55291120 apostila de transformadores

7/30/2019 55291120 Apostila de Transformadores

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CENTRO TECNOLOGICO DO RIO GRANDE DO NORTE

CURSO TCNICO EM ELETROTCNICA

APOSTILA DE Tecnologia dos Transformadores

PROF. Diego Frederico E. Menescal OliveiraEng. ELetricista

Natal Abril de 2011


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ContedoTRANSFORMADORES................................ ................................ ................................ ................ 4

INTRODUO ................................ ................................ ................................ ....................... 4

DEFINIO ................................ ................................ ................................ ........................... 5

Princpio de funcionamento ................................ ................................ .............................. 5TRANSFORMADOR IDEAL. ................................ ................................ ................................ .... 5

Equao Fundamental de um Transformador Ideal................................ ........................... 6

TRANSFORMADOR COM PERDAS................................ ................................ .......................... 7

Transformador operando em vazio. ................................ ................................ .................. 8

Transformador operando com carga................................ ................................ ................. 9

MODELO EQUIVALENTE DO TRANSFORMADOR ................................ ................................ .. 10

Simplificao do Circuito Equivalente. ................................ ................................ ............ 11

O DESEMPENHO DO TRANSFORMADOR. ................................ ................................ ............ 12Caractersticas de Placa. ................................ ................................ ................................ . 12

Rendimento................................. ................................ ................................ ................... 12

Regulao de Tenso ................................ ................................ ................................ ...... 13

MARCAS DE POLARIDADE ................................ ................................ ................................ ... 14

Teste de Polaridade ................................ ................................ ................................ ........ 15

TRANSFORMADOR MONOFSICO E TRIFSICO ................................ ............................... 15

Transformador Monofsico ................................ ................................ ............................ 15

Relao de Transformao................................. ................................ ............................. 16Especificao de um transformador monofsico ................................ ............................. 16

Transformador Trifsico. ................................ ................................ ................................ 16

Relao de Transformao................................. ................................ ............................. 18

ASSOCIAO DE TRANSFORMADORES................................. ................................ ............... 20

Transformadores em Paralelo. ................................ ................................ ........................ 20

Banco Trifsico de Transformadores. ................................ ................................ .............. 21

Conexo Estrela-Estrela. ................................ ................................ ................................ . 21

Conexo Tringulo-Tringulo. ................................ ................................ ......................... 22Conexo Estrela-Tringulo ................................ ................................ .............................. 22

ENSAIO DE CURTO-CIRCUITO E CIRCUITO ABERTO ................................ ........................... ... 23

Ensaio de Curto-Circuito. ................................ ................................ ................................ 23

Ensaio de Circuito Aberto. ................................ ................................ .............................. 24

Autotransformadores ................................ ................................ ................................ ......... 25


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Transformador Corrente TC ................................ ................................ ............................. 25

Referncias Bibliogrficas. ................................ ................................ ................................ ...... 30

Figura 1. Representao de um sistema eltrico. ................................ ................................ ...... 4

Figura 2. Principio de funcionamento de um transformador ................................ ............. ........ 5Figura 3. Representao de um transformador ideal. ................................ ............................... 6

Figura 4. Transformador ideal com carga. ................................ ................................ ................. 7

Figura 5.Perdas no transformador real. ................................ ................................ .................... 8

Figura 6. Transformador operando a vazio. ................................ ................................ .............. 8

Figura 7. Transformador operando com carga. ................................ ................................ ......... 9

Figura 8.Representao das perdas Joule do transformador................................. .................. 10

Figura 9. Representao da disperso no transformador. ................................ ....................... 10

Figura 10. Representao da permeabilidade do fluxo magntico do transformador. ............. 10

Figura 11. Circuito equivalente do transformador................................. ................................ .. 11

Figura 12. Corrente de magnetizao. ................................ ................................ .................... 11

Figura 13. Circuito equivalente simplificado. ................................ ................................ .......... 12

Figura 14. Transformador com tap varivel. ................................ ................................ ........... 13

Figura 15. Transformador enrolamento secundrio no sentido horrio................................ 14

Figura 16. Transformador enrolamento secundrio no sentido anti-horrio. ....................... 14

Figura 17.Esquema para teste de polaridade de um transformador. ................................ ....... 15

Figura 18. Representao de um transformador monofsico................................. ............. .... 15

Figura 19. Conexo Y ou . ................................ ................................ ................................ ..... 16

Figura 20. Representao de um transformador trifsico (Y-). ................................ .............. 17

Figura 21. Transformador trifsico mononuclear com ligao Y-. ................................ .......... 18

Figura 22.Transformador trifsico com ligao Y-. ................................ ................................ 18

Figura 23. Transformador trifsico com ligao -Y. ................................ ............................... 19Figura 24. Associao de transformadores em paralelo. ................................ ......................... 20

Figura 25.Banco trifsico Y-Y. ................................ ................................ ................................ . 21

Figura 26. Banco trifsico -. ................................ ................................ ................................ 22

