Apostila de Transformadores I

INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE CURSO TCNICO DE ELETROTCNICA

APOSTILA DE TRANSFORMADORES I

PROF. ADILSON MELCHEQUE TAVARES PROF. RODRIGO MOTTA DE AZEVEDO

2011

IF-Instituto Federal Sul-Rio-Grandense / Curso Tcnico de Eletrotcnica

2

NOME:_____________________________________________________________

TURMA:_____________________MDULO/SEMESTRE:__________________

ENDEREO:________________________________________________________

TELEFONE:_________________________________________________________

E-MAIL:____________________________________________________________

PROVAS:

1 ETAPA:

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2 ETAPA:

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TRABALHOS:

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ANOTAES:

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Transformadores / Prof. Rodrigo Motta de Azevedo

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Sumrio

CAPTULO I FUNDAMENTOS DE TRANSFORMADORES ............................................. 6

1. INTRODUO .............................................................................................................. 6

1.1 PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO .......................................................................... 8

1.2 RELAES NO TRANSFORMADOR IDEAL .......................................................... 10

1.3 TRANSFORMADOR REAL ...................................................................................... 16

1.3.1 PERMEABILIDADE E PERDAS NO NCLEO ..................................................... 16

1.3.2 FLUXOS DISPERSOS E RESISTNCIAS DOS ENROLAMENTOS ................... 18

1.3.3 SATURAO MAGNTICA ................................................................................. 19

1.3.4 CORRENTE DE INRUSH ..................................................................................... 20

1.3.5 DIAGRAMAS FASORIAIS .................................................................................... 21

1.3.6 REGULAO DE TENSO.................................................................................. 23

1.3.7 RENDIMENTO ...................................................................................................... 24

1.4 TRANSFORMADORES COM MLTIPLOS ENROLAMENTOS .............................. 25

LISTA DE EXERCCIOS .................................................................................................... 27

1.5 ENSAIOS A VAZIO E EM CURTO-CIRCUITO ........................................................ 32

1.5.1 INTRODUO TERICA ..................................................................................... 32

1.5.2 ENSAIO A VAZIO ................................................................................................. 33

1.5.3 ENSAIO DE CURTO-CIRCUITO .......................................................................... 35

1.5.4 RESULTADO FINAL ............................................................................................. 37

CAPTULO II TRANSFORMADORES TRIFSICOS ...................................................... 38

2. INTRODUO ............................................................................................................ 38

2.1 LIGAES TRINGULO E ESTRELA .................................................................... 40

2.1.1 CARACTERSTICAS DO AGRUPAMENTO ESTRELA-ESTRELA (Y-Y) ............. 43

2.1.2 CARACTERSTICAS DO AGRUPAMENTO TRINGULO-TRINGULO ( - ) . 44

2.1.3 CARACTERSTICAS DOS AGRUPAMENTOS COM TRINGULO E ESTRELA 46

2.2 LIGAO ZIGUE-ZAGUE (ZIGUEZAGUE OU ZIG-ZAG) ....................................... 47

2.3 LIGAO TRINGULO ABERTO OU V .................................................................. 50

LISTA DE EXERCCOS ..................................................................................................... 53

CAPTULO III PRINCIPAIS CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS ............................. 55

3. INTRODUO ............................................................................................................ 55

3.1 POTNCIAS NOMINAIS NORMALIZADAS ............................................................ 55

3.2 CONFIGURAES DE NCLEOS E ENROLAMENTOS ....................................... 56

3.2.1 NCLEOS ENVOLVIDOS E NCLEOS ENVOLVENTES ................................... 56


4

3.2.2 ENROLAMENTOS ................................................................................................ 57

3.2.2.1 TIPOS DE ENROLAMENTOS ........................................................................... 58

3.3 REFRIGERAO, ISOLAO E CLASSES DE PROTEO ................................ 60

3.3.1 LQUIDOS ISOLANTES ....................................................................................... 60

3.3.1.1 TANQUES ......................................................................................................... 61

3.3.2 TIPOS DE RESFRIAMENTO................................................................................ 63

3.3.3 CLASSES DE PROTEO .................................................................................. 64

3.4 ACESSRIOS DE UM TRANSFORMADOR ........................................................... 65

3.4.1 RESPIRADOR ...................................................................................................... 65

3.4.2 SECADOR DE AR ................................................................................................ 65

3.4.3 CONSERVADOR DE LEO OU TANQUE DE EXPANSO ................................ 66

3.4.4 INDICADOR DE NVEL ........................................................................................ 68

3.4.5 TERMMETRO .................................................................................................... 69

3.4.6 BUJO DE DRENAGEM ...................................................................................... 71

3.4.7 TERMINAL DE LIGAO A TERRA .................................................................... 71

3.4.8 COMUTADOR ...................................................................................................... 72

3.4.9 ISOLADORES ...................................................................................................... 72

3.4.10 PLACA DE IDENTIFICAO ............................................................................ 73

3.4.11 ALAS DE SUSPENSO ................................................................................. 74

3.4.12 RADIADORES ................................................................................................... 75

3.4.13 REL DE GS (BUCHHOLZ) ........................................................................... 76

3.4.14 DISPOSITIVO DE ALVIO DE PRESSO ......................................................... 77

3.4.15 REL DE PRESSO SBITA ........................................................................... 78

CAPTULO IV PROJETOS DE PEQUENOS TRANSFORMADORES MONOFSICOS 82

4. INTRODUO ............................................................................................................ 82

4.1 CONDUTORES, ISOLAMENTO E DISPOSIO DAS BOBINAS .......................... 82

4.2 LMINAS PADRONIZADAS .................................................................................... 84

4.3 DADOS PARA CLCULO ........................................................................................ 87

4.4 CLCULO DAS CORRENTES PRIMRIAS E SECUNDRIAS ............................. 87

4.5 CLCULO DA SEO DOS CONDUTORES ......................................................... 87

4.6 CLCULO DA SEO GEOMTRICA DO NCLEO ............................................. 89

4.7 CLCULO DA SEO MAGNTICA DO NCLEO ................................................ 89

4.8 ESCOLHA DO NCLEO.......................................................................................... 90

4.9 CLCULOS DO NMERO DE ESPIRAS ................................................................ 91

4.10 POSSIBILIDADE DE EXECUO (mm2) ............................................................. 92

4.11 PESO DO FERRO ................................................................................................ 92

4.12 PESO DO COBRE ..................................................................................................... 93

LISTA DE EXERCCIOS .................................................................................................... 94


5

CAPTULO V AUTOTRANSFORMADORES .................................................................. 95

5. O AUTOTRANSFORMADOR ..................................................................................... 95

5.1 FUNCIONAMENTO DO AUTOTRANSFORMADOR ............................................... 96

5.1.1 A VAZIO ............................................................................................................... 96

5.1.2 COM CARGA........................................................................................................ 97

5.2 VANTAGENS DO AUTOTRANSFORMADOR EM RELAO AO TRANSFORMADOR .......................................................................................................... 98

5.3 DESVANTAGENS DO AUTOTRANSFORMADOR EM RELAO AO TRANSFORMADOR .......................................................................................................... 98

5.4 APLICAES DE AUTOTRANSFORMADORES ................................................... 98

LISTA DE EXERCCIOS .................................................................................................. 100


6

CAPTULO I FUNDAMENTOS DE TRANSFORMADORES

1. INTRODUO

O transformador um dispositivo eletromagntico esttico que recebe energia eltrica em

corrente alternada, com certos nveis de tenso e corrente, e fornece essa energia com outros nveis

de tenso e de corrente. A freqncia se mantm constante.

Conforme a alterao feita na tenso, o transformador classificado como elevador ou

rebaixador. Uma das grandes aplicaes do transformador na rea de Eletrotcnica est no sistema

de gerao, transmisso, distribuio e utilizao de energia eltrica, onde a tenso elevada e

rebaixada diversas vezes. Os nveis de tenso utilizados no sistema eltrico so bastante

diversificados, podendo ser divididos da seguinte forma (Cotrim, Manual de Instalaes Eltricas):

EAT (Extra Alta Tenso) - tenses superiores a 242 kV at 800 kV, inclusive;

AT (Alta Tenso) - tenses maiores que 72,5 kV at 242 kV, inclusive;

MT (Mdia Tenso) - tenses maiores que 1 kV at 72,5 kV, inclusive;

BT (Baixa Tenso) - tenses superiores a 50 V at 1 kV, inclusive;

EBT (Extra Baixa Tenso) tenses at 50 V, inclusive.

