Conversão de Energia I

Departamento de Engenharia Elétrica
Conversão de Energia I
Aula 2.4
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
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Rendimento
Relação, geralmente expressa em percentagem, entre a potência ativa
fornecida a carga e a potência recebida da fonte.
Psaída
η=
Pentrada
Onde:
Psaída = Potência útil fornecida a carga;
Pentrada = Potência útil recebida da fonte;
η = Rendimento.
Pentrada = Psaída + Penrol + Pnúcleo
Onde:
Penrol = Req,A.IA2 = perdas por efeito joule no enrolamento primário e
secundário;
Pnúcleo = Perdas no núcleo;
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Regulação de transformadores
A regulação de tensão é a variação da tensão do secundário quando se
passa da condição de sem carga para carga total, com a tensão do
primário mantida constante. Geralmente expressa em porcentagem da
Λ
Λ
tensão de carga.
V 1, A − V
R egulação% =
Onde:
⋅ 100
Λ
V
2, A
2, A
Λ
V 1, A = Módulo da tensão no primário ( referida ao lado de alta tensão)
Λ
V
2,A
= Módulo da tensão na carga (referida ao primário) operando com carga
nominal.
Toda concessionária de energia deverá fornecer uma tensão primária
constante. Se a tensão no primário fosse mantida constante e a Λcarga
removida, a tensão do secundário em circuito aberto se elevaria de V 2, A até
um valor de VΛ 1A , REFERIDA ao lado de ALTA tensão.
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Autotransformadores
Quando os dois enrolamentos de um transformador monofásico
convencional são conectados em série, tem-se um autotransformador.
A desvantagem dessa conexão é a perda de isolamento elétrico entre os
enrolamentos
A vantagens:
- Tamanho menor do núcleo do autotransformador quando comparado com
o tradicional transformador de dois enrolamentos;
- Aumento da eficiência e melhor regulação de tensão;
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Autotransformadores
Autotransformador abaixador
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Autotransformadores
Autotransformador elevador
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Autotransformadores
A relação entre as tensões dos terminais do autotransformador ideal é:
VA E1 + E2
=
VB
E2
As relações entre tensão e corrente nos dois enrolamentos são validas para
o autotransformador.
Manipulando a equação obtemos então:
VA
E1
N1 N1 + N2
= 1+ = 1+ =
VB
E2
N2
N2
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Autotransformadores
Considerando o autotransformador ideal, a corrente de excitação é nula,
ficando a corrente no lado da alta tensão da seguinte forma.
N2
I A = I1 =
⋅ I2
N1
A corrente no lado de baixa tensão é a soma das corrente nos
enrolamentos.
I B = I1 + I 2
A relação entre as correntes fica da seguinte forma
IA
I1
N1
=
=
I B I1 + I 2 N1 + N 2
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Autotransformadores
A potência aparente do autotransformador ideal é determinada por:
Sauto = VA ⋅ I A = (E1 + E2 ) ⋅ I1
A potência aparente de um transformador convencional
Sconv = E1 ⋅ I1 = E2 ⋅ I2
A relação entre essas duas potências fica da seguinte forma:
Sauto
E2
= 1+
Sconv
E1
Manipulando a equação
E2
Sauto = Sconv + Sconv ⋅
E1
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Autotransformadores
A relação entre as potências do transformador convencional e do
autotransformador.
E2
Sauto = Sconv + Sconv ⋅
E1
A partir da relação de potência dos transformadores, tem-se qual a parcela
de potência transferida diretamente Sauto+ pelo autotransformador, ou seja,
não por indução magnética é dada por:
E2
Sauto+ ≈ Sconv ⋅
E1
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Exercício
O transformador de 50kVA, 2.400/240 [V], é ligado como um
autotransformador como mostrado na figura abaixo, na qual ab é o
enrolamento de 240 [V] e bc é o enrolamento de 2.400 [V]. Supõe-se que o
enrolamento de 240 [V] tenha isolação suficiente de modo que ele pode
resistir a uma tensão de 2.640 [V] em relação à terra.
a) Calcular as tensões nominais VA e VB nos lados de alta tensão e baixa
tensão, respectivamente, quando o transformador é ligado como
autotransformador;
b) Calcular a potência aparente
nominal
como
autotransformador;
c) Considerando as perdas totais
igual a 803 [W], Determine o
rendimento a plena carga como
autotransformador, com fator de
potência 0,80.
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