Figura 27. Banco trifsico Y-. ................................ ................................ ................................ 23

Figura 28.Exemplo de Ligao de um TC. ................................ ................................ ................ 26

Figura 29. TC tipo barra. ................................ ................................ ................................ ......... 28

Figura 30. TC tipo janela. ................................ ................................ ................................ ........ 28

Figura 31. TC tipo Bucha ................................ ................................ ................................ ......... 28

Figura 32. TC tipo enrolado. ................................ ................................ ................................ ... 28

Figura 33. TC de Ncleo dividido................................. ................................ ............................ 29

Figura 34. TC de vrios ncleos. ................................ ................................ .............................. 29


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TRANSFORMADORES

INTRODUO

Como se sabe, a eletricidade um excelente meio de transporte de energiade um ponto a outro, devido:

grande capacidade de transmisso (economia de escala);

grande flexibilidade de distribuio na medida do consumo; rapidez; no-poluente;

eficiente (poucas perdas);

confiabilidade.A energia eltrica, produzida em grande quantidade nas usinas, precisa sertransmitida at os centros consumidores e, por sua vez, distribuda a cadaconsumidor. Portanto, em um sistema de gerao, transmisso e distribuio(Figura 1) costumam coexistir grandes e pequenos fluxos de energia.

Figura 1. Representao de um sistema eltrico.

No transporte de energia eltrica existe uma relao direta entre o nvel detenso e a quantidade de potncia ativa transmitida, ou seja, quanto maior atenso, maior a potncia transmitida. Por exemplo, uma linha de transmissotrifsica de 230 kV capaz de transmitir cerca de 200 MW, uma linha de 500kVtem capacidade para transmitir 1200 MW e uma linha de 750 kV cerca de 2200MW. Isso ento permite controlar a quantidade de potncia transmitidasimplesmente variando o nvel de tenso ao longo do sistema, o que facilmenterealizado, em circuitos de corrente alternada, atravs de transformadores.A ttulo de informao geral, os nveis de tenso mais usados em todo o mundo, e

em particular no Brasil, que se referem aos valores de tenso de linha no casotrifsico: Transmisso: 230kV, 440kV, 500kV, 600 kV(CC), 750kV; Subtransmisso: 69kV, 138kV; Distribuio primria: 11,9kV, 13,8kV, 23kV, 34,5kV; Distribuio secundria: 115V, 127V, 220V; Sistemas industriais: 220V, 380V, 440V, 2,3kV, 4,16kV e 6,6kV.


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D

FI I

A ABNT (Assc

Bras

ra de Normas Tc

cas) define o transformador

como:

Um dispositivo que por meio da induo eletromagntica, transfereenergia eltrica de um ou mais circuitos (primrio) para outro ou outroscircuitos (secundrio), usando a mesma freqncia, mas, geralmente, comtenses e intensidades de correntes diferentes.

Ento, o tran f rmador umconversor de energia eletromagntica, cujaoperao pode ser explicada em termos do comportamento de um circuitomagntico excitado por uma corrente alternada.

Princpio d

funcionamento

Todo transformador uma m uina eltrica cujo princ pio de funcionamentoest baseado nas Lei de Faraday e Lei de Lenz. constitudo de duas ou mais

bobinas de mltiplas espiras enroladas no mesmo ncleo magntico, isoladas deste,no existindo conexo eltrica entre a entrada e a sada do transformador. Umatenso varivel aplicada bobina de entrada (primrio) provoca o fluxo de umacorrente varivel, criando assim um fluxo magntico varivel no ncleo. Devido aeste induzida uma tenso na bobina de sada (ou secundrio), que varia deacordo com a razo entre os nmeros de espirasdos dois enrolamentos(Figura 2).

TRA SF RMAD RID AL.

O os transformadores podemser representados por ummodelo idealizado,levando ao que se convencionou c

amartran! formador ideal.

Para considerar um transformador ideal, asseguinteshipteses devemserassumidas:

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todo o fluxo deve estar confinado ao ncleo e enlaar os dois enrolamentos; as resistncias dos enrolamentos devemser desprezveis; as perdas no ncleo devemser desprezveis; a permeabilidade do ncleo deve ser to alta que uma quantidade desprezvel defmm necessria para estabelecer o fluxo.A Figura 3mostra o desenho esquemtico de um transformador ideal:

Equao Fundamental de um Transformador Ideal

Como o fluxo que enlaa os enrolamentos primrio e secundrio o mesmo

e induz uma fora eletromotriz (fem) nestes. Aplicando a lei de Faraday nos doisenrolamentos,

e,

onde:V1, V2: tenso nos enrolamentos primrio e secundrio, [V];/t: taxa de variao do fluxo magntico no tempo, [Wb/s];N1:nmero de espiras no enrolamento primrio;N2:nmero de espiras no enrolamento secundrio.

Dividindo as duas relaes e considerando as tenses no primrio esecundrio, obtida a chamadaequao fundamental dos transformadores:

onde:a:relao de transformao.

