everton de oliveira rodrigo ramos teixeira prof luiz roberto nogueira

UNIVERSIDADE DO VALE DO PARAÍBA – UNIVAP
FACULDADE DE ENGENHARIAS, ARQUITETURA E URBANISMO - FEAU
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
EVERTON DE OLIVEIRA
RODRIGO RAMOS TEIXEIRA
PROF LUIZ ROBERTO NOGUEIRA
ESTAÇÃO DE BANCO DE TRANSFORMADORES PARA LIGAÇÕES
TRIFÁSICAS
SÃO JOSÉ DOS CAMPOS
DEZEMBRO DE 2014
1
Sumário
RESUMO ................................................................................................................................... 4
ABSTRACT ............................................................................................................................... 5
INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 6
MATERIAIS E MÉTODOS....................................................................................................... 8
MATERIAIS .............................................................................................................................. 8
COMPONENTES USADOS PARA BANCO TRANSFORMADORES .............................. 8
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS PARA AS MEDIÇÕES .............................................. 8
MÉTODOS ................................................................................................................................. 9
CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS ............................................................................. 9
CÁLCULO DAS CORRENTES PRIMÁRIAS E SECUNDÁRIAS ..................................... 9
CÁLCULO DA SECÇÃO DOS CONDUTORES ................................................................. 9
EXPERIÊNCIAS ...................................................................................................................... 11
LIGAÇÕES DELTA-DELTA (Δ - Δ) ...................................................................................... 12
VANTAGENS ...................................................................................................................... 13
DESVANTAGENS .............................................................................................................. 13
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS ................................................................................... 13
LIGAÇÕES ESTRELA – ESTRELA (Y- Y)........................................................................... 14
VANTAGENS ...................................................................................................................... 16
DESVANTAGENS .............................................................................................................. 16
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS ................................................................................... 16
LIGAÇÕES ESTRELA-DELTA (Y- Δ) .................................................................................. 17
VANTAGENS ...................................................................................................................... 19
DESVANTAGENS .............................................................................................................. 19
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS ................................................................................... 19
LIGAÇÕES DELTA- ESTRELA (Δ- Y) ................................................................................. 20
VANTAGENS ...................................................................................................................... 21
DESVANTAGENS .............................................................................................................. 21
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS ................................................................................... 21
2
ENSAIOS DE POLARIDADE ................................................................................................ 22
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS ................................................................................... 23
ENSAIOS EM CURTO ............................................................................................................ 24
