Autotransformadores: Funcionamento, Tipos e Aplicações em Engenharia Elétrica

CONVERSÃO DE ENERGIA AUTOTRANSFORMADORES UNISUAM Engenharia Elétrica Prof Cláudio M N A Pereira claudiopereirasouunisuamcombr claudiomnapereiragmailcom Autotransformador Um autotransformador é definido como um transformador que só tem um enrolamento Assim um transformador de enrolamentos múltiplos pode ser considerado um autotransformador se todos os seus enrolamentos são ligados em série em adição ou oposição para formar um único enrolamento Autotransformador abaixador Autotransformador elevador I2 I1 Ic I1 Ic I2 Autotransformador variável Variac Consiste de um simples enrolamento praticado no núcleo de ferro toroidal conforme o desenho abaixo O variac tem uma escova de carvão solidária a um eixo rotativo que faz contato com as espiras expostas do enrolamento do autotransformador Autotransformador variável O autotransformador abaixo permite seu uso como elevador ou abaixador Isto é impossível ocorrer em um potenciômetro Trafo isolado como Autotransformador Transformador isolado ligado como autotransformador elevador utilizando polaridade em adição Exemplo Transformador de 10kVA 1200V120V Trafo isolado como Autotransformador Operando como abaixador Trafo isolado como Autotransformador Operando como elevador Autotransformador x Trafo Convencional 1 O aumento da capacidade em kVA de um autotransformador Menor tamanho quando comparado a um transformador isolado comum de mesma capacidade 2 O autotransformador é capaz de transferir mais energia do primário ao secundário quando comparado a um transformador isolado No transformador isolado comum não há ligação condutiva entre os circuitos primário e secundário Nesse caso toda energia recebida pelo primário deve ser transformada para atingir o secundário Em um autotransformador parte da energia pode ser transferida condutivamente do primário para o secundário e o restante da energia transferida por ação de transformação A energia transferida condutivamente representa o acréscimo da capacidade em kVA 3 O autotransformador tem tamanho reduzido devido ao fato de transferir parte de seus kVA por condução por isso suas perdas no núcleo são menores Autotransformador x Trafo Convencional 4 O autotransformador possui apenas um enrolamento por definição em comparação aos dois do transformador convencional isolado Além disso a corrente que circula no enrolamento comum ao circuito primário e secundário é a diferença entre as correntes desses dois circuitos Estes dois fatores um só enrolamento e a menor corrente tendem a reduzir as perdas variáveis perdas no cobre 5 Os autotransformadores tem mais rendimento que os transformadores convencionais isolados de mesma capacidade e esse rendimento do autotransformador aumenta à medida que a relação de transformação se aproxima da unidade Autotransformador x Trafo Convencional Se os autotransformadores são tão superiores em relação aos transformadores convencionais isolados por que não se utilizam apenas autotransformadores Resposta Se houver uma falta de tensão no primário ou no secundário de um transformador isolado devido a algum circuito aberto não aparecerá tensão nos terminais da carga e logo que possível o enrolamento será substituído após ser constatada a falha No autotransformador equivalente as junções A e B carregam as correntes mais altas e portanto desenvolvem pontos aquecidos que podem resultar em circuitos abertos Uma abertura no ponto B faz com que a carga receba uma tensão igual a do primário V1 62 Um autotransformador monofásico 240kVA 6000V 4000V 60Hz está operando como abaixador à plena carga e com fator de potência 09 adiantado Calcule a potência a Transferida condutivamente Resp 160kVA b Transformada Resp 80kVA 62 Um autotransformador monofásico 