Departamento de Engenharia Elétrica Conversão de Energia I Aula 2.7 Transformadores Prof. Clodomiro Vila
Bibliografia FITZGERALD, A. E., KINGSLEY Jr. C. E UMANS, S. D. Máquinas Elétricas: com Introdução à Eletrônica De Potência. 6ª Edição, Bookman, 2006. Capítulo 2 Transformadores KOSOW, I. Máquinas Elétricas e Transformadores. Editora Globo. 1986. Capítulo13 Transformadores TORO, V. Del, MARTINS, O. A. Fundamentos de Máquinas Elétricas. LTC, 1999. Capítulo 2 Transformadores Bim, Edson. Máquinas Elétricas e Acionamento. Editora Elsevier, 2009. Capítulo 2 Transformadores Oliveira, José Carlos de. Transformadores: teoria e ensaios. Editora Edgard Blucher, 1984. Conversão de Energia I
Operação de transformadores em paralelo Dois transformadores operam em paralelo, quando recebem energia de um mesmo barramento, entregando-a em um barramento comum. Vantagens do paralelismo: - Menor custo inicial; - Transformador operando próximo do rendimento máximo; - Facilidade de manutenção e maior confiabilidade no abastecimento. Conversão de Energia I
Condições para o Paralelismo: Necessidade de relações de transformações muito próximas Ter a mesma polaridade Possuir o mesmo grupo de defasamento angular Apresentar mesma relação entre resistência e reatância equivalentes. Se pudéssemos garantir que as características dos dois transformadores fossem exatamente Se pudéssemos garantir que as características dos dois transformadores fossem exatamente as mesmas não haveria problema algum, desde que os enrolamentos fossem conectados em fase. Se fossem ligados com as fases invertidas haveria uma sobrecarga e os dois queimariam. Como na prática, sempre existem diferenças, a conexão em paralelo não é muito conveniente pelas perdas que podem ocorrer. Assim, antes de efetuar este tipo de ligação recomenda-se que se faça um estudo técnico e econômico muito minucioso.
Operação de transformadores em paralelo Necessidade de relações de transformações muito próximas Os dois transformadores deve ter a mesma relação de transformação. Essa corrente não tem nenhuma utilidade e é responsável por um sobre aquecimento do transformador, pois circulando pelas resistências dos enrolamentos dissipa potência pelo efeito Joule. Conversão de Energia I
Operação de transformadores em paralelo Necessidade de relações de transformações muito próximas Considerando Z eq_a e Z eq_b as impedâncias equivalentes dos transformadores referida ao secundário. Caso a relação de transformação dos dois transformadores não forem iguais haverá uma diferença de tensão no secundário dos transformadores, que provocará uma corrente circulante entre os transformadores. Conversão de Energia I I circ = Λ E Z 2_ a eq _ a + Λ E Z 2 _ b eq _ b
Polaridade dos enrolamentos
Operação de transformadores em paralelo Polaridade dos enrolamentos A marcação das polaridades dos terminais de um transformador monofásico indica a relação entre os sentidos momentâneos das FEM induzidas nos enrolamentos primário e secundário. Conversão de Energia I
Operação de transformadores em paralelo Polaridade dos enrolamentos
Operação de transformadores em paralelo/polaridade dos enrolamentos A ABNT convencionou marcar os terminais do lado de tensão superior com a letra H e tensão inferior coma a letra X. O índice 1 para o início do enrolamento (ou polo +) e o índice 2 para o término do enrolamento (ou polo -). Polaridade subtrativa Polaridade aditiva Conversão de Energia I
Operação de transformadores em paralelo Teste para determinação da polaridade Determinação pela aplicação da corrente alternada. Se V V 1 os terminais curto-circuitados são correspondentes, polaridade subtrativa. Se V> V 1 os terminais curto-circuitados não são correspondentes, polaridade aditiva. Conversão de Energia I
Exercício Como os dois transformadores devem ser ligados para operarem em paralelo?. Conversão de Energia I
Ensaio em Vazio de Transformadores Trifásicos Em um ensaio em vazio, como o próprio nome diz, o transformador é ensaiado sem carga. Os objetivos do teste em vazio do transformador trifásico são: Determinar as perdas no núcleo por histerese e Foulcault(perdas no ferro); Determinar a corrente em vazio Io; Determinar a relação de transformação de placa (K T ) e a relação do número de espiras (KN) Determinar os parâmetros do ramo de excitação (ou magnetizante): A impedância de excitação.
