transformers
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Importância dos Trafos
12 ~ 25kV 110 ~1000kV
12 ~ 34,5kV
Unidade
TransformadoraSubestação
Transformadora
Transformação de
Distribuição
Tipos e Construção
Variar o nível de tensão
Amostragem de tensão
Amostragem de corrente
Transformação de Impedância
O Transformador Ideal
in outS S=
primário secundário
Volts Volts=
espira espira
1 2 1 1 2
1 2 2 2 1
V V V N Ia
N N V N I= Þ = = =
Ex 2.1 [1]
Um sistema monofásico consiste de um gerador de 480 V / 60 Hz, alimentando uma carga Zload = 4 + j3 , através de uma linha de transmissão de impedância Zline = 0,18 + j0,24 .
a. Qual é tensão nos terminais da carga? Qual a perda na linha de transmissão.
b. Suponha um transformador elevador 1:10 é colocado entre o gerador e a linha de transmissão e um transformador abaixador 10:1 é colocado entre a linha e a carga. Qual será a nova tensão da carga? Qual a perda na linha de transmissão agora?
Transformadores Reais
ind
d de N
dt dt= = ×
1( )ind P
P
de N v t dt
N dt N= Þ = × Þ = × ×ò
Fluxo por espira
Fluxos
(
( )
)
( )
(
( ) ( ) (
)
)
( ) (
)
( )
S M LS
LSM
P M LP
M
S S S
S
LPP P P
P P LP
P P
S
S L
S
S
ddv t N N
dt dt
v
d dv t N N
dt dt
v t e t e
e t Na
t e t e
N
t
t
t
e
= +
= × + ×
= +
= +
= × + ×
= +
= =
Corrente de perdas e de fluxo
Corrente de Perdas em
fase com a tensão
Corrente de
Magnetização atrasada
de 90º da tensão
i
Ex 2.2 [1]
O circuito equivalente de um trafo de 20 kVA,
8000/240 V, 60 Hz deve ser determinado. Os dados
dos ensaios de curto-circuito e circuito aberto são os
que seguem:
Circuito Aberto Curto-Circuito
VOC = 8000 V VSC = 489 V
IOC = 0,214 A ISC = 2,5 A
POC = 400 W PSC = 240 W
Sistema Por unidade (pu) [2]
Valores Típicos
Req ≈ 0,001 pu
Xeq ≈ 0,01~ 0,02 pu
Rc ≈ 50~200 pu
Xeq ≈ 10~ 40 pu
Conversão entre bases
Ex 2.3 [1]
Para o circuito da figura (Vbase = 480 V, Sbase = 10 kVA, no gerador):
a. Encontre as grandezas base.
b. Converta o sistema abaixo para pu.
c. Encontre a potência fornecida a carga.
d. Encontre a perda de potência na linha.
Ex 2.4 [1]
Desenhe o diagrama aproximado do modelo do
transformador do Ex 2.2. Use os dados nominais do
transformador como valores base.
Regulação de Tensão e Eficiência
,nl ,fl
,
,fl
,fl
,pu ,pu
,pu
S S
S fl
PS
S
P S
S
V VVR
V
VV
aVRV
V VVR
V
-=
-
=
-=
out
in
out
out losses
out
out Fe Cu
P
P
P
P P
P
P P P
=
=+
=+ +
Ajuste dos Taps!
Ex 2.5 [1]
Um trafo de 15 kVA, 2300/230 V é testado para
determinar suas impedâncias e sua regulação de
tensão. Os dados de teste que seguem foram
retirados do lado primário do transformador.
Ex 2.5 [2]
a. Encontre o circuito equivalente deste
transformador referido a AT.
b. Encontre o circuito equivalente deste
transformador referido a BT.
c. Calcule a regulação de tensão com cargas 0,8
atrasada, em fase e 0,8 adiantada.
d. Plote a regulação de tensão destas cargas desde
carga zero até carga máxima.
Ex 2.6 [1]
Um transformador de distribuição de 500 kVA,
13.200/480 V tem 4 taps de 2,5 % em seu
enrolamento primário. Qual é o valor da tensão para
este transformador para cada um dos taps
selecionados?