Ou seja, as tenses esto entre si na relao direta do nmero das espirasdos respectivos enrolamentos, sendo a denominada de relao de espiras de umtransformador.

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Conectando ao transformador ideal uma carga Z2ao seu secundrio,conforme mostra a Figura 4.

O fato de se colocar a carga Z2no secundrio far aparecer uma corrente I2tal que:

Esta corrente ir produzir uma fora magnetomotriz (fmm2) no sentidomostrado. Uma fora magnetomotriz (fmm1) de mesmo valor mas contrria a 2deve aparecer no enrolamento 1 para que o fluxo no varie. Desta maneira tem-se:

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A B,

o que indica que ascorrentes no primrio e secundrio de um transformador idealesto entre si, na relao inversa do nmero de espiras.

TRA C SFD RMAD D R COMPERDAS

Ao contrrio do transformador ideal, os transformadores reais apresentamperdas que devem ser consideradas, pois nem todo o fluxo est confinado aoncleo, havendo fluxo de disperso nos enrolamentos. Da mesma forma, h perdashmicas nos enrolamentos e h perdas magnticas (histerese magntica) noncleo:

1. Perdas no cobre: resultam da resistncia dos fios de cobre nas espiras primriase secundrias. As perdas pela resistncia do cobre so perdassob a forma de calor(Perdas Joule) e no podemser evitadas.2. Perdas no ferro:

a.por histerese: energia transformada emcalor na reverso da polaridademagntica do ncleo transformador.

b.por correntes parasitas: quando uma massa de metal condutor se deslocanumcampo magntico, ou sujeita a um fluxo magntico mvel, circulam nelacorrentes induzidas. Essascorrentes produzemcalor devido s perdas naresistncia do ferro (perdas por correntes de Foucault).

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A Figura 4 representa as perdas no transformador real, que graas stcnicascom que so fabricados, os transformadores apresentam grande eficincia,permitindo transferir ao secundrio cerca de 98% da energia aplicada no primrio:

Transformador operando em vazio.

Seja um transformador operando emvazio, ou seja, semcarga conectadano enrolamento secundrio e alimentado, no primrio, por uma fonte de tensoalternada senoidal, conforme ilustra a Figura 6.

A tenso alternada da fonte, ao ser aplicada na bobina do primrio, fazcircular nessa bobina uma corrente alternada (embora no seja senoidal, devido histerese do ncleo). Essa corrente, chamada corrente de excitao ou

magnetizao, cria um fluxo magntico no ncleo de material ferromagntico,cujo sentido dado pela regra da mo direita. Esse fluxo (fluxo demagnetizao), alternado e aproximadamente senoidal, pois a resistncia dabobina e a corrente de excitao no primrio so muito pequenas. Uma pequenaparte do fluxo se dispersa no ar (fluxo de disperso), mas uma grande partepercorre o ncleo indo atravessar as espiras do enrolamento secundrio. Como ofluxo alternado, ou seja, varivel no tempo, uma tenso (senoidal) induzida nosecundrio, pela lei de Faraday.

A corrente de excitao composta pela corrente de magnetizao(I0), que responsvel pelo estabelecimento do fluxo atravs do ncleo, e pela

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corrente de perda no ncleo, que representa a potncia dissipada nas perdaspor histerese e por corrente parasita. E, dependendo do sentido relativo dosenrolamentos (horrio ou anti-horrio), as tenses V1 e V2 podem estar em fase(defasagem nula) ou em oposio (defasagem 180), como uma conseqnciadireta da lei de Lenz.

A tenso V1 no enrolamento primrio e a tenso V2 no enrolamentosecundrio so normalmente diferentes em valor eficaz, guardando uma relao

entre si que depende da relao entre o nmero de espiras no primrio (N1) e dosecundrio (N2). Contudo, com o secundrio aberto a fora eletromotriz (fem)E2=2 exatamente igual a V2, e a tenso V1 aproximadamente igual a E1=1.Isso ocorre pois com o secundrio em aberto e V1 na referncia, a corrente deexcitao exatamente corrente de entrada, sendo desta maneira a tenso V1aproximadamente igual a E1pois a potncia de entrada semcarga aproximadamente igual potncia dissipada no ncleo.

Transformador operando com carga

Seja um transformador alimentado no primrio por uma fonte de tenso

alternada senoidal e operando emcarga, ou seja, uma carga est conectada no

enrolamento secundrio, conforme ilustra a Figura 7.