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS ................................................................................... 24
ENSAIOS EM VAZIO ............................................................................................................. 25
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS ................................................................................... 25
RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................................ 26
DETERMINAÇÃO DAS POLARIDADES ......................................................................... 26
CONCLUSÃO .......................................................................................................................... 27
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 28
3
RESUMO
Este trabalho visa apresentar uma bancada didática construída com três transformadores
monofásicos idênticos, integrados formando sistema elétrico trifásico, com a finalidade de
possibilitar estudos práticos das características operativas com as diversas ligações trifásicas
entre transformadores.
PALAVRAS-CHAVE: transformador; ligações; ensaios; delta; estrela.
4
ABSTRACT
At this project presenting a workbench which was built with a three identical single
phase transformers integrated and forming a three-phase electrical system. We aim to provide
with this project a learning workbench for practical studies of the operational characteristics
which can be obtained with several three-phase connections between transformers.
KEYWORDS: transformers; connections; experiment; delta; star.
5
INTRODUÇÃO
O princípio de funcionamento do transformador foi descoberto por Michael Faraday, por volta
de 1831.
Este princípio é conhecido como indução eletromagnética: quando um circuito é submetido a
um campo magnético variável (que pode ser definido como uma região no espaço onde atuam
“linhas de força” sobre materiais com propriedades magnéticas), aparece nele uma corrente
elétrica cuja intensidade é proporcional ás variações do fluxo magnético. [5]
Em algumas experiências, Faraday percebeu que ao introduzir um ímã em uma bobina esta
acusava a presença de uma corrente elétrica na mesma. Este fenômeno foi caracterizado
qualitativamente e quantitativamente e deu origem à Lei da Indução de Faraday que é
expressa matematicamente como:
|𝜀| =
∆𝛷
∆𝑡
Os transformadores consistem de dois enrolamentos de fio (o primário e o secundário), que
geralmente envolvem os braços de um quadro metálico (o núcleo). Quando uma tensão
alternada é aplicada ao primário produz um campo magnético proporcional á intensidade
dessa tensão e ao número de enrolamento (numero de voltas do fio em torno do braço
metálico).
Através do metal, o fluxo magnético quase não encontra resistência e, assim, concentra-se no
núcleo, em grande parte, e chega ao enrolamento secundário com um mínimo de perdas.
Ocorre, então, a indução eletromagnética: no secundário surge uma corrente elétrica, que
varia de acordo com a corrente do primário e com a razão entre os números de espiras dos
dois enrolamentos [5].
As ligações trifásicas de transformadores são aplicadas em determinados projetos por
questões econômicas referentes aos níveis de tensão ou de corrente a serem transformados ou
então pelas características de operação e proteção que o projeto possibilita inserir ao sistema
elétrico.
Ligações do tipo delta são interessantes para sistemas de altas correntes e um sistema
com ligação tipo estrela, mais adequado para altas tensões. [4]
6
Quando um sistema elétrico possui tensão nominal maior ou igual à 115KV, ligação
ideal é do tipo estrela com neutro aterrado a fim de evitar riscos de sobre tensões indesejáveis.
Utilizando uma transformação delta do lado primário de um transformador e estrela
aterrado no secundário, estamos garantindo fonte de terra no secundário, independentemente
do tipo de sistema da fonte alimentadora. [4]
Na ligação estrela aterrada no lado primário, conectada a um sistema com neutro
isolado, também podemos obter fonte de terra ao mesmo.
As utilizações de ligações trifásicas especificam estão relacionadas também a problemas