O Autotransformador
Mudanças pequenas de tensões
220 / 127 V
13,2 / 13,8 kV
Correção de quedas de
tensão nas linhas
Características do AutoTrafo
Percentual de sobregarga
Não-isolação entre primário
e secundário
Relação de transformaçãoCL
H SE C
NV
V N N=
+
IO SE C
W SE
S N N
S N
+=
Windings
In/Out
Common
SEries
Ex 2.7 [1]
Um trafo de 100 VA é conectado como autotrafo. Determine:
a. Qual a tensão do secundário do trafo e do autotrafo?
b. Qual é o limite de potência a ser fornecida neste modo de
operação?
c. Calcule o percentual de sobrecarga deste autotrafo comparado ao
trafo.
Ex 2.8 [1]
Um trafo de 1000 kVA, 12/1,2 kV, 60 Hz tem sua
impedância série Z=0,01+j0,08 pu. Este trafo é ligado
como autotrafo 13,2/12 kV. Nestas condições pede-
se:
a. Qual a potência nominal
do autotrafo?
b. Qual a impedância do
autotrafo em pu?
Conexão Y-Y [2]
1. Se as cargas estiverem desbalanceadas, estão as
tensões serão severamente afetadas
2. Tensões com conteúdo de 3º harmônico
• Soluções:
a) Aterrar solidamente o neutro dos
transformadores
b) Ligar enrolamento terceário em delta.
Força auxiliar para
a subestação
Pouco utilizado na prática!
Ex 2.9 [1]
Um trafo 3 de 50 kVA, 13.800/208 V, D-Y tem uma
resistência de 1 % e uma reatância de 7 %.
a. Qual a impedância do transformador referida a AT?
b. Calcule a regulação de tensão com uma carga
com FDesl 0,8 indutivo usando valores absolutos.
c. Idem item (b) com valores em pu.
dividir por três a
potência
Transformações Trifásicas Utilizando dois
Transformadores
aberto (V-V)
2. Y aberto –
3. Scott T
4. Trifásico T
aberto (V-V) [3]
60 10 20I I IÐ °- ÐÐ =° °
( )
( ) ( )
DELTA
1
DELTA ABERTO
3 3
2 2
DELTA ABERTO
DELTA
3 cos 30 30 3
cos 30 60 cos 150 120 3
3 10,577, não 66,7 %
3 3
FDesl
FDesl FDesl
P V I V I
P V I V I V I
V IP
P V I
=
= =
= × × × °- ° = × ×
= × × °- ° + × × °- ° = × ×
× ×= = =
× ×
Limitações dos Transformadores e
Problemas Correlatos
Potência
Tensão
Corrente
Freqüência
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
maxmax
1
1sen
cos
sen
P
M
P
M
P
M
P
t v t dtN
t V t dtN
Vt
v t
V
V
N
t
tN
= × ×
= × × × ×
= - × ×
= × ×
=
×
×
ò
ò
O fluxo máximo é
diretamente
proporcional a
tensão máxima
maxmax
P
V
N=
×
Acima do ponto de saturação, um
pequeno incremento na tensão ou
redução na freqüência pode resultar
em uma corrente de magnetização
inaceitável
Ex 2.10 [1]
Um trafo monofásico de 1 kVA, 230/115 V, 60 Hz tem
850 espiras no enrolamento primário e 425 espiras no
secundário.
a. Plote a corrente de
magnetização a
230 V, 60 Hz. Qual
será seu valor rms?
b. Idem para 230 V,
50 Hz
Ex 2.10 [2]
mag_curve_1.dat
Planilha que da origem a curva de
magnetização
mag_current.m
Programa que plota a corrente de
magnetização em função do tempo
( ) ( ) ( )maxmax
maxmax
1sen cos
P P
P
Vdv t N V t dt t k
dt N N
V
N
= × Þ = × × × × Þ = - × × +×
=×
ò
Inrush (melhor caso)
Tensão da rede
Fluxo máximo( ) ( )senMv t V t= × × +
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 5 10 15 20 25 30 35
Fluxo e Tensão
Tempo
Fluxo Tensão
O melhor
caso é
quando k=0 Regime
Permanente
Inrush (pior caso)
( )
( )
( ) ( )
0
0
1sen
cos
1 1
2
M M
P
MM
P
MM
P
MM
P
V t dtN
Vt
N
V
N
V
N
= × × × ×
= - × ××
é ù= - × - -ë û×
×= -
×
ò
maxmax
P
V
N=
×
em regime
O fluxo máximo ocorre
após a integral que cobre a
maior área = área de meio
ciclo do cosseno
dobrar o fluxo além do ponto de saturação
significa aumentar em muito a corrente!