A corrente I2no secundrio no mais nula, assim existe tambm fluxo dedisperso no enrolamento secundrio e acorrente I1no primrio no se restringemais corrente de excitao, tendo um valor bemmaior que esta ltima. A Figura36mostra a situao em regime permanente, que o estgio final alcanado apso seguinte transitrio: imagine que o transformador est inicialmente em vazio, acorrente no secundrio nula e a corrente no primrio a corrente de excitao.Quando se conecta uma carga Zc=Z2 no secundrio, a corrente I2 se estabeleceimediatamente, pois a tenso V2 est presente. O sentido dessa corrente dada

pela lei de Lenz, pois o fluxo magntico gerado pela corrente do secundriodeve se opor ao fluxo de magnetizao produzido pelo primrio.Portanto, o fluxo de magnetizao tende a diminuir no enrolamento

primrio, provocando uma reao tambm baseada na lei de Lenz, ou seja, acorrente I1no primrio aumenta para evitar que o fluxo de magnetizao decresa,atingindo o regime permanente aps algum tempo. Em outras palavras, o nvel dacorrente no primrio de um transformador sob carga tem uma relao direta com onvel da corrente no secundrio. Essa corrente no primrio aproximadamentesenoidal, pois muitas vezesmaior que a corrente de excitao que no senoidal.

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MODELO EQUIVALENTEDO TRANSFORMADOR

O circuito equivalente do transformador constitudo de elementos decircuito: resistncias e indutncias.

A representao das perdas Joule nos enrolamentos realizada atravs dainsero das resistncias R1 e R2, como mostra a Figura 8, as quais so asresistncias prprias dos enrolamentos do primrio e do secundrio.

Os efeitos do fluxo de disperso no primrio e no secundrio do

transformador so simulados por reatncias indutivas, denominadas reatncias dedisperso, tais que as quedas de tenso nessas reatncias so numericamenteiguais s parcelas dasfems induzidas pelos respectivos fluxos de disperso. AFigura 9 mostra a representao da disperso nos enrolamentos primrio esecundrio.

As perdas no ferro podem ser representadas por uma resistncia,denominada de resistncia de perdas no ferro, em paralelo com afem induzida pelofluxo mtuo .

O efeito da permeabilidade finita do fluxo ferromagntico representadoinserindo uma reatncia indutiva em paralelo com a fem induzida, pela qual flui acorrente I0. Essa reatncia, mostrada na Figura 40, denominada reatncia demagnetizao do transformador.

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Assim, o circuito equivalente do transformador real mostrado na Figura 11:

onde:R1, R2: resistncia das bobinas, [];X1, X2: indutncia de disperso, [];Rf: perdas no ferro, [];Xm: reatncia de magnetizao, [].

A corrente de excitao ou de magnetizao (I0)possui uma forma no senoidaldevido s no idealidades do ncleo, mostrada na Figura 12:

Simplificao do Circuito Equivalente.

Em estudos em que a preciso no to rigorosa, algumassimplificaespodemser feitas face sseguintes evidncias:

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as resistncias prprias dos enrolamentos so reduzidas, na medida em que ocobre bomcondutor;

a impedncia resultante do paralelo entre a resistncia de perdas no ferro e areatncia de magnetizao muito maior que as demais impedncias do circuitoequivalente do transformador.O circuito equivalente eltrico simplificado apresentado na Figura 33:

Na qual,

O DESEMPENHO DO TRANSFORMADOR.

O desempenho de um transformador deve ser levado emconsiderao emaplicaes prticas. Neste caso, so importantes as relaes de tenses, a potnciade sada, o rendimento e a variao da tenso com a carga. Estes dados podemserobtidos seja das especificaes do fabricante (caractersticas de placa), seja demedidas experimentais ou ainda de clculos baseados em ummodelo de circuito.

Caractersticas de Placa.

O fabricante de uma mquina eltrica indica normalmente nascaractersticas de placa ascondies de operao normal do transformador. Umacaracterstica tpica de placa pode ser:

Transformador 4400/220V,10 VA, 60Hz.

Estas caractersticas indicam que com uma freqncia de 60Hz as tensesnominais representam a operao prxima do joelho da curva de magnetizao(regio que separa a regio considerada linear da regio onde ocorre a saturao) ea corrente de excitao e as perdas no ncleo no so excessivas. Neste caso, as

tenses 4400 e 220V so ditas tenses eficazes nominais, em volts, das duasbobinas, sendo que qualquer uma pode ser o primrio ou secundrio. Usandoqualquer lado como secundrio a sada nominal ser 10

VA, o que importante

para avaliar a corrente mxima permitida.

Rendimento.

a relao entre a potncia consumida na sada dotransformador e apotncia fornecida entrada do transformador. Assim temos:

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Regulao de Tenso

Para manter na sada de um transformador, sob carga varivel, um nvel detenso constante, empregado um regulador que pode estar presente no prpriotransformador, atravs de derivaes na bobina do primrio. Como exemplo, seja o transformador com1100 espiras no primrio e 500espiras no secundrio apresentado na Figura 14.

Na posio OB tem-se uma relao de espiras a=1000/500=2, e destamaneira para uma tenso de entrada de 220V teremos110V na sada. Se devido auma variao da carga, a tenso na sada cair, deve-se operar as derivaes paracorrigir este problema, ou seja, deve-se aumentar a tenso no secundrio.Como V2=V1/a, o valor de a deve diminuir. Assim, se N1 passar para a posio Ateremos 900/500=1,8, que com V1=220V resultar numa tenso maior(V2=122,22V), compensando a queda de tenso.A regulao pode ser avaliada pela seguinte expresso:

A regulao pode ser positiva ou negativa e est ligada a uma diminuio ouaumento do nmero de espiras (para o regulador atuando no primrio). Umafrmula aproximada dada por:

Importante:

Para se determinar a regulao, deve-se considerar a tenso V2como sendoa nominal, ou seja, V2=(N2/N1)V1 e ento calcular V1 para o V2 estabelecido,utilizando-se o circuito equivalente do transformador.

