Princípios de Atuação Eletromagnética e Transformadores em Eletrotécnica Geral

Eletrotécnica Geral Princípios de Atuação Eletromagnética Fig 40 Linhas de campo de um imã permanente Por definição as linhas de campo se originam no pólo NORTE e terminam no pólo SUL retornando ao pólo norte por dentro do material magnético Fig 41 Efeito das linhas de campo magnético atravessando diferentes materiais Fig 42 Regra da mão direita Fig 43 Linhas de campo em uma espira percorrida por corrente Fig 44 Linhas de campo em uma bobina percorrida por corrente Observe os lados Norte e Sul Princípios de Atuação Eletromagnética Fig 45 a Momentos magnéticos orientados aleatoriamente b Momentos magnéticos sob orientação de uma fmm externa c Material magnético totalmente saturado Princípios de Atuação Eletromagnética Fig 47 Curvas de magnetização de diversos materiais magnéticos O valor da indução magnética depende da permeabilidade magnética que é diferente para diversos materiais ferromagnéticos Fig 46 Gráfico B x H mostrando o Laço de Histerese de um material magnético qualquer Princípios de Atuação Eletromagnética DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Transformadores 6 Transformador é o conjunto de duas ou mais bobinas dispostas ao redor de um núcleo magnético com o objetivo de modificar valores de tensão e corrente alternadas sem modificar freqüência O núcleo é composto de material ferromagnético São utilizados para transferir energia elétrica entre diferentes circuitos elétricos através de um campo magnético usualmente com diferentes níveis de tensão São utilizados para transferir energia elétrica entre diferentes circuitos elétricos através de um campo magnético usualmente com diferentes níveis de tensão DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Transformadores aplicações 7 Adequar os níveis de tensão em sistemas de geração transmissão e distribuição de energia elétrica Isolar eletricamente sistemas de controle medição e eletrônicos do circuito de potência principal Realizar casamento de impedância maximizando a transferência de potência Evitar transferência de corrente contínua de um circuito para o outro Realizar medidas de tensão e corrente DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Transformadores aplicações 8 DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Transformadores aplicações 9 DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Transformadores aplicações 10 DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Transformadores aplicações 11 DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Especificação de transformadores 12 Basicamente considerase a soma das potências aparentes das cargas atendidas Em geral transformadores podem trabalhar em sobrecarga contudo há Redução da vida útil Sobreaquecimento Distorções nas formas de onda de tensão e corrente do sistema Quando se faz um projeto em geral aplicase uma margem de 10 a 20 para cima antevendose futuras expansões da carga alimentada Quase sempre o valor encontrado não coincide com uma potência comercialmente disponível Optase pela potência comercialmente disponível imediatamente superior No caso de sistemas de dimensões consideráveis empregar fator de utilização e fator de demanda conforme recomendações da concessionária local DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Transformadores princípios 13 DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Transformadores aplicações 14 DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Transformadores princípios 15 DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Transformadores princípios 16 DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Transformadores princípios 17 Transformadores de Potência Transformador Ideal não há perdas de energia no processo de transformação 1 2 2 1 I I V V 2 1 2 1 N N V V 1 2 2 1 N N I I Fig 2 Transformador de núcleo de ferro Caso ideal E1 e E2 são as forças eletromotrizes induzidas Transformadores de Potência Análise do Transformador Ideal 1 2 m a Transformador em vazio A corrente secundária é nula e pelo primária circula apenas a corrente de magnetização Im para estabelecer o fluxo mútuo m E1 se opõe instantaneamente a V1 b Transformador carregado indutiva I1 se atrasa em relação a V1 de 1 enquanto que I2 se atrasa em relação a E2 de um ângulo 2 de modo que 1 2 A corrente primária I1 é a soma fasorial de Im e I1 O ângulo de fase do primário diminui do seu valor original sem carga 90 para o valor 1 com carga O ângulo de fase do primário não é exatamente igual ao do secundário Para cargas em atraso 1 2 2 1 1 2 2 2 1 1 N N I I I N N I Fig 3 Relações fasoriais no transformador ideal Transformadores de Potência Impedância Refletida Fig 4 Impedância refletida do secundário ao primário 1 1 1 2 2 2 I V Z I V Z 2 2 1 2 2 2 1 2 2 1 Z Z I V Z I V Z 1 2 2 1 I I V V Transformadores de Potência DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Transformadores aplicações 22 DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Transformador real 23 Nem toda potência injetada no primário chega no secundário P1 P2 Há perdas devido a Efeito Joule nos enrolamentos geralmente cobre ou alumínio Perdas no núcleo que se dividem em Por histerese são perdas provocadas pela propriedade dos materiais ferromagnéticos de apresentarem um atraso entre a indução magnética e o campo magnético Corrente parasita gerada no núcleo quando há variação de fluxo magnético Pode ser minimizada usando um núcleo com material laminado com placas isoladas entre si reduzindo a perda por efeito Joule Contudo o transformador é uma das máquinas mais eficientes inventadas pelo homem A eficiência é facilmente superio a 95 Transformadores de Potência Transformador Real Fig 5 Modelo do Transformador Real 1 1 1 1 I Z V E 2 2 2 2 V I Z E Transformadores de Potência Transformadores de Potência Transformador Real Fig 6 Circuitos equivalentes para o transformador de potência Transformadores de Potência 2 2 1 1 1 E I E I I I m volts esp B A f f N E N E m pm 10 44 4 10 44 4 8 8 1 1 2 2 Considerando Em que f Freqüência em Hertz m B Máxima indução magnética densidade de fluxo permissível A Área do núcleo do transformador Transformadores de Potência Calcule os valores máximos de tensão rms de um transformador de 1 kVA 220110 V 50 Hz caso este venha a ser ligado em uma rede cuja freqüência é 60 Hz 2 Exemplo 3 8 1 2 1 2 10 4 44 pm n n n f N N E E Para manter a mesma densidade de fluxo permissível ambas as tensões dos lados de alta e baixa devem alterarse na mesma proporção do aumento de freqüência n n f f f f 21 21 50 60 Assim Volts E E E n 264 21 220 21 1 1 1 Volts E E E n 132 21 110 21 2 2 2 A capacidade de corrente nominal primária continua a mesma embora esta tenha diminuído com o aumento no valor da tensão A V S I n 4 545 220 1000 1 Teoricamente a nova potência será VA S S 1200 264 4 545 Transformadores de Potência Conclusões Se a freqüência e a tensão são ambas aumentadas a capacidade em VA do transformador é correspondentemente aumentada e viceversa Devese observar no entanto os limites térmicos e capacidade de isolamento do transformador No caso de diminuição da freqüência e tensão o aumento de corrente não deve comprometer a saturação do núcleo Caso o transformador trabalhe fora da freqüência nominal sem a correspondente mudança na tensão ocorrerá um aumento das perdas no núcleo Na verdade esta não é uma prática saudável para o bom funcionamento do transformador Transformadores de Potência Regulação de Tensão Fig 7 Regulação da tensão secundária de transformadores de potência Todas as tensões e correntes referidas ao secundário Tensão secundária usada como fasor de referência 100 2 2 2 V V E R 2 2 2 2 2 2 2 2 2 e e I X j V Sen I R V Cos E Sendo Transformadores de Potência Rendimentos DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Transformadores aplicações 33 DELCCETUFS Eletrotécnica Geral Transformadores aplicações 34