A estrutura atual bsica do sistema eltrico est representada na figura 1.1 onde se destacam

as etapas de gerao, transmisso, distribuio e utilizao.

Figura 1.1 Esquema bsico de um sistema eltrico


7

A energia eltrica gerada nas centrais eltricas (usinas) em MT, por facilidade de isolao.

A tenso de sada dos geradores ampliada a nveis mais altos por meio dos transformadores das

subestaes elevadores das usinas. A transmisso de energia feita em AT ou EAT. Isto ocorre

porque a potncia transmitida muito alta, de modo que com AT ou EAT diminui-se a corrente

eltrica (I=S/( 3V) no sistema trifsico), e possibilita-se o uso de cabos condutores de bitolas

relativamente pequenas, com adequados nveis de perdas joule e de queda de tenso ao longo das

linhas de transmisso. Com o aumento da tenso, aumenta tambm o nvel de isolao necessrio.

As linhas de transmisso (torres e cabos) deveriam situar-se fora das regies urbanas. Elas

alimentam subestaes rebaixadoras que distribuem a energia s cidades bem como as subestaes

de indstrias de grande porte. As linhas de subtransmisso operam com nveis mais baixos de

tenso, tal como 69 kV, e alimentam subestaes rebaixadoras de menor porte.

Os transformadores das subestaes elevadoras e rebaixadoras so denominados

transformadores de potncia ou transformadores de fora.

Das subestaes rebaixadoras derivam as redes de distribuio primrias, em MT, para a

zona urbana e a zona rural. Grandes prdios e indstrias de mdio porte so alimentados

diretamente pelas redes de distribuio primrias. Dos transformadores de distribuio, localizados

nos postes da regio urbana, derivam as redes de distribuio secundria, em BT, para alimentao

de pequenos consumidores residenciais e comerciais. Junto aos consumidores a tenso rebaixada

para que os equipamentos eltricos possam utilizados com menor risco.

Exemplo 1.1 Deseja-se transmitir uma potncia de 50 MVA atravs de uma linha de transmisso

trifsica. Calcule a corrente nos cabos da linha para cada uma das seguintes tenses:

a) 69 kV;

b) 138 kV;

c) 230 kV.

O transformador tambm utilizado, por exemplo, nas seguintes aplicaes:

Fontes de alimentao de equipamentos eletrnicos;

Casamento de impedncias entre dois circuitos, para mxima transferncia de potncia (ser

visto posteriormente);

Isolao de circuitos mantendo o nvel de tenso, por questo de segurana (ser visto

posteriormente);


8

1.1 PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO

Considere-se, para um estudo inicial, o transformador monofsico apresentado na figura 1.2.

Ele constitudo por dois enrolamentos colocados nas colunas de um ncleo ferromagntico. O

enrolamento que recebe energia da fonte CA denominado primrio e o enrolamento que est

conectado na carga (consumidor) de impedncia Z denominado secundrio. A tenso do primrio

e a tenso do secundrio so, respectivamente, V1 e V2.

Figura 1.2 Princpio de funcionamento do transformador

O funcionamento est baseado na indutncia mtua entre os enrolamentos. A corrente

alternada que percorre o enrolamento primrio cria um fluxo magntico varivel. A maior parte

deste fluxo fica confinada ao ncleo ferromagntico e atravessa tambm o enrolamento secundrio

(fluxo mtuo m ). Uma pequena parcela de fluxo se fecha pelo ar (fluxo disperso 1d ). Conforme a

lei de Faraday, devido variao de fluxo induzida uma tenso no secundrio, cujo valor eficaz

depende do seu nmero de espiras. A relao entre as tenses do primrio e do secundrio dada,

de forma aproximada, por:

2

1

2

1

N

N

V

Va == (1.1)

onde a a relao de transformao, N1 o nmero de espiras do primrio e N2 o nmero

de espiras do secundrio.

Se o nmero de espiras do secundrio menor que o nmero de espiras do primrio, como

aparece na figura 1.2, a tenso do secundrio menor do que a tenso do primrio e o

transformador rebaixador. Caso contrrio, o transformador elevador.


9

importante observar que, para existir a variao do fluxo magntico, o transformador

deve alimentado com tenso alternada. Como a taxa de variao do fluxo a mesma para os dois

enrolamentos, a freqncia permanece inalterada. Ou seja, a freqncia do secundrio igual

freqncia do primrio.

O transformador um equipamento que possui rendimento muito alto, ou seja, a potncia de

sada aproximadamente igual potncia de entrada. Desta forma, a variao de tenso

acompanhada de uma variao, de forma inversa, da corrente. Isto significa que, por exemplo,

houver uma elevao de tenso, haver uma reduo de corrente. As sees dos condutores dos

enrolamentos so proporcionais s respectivas correntes.

Exemplo 1.2 Complete a tabela abaixo (com as palavras maior, menor e igual) de modo a resumir

as caractersticas bsicas de um transformador (Rebaixador e Elevador) .

Enrolamento Primrio Enrolamento Secundrio

Tenso

Nmero de espiras

Corrente

Seo do condutor

Freqncia

Consideraes adicionais sobre a construo de transformadores

1) Caractersticas do Ncleo

O ncleo ferromagntico deve apresentar as seguintes caractersticas:

Alta permeabilidade magntica para altas indues (1,0 a 1,5 T), de modo que a corrente

necessria criao de fluxo (corrente de magnetizao) seja relativamente pequena;

Baixas perdas por histerese;

Baixas perdas por correntes parasitas.

Para atender os requisitos citados acima, o ncleo geralmente feito de chapas de ao-silcio

isoladas entre si.

Tambm existem transformadores com ncleo de ar ou com ncleo de ferrite, usados em

altas freqncias, tpicos de circuitos de comunicao.


10

1.2 RELAES NO TRANSFORMADOR IDEAL

Para comear uma anlise mais detalhada sobre funcionamento do transformador

conveniente adotar algumas simplificaes, que caracterizam o transformador como sendo ideal. O

transformador ideal possui as seguintes caractersticas:

As resistncias dos enrolamentos so desprezveis;

Todo o fluxo est confinado ao ncleo, ou seja, no h fluxo disperso;

No h perdas por histerese e por correntes de Foucault no ncleo;

O ncleo tem caracterstica linear, ou seja, no h saturao magntica.

A permeabilidade do ncleo to alta que apenas uma corrente insignificante necessria

para criar o fluxo.

A figura 1.5 mostra a representao simplificada de um transformador ideal, suficiente para

a anlise desta seo. Os sentidos convencionados como positivos para as grandezas envolvidas no

funcionamento esto apresentados nessa figura.

Figura 1.5 Transformador ideal

Com a fonte senoidal alimentando o primrio em com a chave S aberta, a corrente que

circula no primrio tem a funo de magnetizar o ncleo. Esta corrente denominada corrente de

magnetizao e tem valor desprezvel devido altssima permeabilidade do ncleo:

01 = mII (1.2)

A corrente de magnetizao cria um fluxo que varia senoidalmente no tempo (figura 1.6).


11

Figura 1.6 Fluxo no ncleo magntico

O fluxo atravessa os dois enrolamentos (fluxo mtuo m ) e induz foras eletromotrizes em

ambos. Os pontos indicados nos terminais superiores na figura 1.5 so as marcas de polaridade e

representam os terminais para onde ambas as foras eletromotrizes apontam num dado instante de

tempo. Posteriormente ser desenvolvido um estudo mais detalhado sobre as polaridades (sentidos

de fems) dos enrolamentos de transformadores.

A fora eletromotriz induzida no primrio chamada de fora contra-eletromotriz por

muitos autores, pois ela funciona como uma oposio corrente no primrio. Com o secundrio em

aberto o transformador ideal funciona como um indutor puro alimentado por uma fonte senoidal. A

fora contra-eletromotriz tratada na teoria de circuitos de corrente alternada como uma queda de

tenso na reatncia indutiva do enrolamento, e esta funciona como o limitador da corrente. Como a

permeabilidade do ncleo suposta altssima, a reatncia indutiva tambm muito alta e, por esta

razo, a corrente de magnetizao desprezvel. Se a permeabilidade for considerada infinita, a

corrente de magnetizao ser nula.

De acordo com a lei de Faraday, a fora eletromotriz mdia induzida no primrio dada por:

t

m

med NE

=

11

(1.3)

onde m a variao do fluxo mtuo e t o intervalo de tempo correspondente.


12

Para o intervalo de tempo indicado na figura 1.6, igual quarta parte do perodo T da onda

de fluxo ( 4/Tt = ), a variao de fluxo mtuo igual ao fluxo mximo ( max = m ).