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MARCASDEPOLARIDADE

As marcas de polaridade so os smbolos utilizados para identificar aspolaridades dos terminais de um transformador.

Num transformador, a intensidade da corrente secundria e a sua relao defase com a tenso secundria dependem da natureza da carga, entretanto, a cadainstante o sentido dessa corrente deve ser tal que se oponha a qualquer variaono valor do fluxo magntico .Esta condio est de acordo com a lei de Lenz:osentido da corrente induzida sempre contrria a causa que lhe deu aorigem.

A Figura 15 mostra um transformador monofsico com enrolamento doprimrio no sentido anti-horrio e o do secundrio no sentido horrio. Considerandoa corrente instantnea I1crescente entrando no terminal superior do enrolamentoprimrio, criar um fluxo magntico crescente, que circular no ncleo no sentidohorrio (regra da mo direita). Para que a lei de Lenz seja satisfeita, a correntesecundria I2dever sair do terminal superior do enrolamento secundrio.

A Figura 16 ,mostra tambm um transformador monofsico, com uma nicadiferena em relao figura anterior: o enrolamento do secundrio est nosentido anti-horrio. Para este caso, a corrente secundria I2 dever sair doterminal inferior do enrolamento secundrio.

bvio que, o sentido da corrente instantnea no secundrio dependeexclusivamente do sentido relativo dos enrolamentos. Para indicar ossentidos dosenrolamentos que se utiliza o conceito de polaridade.Regra de Polaridade:

No enrolamento primrio a corrente entra pela marca de polaridade,enquanto que no enrolamento secundrio a corrente sai pela marca de polaridade.

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Teste de Polaridade

Para determinar a polaridade de um transformador pode ser utilizada umatenso de corrente contnua (bateria de 6 a 10 V), uma chave e um galvanmetrocom zero central, ligadosconforme o esquema da Figura 17.

O procedimento deste mtodo o seguinte: ao fechar a chave faca, deve-seobservar o sentido da deflexo do ponteiro do galvanmetro. Se a deflexo for nosentido positivo, a polaridade ser subtrativa; se a deflexo por no sentidonegativo, a polaridade ser aditiva.

TRANSFORMADORMONOFSICO ETRIFSICO

Os transformadores podemser monofsicos ou trifsicos, dependendo dotipo de circuito onde esto conectados.

Transformador Monofsico

Um transformador monofsico constitudo por dois enrolamentos(bobinas) instalados em ummesmo ncleo de material ferromagntico, conformepode ser verificado na Figura18.

Conforme j visto, um dos enrolamentos chamadoprimrio e o outrochamado secundrio, sendo que cada um deles pode ter um nmero de espirasdiferentes.

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Relao de Transformao .

A relao de transformao em um transformador monofsico, como jfoi vista, definida como a relao entre astenses primria e secundria:

onde:V1: valor da tenso eficaz no enrolamento primrio, [V];V2: valor da tenso eficaz no enrolamento secundrio, [V].

Especificao de um transformador monofsico

Os transformadoresmonofsicosso normalmente especificados usando

dois parmetros:

sua relao de transformao (a); sua potncia aparente (VA); sua freqncia de operao (Hz).

Por exemplo, um transformador abaixador para uso domstico tem aseguinte especificao:220/127V,300VA, 60Hz

Em geral, os transformadoresmonofsicos possuem pequena capacidade depotncia aparente, chamada capacidade de transformao (1000VA). Quando h anecessidade de maiores potnciasso utilizadostransformadores trifsicos.

Transformador Trifsico.

Um transformador trifsico constitudo de pelo menos trsenrolamentos no primrio e trs enrolamentos no secundrio, os quais podem estarconectados tanto em Y (estrela) quanto em(tringulo ou delta). A ligao em You dos enrolamentos estabelecida atravs da conexo dos seus terminais,conforme mostra a Figura19.

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Essas vrias formas de conexo do origem aos quatro tipos de ligao dostransformadores trifsicos: Y-Y, Y-, -Y e -. Cada um desses tipos possuipropriedades diferentes que determinam o uso mais adequado conforme aaplicao.

Os transformadores trifsicos so normalmente construdos de duasmaneiras: em banco ou mononuclear. A escolha da associao adequada dependede diversos fatorescomo: acesso a neutro, bitola doscondutores por fase, sistema

de aterramento, nvel de isolamento, defasagem angular requerida, etc. Umbancotrifsico constitudo por trs transformadoresmonofsicos idnticos, sendo queos respectivos enrolamentos primrios, bem como os respectivos enrolamentossecundrios, podem estar conectados em Y ou em.A Figura 20mostra um banco trifsico com ligao Y-, a ttulo de ilustrao.

