de tensões, correntes e potências de fase. Ou seja, as tensões e correntes dependem das ligações do primário e secundário e as potências, perdas no ferro e perdas no cobre, as respectivas potências totais divididas por três. II.3) BANCO DE TRANSFORMADORES / TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS Nos sistemas trifásicos s solução é conseguida com três transformadores monofásicos, ligados convenientemente, denominados de banco de transformadores ou por um único transformador trifásico, normalmente mais econômico, todavia com menor flexibilidade de operação ou de expansão da rede. O esquemático para aplicação em sistemas trifásicos, constituído de três transformadores trifásicos, não necessariamente de mesmas potências, ou um único transformador monofásico, ambos ligados em estrela / triângulo. 3

5 a) Banco de três Transformadores Monofásicos b) Transformador Trifásico Esquemático da constituição física do transformador trifásico (núcleo envolvido) O transformador trifásico é um agrupamento de três enrolamentos monofásicos com alguns aspectos adaptados. É possível obter o transformador trifásico na seguinte seqüência de três transformadores monofásicos: Extraído do livro Transformadores Rubens Guedes Jordão Editora Edgard Blucher Ltda 4

6 USJT FTCE Laboratório Integrado III EXP 02 Transformador Trifásico / Funcionamento Prof. Norberto Augusto Júnior I).4) CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS: (Manual de Transformadores WEG) 5

7 II.5) LIGAÇÕES (Manual de Transformadores WEG) MATERIAL UTILIZADO: 1) 01 Transformador Trifásico; 2) 03 Transformadores Monofásicos; 3) 02 Multímetros digitais; 4) 01 Ponte de Wheatstone; 5) 01 Termômetro; 6) 01 Variac Monofásico; 7) 01 Variac Trifásico; 8) 01 Ponte retificadora. 6

8 III) PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: III.1.A) Medir as resistências ôhmicas das fases do Transformador Trifásico: a) Ponte de Thompson ou de Wheatstone T= ºC R 1P = Ohms R 2P = Ohms R 3P = Ohms O valor da resistência da fase do transformador do primário, R MP, é o respectivo valor médio entre as três fases: R MP = (R 1P + R 2P + R 3P ) / 3 R 1S = Ohms R 2S = Ohms R 3S = Ohms O valor da resistência da fase do transformador do secundário, R MS, é o respectivo valor médio entre as três fases: R MS = (R 1S + R 2S + R 3S ) / 3 re (pu) = re (%) = b) Método da medida de Tensão e Corrente C.C. no enrolamento primário e secundário Nota: Aplicar V CC em cada bobina e medir o respectivo I CC. nominal da fase. T= ºC Observar que I CC não ultrapasse o valor R 1P = V CC / I CC = Ohms R 2P = V CC / I CC = Ohms R 3P = V CC / I CC = Ohms O valor da resistência da fase do transformador, R MP, é o respectivo valor médio entre as três fases: R MP = (R 1P + R 2P + R 3P ) / 3 R 1S = V CC / I CC = Ohms R 2S = V CC / I CC = Ohms R 3S = V CC / I CC = Ohms O valor da resistência da fase do transformador, R MS, é o respectivo valor médio entre as três fases: R MS = (R 1S + R 2S + R 3S ) / 3 re (pu) = re (%) = 7

9 III.2.A) Realizar a montagem do Transformador Trifásico nas ligações solicitadas. Determinar para cada ligação os respectivos K T e K N Primário Secundári V L1 (V) V F1 (V) V L2 (V) V F2 (V) K T = V L1 / V L2 a = K N = V F1 / V F2 o Delta Delta 110 V Delta Estrela 110 V Delta Zig Zag 110 V Estrela Estrela 110 V Estrela Delta 110 V Estrela Zig Zag 110 V Zig Zag Zig Zag 110 V Zig Zag Estrela 110 V Zig Zag Delta 110 V III.1.B) Medir as resistências ôhmicas das fases dos 03 transformadores Monofásicos: a) Ponte de Wheatstone T= ºC R 1P = Ohms R 2P = Ohms R 3P = Ohms O valor da resistência da fase do transformador do primário, R MP, é o respectivo valor médio entre as três fases: R MP = (R 1P + R 2P + R 3P ) / 3 R 1S = Ohms R 2S = Ohms R 3S = Ohms O valor da resistência da fase do transformador do secundário, R MS, é o respectivo valor médio entre as três fases: R MS = (R 1S + R 2S + R 3S ) / 3 b) Método da medida de Tensão e Corrente C.C. nos enrolamentos primário e secundário Nota: Aplicar V CC em cada bobina e medir o respectivo I CC. Observar que I CC não ultrapasse o valor nominal da fase. T= ºC 8

10 R 1P = V CC / I CC = Ohms R 2P = V CC / I CC = Ohms R 3P = V CC / I CC = Ohms O valor da resistência da fase do transformador, R MP, é o respectivo valor médio entre as três fases: R MP = (R 1P + R 2P + R 3P ) / 3 R 1S = V CC / I CC = Ohms R 2S = V CC / I CC = Ohms R 3S = V CC / I CC = Ohms O valor da resistência da fase do transformador, R MS, é o respectivo valor médio entre as três fases: R MS = (R 1S + R 2S + R 3S ) / 3 III.2.B) Realizar a montagem dos 03 Transformadores Monofásico nas ligações solicitadas. Determinar para cada ligação os respectivos K T e K N Primário Secundário V L1 (V) V F1 (V) V L2 (V) V F2 (V) K T = V L1 / V L2 a = K N = V F1 / V F2 Delta Delta 110 V Delta Estrela 110 V Delta Zig Zag 110 V Estrela Estrela 110 V Estrela Delta 110 V Estrela Zig Zag 110 V Zig Zag Zig Zag 110 V Zig Zag Estrela 110 V Zig Zag Delta 110 V CONCLUSÕES: Bibliografia: Manual de Transformadores WEG Livro: Eletromecânica Autor: Aurio Gilberto Falcone Editora: Edgard Blucher Livro: Fundamentos de Máquinas Elétricas Autor: Vicent Del Touro Editora: Prentice Hall do Brasil Apostilas de Laboratório de Laboratório Integrado II 9