Circuitos Elétricos. Prof. Me. Luciane Agnoletti dos Santos Pedotti

Transcrição

1 Circuitos Elétricos Prof. Me. Luciane Agnoletti dos Santos Pedotti

2 Circuitos Magnéticos Os circuitos magnéticos são empregados com o intuito de concentrar o efeito magnético em uma dada região do espaço. Em outras palavras, este circuito direciona o fluxo magnético para onde for desejado, sendo dotado de materiais com certas propriedades magnéticas e dimensões, a partir de uma variedade de seções e diferentes comprimentos.

3 Circuitos Magnéticos Salienta-se que as características magnetizantes dos materiais são de natureza não linear, o que deve ser levado em conta nos projetos de dispositivos eletromagnéticos.

4 Circuito Magnético Linear São considerados magneticamente lineares os circuitos magnéticos onde a permeabilidade relativa é baixa. Circuitos magneticamente lineares podem ser obtidos quando o núcleo é de ar, ou constituído por um material não ferromagnético.

5 Circuito Magnético Não-Linear São considerados não lineares todos os circuitos magnéticos que utilizem materiais ferromagnéticos, dotados de permeabilidade magnética alta, tais como o ferro fundido, o aço silício, o aço fundido, a ferrite etc.

6 Circuito Magnético Não-Linear A maioria dos circuitos magnéticos de aplicação prática são não lineares e a permeabilidade dos materiais ferromagnéticos torna-se variável em função da indução ou densidade de fluxo magnético B no núcleo.

7 Circuito Magnético Simples Caminho Médio do núcleo de espiras Fluxo permeabilidade Área da seção reta e = N dφ dt

8 Analogia com Circuitos Elétricos

9 Transformador Um dispositivo que por meio da indução eletromagnética, transfere energia elétrica de um ou mais circuitos (primário) para outro ou outros circuitos (secundário), usando a mesma frequência, mas, geralmente, com tensões e intensidades de correntes diferentes. (ABNT)

10 Transformador Os enrolamentos de um transformador são isolados eletricamente do núcleo e entre si também através de materiais isolantes especiais. O núcleo deve ser de um material de alta permeabilidade magnética e de baixa perda ôhmica. Seu formato varia de projeto para projeto, conforme sua aplicação e necessidade de isolação.

11 Tipos de Transformadores

12 Tipos de Transformadores

13 Tipos de Transformadores

14 Tipos de Transformadores

15 Características do Núcleo

16 Características do Núcleo

17 Características do Núcleo

18 Trafo Trifásico

19 Exemplos de Trafos

20 Princípio de Funcionamento Todo o transformador é uma máquina elétrica cujo princípio de funcionamento está baseado na Lei de Faraday e na Lei de Lenz.

21 Lei de Indução de Faraday Em qualquer condutor de eletricidade submetido a um campo magnético variável no tempo, tem-se em seus terminais a indução de uma tensão elétrica proporcional à taxa de variação desse campo no tempo

22 Transformador Símbolo

23 Trafo Monofásico

24 Trafo Monofásico

25 Trafo Monofásico Ideal Pode-se considerar como ideal um transformador no qual: O fluxo magnético gerado pela corrente no enrolamento primário é totalmente confinado no núcleo ferromagnético, e portanto, enlaça totalmente o enrolamento secundário, não havendo fluxo disperso Perdas no núcleo desprezíveis Perdas ôhmicas nos enrolamentos desprezíveis

26 Trafo Monofásico Ideal u1 t = N1 dφ dt u2 t = N2 dφ dt logo u1(t) u2(t) = N1 N2 V1 V2 = N1 N2

27 Trafo Monofásico Ideal Dessa forma, a potência de Entrada é Igual a potência de saída, portanto: logo S1 = S2 V1. I1 = V2. I2 V1 V2 = N1 N2 = I2 I1