A vantagem da conexo em banco trifsico a facilidade de manuteno esubstituio dos transformadoresmonofsicos, bemcomo permite modularidade nainstalao. Outra maneira de construir transformadores trifsicos utilizar umaestrutura mononuclear.

Um transformador trifsico mononuclear constitudo de apenas umncleo de material ferromagntico sobre o qual so colocados os enrolamentosprimrios e secundrios idnticos, conforme ilustrado na Figura 21, na qual serepresenta uma conexo Y-.

O transformador com ncleo trifsico leva vantagemsobre a associao oubanco de transformadores monofsicos, devido economia de ferro no ncleo:como os fluxos das trs fases somam zero a todo instante, pode-se eliminar ocaminho de retorno do fluxo, o que leva a uma estrutura magntica plana com umaperna do ncleo para cada fase.

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Relao de Transformao .

Em transformadores trifsicos, arelao de transformao dada peloquociente entre a tenso de linha do primrio e a tenso de linha do secundrio. Deacordo com o tipo de conexo, a relao de transformao podeno ser igual relao de espiras. Isso acontece nas formas de conexo Y-e-Y. Seja umbanco trifsico de trs transformadoresmonofsicos ideais, conectados na forma Y-, conforme mostrado na Figura 54.

Nesta figura, os enrolamentosaa' (em vermelho)correspondem ao primeirotransformador monofsico, os enrolamentosbb' (em verde) correspondem aosegundo transformador monofsico e os enrolamentoscc' (em azul)correspondemao terceiro transformador monofsico do banco. A relao de espiras a=N1/N2 serefere aos enrolamentosaa',bb',cc'.

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o Y-

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Se o primrio est conectado em Y e a tenso de linha V1, ento a tensode fase Vf1=V1/3. Essa tenso de fase est aplicada no enrolamento primrioa eutilizando a equao fundamental das tenses, obtida a tenso de fase noenrolamento secundrio a' como: Vf2=V1/a3 .Lembrando que na conexo atenso de fase igual a tenso de linha, ento a relao de transformao fica:

Evidentemente a relao de transformao diferente da relao de espiras.O mesmo raciocnio utilizado para obter a relao entre ascorrentes de linha noprimrio e no secundrio.

Uma situao semelhante ser observada no caso de uma conexo-Y,conforme ilustra a Figura 23, abaixo. Essa forma de ligao normalmenteutilizada nos transformadores abaixadores de tenso nas redes urbanas dedistribuio, em que os alimentadores primrios ficamconectados no lado primriodo transformador () e do lado secundrio (Y)saem os alimentadoressecundriosde distribuio com neutro (220V e 127V).

Nesse caso, a relao de transformao dada por:

importante destacar quea relao de transformao e a relao de espirascoincidem no caso das conexesY-Y e-.

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23

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o -Y


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Importante:

Uma caracterstica da associao Y- o deslocamento angular de 30 que resulta entre as tenses terminais correspondentes do primrioe do secundrio. O sentido da defasagem depende da seqncia das fases.Esse deslocamento pode ser percebido atravs de um diagrama fasorial.

A tenso de linha VABdo secundrio est atrasada de 30 em relao tenso correspondente Vab do primrio. Se trocarmos a seqncia dasfases, a defasagem muda de sinal. Portanto, necessrio tomar cuidadocom as defasagens quando, por exemplo, desejase conectar doistransformadores trifsicos em paralelo.

ASSOCIA O DETRANSFORMADORES.

Transformadores em Paralelo.

Muitas vezes, devido a um acrscimo da energia consumida pela plantaindustrial, h a necessidade da instalao de transformadores adicionais parasuprir

este acrscimo de consumo, de modo que as novas unidades so instaladas emparalelo com a unidade j existente, constituindo o que chamamos de umbancode transformadores em paralelo.

Convm, para garantir uma distribuio uniforme da carga entre ostransformadores, que as novas unidades sejam mais semelhantes possveis santigas. Isto parcialmente garantido se as impedncias de curto-circuito (Xcc, Rcc),em p.u., forem iguais.

Cuidados adicionais devemser tomados nasconexes, para evitar circulaode correntes entre os enrolamentos. Assim, ao se associar em paralelo doisenrolamentos, devem-se conectar os pontos de polaridades semelhantes, comoindicado na Figura 24.

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Banco Trifsico de Transformadores.

Como vimos, possvel utilizar transformadores monofsicos paratransformao de tenses emsistemas trifsicos, associando-se convenientementeseus enrolamentos.

Este procedimento, a despeito do carter econmico envolvido, na medidaem que trs transformadoresmonofsicos maiscaro que umnico transformadortrifsico, apresenta flexibilidade de operao vantajosa em algunscasos. Se ocorreruma contingncia que implica inutilizao de um transformador, sua substituio rpida e menos onerosa que a substituio de um transformador trifsico e,dependendo ainda do tipo de conexo utilizado, o suprimento de energia pode serparcialmente garantido com apenas dois transformadores, oque no ocorre quandoum defeito acomete um transformador trifsico.

