trafo

Mquinas Eltricas I

Transformadores

Prof. Henrique Marques

O transformador um dos principais elementos na transmisso e distribuio de energia eltrica por alterar os nveis de tenso e corrente.

Definio

Elevao da tenso proveniente dos geradores a algumas centenas de milhares de volts para que a corrente seja reduzida a nveis menores e dessa forma, transportada pelas linhas de transmisso;Com o uso de transformadores abaixadores, ocorrer a reduo da tenso a nveis tpicos de distribuio.

Os transformadores operam segundo o princpio bsico de indutncia mtua;

No existe ligao fsica, ir ser produzido um campo o qual o fluxo magntico ir induzir uma corrente no secundrio.

Transformador a ncleo de ar

Vdeo Induo

Enrola-se as bobinas do primrio e secundrio num ncleo ferromagntico a fim de oferecer um caminho menos relutante ao fluxo magntico (quanto menor a relutncia do ncleo melhor);

Adio de silcio ao material ferromagntico.

Vdeo Transporte

*Os transformadores de potencial (TP) so equipamentos que permitem aos instrumentos de medio e proteo funcionarem adequadamente sem que seja necessrio possuir tenso de isolamento de acordo com a rede qual esto ligados.

Os transformadores de corrente (TC) so equipamentos que permitem aos instrumentos de medio e proteo funcionarem adequadamente sem que seja necessrio possurem correntes nominais de acordo com a corrente de carga do circuito ao qual esto ligados.

Vdeo Construo

Exerccio

3) Qual a potncia no primrio e no secundrio do trafo abaixo?

Vdeo Funcionamento

RELAO DE TRANSFORMAO

expresso que relaciona a tenso em cada enrolamento com o referido nmero de espiras

TRANSFORMADOR REAL

R1, R2: resistncia das bobinas, [] (representam as perdas Joule, cobre);X1, X2: indutncia de disperso, [] (representam as perdas de fluxo);RC: resistncia de perdas no ferro, [];Xm: reatncia de magnetizao, [].

Apesar de ser hermeticamente acoplado pelo ncleo de ferro, ocasionando um melhor aproveitamento do fluxo magntico com a incluso do ncleo, uma pequena poro de fluxo disperso produzida nos enrolamentos primrio e secundrio, alm do fluxo mtuo. Assim, o ferro macio sofre perdas por aquecimento:Histerese Magntica: Oposio que o ferro oferece passagem do fluxo magntico, o que ocasiona perda de potncia;Correntes de Foucault: A massa metlica sob variao do fluxo gera dentro de si mesma uma fem que provoca a circulao de corrente parasita ocasionando uma perca de potncia. Esse efeito reduzido ao se fazer o ncleo em lminas de espessura reduzida e isoladas.

As perdas do condutor se do pelo fluxo magntico dispersivo e em forma de calor por efeito Joule.

Fios no possuem condutividade infinita, oferecendo ento uma resistncia s correntes que circulam pelas bobinas;As perdas podem ser reduzidas no projeto de construo, mantendo os enrolamentos AT e BT mais afastados o possvel;Outro fator que reduziria as perdas seria o aumento da bitola do condutor utilizado.

ENSAIOS NO TRANSFORMADOREstes parmetros (magnetizao, perdas no ncleo, perdas no cobre, etc.) so utilizados por exemplo para efeitos de manuteno (constar degradao dos parmetros originais).Obs: abaixo, os procedimentos esto simplificados, para facililtar no entendimento do por que de cada teste.

Ensaio a vazio.Este feito com o secundrio em aberto, no ligado a nada, por isso o nome a vazio. Ento liga-se no primrio a sua tenso nominal.Podemos ento deduzir que o transformador est realmente a vazio, pois no h carga conectada no secundrio. Como no h carga no secundrio, a corrente no secundrio nula, e a corrente no primrio mnima, suficiente apenas para magnetizar o ncleo.Assim, conclumos que neste ensaio determinamos parmetros em relao ao ncleo e magnetizao, j que o fluxo magntico proporcional tenso aplicada (estamos com a tenso nominal, ento o fluxo nominal).

