texto introdutório ao 3.º ensaio

Transformador Monofásico [de Isolamento]
Resposta em carga U2 = f (I2), com U1 = constante e com vários tipos de
carga (óhmica, indutiva e capacitiva).
Determinação da tensão de curto-circuito UK (tensão de impedância) e a
tensão de curto-circuito relativa uk.
3.1. - Resposta em carga
No caso de um transformador em carga, a distribuição do fluxo magnético deixa de ser
totalmente concentrada no núcleo de ferro. Os fluxos magnéticos criados pelas correntes nos
enrolamentos de entrada e de saída são opostos um ao outro. Daqui, resulta uma porção de
linhas de fluxo magnético que escapam do núcleo de ferro e formam um circuito fechado pelo
ar em volta do respectivo enrolamento, que induz esse fluxo (ver fig. 1). Este fluxo é chamado
- fluxo de dispersão. Os enrolamentos penetrados por este fluxo de dispersão, agem como
indutores. Assim, um transformador pode ser considerado como um gerador de tensão alterna,
cuja impedância interna é constituída por uma resistência e por uma indutância (ver fig. 2).
Fig. 1 - Fluxo magnético no transformador
em carga
Fig. 2 - Esquema, simplificado,
equivalente do transformador
O transformador em vazio, gera uma tensão U20. Em carga, existem quedas de tensão
óhmicas e indutivas, que ocorrem ao longo das impedâncias internas do transformador. A
tensão aos terminais do transformador em carga é dependente da carga.
3.2. - Tensão de curto-circuito (ou tensão de impedância)
A tensão de curto-circuito UK é uma medida para a máxima queda de tensão (à carga
nominal) que ocorre no transformador. Aqui a tensão em questão, é a tensão aplicada no
enrolamento de entrada do transformador, quando o enrolamento de saída é curto-circuitado
(ver fig. 3). Estas tensões podem ser graficamente desenhadas pelo chamado triângulo de
Potier (ver fig. 4).
Fig. 3 - Montagem experimental para a medida
da tensão de curto-circuito
Fig. 4 - Triângulo das impedâncias
( Triângulo de Potier)
Assim, no caso do transformador em carga (ver fig. 5), a adição geométrica das quedas
de tensão nas impedâncias internas do transformador à tensão na carga (U2 - tensão aos
terminais do transformador), dão a tensão em vazio (U20). Os diagramas de desfasamento
desenhados na fig. 6 estão dependentes da relação entre as fases da corrente I2 e da tensão em
vazio U20. Consequentemente, uma carga indutiva gera normalmente uma queda maior da
tensão U2 do que numa carga óhmica. Em contraste, a carga capacitiva causa um aumento de
tensão aos terminais do secundário. Esta dependência é mostrada na fig. 7.
Fig. 5 - Esquema equivalente, simplificado, de um transformador em carga.
Fig. 6 - Diagramas vectoriais para a determinação da tensão U2 aos terminais de secundário.
Fig. 7 - Tensão de saída para várias
cargas do transformador.
3.3. - Tensão de curto-circuito relativa
Na prática a tensão de curto-circuito é dada em percentagem, relativamente à tensão
nominal do transformador:
∆U
uK =
⋅100%
U1N
Como o explicado em 3.2., a tensão de saída do transformador em carga pode mudar
pelo aumento da tensão de curto-circuito relativa uK. Isto também é uma medida da
impedância interna ZK do transformador:
U
ZK = K
I1N
A resistência óhmica do transformador não pode ser tão elevada como se quer, devido
ao calor provocado pelas perdas que isto causa. Por outro lado, a reactância indutiva do
transformador pode ser alterada largamente por intermédia do fluxo magnético de dispersão.
O desenho do núcleo magnético e o arranjo dos enrolamentos têm aqui um papel significativo.
Isto faz com que o transformador seja bem adaptado para cada aplicação:
• Uma pequena tensão de curto-circuito resulta numa pequena queda de tensão em
carga. Aqui, nós falamos de transformadores de tensão inflexível, como por exemplo, no caso
requerido para redes de conexão de transformadores. Naturalmente, estes transformadores
estão expostos ao perigo de curto-circuito, porque no caso de curto-circuito, no lado de saída,
a tensão aplicada no primário causa grandes correntes.
• Transformadores com grande tensão de curto-circuito são completamente diferentes.
Em carga eles respondem com uma grande queda de tensão. Estes transformadores são
chamados de tensão flexível. Um curto-circuito de secundário não causa subidas significativas
de corrente. Estes transformadores são à prova de curto-circuito. Este tipo de resposta é
requerido no caso de transformadores de ignição, entre outros.
Fig. 8 - Resposta em carga de transformadores de tensão flexível e inflexível.
Tipo de transformador
Tensão de curto-circuito uK em %
Conversor de tensão
Transformador trifásico
Ligação de redes [Postos de transformação]
Transformador de isolamento
Transformadores de campainhas
Autotransformadores
Transformadores de ignição
<1
4a8
8 a 10
10
40
70
100
Fig. 9 - Tabela das tensões de impedância de vários transformadores
Transformadores com potências nominais acima de 16 KVA, indicam a tensão de
curto-circuito relativa na placa de características (Ver fig. 10).
16
6000
2,8
4,5
230
70
1990
50
S1
li0
Fig. 10 - Placa de características do transformador monofásico (de isolamento)