Desenvolvendo-se a equao (1.3), obtm-se:

=

=1

4

4

111 mxm

med NNE

(1.4)

fNE mxmed 11 4= (1.5)

onde f a freqncia da tenso de alimentao do transformador.

Para uma forma de onda senoidal, a relao entre o valor mdio e o valor mximo da fora

eletromotriz no intervalo de tempo considerado expressa por:

mxmed EE 11

2

= ou medmx EE 11 2

=

(1.6)

Substituindo-se a equao (1.5) na equao (1.6), obtm-se:

)4(

2 11fNE mxmx

=

(1.7)

fNE mxmx 11 2= (1.8)

A relao entre o valor mximo e o valor eficaz, representado por E1, :

21

1mxEE =

(1.9)

Substituindo-se a equao (1.8) na equao (1.9), chega-se na fora eletromotriz eficaz do

primrio:

2

2 11

fNE mx

=

(1.10)

fNE mx11 44,4= (1.11)


13

Pode-se provar, por processo anlogo, que a fora eletromotriz eficaz no secundrio :

fNE mx22 44,4= (1.12)

A fora eletromotriz induzida em qualquer bobina, submetida a um fluxo que varia

senoidalmente no tempo, pode determinada pela mesma equao usada para as foras

eletromotrizes do transformador.

Como as resistncias dos enrolamentos e os fluxos dispersos so desprezveis no

transformador ideal, as tenses nos terminais dos enrolamentos so iguais a foras eletromotrizes

induzidas nos mesmos:

fNEV mx111 44,4== (1.13)

fNEV mx222 44,4== (1.14)

Das equaes (1.13) e (1.14) obtm-se uma relao fundamental para o transformador ideal:

a

N

N

E

E

V

V===

2

1

2

1

2

1 (1.15)

Portanto, a tenso e a fora eletromotriz em cada enrolamento so proporcionais ao nmero

de espiras do enrolamento.

Isolando-se o fluxo mximo na equao (1.13) obtm-se:

fN

Vmx

1

1

44,4=

(1.16)

A equao acima mostra que o fluxo mximo no ncleo determinado pela tenso aplicada

ao primrio do transformador. Portanto, se esta tenso for mantida constante, o mesmo acontecer

com o valor mximo do fluxo. Evidentemente, supe-se que a freqncia e o nmero de espiras so

constantes. Como j foi dito anteriormente, a corrente de magnetizao e a fora magnetomotriz

associadas a este fluxo so desprezveis.


14

Com a chave S fechada, circula uma corrente no secundrio, expressa por:

cZ

VI 22 =

(1.17)

A circulao de corrente no secundrio d origem a uma fora magnetomotriz N2I2 que

tende a alterar o fluxo mximo no ncleo. Se isto acontecesse, o equilbrio entre a tenso aplicada e

a fora contra-eletromotriz seria quebrado, contrariando a equao (1.16). Para que isto no ocorra,

aumenta a corrente absorvida pelo primrio de forma que a sua forma magnetomotriz N1I1 anule a

fora magnetomotriz do secundrio. Assim, a fora magnetomotriz resultante permanece

praticamente nula, como tambm acontecia com o transformador ideal a vazio:

02211 = ININ (1.18)

Este mecanismo que faz o primrio perceber a existncia de carga no secundrio. Um

aumento de corrente no secundrio, devido a um aumento de carga, acompanhado tambm por um

aumento da corrente no primrio. A equao (1.18) pode ser remanejada, resultando em:

a

N

N

I

I==

2

1

1

2 (1.19)

A equao (1.19) mostra que a relao entre as correntes invertida se comparada com a

relao entre as quantidades de espiras. Portanto, o enrolamento que possui mais espiras, e maior

tenso, possui menor corrente e vice-versa. Este efeito est diretamente relacionado com o princpio

da conservao de energia, como era de se esperar. Como o transformador ideal no apresenta

perdas nem disperso magntica, a potncia aparente de entrada igual potncia aparente de

sada:

221121 IVIVSS == (1.20)

Devido existncia do transformador localizado entre a fonte e a impedncia, a fonte

enxerga a impedncia com valor diferente do seu valor real. Esta impedncia est representada

por Zc na figura 1.7 e pode ser determinada da seguinte forma:


15

1

1I

VZ c =

(1.21)

2

2

2

2

1

21

2

22

1

I

V

N

N

IN

N

VN

N

ZC

==

(1.22)

CCZ

N

NZ

2

2

1

=

(1.23)

Figura 1.7 Impedncia da carga, refletida ou referida para o primrio

Portanto, a impedncia da carga refletida, ou referida, para o primrio proporcional ao

quadrado da relao de espiras.

importante destacar que o fator de potncia da carga permanece inalterado, ou seja:

CC COSCOS = (1.24)

Exemplo 1.3 Certo transformador, que pode ser considerado como ideal, possui um enrolamento

com 1600 espiras e o outro enrolamento com 200 espiras. O enrolamento com menor nmero de

espiras alimentado com 30V/60Hz e o outro enrolamento conectado a uma impedncia de 192.

Determine:

a) a relao de transformao e diga se o transformador elevador ou rebaixador;

b) a tenso e a corrente no secundrio;

c) a corrente no primrio;

d) a impedncia da carga referida ao primrio;

e) as potncias aparentes, absorvida pelo primrio e fornecida pelo secundrio;

f) a corrente no primrio com a carga desligada.


16

1.3 TRANSFORMADOR REAL

O circuito equivalente de um transformador real obtido adicionando-se alguns

componentes ideais de circuitos (resistores e indutores) ao transformador ideal estudado na seo

anterior. Com isto, os efeitos desprezados no transformador ideal so levados em considerao.

1.3.1 PERMEABILIDADE E PERDAS NO NCLEO

A lei de Hopkinson, aplicada a valores instantneos, mostra que o fluxo no ncleo

diretamente proporcional ao nmero de espiras ( 1N ) e a corrente de magnetizao ( 1i ) no primrio,

e inversamente proporcional a relutncia ( ) do ncleo:

= mm

iN1 (1.25)

A relutncia representa uma oposio ao fluxo magntico e depende dos seguintes fatores:

permeabilidade do ferro ( ); comprimento mdio do ncleo ( l ); rea da seo transversal do

ncleo ( S ). Estas grandezas esto relacionadas da seguinte forma:

S

l

=

(1.26)

Portanto, no transformador ideal, que tem um ncleo de altssima permeabilidade, a

relutncia muito baixa, ou seja, desprezvel (equao 1.26). Por isto, a corrente de magnetizao

tambm desprezvel (equao 1.25).

Num transformador real a permeabilidade do ncleo no to alta como no transformador

ideal, portanto a corrente de magnetizao no , a princpio, desprezvel. Para levar em

considerao a corrente de magnetizao, coloca-se um indutor puro em paralelo com o

enrolamento primrio do transformador ideal, conforme mostra a figura 1.10. A reatncia deste

indutor denominada de reatncia de magnetizao (Xm). Utiliza-se um indutor ao invs de um

resistor porque a potncia para magnetizao do ncleo uma potncia reativa.


17

Figura 1.10 Circuito equivalente incluindo efeito da permeabilidade e das perdas no ncleo

Para levar em considerao as perdas no ferro, coloca-se um resistor puro em paralelo com o

enrolamento primrio do transformador ideal, conforme mostra a figura 1.10. A resistncia deste

resistor denominada de resistncia de perdas no ncleo (Rn). A potncia dissipada nesse resistor

igual potncia perdida no ncleo por correntes de Foucault e por histerese magntica. A parcela de

corrente associada s perdas no ncleo designada por In e depende da tenso aplicada ao

primrio. Deve-se lembrar que o fluxo no ncleo depende da tenso primria.

A soma fasorial da corrente de magnetizao com a corrente de perdas no ncleo a

corrente de excitao:

mn III&&& +=0 (1.27)

Com a chave S aberta na figura 1.10, a corrente no primrio 1I& igual corrente de

excitao 0I& , a qual depende da tenso aplicada ao primrio. A corrente de excitao

normalmente fica na faixa entre 2 e 6% da corrente nominal do primrio.