2- Ensaio a curtocircuito.Este ensaio feito com os terminais no secundrio em curtocircuito, simulando uma carga mxima.Como o secundrio est em curto, j saberemos que no pode-se aplicar a tenso nominal no primrio, sob o risco de queimar o transformador. Deste modo, variamos essa tenso no primrio de modo que seja estabelecida a corrente nominal no primrio. Quando acontecer, tambm sabemos que pela relao de transformao, a corrente no secundrio tambm estar prxima sua nominal.Note que ambas as correntes so nominais, ou mximas em cada lado. Assim, a componente potncia ativa ser significativa agora.Note tambm que a tenso aplicada ao terminal primrio no a nominal, muito pelo contrrio, muito inferior. Ento o fluxo magntico ser minimizado a ponto de ser desprezvel (pois ele proporcional tenso aplicada).

3- Consideraes sobre os ensaiosConclumos ento que este teste nos fornecer os parmetros que precisamos para calcular as perdas no cobre.Principalmente no ensaio de curtocircuito, MUITO IMPORTANTE que a tenso no primrio comece do zero, para evitar que o tcnico comece a variar a partir de uma tenso que seja suficiente para provocar corrente acima da nominal nos enrolamentos do transformador.Pode-se utilizar voltmetros, ampermetros e wattmetros para auxiliar nas medies e ter um maior controle na evoluo das variveis (tenso e corrente).

Polaridade de TransformadoresAs bobinas em um transformador podem ser enroladas com o primrio e o secundrio no mesmo sentido ou em sentido contrrio. Com isso, a tenso de sada no secundrio pode apresentar a mesma polaridade da tenso de entrada ou polaridade inversa.

POLARIDADE?

a marcao existente nos terminais (dos enrolamentos) dos transformadores indicando o sentido da circulao de corrente em um determinado instante em consequncia do sentido do fluxo produzido.

POLARIDADE DE TRANSFORMADORES MONOFSICOSA marcao da polaridade dos terminais dos enrolamentos de um transformador monofsico, indica quais so os terminais positivos e negativos em um determinado instante, isto , a relao entre os sentidos momentneos das foras eletromotrizes (fem) nos enrolamentos primrio e secundrio.

POLARIDADE DE TRANSFORMADORES MONOFSICOSA polaridade depende de como so enroladas as espiras do primrio e do secundrio (figura a seguir) que podem ter sentidos concordantes ou discordantes.

POLARIDADE DE TRANSFORMADORES MONOFSICOSAplicando uma tenso V1 ao primrio de ambos os transformadores, como indicada figura abaixo, haver circulao de correntes nestes enrolamentos, segundo o sentido mostrado.

Admitindo que as tenses e consequentemente, as correntes esto crescendo ento os correspondentes fluxos sero crescentes e seus sentidos indicados. No caso a, teria uma fora eletromotriz (fem) induzida que tenderia a produzir a corrente I2 indicada.

Portanto, seria induzida uma fora eletromotriz E2 no sentido indicado, que ir ser responsvel por um fluxo contrrio ao . J no caso b, tal fora eletromotriz (fem) dever ter sentido oposto ao anterior, com o propsito de continuar produzindo um fluxo contrrio ao indutor.

POLARIDADE DE TRANSFORMADORES MONOFSICOSAdmitindo que as tenses e consequentemente, as correntes esto crescendo ento os correspondentes fluxos sero crescentes e seus sentidos indicados. No caso a, teria uma fora eletromotriz (fem) induzida que tenderia a produzir a corrente I2 indicada.

Portanto, seria induzida uma fora eletromotriz E2 no sentido indicado, que ir ser responsvel por um fluxo contrrio ao . J no caso b, tal fora eletromotriz (fem) dever ter sentido oposto ao anterior, com o propsito de continuar produzindo um fluxo contrrio ao indutor.