Lembre-sequeanotaçãoH1,H2eH3referem-seaosterminaisdaaltatensãoequeX1, X2eX3referem-seaosterminaisdabaixatensão.VejaqueosterminaisH1,H2eH3estãoemvazio(semcarga)nesteensaio. Ensaio em Vazio de Transformadores Trifásicos: MONTAGEM Lembre-se que a notação H1, H2 e H3 referem-se aos terminais da alta tensão e que X1, X2 e X3 referem-se aos terminais da baixa tensão. Veja que os terminais H1, H2 e H3 estão em vazio (sem carga) neste ensaio.
Sabemos que W0 = W02 + W01, mas fique atento ao valor lido nos wattímetros e conserve o sinal positivo ou negativo medido. Ensaio em Vazio de Transformadores Trifásicos: Levantamento de Dados Sabemos que as perdas totais em vazio será W0 = W02 + W01. Considere o valor lido nos wattímetros e conserve o sinal positivo ou negativo medido!.
Ensaio em Vazio de Transformadores Trifásicos: Calculo de parâmetros Para os cálculos, deve-se obedecer o tipo de conexão (Delta ou estrela) do enrolamento de baixa tensão!.
Ensaio em Vazio de Transformadores Trifásicos: Calculo de parâmetros Para circuito equivalente paralelo ou impedância de excitação::
Ensaio em CC de Transformadores Trifásicos Em um ensaio em curto-circuito, o transformador é submetido a curto-circuito trifásico, e aumenta-se a tensão gradativamente até atingir a corrente nominal. Logo, este ensaio simula transformador com carga máxima. Os objetivos do ensaio em curto-circuito do transformador trifásico são: Determinar as perdas no cobre (nos condutores que compõem as bobinas). Determinar a impedância, resistência e reatância do enrolamento. Determinar a queda de tensão interna.
Ensaio em CC de Transformadores Trifásicos: MONTAGEM
Sabemos que W0 = W02 + W01, mas fique atento ao valor lido nos wattímetros e conserve o sinal positivo ou negativo medido. Ensaio de CC de Transformadores Trifásicos: Levantamento de Dados Após calculada a corrente nominal do transformador, aumente a tensão gradativamente, e anote tensão e corrente até atingir a corrente nominal. Neste estágio os valores medidos são muito importantes, todo cuidado deve ser tomado durante a leitura de tensões, correntes e potências.
Ensaio em Vazio de Transformadores Trifásicos: Calculo de parâmetros Para os cálculos deve se obedecer a conexão do enrolamento de baixa tensão!.
Ensaio em Vazio de Transformadores Trifásicos: Calculo de parâmetros
EXEMPLO 1 A tabela abaixo apresenta os dados colhidos em ensaios de curto circuito (CC) e em vazio (CA), realizado em um transformador de distribuição trifásico de 200 kva, 4.600 (Tensão de linha)/230(tensão de linha)/ V com suas fases ligadas em estrela (lado de Alta) e em triangulo ( lado de Baixa). Ensaio Alimentação Tensão aplicada Corrente absorvida Potencia absorvida CC Alta tensao 206,6 V 25,10 A 2.720 W CA Baixa tensão 230 V 12,60 A 892 W A) Desenhe o circuito equivalente monofásico (L) e trifásico, 1respectivamente, referidos ao lado de alta tensão B) A tensão (de linha) a ser aplicada aos terminais de alta, afim de que o transformador forneça 200 kva sob 230 V a uma carga de fator potência 0,8 indutivo. A corrente magnetizante e as perdas no núcleo serão desprezadas. C) A Regulação e a eficiência para a condição de trabalho especificado em (B).