de proteção dos sistemas elétricos, por exemplo, as concessionárias de energia elétrica não
permitem a utilização das ligações estrela aterradas na interface entre seu sistema e o sistema
do consumidor por problemas de proteção, circuitos trifásicos de distribuição de energia, já
em 13,8KV, por exemplo, devem ser do tipo neutro aterrado.
Nos sistemas elétricos industriais de média tensão, em diversos projetos optam pela
utilização de neutro isolado ou aterrado através de impedância, de forma evitar-se altas
correntes de defeitos a terra. [4]
Devido a não linearidade da relação fluxo X corrente de excitação dos núcleos
ferromagnéticos a onda senoidal de correntes ou tensões fase - neutro terá distorção, com
predominância da terceira harmônica. Essas distorções podem prejudicar o funcionamento da
carga acionada e gerando perdas adicionais ao sistema elétrico. As ligações trifásicas dos
transformadores interferem com essa característica, podendo inclusive ser utilizadas como
filtros. [4]
7
MATERIAIS E MÉTODOS
MATERIAIS
COMPONENTES USADOS PARA BANCO TRANSFORMADORES
1- Chave Margirius CS-102 Tripol
2- Cabos Flexível vermelho 750V 4mm/28 A 2 metros .
3- Cabos Flexível verde 750 V 4 mm /28A 2 metros.
4- Cabos Flexível preto 750V 4mm/28 A 2 metros.
5- Cabos Flexível Azul 750V 4mm/28 A 4 metros.
6- Contatora Steck S-D112A01M Ue = 230
7- Contatora Steck S-D112A01M Ue = 127
8- Pino banana PB 151 Marca: BBC
9- Borne B08 Marca: BBC 4mm
10- Terminal Crimper Anel AM AN24
11- Barra de ligação Sindal 212
12- Base de madeira dimensões 65 cm X 50 cm
13- Placa de Acrílico 10cm X 30cm
14- Hastes de apoio de madeira escovada 7cm X 5cm
15- Transformadores monofásicos 220/110 250 VA
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS PARA AS MEDIÇÕES
16- Osciloscópio de duplo traço
17- Pontas de prova
18- Resistor 18 ohms e 20 W (shunt)
19- Chave de fenda
20- Carga Trifásica
21- Fonte de tensão contínua variável;
22- Fonte de tensão alternada variável;
23- Voltímetro;
24- Amperímetro;
25- Wattímetro
8
MÉTODOS
CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS
Nossa bancada de teste foi desenvolvida a partir da utilização de três transformadores
monofásicos com as seguintes características:
Três transformadores monofásicos de 230 v para 115 V com 250 Va
Dados para o cálculo:
Com os valores sugeridos pelo coordenador do nosso TCC podemos calcular o
transformador e enviar os dados para o projetista confeccioná-los.
W2 = Potência de saída ou potência secundária, medida em VA.
V2 = Tensão de saída ou tensão secundária, medida em volts.
V1 = Tensão de entrada ou tensão primária, medida em volts.
CÁLCULO DAS CORRENTES PRIMÁRIAS E SECUNDÁRIAS
A corrente secundária é obtida diretamente pela relação: [1]
𝐼2 =
𝑊2
𝑉2
I2= 2,17 A
Para se calcular a corrente do primário devemos acrescentar na potência do secundário
mais 10% para termos a potência do primário para assim descontarmos as perdas por histerese
e Foucault. [1]
W1=W2+10%
W1= 275 VA
I1 =
W1
V1
I1=1,19 A
CÁLCULO DA SECÇÃO DOS CONDUTORES
Para transformadores de baixa potência é usada a densidade de corrente em: 3
A/mm².[1]
9
Secção do primário: S1
𝑆1 =
𝐼1
𝑑
S1= 0,39 mm²
Usamos fio 20 AWG cuja secção é 0,51 mm²
Secção do secundário: S2
𝑆2 =
𝐼2
𝑑
S2= 0,72mm²
Usamos fio 18 AWG cuja secção é 0,82mm².
Secção magnética do núcleo: Sm [1]
𝑆𝑚 = 7,5 ∗
√𝑊2
𝐹
Sm ≃ 16mm²
Espiras por volt: Esp/volt [1]
Sendo a frequência de 60 Hz as espiras/volt resultam:
𝐸𝑠𝑝/𝑣𝑜𝑙𝑡 =
33,5
16
Esp/volt ≃ 2
N: número de espiras
As espiras do circuito primário cuja tensão é 120 volts, resultam:
N1= 2*V1= 2*115 = 230 espiras
As espiras secundárias devem ser acrescidas de 10% a fim de compensar as quedas de
tensão, isto é:
N2 = 2 *V2 * 1.1 = 2 * 230 * 1,1 =506 espiras
Fig. 1: Esquemático do transformador construído para os cálculos do tópico
características construtivas
Fonte: Martignoni, Alfonso; Transformadores; - 8a ed. – São Paulo: Globo, 1991.
10
Estes transformadores interligados entre si, juntamente com os componentes de
proteção instalados constituem nosso banco trifásico como mostra a figura 2.
1
1
5
7
6
11
11
Fig.2: Foto da bancada de transformadores monofásicos
13
15
EXPERIÊNCIAS
As experiências que podem ser desenvolvidas são:

Ligação delta-delta (Δ - Δ);

Ligação estrela-estrela (Y – Y);

Ligação estrela- delta (Y- Δ);

Ligação delta-estrela (Δ – Y);

Ensaio de polaridade;

Ensaio em curto;

Ensaio em vazio;
11
LIGAÇÕES DELTA-DELTA (Δ - Δ)
Neste tipo de ligação as tensões de linha primárias são aplicadas diretamente as fases
primárias do transformador, as quais resultam em tensões de linha secundárias.
Ela não introduz defasem entre as grandezas elétricas do primário e sua correspondente
no secundário. [2]
Segue a relação de transformação:
𝑉1𝐴𝐵 𝑉1𝐵𝐶 𝑉1𝐶𝐴 √3𝑉1𝐹
=
=
=
=𝛼
𝑉2𝐴𝐵 𝑉2𝐵𝐶 𝑉2𝐶𝐴 √3𝑉2𝐹
A α dá-se o nome de relação de transformação. Em um transformador ideal, a relação
de transformação depende apenas da razão entre o número de espiras dos enrolamentos.
A figura 3 representa esquematicamente a ligação delta-delta
Fig. 3: Transformador Trifásico conectado em Delta-Delta.
Fonte: D.S. NOGUEIRA, D.P.ALVES, Transformadores de Potência- Teoria e Aplicação
Tópicos Essenciais, Rio de Janeiro, Abril de 2009.
Mesmo
tendo
pequenas
dissimetrias
nas
características
construtivas
dos
transformadores podemos considerar as tensões do secundário iguais e simétricas a do
primário. [2]
Quando a rede de alimentação e a carga estão equilibradas, os transformadores
conectados em delta, cada um alimenta um terço da carga total trifásica e as correntes nos
enrolamentos de cada transformador são iguais a 1/√3 vezes as intensidades das correntes de
linha no sistema. [2]
12
O agrupamento delta-delta é considerado ótimo para alimentar cargas fortemente
desequilibradas, tendo a notável característica de manter inalterada as três tensões
secundarias. [2]
VANTAGENS

A ligação em delta serve como filtro para as componentes de terceira
harmônica ou eventualmente componentes de sequência zero.

Pode ser mantido em operação mesmo quando é perdida uma das fases, ou
quando é removida uma das unidades para manutenção (no caso de bancos),
assim é possível manter a unidade trifásica reduzindo a carga para 57% da
potência nominal sem correr risco.

O fechamento em delta-delta é recomendado para altas correntes.

A transformação em delta também não introduz defasagem entre as tensões de
entrada e saída.
DESVANTAGENS

Na transformação em delta-delta, se gasta mais espiras para a confecção das
bobinas, já que estas devem receber tensão plena de linha ao passo que na
ligação estrela as bobinas devem receber tensão de linha por √3.

Não é indicado para transformadores com elevada tensão ex: 200 KV.

Não temos corrente de terra, pois esta ligação dispensa aterramentos tanto no
primário como secundário assim tem-se que instalar dispositivos para
identificar possíveis correntes de surto no sistema.
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS
- Estação banco de transformadores;
- Osciloscópio duplo traço;
- Carga Trifásica
- Multímetro
- Resistor 18 Ω 20 W (shunt)
13
LIGAÇÕES ESTRELA – ESTRELA (Y- Y)
A ligação Y-Y permite a transformação de grandezas elétricas sem alterar a defasagem
entre tensões e correntes de fase e de linha, ou seja, as tensões de linha primária estão em fase
com as tensões de linha secundárias.
O nome “estrela” (Y) vem do fato de que as tensões aplicadas aos enrolamentos, quando
representadas vetorialmente, estão dispostas com defasagem de 120° entre si, conforme
ilustrado na Figura 4: [2]
Fig.4: Diagrama fasorial das tensões aplicadas aos enrolamentos conectados em Y.
Fonte: D.S. NOGUEIRA, D.P.ALVES, Transformadores de Potência- Teoria e Aplicação
Tópicos Essenciais, Rio de Janeiro, Abril de 2009.
Fig.5: Transformador Trifásico conectado em Y-Y.
Fonte: D.S. NOGUEIRA, D.P.ALVES, Transformadores de Potência- Teoria e Aplicação
Tópicos Essenciais, Rio de Janeiro, Abril de 2009.
Para um sistema equilibrado, tem-se que:
𝑉1𝐴 𝑉1𝐵 𝑉1𝐶
=
=
=𝛼
𝑉2𝐵 𝑉2𝐵 𝑉2𝐶
A α dá-se o nome de relação de transformação. Em um transformador ideal, a relação
de transformação depende apenas da razão entre o número de espiras dos enrolamentos.
14
Ela é empregada exclusivamente em sistemas a três fios com cargas praticamente
equilibradas. Porém esta conexão pode fazer com que o sistema apresente algumas
características indesejáveis, como distorções nas tensões dos enrolamentos causadas pelas
correntes de terceiro harmônico geradas pelos fenômenos de excitação do transformador e o
desbalanceamento de correntes no caso de se alimentar uma carga não balanceada. [2]
Fato de a característica de magnetização do núcleo ferromagnético não ser linear, dessa
forma ou a onda de fluxo ou a onda de corrente apresenta distorção que examinado pela série
de Fourier, mostra a influência da componente de terceira harmônica. [2]
Para solucionar este problema devemos promover o aterramento dos neutros n1 e n2,
pois com o aterramento feito fornecemos um caminho fechado para as correntes
desequilibradas do sistema (devidas às cargas desequilibradas). [2]
A figura 6 representa esquematicamente a ligação Estrela-Estrela com neutros
aterrados:
Fig. 6: Transformador trifásico com estrela aterrado.
Fonte: D.S. NOGUEIRA, D.P.ALVES, Transformadores de Potência- Teoria e Aplicação
Tópicos Essenciais, Rio de Janeiro, Abril de 2009.
Com as ligações estrela aterrada podemos evitar o surgimento das harmônicas de
terceira ordem, que implicam em deformações na forma de onda das variações dos fluxos e,
portanto, também nas tensões por fase.
15
VANTAGENS