Com a chave S fechada, circula pelo secundrio uma corrente 2I& que tende a alterar o

fluxo no ncleo. Com isto, surge no enrolamento primrio uma corrente '1I& , cuja fora

magnetomotriz que serve anular a fora magnetomotriz do secundrio, mantendo inalterado o fluxo

no ncleo. Esta parcela de corrente no primrio devido existncia de carga no secundrio

denominada corrente primria de carga ( '1I& ). A relao entre a corrente primria de carga e a

corrente no secundrio, conforme j foi mostrado para o transformador ideal, :

1

2

2

1 '

N

N

I

I=

&

&

(1.28)

Portanto, a corrente total nos terminais do primrio do transformador com carga :


18

'' 1011 IIIIII mn &&&&&& +=++= (1.29)

1.3.2 FLUXOS DISPERSOS E RESISTNCIAS DOS ENROLAMENTOS

O fluxo total que atravessa cada enrolamento composto de duas parcelas. A primeira

referente ao fluxo mtuo, ou seja, o fluxo comum a ambos os enrolamentos, que determina as foras

eletromotrizes 1E e 2E consideradas no transformador ideal. A segunda parcela composta

pelo fluxo disperso enlaa somente o enrolamento que o produziu. Como o caminho deste fluxo, na

sua maior parte, o ar, a fora eletromotriz por ele gerada varia aproximadamente na mesma

proporo da corrente no enrolamento. Portanto, esta fora eletromotriz pode tratada como uma

queda numa reatncia, denominada reatncia de disperso.

Para levar em considerao o efeito da disperso magntica, o circuito equivalente da figura

1.11 possui duas reatncias 1dX e 2dX , denominadas, respectivamente, reatncia de disperso

do primrio e reatncia de disperso do secundrio.

As resistncias 1R e 2R da figura 1.11 servem para se levar em considerao as

resistncias hmicas dos enrolamentos, primrio e secundrio, do transformador.

Na operao sob carga nominal a queda de tenso total, na resistncia e na reatncia de

disperso, bem menor do que a tenso nominal do respectivo enrolamento.

Devido a estas quedas, tem-se uma diferena entre a tenso terminal de cada enrolamento e

a fora eletromotriz no mesmo:

11111 )( IjXREV d &&& ++= (1.30)

22222 )( IjXREV d &&& += (1.31)

Note-se que h uma diferena nos sinais das quedas de tenso nos enrolamentos. Esta

diferena devido diferena no sentido do fluxo de energia. A energia vai da fonte para o

enrolamento primrio e do secundrio para a impedncia de carga, ou seja, no primrio a corrente

entra pelo terminal positivo e no secundrio a corrente sai pelo terminal positivo.


19

Figura 1.11 Circuito equivalente completo do transformador real

Como as quedas de tenso na resistncia e na reatncia de disperso do primrio so baixas,

a fem induzida no primrio aproximadamente igual tenso aplicada. Assim, tem-se:

0)( 111 + IjXR d &

11 EV&&

fNV max11 44,4

fN

V

1

1max 44,4

(1.32)

Portanto, o fluxo no ncleo aproximadamente independente da carga. Ele depende da

tenso aplicada ao enrolamento primrio, no nmero de espiras e da freqncia, de forma

semelhante ao que foi demonstrado para o transformador ideal.

1.3.3 SATURAO MAGNTICA

A existncia da saturao magntica faz com que ocorra uma deformao na corrente de

excitao do transformador. Uma corrente no senoidal pode ser decomposta matematicamente em

uma soma de infinitas correntes senoidais, denominadas correntes harmnicas, cada uma com

determinada amplitude e determinada freqncia. Na prtica, observa-se que as harmnicas mais

significativas (com maior amplitude) so a primeira e a terceira, que possuem freqncias iguais a

uma vez e trs vezes, respectivamente, a freqncia da forma de onda original no senoidal. As

harmnicas so indesejveis, pois prejudicam o desempenho do sistema eltrico.


20

A figura 1.12 mostra o aspecto aproximado da corrente de excitao de um transformador

real. Uma anlise mais detalhada deste assunto foge do escopo do presente texto, sendo tratado mais

detalhadamente em cursos de graduao e ps-graduao.

Figura 1.12 Corrente de excitao devido a no linearidade do ferro

1.3.4 CORRENTE DE INRUSH

A corrente de inrush o valor mximo da corrente de excitao do transformador, no

momento em que ele energizado, atingindo valores de 4 a 20 vezes a corrente nominal. O tempo

de durao do processo de magnetizao inicial considerado em torno de 0,1s. A corrente de

inrush depende do ponto da senide de tenso em que ocorre a energizao e do valor do fluxo

residual no ncleo. Este assunto tratado mais detalhadamente em cursos de graduao e ps-

graduao.


21

1.3.5 DIAGRAMAS FASORIAIS

a) Operao a Vazio

Considere que no circuito equivalente da figura 1.11 a chave S est aberta, ou seja, o

transformador est a vazio. Para efeito de traado do diagrama fasorial da figura 1.13, considere um

transformador elevador.

Como no h corrente no secundrio ( 02 =I& ), no h quedas de tenso na resistncia e na

reatncia de disperso do secundrio ( 0)( 222 =+ IjXR d & ) e, portanto, a fora eletromotriz induzida

e a tenso no secundrio so iguais ( 22 EV && = ).

A fora eletromotriz induzida no primrio ( 1E& ) est em fase com a fora eletromotriz

induzida no secundrio ( 2E& ), pois ambas so geradas pelo fluxo mtuo. Supondo-se um

transformador elevador, tem-se que 1E < 2E . Como transformador est a vazio, a corrente no

primrio baixa e as quedas de tenso quedas de tenso na resistncia e na reatncia de disperso

do secundrio podem ser desprezadas ( 0)( 111 + IjXR d & ). Portanto, a fora eletromotriz induzida e

a tenso no primrio so aproximadamente iguais ( 11 EV && ).

A corrente que circula pelo primrio tem duas funes:

- magnetizar o ncleo componente mI& , atrasada de 90 em relao a fora eletromotriz induzida

no primrio;

- suprir as perdas no ncleo componente nI& , em fase com a fora eletromotriz induzida no

primrio.

A corrente de excitao ( 0I& ), ou corrente a vazio, obtida pela soma fasorial da corrente de

perdas no ncleo com a corrente de magnetizao (equao 1.27), e normalmente fica

compreendida entre 2 e 6% da corrente nominal do primrio. Na operao a vazio o fator de

potncia do transformador muito baixo.

Figura 1.13 Diagrama fasorial para operao a vazio


22

b) Operao com Carga

Quando a chave S no circuito equivalente da figura 1.11 fechada o transformador passa a

alimentar a carga de impedncia cZ . Para efeito de traado do diagrama fasorial da figura 1.14,

considere que transformador elevador fornece potncia nominal para uma carga com teor indutivo.

Devido ao fator de potncia indutivo da carga ( 2cos ), a corrente no secundrio ( 2I& ) est

atrasada em relao a tenso nos terminais do secundrio. A circulao de corrente no secundrio

produz quedas de tenso na resistncia do enrolamento, em fase com a corrente, e na reatncia de

disperso, adiantada de 90 da corrente. A soma fasorial da tenso nos terminais do secundrio com

as quedas de tenso no enrolamento fornece a fora eletromotriz induzida no secundrio, pois

22222 )( IjXRVE d &&& ++= .

Conforme j foi mencionado, a fora eletromotriz induzida no primrio ( 1E& ) est em fase

com a fora eletromotriz induzida no secundrio ( 2E& ), pois ambas so geradas pelo fluxo mtuo.

Supondo-se um transformador elevador, tem-se que 1E < 2E . A existncia de corrente no secundrio

d origem a uma corrente de carga primria ( '1I& ), em fase com a corrente do secundrio.

A corrente total no primrio formada pela soma fasorial da corrente de excitao e da

corrente de carga primria: '101 III &&& += .

A soma fasorial da fora eletromotriz induzida no primrio com as quedas de tenso no

enrolamento fornece a tenso nos terminais do primrio, pois 11111 )( IjXREV d &&& ++= .

Figura 1.14 Diagrama fasorial para operao com carga

Obs.: as quedas de tenso esto ampliadas para melhorar a visualizao


23

1.3.6 REGULAO DE TENSO

A regulao de tenso de um transformador representa a diferena entre a tenso de sada

sem carga e a tenso de sada sob carga. Esta diferena expressa em percentual da tenso

secundria sob carga. Como a tenso nos terminais do secundrio sem carga igual a fora

eletromotriz induzida no secundrio, tem-se:

%100%

2

22

V

VER

=

(1.33)

onde %R a regulao de tenso.

De modo geral, deseja-se que o transformador tenha pequena regulao de tenso, ou seja,

que a tenso no secundrio no seja muito afetada pelas variaes de carga.

A tabela 1.1 apresenta os valores de regulao em funo da carga, incluindo o seu fator de

potncia.

Tabela 1.1 - Regulao em funo da carga e do fator de potncia.

