Conversão de Energia I

Departamento de Engenharia Elétrica
Conversão de Energia I
Aula 2.3
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
Aspectos de Engenharia da Análise de Transformadores
•Analises de Engenharia muitas vezes precisa-se fazer
algumas aproximações.
•Cálculos podem ser simplificados fazendo considerando
circuitos aproximações.
•Circuito equivalente T versus circuito equivalente L
• Transformadores de grande porte: Impedância de ramo de excitação é
Normalmente bem elevado, a corrente de excitação é bem pequena:
Ausência da queda de tensão causada pela corrente de excitação na
impedância de dispersão são insignificantes.
•Desconsideração da corrente de excitação por completo
•Transformador de grande porte
Req<< Xeq e
frequentemente pode ser desconsiderada.
• Se a V, I são determinados por circuitos externos ao trafo, e
um alto grau de exatidão não é exigido, pode-se desprezar
por completo a impedância do trafo e considera-lo ideal.
Circuitos equivalentes aproximados de transformadores
Exemplo 2.3.1: Considere o circuito equivalente T
do transformador de distribuição, com 50 kVA e
2400:240
do exemplo 2.2.1, no qual as
impedâncias
estão referidas ao lado de alta
tensão.
(a)Desenhe o circuito equivalente L com o ramo
em derivação nos terminais de alta tensão.
(b)Com os terminais de baixa tensão em aberto, e
2400 V aplicados ao terminais de alta tensão,
calcule a tensão nos terminais de baixa tensão
para cada tipo de circuito equivalente.
Exemplo 2.3.2
Um transformador monofásico abaixador 1,2 [kVA] tem a vazio as tensões
120/12 [V], frequência de 60 [Hz], 0,1 [Ω] de resistência equivalente e 1,5
[Ω] de reatância equivalente no primário e 0,001 [Ω] de resistência
equivalente e 0,014 [Ω] de reatância equivalente no secundário. Para uma
carga com fator de potência 0,85 indutivo, operando com corrente nominal
no secundário, a tensão terminal atingiu 11 [V]. Desprezando a corrente de
excitação, calcule:
a) Qual a defasagem angular entre a tensão induzida no secundário e a
tensão na carga (tomar a tensão na carga como referencia)?
b) A tensão aplicada ao primário do transformador para a condição de
carga especificada?
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Ensaio de curto-circuito e de circuito aberto
Dois ensaios servem para determinar as constantes do circuito
equivalente e as perdas do transformador.
Esses ensaios consistem em medir a tensão, a corrente e a
potência de entrada no primário, inicialmente com o secundário
curto-circuitado, e depois com o secundário em circuito aberto.
Ensaio de curto-circuito
•Pode ser usado para encontrar a impedância equivalente em
série.
•impedância equivalente em série é relativamente baixa, uma
tensão da ordem de 10 a 15% ou menos do valor nominal,
aplicada ao primário, resultará na corrente nominal.
•A baixa tensão de alimentação provoca uma baixa densidade
de fluxo no núcleo, assim a corrente de excitação e as perdas
no núcleo são desprezíveis
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Ensaio de curto-circuito e de circuito aberto
Procedimento do ensaio de curto-circuito
Ajusta-se a tensão primária para fornecer a corrente nominal para o
transformador. Normalmente toma-se o lado de alta tensão como primário.
Fornecendo a corrente nominal para o transformador tem-se VCC (no
voltímetro) tensão de curto circuito, ICC (no amperímetro) corrente de curtocircuito e PCC (no Wattímetro) potência de curto-circuito.
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Ensaio de curto-circuito e de circuito aberto
Ensaio de circuito aberto
Com a tensão nominal no primário e o secundário aberto, a
corrente no primário é a corrente de excitação do núcleo mais
a corrente necessária para suprir as perdas no núcleo.
Como a corrente é muito menor que a nominal a queda de
tensão na indutância de dispersão é desprezível.
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Ensaio de curto-circuito e de circuito aberto
Procedimento do ensaio de circuito aberto
Ajusta-se a corrente primária para fornecer a corrente nominal para o
transformador. Normalmente toma-se o lado de baixa tensão como primário.
Fornecendo a corrente nominal para o transformador tem-se Vca (no
voltímetro) tensão de circuito aberto, Ica (no amperímetro) corrente de
circuito aberto e Pca (no Wattímetro) potência de circuito aberto.
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Ensaio de curto-circuito e de circuito aberto
Procedimento do ensaio de circuito aberto
Ensaio de circuito aberto: serve para obter as perdas no núcleo, calculo
do rendimento, corrente de excitação, relação de espiras.
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Exemplo 2.3.3)
Com os instrumentos colocados no lado de alta tensão e o lado de baixa
tensão em curto-circuito, as leituras do ensaio de curto-circuito para o
transformador de 50kVA, 2.400:240 [V] são 48 [V], 20,8 [A] e 617 [W]. De
um ensaio de circuito aberto, em que foi alimentado o lado de baixa
tensão, resultam leituras nos instrumentos neste lado de 240 [V], 5,41 [A] e
186 [W].
a) Determine o circuito equivalente completo desse transformador.
b) Determine o rendimento e a regulação de tensão a plena carga com
um fator de potência de 0,80 indutivo
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