Conexão mais econômica para pequenas potências e altas tensões.

Uma das conexões mais fáceis de trabalhar quando for ligar em paralelo os
transformadores.

Se faltar uma fase em qualquer um dos lados, as duas remanescentes poderão
operar de modo a manter uma transformação monofásica com potência de 57%
da de quando operava com as três fases.
DESVANTAGENS

A concessionária não permite esta ligação porque atrapalha os ajustes dos relês
de neutro, pois tenho uma corrente de terra fluindo do secundário para o
primário.

Uma falta em uma fase torna o transformador incapaz de fornecer uma
alimentação trifásica.

Usados para alimentação de cargas de pequena potência.
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS
- Estação banco de transformadores;
- Osciloscópio duplo traço;
- Carga Trifásica
- Multímetro
- Resistor 18 Ω 20 W (shunt)
16
LIGAÇÕES ESTRELA-DELTA (Y- Δ)
Nesta ligação, a tensão de fase primária é transformada em tensão de linha secundária.
Portanto a relação de transformação não dependerá apenas da relação de espiras mais
também da relação entre as tensões de fase e neutro. Assim a relação de transformação será:
𝑉1𝐿 √3𝑉1𝐹
=
= 𝛼√3
𝑉2𝐿
𝑉2𝐹
Fig. 7: Transformador trifásico ligado em estrela-delta.
Fonte: D.S. NOGUEIRA, D.P.ALVES, Transformadores de Potência- Teoria e Aplicação
Tópicos Essenciais, Rio de Janeiro, Abril de 2009.
Devemos observar que este tipo de conexão causa uma defasagem de 30° entre as
tensões primárias e secundárias, o que deve ser cuidadosamente considerado ao se instalar
bancos constituídos de transformadores trifásicos em paralelo. [2]
Esta defasagem pode ser de 30° ou -30°, dependendo da sequência de fases aplicada ao
primário. Se os enrolamentos do transformador forem conectados conforme ilustrado na
figura acima, teremos as tensões primárias aplicadas na sequência direta, ou seja, A-B-C, e as
tensões de fase secundárias estarão “atrasadas” em relação às tensões de fase primárias em
30°, ou seja, houve uma defasagem de –30°. [2]
17
Defasamento angular de 30°
Figura 8: Diagrama fasorial de tensões de fase e linha primárias.
Fonte: D.S. NOGUEIRA, D.P.ALVES, Transformadores de Potência- Teoria e Aplicação
Tópicos Essenciais, Rio de Janeiro, Abril de 2009.
Defasagem 30°
Entre tensões fase e
linha
Figura 9: Diagrama fasorial de tensões de fase e linha secundárias.
Fonte: D.S. NOGUEIRA, D.P.ALVES, Transformadores de Potência- Teoria e Aplicação
Tópicos Essenciais, Rio de Janeiro, Abril de 2009.
18
VANTAGENS