Fator de potncia da carga Carga (%) Regulao (%)

0,8 ind.

25

50

75

100

0,8876

1,775

2,662

3,550

0,9 ind.

25

50

75

100

0,7416

1,483

2,225

2,966

1,0

25

50

75

100

0,3037

0,6074

0,9112

1,214

Fonte: Informaes Tcnicas DT-11 - WEG


24

Exemplo 1.4 A fora eletromotriz induzida no enrolamento secundrio de certo transformador

sob carga nominal 250V. Considerando que a sua regulao de tenso 4%, calcule a tenso nos

terminais de sada na operao sob carga nominal.

1.3.7 RENDIMENTO

O transformador um equipamento esttico que transfere energia de um circuito para outro

por induo eletromagntica. Como j foi visto, neste processo ocorrem perdas de potncia no

ncleo ferromagntico (perdas no ferro, nP ) e nas resistncias hmicas dos enrolamentos (perdas no

cobre, 1JP e 2JP ):

2nnn IRP =

2111 IRPJ =

2222 IRPJ =

(1.34)

O rendimento ( ) a relao entre a potncia ativa fornecida pelo secundrio ( 2P ) e a

potncia ativa absorvida pelo primrio ( 1P ):

%100

1

2

P

P=

(1.35)

Comparado com as mquinas eltricas girantes, como o motor e o gerador, o transformador

possui altssimo rendimento, podendo chegar, em alguns transformadores de alta potncia, a 99%.

A tabela 1.2 apresenta os valores tpicos de rendimento para transformadores monofsicos

operando sob carga nominal e fator de potncia 0,85 indutivo.


25

Tabelas 1.2 - Valores tpicos de rendimento para transformadores monofsicos operando sob carga

nominal e fator de potncia 0,85 indutivo.

Transformadores Monofsicos - Rendimentos

Potncia

(kVA)

5 10 15 25 37,5 50 75 100

Classe

(kV)

15 96,26 96,92 97,18 97,52 97,76 98,02 98,15 98,21

25,8 95,94 96,59 96,88 97,25 97,52 97,68 98,00 98,15

38 95,94 96,59 96,88 97,25 97,52 97,68 98,00 98,15

Fonte: Informaes Tcnicas DT-11 WEG

1.4 TRANSFORMADORES COM MLTIPLOS ENROLAMENTOS

Muitos transformadores monofsicos possuem enrolamentos fracionados em duas partes

iguais, de forma que podem ser ligados em srie ou paralelo, propiciando duas tenses nominais.

Considere, por exemplo, um transformador monofsico com trs enrolamentos, divididos da

seguinte forma: dois enrolamentos de 110 V e um enrolamento de 12 V. Este transformador pode

ser alimentado em 220 V, se os dois enrolamentos de 110 V forem ligados em srie, e tambm pode

ser alimentado em 110 V, se os dois enrolamentos de 110 V forem ligados em paralelo. Em

qualquer dos casos a tenso do secundrio ser 12 V.

Porm, necessria ateno ao se ligar enrolamentos de transformadores em srie ou em

paralelo. As polaridades dos enrolamentos devem ser determinadas antes de se efetuar a ligao.

Na figura 1.15 as setas representam os sentidos das foras eletromotrizes induzidas nos

enrolamentos num dado instante de tempo. O valor numrico ao lado representa o valor eficaz da

fem. Na figura 1.15(a) a ligao est efetuada de forma correta, pois as foras eletromotrizes esto

no mesmo sentido e se somam. A corrente no primrio resulta com baixo valor e a fem induzida no

secundrio 12V. Na figura 1.15(b) a ligao est efetuada de forma incorreta, pois as foras

eletromotrizes esto em sentidos contrrios e se anulam. Com isto a corrente no primrio resulta

muito alta e no h fem induzida no secundrio, pois os fluxos se anulam.


26

(a) (b)

Figura 1.15 ligao de enrolamentos em srie: (a) correto e (b) incorreto

Costuma-se dizer que as ligaes devem ser feitas da seguinte forma:

Ligao srie - conecta-se o final de uma bobina com o incio de outra bobina;

Ligao paralela - conecta-se o final de uma bobina com o final de outra bobina e conecta-se

o incio de uma bobina com o incio de outra bobina.

O problema saber onde esto os incios e onde esto os finais de bobinas. Para tanto, pode-

se proceder da seguinte forma (figura 1.16):

1) Com um multmetro na escala de resistncia determina-se os terminais dos enrolamentos

mediante testes de continuidade.

2) Os enrolamentos de maior tenso apresentam maior resistncia, pois so feitos com mais espiras

de fio mais fino.

3) Conecta-se um terminal de um enrolamento com um terminal de outro enrolamento.

4) Aplica-se uma tenso alternada baixa em um dos enrolamentos e mede-se a tenso resultante da

associao.

5) Interpreta-se o resultado se a tenso resultante for maior do que a tenso aplicada a ligao

est correta. Caso contrrio, basta inverter uma das bobinas.

Figura 1.16 Teste para identificao de incios e finais de enrolamentos


27

LISTA DE EXERCCIOS

Seo 1.1

1.1.1. O transformador um equipamento fundamental no sistema eltrico. Observando a figura

abaixo, descreva cada um dos itens numeradas de 1 a 6, destacando as funes dos transformadores

no sistema.

Figura 1.8 Ver exerccio 1.1.1

1.1.2. Deseja-se transmitir uma potncia de 200 kVA atravs de uma rede de distribuio. Calcule a

corrente nos cabos da rede para cada um dos seguintes casos:

a) 13,8 kV, rede trifsica;

b) 6,6 kV, rede trifsica;

c) 6,6 kV, rede monofsica.


28

Seo 1.2

1.2.1. Descreva o princpio de funcionamento de um transformador.

1.2.2. Complete as tabelas abaixo (com as palavras maior, menor e igual) de modo a resumir as

caractersticas bsicas do transformador elevador e do transformador rebaixador.

a) TRANSFORMADOR ELEVADOR

Primrio Secundrio

Tenso

Nmero de espiras

Corrente

Seo do condutor

Freqncia

Resistncia

Indutncia

b) TRANSFORMADOR REBAIXADOR

Primrio Secundrio

Tenso

Nmero de espiras

Corrente

Seo do condutor

Freqncia

Resistncia

Indutncia

1.2.3. Apresente o esboo de um transformador de ncleo envolvido e enrolamentos alternados.

Seo 1.3

1.3.1. Cite as caractersticas do transformador ideal.


29

1.3.2. Explique o que a corrente de magnetizao de um transformador. Qual o seu valor para um

transformador ideal? Justifique.

1.3.3. Um transformador ideal de 220 V/ 20 V tem 50 espiras no seu enrolamento de baixa tenso.

Calcule:

a) o nmero de espiras do enrolamento de alta tenso;

b) a relao de transformao se utilizado como transformador rebaixador;

c) a relao de transformao se utilizado como transformador elevador.

1.3.4. H 1000 espiras no enrolamento primrio de um transformador ideal. Calcule o fluxo no

ncleo para cada uma das seguintes alimentaes:

a) 1000 V / 60 Hz;

b) 1500 V / 60 Hz;

a) 1500 V / 50 Hz.

1.3.5. O lado de alta tenso de um transformador ideal tem 750 espiras e o enrolamento de baixa

tenso tem 50 espiras. Quando a AT ligada a uma rede de 120 V/60 Hz, e uma carga absorve 40 A

do enrolamento de BT, calcule:

a) a relao de transformao;

b) a tenso secundria;

c) a impedncia da carga;

d) a potncia aparente transferida do primrio para o secundrio.

1.3.6. Uma carga de 10 solicita uma corrente de 20 A do lado de alta tenso de um transformador

ideal, cuja relao de transformao 1:8. Determine:

a) a tenso secundria;

b) a tenso primria;

c) a corrente primria;

d) a potncia aparente transferida do primrio para o secundrio.

1.3.7. Um transformador deve ser usado para transformar uma impedncia de 8 em uma

impedncia de 75 . Calcule a relao de transformao necessria, supondo que o transformador

seja ideal.


30

1.3.8. Considere o circuito abaixo, onde o transformador ideal.

Figura 1.9 Ver exerccio 1.3.8

Pede-se:

a) calcule a reatncia indutiva refletida para o primrio e redesenhe o circuito;

b) calcule as correntes no primrio (I1) e no secundrio (I2);

c) calcule as foras eletromotrizes no primrio (E1) e no secundrio (E2).

1.3.9. Explique, com o auxlio de equaes, o mecanismo pelo qual o primrio percebe uma

variao de carga no secundrio e varia a sua corrente de acordo com a corrente secundria.