POLARIDADE DE TRANSFORMADORES MONOFSICOSPortanto, seria induzida uma fora eletromotriz E2 no sentido indicado, que ir ser responsvel por um fluxo contrrio ao . J no caso b, tal fora eletromotriz (fem) dever ter sentido oposto ao anterior, com o propsito de continuar produzindo um fluxo contrrio ao indutor.

POLARIDADE DE TRANSFORMADORES MONOFSICOSLigando-se os terminais 1 e 1 em curto e colocando-se um voltmetro entre 2 e 2, verifica-se que as tenses induzidas (E1 e E2) iro subtrair-se (caso a) ou somar-se (caso b), originando da a designao para os transformadores:

POLARIDADE DE TRANSFORMADORES MONOFSICOSa) sentido concordante dos enrolamentos;b) sentido discordante dos enrolamentos;Caso a: polaridade subtrativa (mesmo sentido dos enrolamentos);Caso b: polaridade aditiva (sentidos contrrios dos enrolamentos).

MARCAO DOS TERMINAIS

Polaridade SubtrativaPolaridade Aditiva

MARCAO DOS TERMINAIS Se os sentidos destas tenses forem iguais, diz-se que o transformador possui polaridade subtrativa; caso sejam contrrias, a polaridade aditiva.

MTODOS DE ENSAIO:

MTODO DO GOLPE INDUTIVO COM CORRENTE CONTNUA

MTODO DA CORRENTE ALTERNADA

MTODO DO TRANSFORMADOR PADRO

MTODO DO GOLPE INDUTIVO COM CORRENTE CONTNUA

MTODO DO GOLPE INDUTIVO COM CORRENTE CONTNUAConcluso (Lei de Lenz):Quando as duas deflexes so em sentidos OPOSTOS, a polaridade SUBTRATIVA;

Quando as duas deflexes so em sentidos IGUAIS, a polaridade ADITIVA;

OBS: Este o mtodo recomendado pela ABNT para ensaios de transformadores de medida (TP e TC).

Mtodo de corrente alternada


Caso 1Caso 2


Portanto, se a primeira leitura do voltmetro for MAIOR que a segunda, a polaridade SUBTRATIVA; se for MENOR, ADITIVA.

Importncia da polaridade: quando os transformadores so conectados em paralelo para fornecer a mesma potncia a carga.

Compara-se o transformador a ser ensaiado com um transformador padro com a polaridade conhecida e que tenha a mesma relao de transformao.

Liga-se entre si os terminais da esquerda (curto) e conecta-se um voltmetro entre os terminais da direita.MTODO DO TRANSFORMADOR PADRO

Aplica-se uma tenso reduzida nos terminais de tenso superior, que devem estar em paralelo (define-se ento H1 e H2 do trafo ensaiado)


Anlise do resultado:Se o valor da tenso medida no voltmetro for praticamente nula os dois transformadores tem a mesma polaridade.Se o valor da tenso observada no voltmetro for o dobro da baixa tenso esperada, os dois trafos tem polaridade oposta.MTODO DO TRANSFORMADOR PADRO

Transformador de Potncia

* Devem ser projetados e construdos de modo a aliar um custo aceitvel com umaboa regulao de tenso, altos rendimentos e baixas correntes e baixas perdasquando operando a vazio.As perdas que ocorrem podem ser classificadas em:perdas no ferro: Resultam das variaes de induo nos ncleos ferromagnticosPerdas Histerticas: Histerese Magntica Ph=n. V.f.Bm^1,6Perdas Foucault: Correntes de Foucault/Eddy-currents Pf=Kf.V.(f.Bm.e)^2perdas no cobreperdas suplementares: correntes induzidas pelos fluxos dispersos em outras partesmetlicas (tanque, parafuso,...).d) perdas dieltricas: meios isolantes (isolao de condutores e leo), trafo para ensaiode alta tenso.

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