Tipo de conexão que garante a possibilidade de atenuação das harmônicas

Isolamento elétrico referente às correntes de neutro entre o primário e o
secundário, já que o enrolamento em Δ não possui neutro aparente, o que é
importante para efeitos de coordenação de proteção.
DESVANTAGENS

Nas ligações estrela-delta as tensões no secundário têm um defasamento de 30°
em relação às tensões no lado primário.

A tensão de linha na conexão estrela fica adiantada em relação à tensão de
linha no delta.
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS
- Estação banco de transformadores;
- Osciloscópio duplo traço;
- Carga Trifásica
- Multímetro
- Pontas de prova;
- Resistor 18 Ω 20 W (shunt)
19
LIGAÇÕES DELTA- ESTRELA (Δ- Y)
Este tipo de ligação apresenta as mesmas características da ligação Y-Δ, sendo diferente
apenas a sua relação de transformação. Neste transformador, a tensão de linha do enrolamento
primário conectado em Δ é transformada na tensão de fase do enrolamento secundário
conectado em Y. Desta forma, a relação de transformação é: [2]
𝑉1𝐿
𝑉1𝐹
𝛼
=
=
𝐿
𝐹
𝑉2
√3𝑉2
√3
Assim como ocorre na conexão Y- Δ, o transformador Δ-Y provoca uma defasagem de
30° entre as tensões primárias e secundárias.
Na sequência direta, as tensões secundárias estarão 30° adiantadas em relação às tensões
primárias, ou seja, a defasagem será de +30°. Aplicando-se sequência inversa de fases no
primário, será observada uma defasagem de –30° nas tensões secundárias. [2]
Fig. 10: Transformador trifásico ligado em delta-estrela.
Fonte: D.S. NOGUEIRA, D.P.ALVES, Transformadores de Potência- Teoria e Aplicação
Tópicos Essenciais, Rio de Janeiro, Abril de 2009.
20
VANTAGENS

Tipo de conexão que garante a possibilidade de atenuação das harmônicas

Isolamento elétrico referente às correntes de neutro entre o primário e o
secundário, já que o enrolamento em Δ não possui neutro aparente, o que é
importante para efeitos de coordenação de proteção.

Nas ligações delta-estrela o neutro secundário é ligado ao neutro da carga.
DESVANTAGENS

Nas ligações estrela-delta as tensões no secundário têm um defasamento de 30°
em relação às tensões no lado primário.