Seo 1.4.

1.4.1. Descreva, de acordo com a lei de Hopkinson, os fatores determinam a corrente necessria

para magnetizar o ncleo de um transformador.

1.4.2. Explique o que a reatncia de magnetizao de um transformador.

1.4.3. Explique o que a resistncia de perdas no ncleo.

1.4.4. Descreva qual a relao aproximada entre corrente de excitao e a corrente nominal do

primrio.

1.4.5. A corrente no secundrio de um transformador 20 A. Sabendo-se que a sua relao de

transformao 5:1, Calcule a componente da corrente primria devido a carga no secundrio.

1.4.6. Descreva a relao entre a tenso terminal e a fora eletromotriz induzida, tanto para o

primrio como para o secundrio.


31

1.4.7. Um transformador possui as seguintes caractersticas:

o secundrio tem o dobro do nmero de espiras do primrio;

R1=0,3 ; R2=1,2 ; Xd1=0,9 ; Xd2=3,6 ; Rn=70 ; Xm=20 ;

A carga alimentada com 400 V e absorve 50 A, com fator de potncia 0,80 indutivo.

a) Trace o diagrama fasorial adotando as seguintes escala: 1cm/40 V e 1 cm/10A.

b) Baseando-se no diagrama fasorial, determine as seguintes grandezas do primrio: tenso

aplicada, corrente nos terminais, corrente de excitao e fator de potncia.

Observao: os valores de resistncias e reatncias dos enrolamentos so maiores que os valores

encontrados nos transformadores reais com o objetivo de facilitar a visualizao de quedas de

tenso no diagrama fasorial.

1.4.8. Refaa o diagrama fasorial considerando que o transformador alimentado com 380V e

opera sem carga. Despreze as quedas de tenso no primrio.

1.4.9. Explique o que a regulao de tenso de um transformador.

1.4.10. Um transformador rebaixador monofsico opera com tenso secundria de 240V, fornece

50kVA para uma carga com fator de potncia 0,866 indutivo e a corrente absorvida da rede de

alimentao 21 A. As perdas no ferro so de 190W e as resistncias dos enrolamentos so 0,72 e

0,007. Calcule o rendimento do transformador sob esta condio de operao.

Seo 1.5.

1.5.1. Um pequeno transformador possui um enrolamento primrio de 220V e dois enrolamentos

secundrios de 12V/1A cada um.

a) Explique como se deve proceder para identificar as polaridades dos enrolamentos de 12V.

b) Calcule a tenso, a corrente e a potncia disponveis no secundrio se os dois enrolamentos

forem ligados em srie.

c) Calcule a tenso, a corrente e a potncia disponveis no secundrio se os dois enrolamentos forem

ligados em paralelo.


32

1.5 ENSAIOS A VAZIO E EM CURTO-CIRCUITO

1.5.1 INTRODUO TERICA

O circuito equivalente do transformador real est apresentado na figura 1.18.

Figura 1.18 - Circuito equivalente do transformador real

Qualquer grandeza de um enrolamento pode ser refletida para o outro enrolamento. Assim,

possvel refletir as grandezas do secundrio para o primrio, utilizando-se as equaes vistas na

seo 1.3:

22

2

112 ' EaE

N

NEE &&&& ===

(1.36)

22

1

21

1' I

aI

N

NI &&& ==

(1.37)

22

1

21

1' I

aI

N

NI &&& ==

(1.38)

2

22

2

2

12 ' RaR

N

NR =

=

(1.39)

2

22

2

2

12 ' ddd XaX

N

NX =

=

(1.40)

Com estas transformaes o circuito equivalente pode ser representado com todas as

grandezas refletidas para o primrio, conforme mostra a figura 1.19.


33

Figura 1.19 - Circuito equivalente com todas as grandezas refletidas para o primrio

Todos os parmetros do circuito equivalente (resistncias e reatncias) podem ser

determinados atravs de dois ensaios: ensaio a vazio e ensaio de curto-circuito. A seguir, estes dois

ensaios so descritos para um transformador especfico do laboratrio de Transformadores do curso

de Eletrotcnica. Porm, o desenvolvimento apresentado tambm pode ser utilizado para outros

transformadores monofsicos.

1.5.2 ENSAIO A VAZIO

Material necessrio:

transformador Italvolt monofsico, 220V/110V, 5 kVA, 60 Hz;

autotransformador varivel (variac) monofsico - 0-240V/6,3A;

mili-ampermetro de ferro mvel - 300mA/600mA;

ampermetro de ferro mvel - 6A;

wattmetro eletrodinmico - 5A/48V-240V;

multmetro (para ser usado como voltmetro CA).

1. Verifique se a bancada est desligada e execute as ligaes indicadas a seguir.

Figura 1.20 Esquema de ligaes para ensaio a vazio


34

2. Ajuste a escala do multmetro para 250 VAC (ou outra escala aproximadamente igual) e conecte-

o entre os dois bornes de AT do transformador sob teste. Ajuste a escala do wattmetro para 240V.

3. Ligue a bancada e alimente o primrio do transformador com tenso nominal. Execute as

medies e complete a tabela abaixo.

V1= I0= P0=

4. Conecte o multmetro no secundrio, mea a tenso, e calcule a relao de espiras.

V2= a =

5. Como a corrente de excitao I0 muito baixa, tanto a queda de tenso na impedncia do

primrio como a perda de potncia na resistncia do enrolamento podem ser desprezadas. Assim, o

circuito equivalente toma a seguinte forma aproximada.

Figura 1.21 Circuito equivalente simplificado para operao a vazio

6. A potncia ativa medida praticamente igual perda no ferro, que dissipada no resistor Rn do

circuito equivalente. Portanto, calcule o valor da resistncia de perdas no ncleo.

7. Calcule a corrente de magnetizao Im, em funo da corrente de perdas no ncleo e da corrente

de excitao.

8. Sabendo-se a corrente de magnetizao, calcule a reatncia de magnetizao.

9. Calcule o fator de potncia para operao do transformador a vazio.


35

1.5.3 ENSAIO DE CURTO-CIRCUITO

1. Para realizao do ensaio de curto-circuito deve-se curto-circuitar o enrolamento secundrio e

aumentar cautelosamente a tenso aplicada no primrio, at que a corrente atinja o seu valor

nominal.

Observao: devido capacidade dos equipamentos disponveis no laboratrio (wattmetro e

variac), a tenso ser aumentada at que a corrente atinja 5A no primrio.

2. Verifique se a bancada est desligada, substitua o mili-ampermetro pelo ampermetro de 6A e

feche os terminais do secundrio em curto-circuito.

3. Ajuste o variac para a posio 0V.

4. Ligue a bancada e aumente lentamente a tenso aplicada no primrio, at que a corrente no

primrio seja 5A. Complete a tabela abaixo.

V1= I1= P1=

5. Como a tenso aplicada muito baixa, a corrente de excitao pode ser desprezada. Observe que

este baixo valor de tenso aplicado aos valores de resistncia de perdas no ncleo e reatncia de

magnetizao, que foram calculadas anteriormente, produz correntes desprezveis. Assim, o circuito

equivalente toma a forma aproximada da figura abaixo.

Figura 1.22 Circuito equivalente simplificado para operao em curto-circuito

6. A potncia ativa medida praticamente igual perda no cobre, que dissipada no resistor

equivalente Req do primrio e do secundrio. Calcule o valor desta resistncia.


36

7. A resistncia do primrio e a resistncia do secundrio refletida para o primrio so

aproximadamente iguais. Portanto, calcule os valores destas resistncias.

8. Calcule o valor verdadeiro da resistncia do secundrio.

9. Calcule a impedncia equivalente do circuito.

10. Calcule a reatncia de disperso equivalente do circuito.

11. A reatncia de disperso do primrio e a reatncia de disperso do secundrio refletida para o

primrio so aproximadamente iguais. Portanto, calcule os valores destas reatncias de disperso.

12. Calcule o valor verdadeiro da reatncia de disperso do secundrio.


37

1.5.4 RESULTADO FINAL

Apresente, nas figuras abaixo, os parmetros obtidos para o circuito equivalente do

transformador sob teste.

(a)

(b)

Figura 1.23 Circuitos equivalentes com os parmetros determinados


38

CAPTULO II TRANSFORMADORES TRIFSICOS

2. INTRODUO

Os sistemas eltricos que envolvem potncias altas so normalmente trifsicos. As

alteraes de nveis de tenso em sistemas trifsicos podem ser feitas mediante trs transformadores

monofsicos ou com um transformador trifsico, que o caso mais comum.