240kVA 6000V 4000V 60Hz está operando como abaixador à plena carga e com fator de potência 09 adiantado Calcule a potência a Transferida condutivamente Resp 160kVA b Transformada Resp 80kVA a Sc V2I1 Exercícios a Sc V2I1 I1 SnV1 240k6k 40A Exercícios a Sc V2I1 I1 SnV1 240k6k 40A Sc 4000 40 160kVA Exercícios a Sc V2I1 I1 SnV1 240k6k 40A Sc 4000 40 160kVA b St V2Ic Exercícios a Sc V2I1 I1 SnV1 240k6k 40A Sc 4000 40 160kVA b St V2Ic I2 I1 Ic Ic I2 I1 I2 240k4k 60A Exercícios a Sc V2I1 I1 SnV1 240k6k 40A Sc 4000 40 160kVA b St V2Ic I2 I1 Ic Ic I2 I1 I2 240k4k 60A Ic 60 40 20A St 4000 20 80kVA 63 Um autotransformador monofásico 300kVA 69kV 345kV 60Hz operando como elevador à um quarto da carga nominal têm no enrolamento primário 3000 espiras Calcule a A corrente primária Resp 21739A b O número de espiras do enrolamento série Resp 3000 espiras c O número de espiras do enrolamento comum Resp 3000 espiras d A potência transformada Resp 375kVA e A potência transferida condutivamente Resp 375kVA Exercícios a I1 Sn4V1 300k4345 I1 21739A Exercícios a I1 Sn4V1 300k4345 I1 21739A b N2N1 69345 N2 6000 Ns N2 N1 3000 c Nc N1 3000 Exercícios d St V1Ic I1 I2 Ic a I1 Sn4V1 300k4345 I1 21739A b N2N1 69345 N2 6000 Ns N2 N1 3000 c Nc N1 3000 Exercícios d St V1Ic I1 I2 Ic I2 75k69k 108695A a I1 Sn4V1 300k4345 I1 21739A b N2N1 69345 N2 6000 Ns N2 N1 3000 c Nc N1 3000 Exercícios d St V1Ic I1 I2 Ic I2 75k69k 108695A Ic I1 I2 108695A St 345k 108695 375kVA a I1 Sn4V1 300k4345 I1 21739A b N2N1 69345 N2 6000 Ns N2 N1 3000 c Nc N1 3000 Exercícios d St V1Ic I1 I2 Ic I2 75k69k 108695A Ic I1 I2 108695A St 345k 108695 375kVA e Sc V1 I2 345k 108695 375kVA a I1 Sn4V1 300k4345 I1 21739A b N2N1 69345 N2 6000 Ns N2 N1 3000 c Nc N1 3000 66 Um transformador monofásico de dois enrolamentos 100kVA 4000V 2000V 60Hz é utilizado como autotransformador para alimentar uma carga de 240kVA 6000V com fator de potência 080 atrasado e tensão primária de 4000V Calcule no autotransformador a A corrente no enrolamento em série Resp 40A b A corrente no enrolamento comum Resp 20A c A potência transformada Resp 80kVA d A potência transferida condutivamente Resp 160kVA e A capacidade nominal do autotransformador Resp 300kVA f A potência transformada nas condições nominais Resp 100kVA g A potência transferida condutivamente nas condições nominais Resp 200kVA Exercícios a I2 Icarga ScargaV2 240k6k 40A Exercícios a I2 Icarga ScargaV2 240k6k 40A b I1 2404k 60A I1 I2 Ic Ic I1 I2 20A Exercícios a I2 Icarga ScargaV2 240k6k 40A b I1 2404k 60A I1 I2 Ic Ic I1 I2 20A c St V1Ic 4000 20 80kVA Exercícios a I2 Icarga ScargaV2 240k6k 40A b I1 2404k 60A I1 I2 Ic Ic I1 I2 20A c St V1Ic 4000 20 80kVA d Sc V1 I2 4000 40 160kVA Exercícios a I2 Icarga ScargaV2 240k6k 40A b I1 2404k 60A I1 I2 Ic Ic I1 I2 20A c St V1Ic 4000 20 80kVA d Sc V1 I2 4000 40 160kVA e Ic 100k4000 25A Exercícios a I2 Icarga ScargaV2 240k6k 40A b I1 2404k 60A I1 I2 Ic Ic I1 I2 20A c St V1Ic 4000 20 80kVA d Sc V1 I2 4000 40 160kVA e Ic 100k4000 25A V1I1 V2I2 V1I2Ic V2I2 I2 V1IcV2v1 4000252000 50A Exercícios a I2 Icarga ScargaV2 240k6k 40A b I1 2404k 60A I1 I2 Ic Ic I1 I2 20A c St V1Ic 4000 20 80kVA d Sc V1 I2 4000 40 160kVA e Ic 100k4000 25A V1I1 V2I2 V1I2Ic V2I2 I2 V1IcV2v1 4000252000 50A ST I2 V2 50 6000 300kVA Exercícios a I2 Icarga ScargaV2 240k6k 40A b I1 2404k 60A I1 I2 Ic Ic I1 I2 20A c St V1Ic 4000 20 80kVA d Sc V1 I2 4000 40 160kVA e Ic 100k4000 25A V1I1 V2I2 V1I2Ic V2I2 I2 V1IcV2v1 4000252000 50A ST I2 V2 50 6000 300kVA f St V1 Ic 4000 25 100kVA Exercícios a I2 Icarga ScargaV2 240k6k 40A b I1 2404k 60A I1 I2 Ic Ic I1 I2 20A c St V1Ic 4000 20 80kVA d Sc V1 I2 4000 40 160kVA e Ic 100k4000 25A V1I1 V2I2 V1I2Ic V2I2 I2 V1IcV2v1 4000252000 50A ST I2 V2 50 6000 300kVA f St V1 Ic 4000 25 100kVA g Sc V1 I2 4000 50 200kVA