28

29 Exemplo 1 Obtenha o valor da corrente I1 no circuito a seguir. Determine a potência no primário e no secundário do Trafo. Resp: I1 = 183,33 0 ma

30 Reflexão de impedância Podemos simplificar o circuito do exercício anterior utilizando o conceito de impedância vista pela fonte, ou seja, podemos refletir a impedância do secundário no primário e viceversa. Z1 = N1 N2 2. Z2

31 Reflexão de impedância

32 Exemplo 2 Obtenha o valor da corrente I1 no circuito a seguir utilizando o conceito de reflexão de impedância

33 Trafo Real Mesmo com o secundário do Trafo em aberto existe uma corrente no primário Os enrolamento apresentam aquecimento, portanto existe uma potência dissipada no próprio equipamento, portanto, a eficiência de um Trafo é sempre menor que 100%, ou seja, a potência de saída e sempre menor que a potência de entrada.

34 Trafo Real Principais Características Permeabilidade no núcleo não é infinita, portanto, a corrente necessária para estabelecer o fluxo magnético não é desprezível O fluxo magnético não fica totalmente confinado no núcleo, existe um fluxo disperso As bobinas tem resistência, implicando em perdas ôhmicas. Fluxo variável provoca perdas por histerese.

35 Modelo do Trafo Real Onde: R1 e R2 Resistência nos enrolamentos X1 e X2 Reatâncias considerando a dispersão de fluxo Gn condutância associada às perdas no núcleo Bm susceptância que leva em conta a magnetização no núcleo

36 Modelo do Trafo Real Circuito Equivalente a = RE = N1 N2

37 Exemplo 3 Um trafo monofásico de 1kVA, 220/110V alimenta uma carga de 110V nas condições nominais. Calcule a tensão no primário do trafo. Resp: U1 = 226,28 4,67 V

38 Perdas Perdas no cobre (bobinas) Pcu = r1. I1 2 + r2. I2 2 Perdas no ferro (Núcleo) Pferro = gn. V1 2

39 Exemplo 4 Calcule as perdas no núcleo e no ferro do Trafo a seguir: Resp: Pcu = 21,85W Pfe = 49,48W

40 Rendimento É definida por: η = Psaída Pentrada

41 Exemplo 4 Obtenha o rendimento no exercício anterior.

42 Exemplo 5 Em um Trafo, foi realizado as seguintes medições: U1 =220V, U2 = 105V I1 = 5A, I2 = 9,5A P1 = 935W, P2 = 898W Determine o rendimento, com base nas potências ativas e com base nas relações de tensão e corrente.

43 Polaridade dos Enrolamentos O conhecimento da polaridade é necessário quando, por exemplo, deseja-se conectar o Trafo em paralelo ou ligar o terminal no primário ao secundário (autotrafo).

44 Autotransformador Monofásico O autotransformador (autotrafo) caracterizase pela conexão elétrica entre os lados de alta e baixa tensão, portanto, pode ser utilizado quando não é necessário o isolamento elétrico entre os dois enrolamentos Ele apresenta algumas vantagens com relação à potência transmitida e à eficiência.

45 Autotransformador Monofásico O autotransformador (autotrafo) caracterizase pela conexão elétrica entre os lados de alta e baixa tensão, portanto, pode ser utilizado quando não é necessário o isolamento elétrico entre os dois enrolamentos Ele apresenta algumas vantagens com relação à potência transmitida e à eficiência.

46 Exercício - Entregar 1. Se em um trafo monofásico conectarmos uma fonte CC a uma das bobinas, haverá tensão induzida na bobina? Justifique. 2. Dado o trafo do circuito a seguir, determine: a) A corrente I1. b) A potência no primários c) As perdas do trafo d) O rendimento do trafo

47 Dados: 1,5kVA, 330/220V R1 = 0,65Ω, R2 = 0,3 Ω X1 = 2 Ω, X2 = 0,89 Ω bm = 2,2mS e gn = 1,2mS