Na figura 2.1 mostra-se um exemplo de trs transformadores monofsicos com os

enrolamentos de alta tenso ligados em tringulo e com os enrolamentos de baixa tenso ligados em

estrela. Os terminais de alta tenso so designados por H1, H2 e H3 e os terminais de baixa tenso

so designados por X0 (neutro), X1, X2 e X3.

Figura 2.1 - Trs transformadores monofsicos com ligao tringulo na AT e estrela na BT

Pode-se construir um transformador trifsico agrupando-se trs transformadores

monofsicos num mesmo ncleo, conforme est representado na figura 2.3(a). Com uma

alimentao simtrica e equilibrada no primrio as correntes de magnetizao criam trs fluxos

senoidais (1, 2 e 3) de mesma amplitude e freqncia mas defasados entre si de 120. A soma

fasorial dos trs fluxos nula, portanto, no h necessidade de utilizao da coluna central do

ncleo, ou seja, cada coluna serve de caminho de retorno para o fluxo das outras colunas. O ncleo

magntico deve ser laminado, e como no necessita da coluna central, fica com o aspecto mostrado

na figura 2.3(b), que perfeitamente simtrico.


39

(a) (b)

Figura 2.3 (a) Trs transformadores monofsicos num mesmo ncleo; (b) Ncleo magntico

laminado e perfeitamente simtrico

O transformador trifsico apresentado na figura 2.3 perfeitamente simtrico, porm, o

ncleo de construo difcil e normalmente no usado. Quase a totalidade dos transformadores

trifsicos tem a forma apresentada na figura 2.4. As trs colunas esto no mesmo plano e esto

interligadas por duas travessas, uma inferior e outra superior. Cada coluna possui um enrolamento

de alta tenso e outro de baixa tenso (ncleo envolvido). Normalmente os enrolamentos so

concntricos e sobrepostos, o enrolamento externo de alta tenso e o interno de baixa tenso. As

ligaes mais comuns so estrela e tringulo.

A relutncia da coluna central menor do que a relutncia das colunas laterais, pois possui

menor comprimento, de forma que a corrente de magnetizao menor no enrolamento da coluna

central em relao aos outros dois enrolamentos.


40

Figura 2.4 Configurao tpica da parte ativa (ncleo e enrolamentos) de transformadores

trifsicos.

Comparao: transformador trifsico versus banco de transformadores monofsicos

1. O transformador trifsico mais barato do que o banco de trs transformadores monofsicos.

Alm da menor quantidade de ferro, o nmero de acessrios tambm menor.

2. O transformador trifsico ocupa menos espao do que os trs transformadores monofsicos.

3. Algumas subestaes de grande porte usam trs transformadores monofsicos e tm um quarto

transformador monofsico de reserva, para um caso de defeito ou manuteno programada de um

dos transformadores. Se o transformador for trifsico, qualquer defeito no mesmo tira a subestao

de operao. No caso de transformadores monofsicos h ainda a possibilidade de operao em

tringulo aberto (ver prxima seo).

2.1 LIGAES TRINGULO E ESTRELA

As ligaes mais comuns em transformadores trifsicos so as ligaes tringulo e estrela.

Conforme estudado na teoria de circuitos trifsicos, as relaes entre as grandezas de linha e de fase

para estas ligaes so as seguintes:

Ligao Estrela (Y) fl VV 3=

fl II =

(2.1)

(2.2)


41

Ligao Tringulo ()

fl VV =

fl II 3=

(2.3)

(2.4)

As tenses de linha e de fase so representadas, respectivamente, por Vl e Vf, enquanto que

as correntes de linha e de fase so, respectivamente, Il e If. Freqentemente so adicionados os

ndices 1 e 2 para identificar se a grandeza refere-se ao primrio ou ao secundrio (Vl1, Vf2, If1, Il2,

etc).

As combinaes possveis so as seguintes: - , Y-Y, -Y e Y- . A figura 2.5 apresenta

todas estas ligaes.

- Y-Y

-Y Y-

Figura 2.5 - Ligaes - , Y-Y, -Y e Y- em transformadores trifsicos

Alguns transformadores possuem o enrolamento de cada fase dividido em duas partes iguais.

Estas duas partes podem ser ligadas em srie ou em paralelo, dependendo dos valores de tenso e de

corrente desejveis. A figura 2.6 apresenta as ligaes em srie (a) e em paralelo (b) entre as duas

H1 H2 H3

X1 X2 X3X0


42

metades (ou duas bobinas). As ligaes das fases entre si no esto apresentadas, podendo ser

estrela ou em tringulo.

(a) (b)

Figura 2.6 - Ligaes em srie (a) e em paralelo (b) entre as duas metades (bobinas) de cada fase

Por simples inspeo se obtm as relaes entre as grandezas de fase e de bobina (meia

fase):

Ligao em srie

bf VV 2=

bf II =

(2.5)

(2.6)

Ligao em paralelo

bf VV =

bf II 2=

(2.7)

(2.8)

Exemplo 2.1: Um transformador trifsico, na configurao -Ysrie, alimenta no secundrio uma

carga trifsica equilibrada de 400 kVA com tenso de linha de 380 V. O transformador pode ser

considerado como ideal e a relao de espiras entre um enrolamento de AT e um de BT 62,7.

Pede-se:

a) represente as ligaes na AT e na BT;

b) calcule a corrente de linha, a corrente de fase e a corrente de bobina no secundrio;

c) calcule a tenso de fase e a tenso de bobina no secundrio e a tenso de fase no primrio;

d) calcule a tenso de linha no primrio;

e) calcule a corrente de linha e a corrente de fase no primrio.


43

H1 H2 H3

X1 X2 X3X0

As sees 2.1.1 at 2.1.3 apresentam, de forma resumida, as caractersticas das ligaes

estrela e tringulo. As citaes a respeito de harmnicas so puramente informativas, pois um

estudo aprofundado foge do objetivo de uma disciplina de transformadores de nvel tcnico.

2.1.1 CARACTERSTICAS DO AGRUPAMENTO ESTRELA-ESTRELA (Y-Y)

Para anlise da operao do agrupamento Y-Y com carga desequilibrada, considere a figura

2.7 onde h uma carga de impedncia Zc conectada entre a fase X1 e o neutro X0.

(a) Sem neutro primrio (b) Com neutro primrio

Figura 2.7 - Agrupamento Y-Y alimentando uma carga desequilibrada


44

Com a chave S aberta, circulam pelos enrolamentos primrios trs correntes de pequeno

valor, aproximadamente iguais, e defasadas de 120, com o objetivo de magnetizar o ncleo e suprir

as perdas no ferro. Quando a chave S fechada, circula uma corrente de carga I2 que provoca o

surgimento de uma corrente primria de carga I1 que tenda restabelecer o valor original de fluxo no

ncleo.

Se o primrio no possui neutro, como na figura 2.7(a), a corrente primria de carga

forada a voltar para a rede pelos outro dois enrolamentos, o que produz uma alterao da fora

magneto-motriz destes enrolamentos, desequilibrando os fluxos nas trs colunas do transformador.

Com isto, as tenses de fase, tanto no primrio como no secundrio, ficam desequilibradas. As

tenses de linha permanecem praticamente equilibradas, a no ser por pequenas quedas de tenso.

Se o primrio possui neutro, como na figura 2.7(b), a corrente primria de carga volta para a

rede pelo condutor neutro, e no pelos outros enrolamentos, mantendo os fluxos equilibrados nas

trs colunas do transformador. Com isto, as tenses de fase, tanto no primrio como no secundrio,

permanecem equilibradas.

Portanto, o agrupamento Y-Y sem neutro primrio deve ser utilizado somente para cargas

equilibradas.

Por outro lado, como a tenso de cada enrolamento menor do que a tenso de linha (

3/lf VV = ), o agrupamento Y-Y economicamente vantajoso para altas tenses de linha, pois

requer menor isolao nos enrolamentos em relao ligao tringulo. Por outro lado, como a

corrente de linha e a corrente de fase so iguais ( lf II = ), o agrupamento Y-Y adequado para

baixas correntes.

Se o agrupamento Y-Y no possui neutro surgem tenses de 3 harmnico indesejveis.

2.1.2 CARACTERSTICAS DO AGRUPAMENTO TRINGULO-TRINGULO ( - )

A figura 2.8 apresenta o agrupamento - com uma carga de impedncia Zc conectada entre

as fases X1 e X2. A ligao tringulo impe que a tenso de fase e a tenso de linha no primrio

sejam iguais. A mesma afirmativa vlida para o secundrio.