Conexo Estrela-Estrela.

A Figura 25mostra um banco trifsico constitudo por trs transformadoresmonofsicos, cujos enrolamentos primrio e secundrioso conectados em estrela(Y).

O nico cuidado nesta conexo observar que os terminais da estrela so osterminais de mesma polaridade das unidadesmonofsicas.Sejam os valores do transformador monofsico:Snom: potncia nominalV1nom: tenso nominal do primrioV2nom: tenso nominal do secundrioOs valores nominais do banco trifsico de transformadores resultam:

Fi

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25 B

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o Y-Y


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Potncia nominal do banco: Sbanco=3xSnomTenso nominal de linha do primrio: VB1=3x V1nomTenso nominal de linha do secundrio: VB2=3x V2nom

Conexo Tringulo-Tringulo.

A Figura 26mostra um banco trifsico constitudo por trs transformadoresmonofsicos, cujos enrolamentos primrio e secundrio so conectados emtringulo ou delta ().

Os valores nominais do banco trifsico de transformadores resultam:Potncia nominal do banco: Sbanco=3xSnomTenso nominal de linha do primrio: VB1=V1nom

Tenso nominal de linha do secundrio: VB2=V2nom

Conexo Estrela-Tringulo

A Figura 27mostra um banco trifsico constitudo por trs transformadoresmonofsicos, cujos enrolamentos do primrio esto conectados em estrela (Y) e osenrolamentos do secundrio conectados em tringulo ().

Fi

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26 B

n

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Os valores nominais do banco trifsico de transformadores resultam:Potncia nominal do banco: Sbanco=3xSnomTenso nominal de linha do primrio: VB1=3x V1nomTenso nominal de linha do secundrio: VB2=V2nom

ENSAIO DECURTO-CIRCUITO ECIRCUITOABERTO

Os ensaios que envolvem os transformadoresconsistem emmedir a tenso,a corrente e a potncia no primrio, em duassituaes:com o secundrio curto-circuitado ou com o secundrio em aberto.

Ensaio de Curto-Circuito.

Com o secundrio curto-circuitado, aplicar corrente nominal ao primrioatravs de uma fonte de tenso reduzida (1 a 6% da tenso nominal). Com esteprocedimento so medidas a corrente de curto circuito (Icc), a tenso de curto-circuito (Vcc) e a potncia de curto circuito (Pcc).

Com estes dados possvel determinar os parmetros de curto-circuito, ouseja, as perdas nos enrolamentos e as perdas por disperso, desprezando-se asperdas no ncleo:

Fi

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27B

n

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o Y-


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onde:R1, R2: resistncia das bobinas, [];X1, X2: indutncia de disperso, [].

Ensaio de CircuitoAberto.

Com o secundrio em aberto, aplicar tenso nominal ao primrio e medir apotncia de circuito aberto (P0), a corrente de circuito aberto (I0) e a tenso decircuito aberto (V0). A corrente ser ento reduzida, de 2 a 6 do valor nominal, oque permite desprezar as perdas nos enrolamentos.

Com este procedimento possvel determinar os parmetros a vazio, quedizem respeito ao n cleo:


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onde:

Gf: condutncia (considera a perda de potncia no n cleo por histerese e correntesparasitas), [-1];Bm: suscetncia (considera o armazenamento de energia), [-1];P0: perdas no n cleo do transformador, [ ];Rf: perdas no ferro, [];Xm: reatncia de magnetizao, [].

Autotransfor adoresSe aplicarmos uma tenso a uma parte de um enrolamento (uma

derivao), o campo induzir uma tenso maior nos extremos do enrolamento. Este

o princpio do autotransformador.

Uma caracterstica importante dele o menor tamanho, para certa

potncia, que um transformador. Isto no se deve apenas ao uso de uma s

bobina, mas ao fato da corrente de sada ser parte fornecida pelo lado alimentada,

parte induzida pelo campo, o que reduz este, permitindo um n

cleo menor, maisleve e mais barato. A desvantagem no ter isolao entre entrada e sada,

limitando as aplica es.

So muito usados em c v s de partida c mpensadoras, para motores

(circuitos que alimentam motores com tenso reduzida fornecida pelo

autotransformador, por alguns segundos, reduzindo o pico de corrente durante a

acelerao) e em estabili

adores de tens o (autotransformador com vrias

derivaes - taps - , acima e abaixo do ponto de entrada, o circuito de controle

seleciona uma delas como sada, elevando ou reduzindo a tenso, conforme a

entrada).

Transfor

ador Corrente TCDestina-se a evitar a conexo direta de medidores e rels, nos circuitos de

corrente alternadas de alta-tenso e Baixa-tenso, bem como a adaptar a grandezaa ser medida s faixas usuais da aparelhagem. O enrolamento primrio, possuipoucas espiras, as vezes uma nica> Ao contrrio, o enrolamento secundrio temmaior n mero de espiras e so ligadas as bobinas dos diversos medidores e ourels (instrumentos de baixa impedncia).