A tensão de linha na conexão estrela fica adiantada em relação à tensão de
linha no delta.
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS
- Estação de banco de transformadores;
- Osciloscópio duplo Traço;
- Carga trifásica;
- Multímetro;
- Pontas de prova;
- Resistor de 18 Ω 20 W;
21
ENSAIOS DE POLARIDADE
A identificação da polaridade dos terminais dos enrolamentos de um transformador
monofásico indica quais são os terminais positivos (polares) e negativos (não polares) em um
determinado instante.
Em um transformador, terminais de mesma polaridade significam que a polaridade de
um lado induz tensão do polaridade para o não polaridade do outro lado em fase com o
mesmo.
A corrente que penetra no polaridade de um lado corresponde a uma corrente saindo
pelo polaridade do outro lado em fase com a mesma.
A polaridade é importante para garantir o correto sentido de corrente, ou seja, para que
entre as outras bobinas (em um sistema trifásico) estejam no mesmo sentido. Caso uma delas
esteja invertida, o campo magnético irá se impor em sentido contrário, sendo assim as tensões
ficarão desequilibradas. [3]
Ela é consultada quando os transformadores são conectados em paralelo para fornecer à
mesma potência a carga. Uma das condições para efetuar o paralelismo é que o transformador
apresente o mesmo defasamento angular entre o secundário e o primário.
E caso a polaridade seja invertida o transformador, apresentará uma variação nesse
defasamento. A condição fundamental para que os transformadores possam trabalhar em
paralelo, é que os terminais a juntar entre si se encontrem em todos os instantes ao mesmo
potencial. [3]
Se os sentidos destas tensões forem iguais, diz-se que o transformador possui
polaridade subtrativa; caso sejam contrárias, a polaridade é aditiva.
Figura 12: Diagrama de tensões para teste de polaridade
Nogueira, Luiz Roberto – Conversão Eletromecânica de Energia –Caderno do curso de
Engenharia Elétrica- 2013.
22
As experiências que podem ser desenvolvidas para determinar a polaridade são:

Método de golpe indutivo com tensão contínua
Consiste na aplicação de um pulso de tensão continua em um dos enrolamentos do
transformador. E na medição, através de um multímetro apropriado para medir tensão
contínua DC. No caso do multímetro indicar tensões no mesmo sentido este possui
polaridades aditivas e no caso de sentidos opostos polaridade subtrativa. [3]

