Conversão de Energia I
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Departamento de Engenharia Elétrica Conversão de Energia I Aula 2.6 Transformadores Prof. Clodomiro Unsihuay 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 Conversão de Energia I Sistemas Trifásicos • O sistema de potência formado por geração, transmissão e distribuição é baseado no sistema trifásico. Nas estações geradoras três tensões sinodais de mesma amplitude são geradas defasadas de 120°. Estas fontes são denominadas fontes trifásicas balanceadas Sistemas Trifásicos • No sistema trifásico a potência trifásica é constante e não pulsante como a monofásica. • Também os motores trifásicos têm torque constante e partem e rodam melhor que os monofásicos. • Estas características aliadas à maior eficiência na transmissão são razões para o uso do sistema trifásico. Conexões de transformadores trifásicos • Transformadores trifásicos são utilizados para mudar a tensão dos sistemas trifásicos. • Normalmente em alta tensão se utiliza bancos de transformadores trifásicos formador por 03 unidades monofásicas. Transformadores trifásicos Buscando reduzir a quantidade de material magnético no núcleo realiza-se o arranjo trifásico com um único núcleo. Agrupamento de três transformadores monofásicos formando um transformador trifásico. Quando o sistema trifásico está equilibrado com correntes iguais em cada bobina a soma dos fluxo é igual a zero, assim como a soma das correntes. Conversão de Energia I Transformadores trifásicos Como o fluxo no núcleo central é igual a zero, se retiramos esse ramo não vai alterar em nada o comportamento do transformador. Conversão de Energia I Transformadores trifásicos Podemos visualizar o transformador trifásico conforme apresentado abaixo. Os transformadores trifásicos podem ser ligados em estrela ou triângulo. Conversão de Energia I Sistema trifásico ligada em estrela a ~ -Vb Vc Vab = Va - Vb Va 120o Vab Va 120o o 120 Vc ~ ~ Vb b c Vb Tensões de linha Vab = Va − Vb = 3 Conversão de Energia I V ∠30o Sistema trifásico ligada em estrela Tensões de fase e de linha a Tensões de fase Tensões de linha Va = V ∠0 o ~ Vb = V ∠ − 120 o Vab = Va − Vb = 3 V ∠30 o Vbc = Vb − Vc = 3 V ∠ − 90 o Vc = V ∠120 o Vca = Vc − Va = 3 V ∠150 o ~ ~ b c Tensões de linha Vab = 3 Va ∠30 o Vbc = 3 Vb ∠30 o Vca = 3 Vc ∠30 o Conversão de Energia I Sistema trifásico ligada em estrela Corrente de fase e de linha Ia ~ ~ a Corrente de fase = Corrente de linha ~ Ib b c Ic Seqüência Direta Tensão de linha = 3Tensão de Fase /30o Corrente de fase = Corrente de linha Conversão de Energia I Sistema trifásico ligada em delta Corrente de fase e de linha Corrente de fase Corrente de linha Ia I ab = I a − I b = 3 Ib I bc = I b − I c = 3 I ∠ − 90o Ic I ca = I c − I a = 3 Seqüência Direta Corrente de linha = I ∠150o 3Corrente de Fase /30o Tensão de fase = Tensão de linha Conversão de Energia I I ∠30o Transformadores trifásicos Transformadores trifásico Triângulo - triângulo VFase,1 VFase, 2 VLinha ,1 VLinha , 2 N1 = =a N2 N1 = =a N2 I Fase,1 I Fase, 2 I Linha ,1 I Linha , 2 N2 1 = = N1 a N2 1 = = N1 a Preferida nos casos em que as tensões forem moderadas ou baixas Transformadores trifásicos Transformadores trifásico Estrela - estrela VFase,1 VFase, 2 VLinha ,1 VLinha , 2 N1 = =a N2 N1 = =a N2 I Fase,1 I Fase, 2 I Linha ,1 I Linha , 2 N2 1 = = N1 a N2 1 = = N1 a Preferida nos casos em que as tensões forem muito altas. Transformadores trifásicos Transformadores trifásico Estrela - triângulo VFase,Y VFase,∆ VLinha ,Y VLinha ,∆ NY = N∆ 3 ⋅ NY = N∆ I Fase,Y I Fase,∆ I Linha ,Y I Linha ,∆ N∆ = NY N∆ = 3 ⋅ NY Transformadores trifásicos Transformadores trifásico Triângulo - estrela VFase,∆ N ∆ = VFase,Y NY VLinha,∆ N∆ = VLinha,Y 3 ⋅ NY Conversão de Energia I I Fase,∆ I Fase,Y I Linha ,∆ I Linha ,Y NY = N∆ 3 ⋅ NY = N∆ Y equivalente • Iremos representar a conexão D por um Y equivalente e assim trabalharemos somente com uma fase, supondo que o sistema esteja equilibrado (para que os neutros estejam no mesmo potencial). • Quando uma impedância for referida ao lado do D ela deve ser corrigida para o Y equivalente, lembrando que: Exercício Numa ligação Estrela- Delta trifásica , cada transformador tem uma razão de tensão de 4:1 . Se a tensão da linha do primário for de 660V, calcular a) a tensão de linha do secundário, b) a tensão de cada enrolamento do primário c) a tensão através de cada enrolamento do secundário. Exercício Determine a corrente no disjuntor 1 e 2 em condições normais de operação. kW Conversão de Energia I Exercício Determine a corrente no disjuntor 1 e 2 em condições normais de operação. I Linha_Y = I Fase_Y I Fase_ P = I Fase_ S kT 44,687 = = 0,71[ A] 62,9 I Linha_ ∆ = 3 ⋅ I Fase_ ∆ kW Conversão de Energia I I Linha_ P = 3 ⋅ 0,71= 1,23[ A] Exercício • Três Transformadores monofásicos de 50 kVA e 2400:240 V, são conectados em estrela-delta em um banco trifásico de 150 kVA para baixar a tensão no lado de carga de um alimentador cuja impedância é (0,15+ j1,00)Ω / fase . A tensão de linha no terminal de envio é 4160 V. No lado de secundários, os transformadores suprem uma carga trifásica equilibrada através de um outro alimentado cuja impedância é (0,0005+ j0,0020)Ω / fase . Encontre a tensão de linha na carga quando essa puxa a corrente nominal dos transformadores com um fator de potência de 0,80 indutivo. Exercício Três transformadores monofásicos de 50 [kVA], 2300 / 230 [V], 60 [Hz] são conectados para formar um transformador trifásico de 4000 / 230 [V]. A impedância equivalente de cada transformador referido ao lado de baixa tensão é 0,012 +j0,016 [Ω] (circuito equivalente modificado do transformador). O transformador resultante trifásico alimenta uma carga trifásica de 120 [kVA], 230 [V] e fator de potência de 0,85 indutivo na carga. Com base nessas informações responda: a) Desenhe o diagrama esquemático mostrando as conexões dos transformares; b) Determine a corrente nos enrolamentos do transformador; ( I1 = 17,39 [A] ; I2 = 173,92 [A] ) c) Determine a tensão de linha requerida no primário do transformador; ( V1 = 4039,8 [V] ) d) Determine a regulação de tensão do transformador. ( Reg = 1,39% ) Conversão de Energia I
