Conversão de Energia I

Transcrição

1 Departamento de Engenharia Elétrica Aula 3.3 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 1: Considere o circuito equivalente T do transformador de distribuição, com 50 kva e 2400:240 do exemplo 1(Aula 3.2), 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 Solução

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 magnetização 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 Tensão nominal para o transformador. Normalmente toma-se o lado de baixa tensão como primário. Fornecendo a tensão 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) 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 T completo desse transformador, referido ao lado de alta tensão. b) Determine o circuito equivalente T completo desse transformador, referido ao lado de baixa tensão. c) Determine o rendimento e a regulação de tensão a plena carga com um fator de potência de 0,80 indutivo

16 Z CC VCC 48 2, 31Ω I 20,8 Exercício Com os instrumentos colocados no lado de alta tensão e o lado de baixa tensão em curto, 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]. Determine o circuito equivalente completo desse transformador. a) Determine o circuito equivalente T completo desse transformador, referido ao lado de alta tensão. Do ensaio de curto-circuito obtemos (referidos ao lado de alta tensão): R CC CC PCC 617 1, 42Ω 2 2 I 20,8 CC X CC 2 CC 2 CC 2 2 Z R 2,31 1,42 1, 82Ω

17 R CA 2 V CA 309, 68 Ω P 186 Exercício Com os instrumentos colocados no lado de alta tensão e o lado de baixa tensão em curto, 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]. Determine o circuito equivalente completo desse transformador. a) Determine o circuito equivalente T completo desse transformador, referido ao lado de alta tensão. Do ensaio de circuito aberto obtemos (referidos ao lado de baixa tensão): CA VCA 240 Ic 0,775A R 309, 68 CA I I I 5, 41 0, 775 5,354 A m CA c

18 Exercício Com os instrumentos colocados no lado de alta tensão e o lado de baixa tensão em curto, 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]. Determine o circuito equivalente completo desse transformador. a) Determine o circuito equivalente T completo desse transformador, referido ao lado de alta tensão. Do ensaio de circuito aberto obtemos (referidos ao lado de baixa tensão): X CA VCA , 83 Ω 5,354 I φ 2 2 X X k 44, Ω CA CA T 2 2 R R k 309, Ω CA CA T

19 Exercício Com os instrumentos colocados no lado de alta tensão e o lado de baixa tensão em curto, 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]. Determine o circuito equivalente completo desse transformador. a) Determine o circuito equivalente T completo desse transformador, referido ao lado de alta tensão. Circuito equivalente T referido ao lado de alta tensão

20 Exercício Com os instrumentos colocados no lado de alta tensão e o lado de baixa tensão em curto, 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]. Determine o circuito equivalente completo desse transformador. b) Determine o circuito equivalente T completo desse transformador, referido ao lado de baixa tensão. Do ensaio de curto-circuito obtemos (referidos ao lado de alta tensão): X CC 1,82 X CC 1, k 10 2 T Ω R CC R k T 1,42 1, CC 2 Ω

21 Exercício Com os instrumentos colocados no lado de alta tensão e o lado de baixa tensão em curto, 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]. Determine o circuito equivalente completo desse transformador. b) Determine o circuito equivalente T completo desse transformador, referido ao lado de baixa tensão. Circuito equivalente referido ao lado de baixa tensão

22 ) ( ) ( 617 1,42(20,8) ) ( ,8(50000) 20, / ) No enrolamento Perdas Pnúcleo total Perdas W No enrolamento Perdas W P A I C saída H 98% 803) 100%(40000 /(40000 Rendimento ) ( + + W total Perdas

23 ) ( ) + Z I V V C 1,92% ( )/2400(100%) Regulaçao Tplena_carga)/Tplena_carga (Tsem_carga Regulaçao ,82) )(1,42 36,9 20,8( ) 2400(0 ) ( 1 0 0, H H eq H H H V j j Z I V V