Método de tensão alternada
O método da corrente alternada consiste em aplicar uma tensão alternada aos terminais de
tensão lado alta (230 V) com um voltímetro entre esses terminais e medem-se as tensões no
terminal de baixa tensão (115 V) e entre os dois terminais. [3]
Sendo V1, V2 e V3 respectivamente as tensões nos terminais de alta tensão, de baixa tensão e
entre os dois terminais, temos que:
Se V3 = V1 - V2; - Polaridade subtrativa
Se V3 = V1 + V2; - Polaridade aditiva
Figura 13: esquema do método de corrente alternada
Transformadores Teorias e Ensaios; José Carlos de Oliveira, João Roberto Cogo, José
Policarpo G.de Abreu; Edgard Blücher Ltda.
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS
- Estação banco de transformadores;
- Multímetro;
- Pontas de prova;
- Fonte de tensão contínua variável;
- Fonte de tensão alternada variável;
23
ENSAIOS EM CURTO
A operação ou ensaio em curto-circuito de um transformador na condição ideal visa
demonstrar as perdas reais no cobre das bobinas, também chamadas de enrolamentos dos
terminais primário e secundário nos transformadores, queda de tensão interna (ΔV) e
impedância, resistência e reatâncias percentuais (Z%,R% e X%).
Este ensaio é realizado para a determinação dos elementos série do modelo do
transformador. O procedimento consiste em manter os terminais do secundário em curtocircuito e, em seguida, aplicar no primário uma tensão tal que provoque a circulação de
corrente nominal no secundário. Como a impedância série equivalente do transformador é
pequena, uma tensão de cerca 15% da tensão nominal do primário é, em geral, suficiente para
estabelecer corrente nominal no secundário. Deve-se atentar para a tensão aplicada, já que
uma tensão elevada demais provocará uma elevada corrente no enrolamento em curto,
queimando o transformador. [4]
Fig. 14: Circuito equivalente de um transformador monofásico
Fonte: Nogueira, Luiz Roberto – Conversão Eletromecânica de Energia –Caderno do curso
de Engenharia Elétrica- 2013.
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS
- Estação banco de transformadores;
- voltímetro;
- amperímetro;
- Fonte de corrente alternada variável;
24
ENSAIOS EM VAZIO
No caso do ensaio a vazio, ele serve para descobrir as perdas no núcleo no
transformador, o procedimento a ser feito nessa ligação é elevar a tensão até que ela chegue
no valor de tensão nominal do transformador, a potência que vai aparecer no watímetro, Pca
(potencia de circuito aberto) será o valor de perda no núcleo. [5]
Com este ensaio pretende-se demonstrar fatores importantes que contribuam para o
perfeito entendimento comportamental dos transformadores na transformação de energia
(formato não senoidal da corrente em vazio e a corrente transitória de magnetização), pois
nesta condição não há perdas na transformação de energia (perdas por efeito Joule, perdas no
ferro do transformador e não há fluxo). “O fluxo alternado, no núcleo, determina uma perda
devido aos fenômenos de histerese, correntes parasitas e saturação magnética do ferro”. [5]
Tais perdas podem ser facilmente explicadas pela lei de Faraday, que define que, se o
núcleo de um transformador é sujeito a um fluxo de tensão alternada, nele serão induzidas
forças eletromotrizes.
Determinação das perdas no núcleo
Fig.15: circuito equivalente para ensaios em vazio
Fonte: Pinto, Joel Rocha- Conversão Eletromecânica de Energia- 1a Edição, São Paulo,
Biblioteca 24 horas, 2011.
EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS
- Estação banco de transformadores;
- voltímetro;
- amperímetro;
-Wattímetro
- Fonte de corrente alternada variável;
25
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Com os experimentos possíveis realizados na faculdade podemos verificar algumas
características das ligações trifásicas bem como a determinação das polaridades dos
transformadores. Não foi possível no primeiro momento realizar outros ensaios com a
supervisão do orientador devido à falta de instrumentação adequada no laboratório.
DETERMINAÇÃO DAS POLARIDADES
A polaridade é importante para garantir o correto sentido de corrente, ou seja, para que
entre as outras bobinas (em um sistema trifásico) estejam no mesmo sentido. Caso uma delas
esteja invertida, o campo magnético irá se impor em sentido contrário, sendo assim as tensões
ficarão desequilibradas.
ESQUEMA ELÉTRICO:
Fig.16: Ligação para um transformador monofásico.
Fonte: Nogueira, Luiz Roberto – Conversão Eletromecânica de Energia –Caderno do curso de
Engenharia Elétrica- 2013.
RESULTADOS DA LEITURA:
1° TRANSFORMADOR: 345 V (entre H2 e terminal lado de baixa).
2° TRANSFORMADOR: 341 V (entre H2 e terminal lado de baixa).
Assim observamos que o 1° transformador foram enrolados em sentido opostos as
expiras do primário e secundário bem como no segundo e terceiro transformador.
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CONCLUSÃO
Ao final do trabalho conseguimos afirmar que:
Com a montagem da estação de banco de transformadores juntamente com o
conhecimento adquirido em sala de aula, nos possibilitou uma melhor compreensão da
matéria de Conversão de Energia que aborda este tema de maneira relevante e como podemos
utilizar os transformadores para diferentes tipos de ligações bem como adequá-los a
necessidade do momento, compreendendo quais as vantagens e desvantagens para diferentes
tipos de ligações que flexibilizam um banco de transformadores monofásicos.
Acreditamos que está estação de banco de transformadores para ligações trifásicas, será
um importante instrumento didático do laboratório de Conversão de Energia, que irá
beneficiar as futuras turmas do curso de engenharia elétrica.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Martignoni, Alfonso; Transformadores; - 8a ed. – São Paulo: Globo, 1991.
[2] D.S. NOGUEIRA, D.P.ALVES, Transformadores de Potência- Teoria e Aplicação
Tópicos Essenciais, Rio de Janeiro, Abril de 2009.
[3] Transformadores Teorias e Ensaios; José Carlos de Oliveira, João Roberto Cogo, José
Policarpo G.de Abreu; Edgard Blücher Ltda.
[4] Nogueira, Luiz Roberto – Conversão Eletromecânica de Energia –Caderno do curso de
Engenharia Elétrica- 2013.
[5] Pinto, Joel Rocha- Conversão Eletromecânica de Energia- 1a Edição, São Paulo,
Biblioteca 24 horas, 2011.
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