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Caractersticas dos TCs so:

1 Classe de Exatido;2 Corrente Secundria;3 Corrente Primria;

4 Carga Nominal;5 Fator Trmico;6 Corrente Trmica Nominal;7 Polaridade;8 Classe de Tenso de Isolamento;9 Freqncia.

1 Classe de Exatido o valor mximo do erro expresso em porcentagem do TC ( errode relao e ngulo de fase ) que no deve ultrapassar ao valor determinado pelofabricante.Quando a 100% e 10% de carga nominal e apresentar os seguintes valores:

a) A classe de exatido 0,3: empregada para medies especiais; medio delaboratrio; TC padro e medio de energia eltrica a consumidor.b) - A classe de exatido 0,6: empregada para medio de energia eltrica sem afinalidade defaturamento.c) A classe de exatido 1,2 empregada para medio de ampermetro, wattmetro,fasmetro, etc.

2 Corrente Secundria. Geralmente, a corrente secundria nominal 5A em casosespeciais, de 2,5A, utilizada para proteo.

3 Corrente Primria. o valor de corrente que o TC suporta. Para especific-lo

necessrio determinar a corrente mxima do circuito, em que o TC vai ser instalado.So encontrado no mercado TCs para:- Casse de 0,6kV 100/5A,150/5A, 200/5A, 300/5A, 400/5A e etc.- Classe de 15kV 5/5A, 10/5A, 20/5A, 25/5A, 50/5A, 100/5A, 200/5A, 300/5A, 400/5A e etc.- Classe de 34,5kV - 10/5A, 20/5A, 25/5A, 50/5A, 100/5A e etc.- Classe de 69kV - 50/5A, 100/5A, 200/5A, 300/5A, 400/5A e etc.

4 Carga Nominal. a carga, na qual se determina a exatido do TC.

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5 Fator Trmico. um valor, o qual multiplicamos a corrente nominal primria do TC, e omesmo em regime permanente de trabalho, permanece dentro de sua classe de exatido.No Brasil, so especificados cinco valores: 1,0; 1,2; 1,3; 1,5 e 2,0. Em outros pases jexistem TC com fator Trmico 4,0.

6 Corrente Trmica Nominal ou Corrente de Curta Durao. Consiste em aplicar no TC,

durante um segundo, 45 a 75 vezes o valor de sua corrente primria nominal com osecundrio curto-circuitado, isso para equipamento acima de 69kV.

7 Polaridade. A polaridade do TC, para equipamentos de medio, tais como: medidoresde energia eltrica, wattmetro e fasmetro devem ser de polaridade subtrativa, ou seja, acorrente primria I, percorre o enrolamento de P1 para P2, no mesmo instante a correntesecundria, percorre o enrolamento de S1 para S2. Conforme a disposio externa dadaaos terminais de mesma polaridade, os transformadores podem ser de polaridade aditivaou subtrativa:

a)- A polaridade aditiva, quando os terminais de mesma polaridade no so adjacentes,isto , quando eles esto colocados externamente em diagonal.

b)- A polaridade subtrativa, quando os seus terminais de mesma polaridade soadjacentes, isto , os terminais so colocados externamente do mesmo lado.

8 Classe de Tenso de isolamento Nominal. definido pela tenso do circuito, ao qual oTC vai ser conectado (em geral, a tenso mxima de servio).

9 Freqncia Nominal. o numero de ciclos por segundo nominal que a rede deve terpara que o TC tenha um funcionamento normal. No Brasil 50Hz e/ou 6oHz.

Classificao dos TC,s

Os TCs podem ser classificados nos seguintes tipos:1 Tipo Barra. um TC cujo o enrolamento primrio constitudo de uma barra,montadapermanentemente atravs do ncleo do transformador


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C tipo b

2 Tipo Janela. um TC sem primrio prprio, constitudo com uma abertura, atravsdo ncleo, por onde passar um condutor do circuito primrio, formado por uma ou maisespiras.

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C tipo j

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3 Tipo Bucha. um tipo especial de TC Janela, projetado para ser instalado sobreuma bucha de um equipamento eltrico, fazendo parte integrante deste.

4 Tipo Enrolado. um TC cujo enrolamento primrio constitudo de uma ou maisespiras; envolve mecanicamente o ncleo do transformador.

5 Tipo Ncleo Dividido. um tipo especial de TC Janela, em que parte do ncleo separvel ou basculante, para facilitar o enrolamento do condutor primrio.

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6 TC de Vrios Ncleos. utilizadogeralmente em alta tenso. Trata-se de um TCcom vrios enrolamentos isolados, no secundrio, um dos enrolamentos para proteoe outro paramedio. Os demais enrolamentos que no estiverem alimentando instrumento eltricodevero permanecer curto-circuitados.

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C d

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l

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C d

N

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o dividido


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Referncias Bibliogr

ficas.

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55291120 apostila de transformadores

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