45

Figura 2.8 - Agrupamento - alimentando uma carga desequilibrada

Quando a chave S fechada, a corrente de carga I2 circula somente pelo enrolamento que

est entre os terminais X1 e X2, ou seja, no enrolamento da coluna central. Assim, a corrente

primria de carga I1 tambm percorre o enrolamento da coluna central. Como o enrolamento da

coluna central est ligado diretamente entre os terminais H1 e H2 da rede, I1 no percorre os outros

enrolamentos e os fluxos permanecem equilibrados nas trs colunas do transformador. Com isto, as

tenses de fase, bem como as tenses de linha, no secundrio permanecem equilibradas. Portanto, o

agrupamento - pode ser utilizado com cargas desequilibradas.

O agrupamento - apresenta a vantagem da possibilidade de operao em tringulo aberto,

conforme ser estudado na seo 2.4.

Outro fator positivo que as tenses de 3 harmnico so eliminadas com a ligao

tringulo.

Como a corrente de cada enrolamento menor do que a corrente de linha ( 3/lf II = ), e a

tenso de fase igual a tenso de linha ( lf VV = ), o agrupamento - economicamente vantajosa

para altas correntes de linha e baixas tenses de linha.


46

2.1.3 CARACTERSTICAS DOS AGRUPAMENTOS COM TRINGULO E ESTRELA

Considere a figura 2.9, onde o agrupamento -Y e h uma carga de impedncia Zc

conectada entre a fase X1 e o neutro X0.

Figura 2.9 Agrupamento -Y alimentando uma carga desequilibrada

Quando a chave S fechada, a corrente primria de carga circula somente pelo enrolamento

que est entre os terminais H1 e H3. Como I1 no percorre os outros enrolamentos, os fluxos

permanecem equilibrados nas trs colunas do transformador. Com isto, as tenses de fase, bem

como as tenses de linha, no secundrio permanecem equilibradas. Portanto, o agrupamento -Y

pode ser utilizado com cargas desequilibradas.

Devido existncia do neutro secundrio, e da operao satisfatria com carga

desequilibrada, o agrupamento -Y muito utilizado nos transformadores de redes de distribuio

de energia.

O agrupamento -Y sem neutro tambm utilizado nos transformadores elevadores das

subestaes que esto localizadas junto s centrais geradoras. O enrolamento de menor tenso

possui maior corrente e est ligado em tringulo. A corrente de fase menor do que a corrente de

linha ( 3/lf II = ), portanto a ligao tringulo economicamente vantajosa para altas correntes

de linha, pois requer condutores de menor seo em relao ligao estrela. J a ligao do

enrolamento de maior tenso estrela, que adequada para altas tenses e baixas correntes.


47

Por outro lado, o agrupamento Y- adequado para transformadores de subestaes

rebaixadoras, ou seja, na extremidade final de uma linha de transmisso. Porm, no funcionamento

com carga desequilibrada ocorre o mesmo problema do agrupamento Y-Y sem neutro.

Assim como no agrupamento - as tenses de 3 harmnico so eliminadas, tanto para o

agrupamento -Y como para Y-, graas existncia da ligao tringulo.

Alguns transformadores de subestaes de grande porte utilizam o agrupamento Y-Y com

tercirio em tringulo para eliminao das tenses de 3 harmnico nos outros enrolamentos e

tambm para alimentao de circuitos auxiliares.

2.2 LIGAO ZIGUE-ZAGUE (ZIGUEZAGUE OU ZIG-ZAG)

A figura 2.10 apresenta um enrolamento de baixa tenso com a ligao zigue-zague, que

pode ser considerada como uma variao da ligao estrela srie. O enrolamento de cada fase

dividido em duas metades, denominadas de duas meias fases ou duas bobinas. A bobina de uma

coluna ligada em srie com a bobina de outra coluna, porm, com polaridade invertida.

Esta ligao serve para eliminar as tenses de terceiro harmnico do enrolamento de baixa

tenso, bem como produzir uma operao satisfatria com carga desequilibrada. H ainda a

possibilidade de utilizao do condutor neutro para levar dois nveis de tenso at a carga (tenso

entre fases e tenso entre fase e neutro).

Figura 2.10 - Enrolamento de baixa tenso a ligao zigue-zague


48

Aplicando-se a 2 lei de Kirchhoff malha que inclui X0 e X1 obtm-se:

0'3101 =+ XXXX VVV &&&

'3101 XXXX VVV &&& =

)'( 3101 XXXX VVV &&& +=

(2.9)

Adotando-se o mesmo procedimento para as outras fases obtm-se:

)'( 1202 XXXX VVV &&& +=

)'( 2303 XXXX VVV &&& +=

(2.10)

(2.11)

Com base nas equaes (2.9) a (2.10) obtm-se os diagramas fasoriais envolvendo as

tenses de bobina ( ',,',,', 332211 XXXXXX VVVVVV &&&&&& ) e as tenses de fase ( 030201 ,, XXXXXX VVV &&& ),

conforme mostra a figura 2.11 (a) e (b).

As equaes (2.9) a (2.10) podem ser desenvolvidas para obter-se uma forma de

apresentao mais prtica. Tomando-se o mdulo de cada tenso de fase como Vf (eficaz) e o

mdulo de cada tenso de bobina como Vb (eficaz), tem-se o seguinte desenvolvimento

trigonomtrico:

ob

o

bf VVV 30cos30cos +=

2

3230cos2 b

o

bf VVV ==

bf VV 3=

(2.12)

Portanto, a tenso de fase e a tenso de bobina esto relacionadas por um fator 3 . Isto

decorre da defasagem de 60 existente entre as duas tenses de bobina que compem a tenso de

fase. Na verdade as tenses de bobina de colunas diferentes esto defasadas de 120, mas a inverso

da ligao entre elas produz um efeito de defasagem de 60.


49

(a) (b) (c)

Figura 2.11 - Diagramas fasoriais para a ligao zigue-zague

As tenses de linha ( 133221 ,, XXXXXX VVV &&& ) so obtidas como numa ligao estrela comum, a

partir das tenses de fase resultantes:

2121 XXXX VVV

&&& =

3232 XXXX VVV&&& =

1313 XXXX VVV&&& =

(2.13)

(2.14)

(2.15)

A figura 2.11(c) mostra o diagrama fasorial com as tenses de linha e as tenses de fase.

Assim como na ligao estrela tem-se a seguinte relao entre os valores eficazes da tenso de linha

Vl e da tenso de fase Vf:

fl VV 3= (2.16)

Uma anlise simples do esquema da figura 2.10 mostra que a corrente de bobina, a corrente

de fase e a corrente de linha so iguais na ligao zigue-zague:

lfb III == (2.17)

Conhecendo-se as relaes das tenses e das correntes nas ligaes zigue-zague e estrela

srie, possvel comparar as quantidades de cobre necessrias para cada ligao, conforme o

exemplo a seguir.


50

Exemplo 2.2: O secundrio de um transformador de distribuio possui cada enrolamento de BT

dividido em duas metades, cada uma delas projetada para 110V e 114A. Pede-se:

a) Calcule a tenso de linha e a potncia, disponveis no secundrio, se a ligao for zigue-zague.

b) Calcule a tenso de linha e a potncia, disponveis no secundrio, se a ligao for estrela srie.

c) Que alterao deve ser feita no transformador para que na ligao zigue-zague obtenha-se a

mesma tenso e a mesma potncia que na ligao estrela srie.

2.3 LIGAO TRINGULO ABERTO OU V

Considere um banco de trs transformadores monofsicos com o agrupamento -

conforme mostrado na figura 2.12.

Figura 2.12 - Banco de trs transformadores monofsicos com o agrupamento -

Se um dos transformadores monofsicos for retirado, a ligao resultante denominada de

tringulo aberto ou V (figura 2.13). Tem-se assim um agrupamento denominado de V-V.

Figura 2.13 - Agrupamento V-V


51

Facilmente percebe-se que as os primrios dos dois transformadores monofsicos

permanecem recebendo a mesma tenso que recebiam na ligao tringulo ( 21HHV& e 32HHV& ). A

tenso 13HHV& imposta pela rede trifsica e tambm independe da existncia do terceiro

transformador. As tenses 21XXV& e 32XXV& do secundrio tambm permanecem iguais, pois elas

dependem das tenses primrias 21HHV& e 32HHV& , bem como da relao de transformador de cada

transformador monofsico. Como 21XXV& e 32XXV& possuem mesmo valor eficaz, e esto defasadas de

120, a tenso resultante entre elas, que 13XXV& , tem o mesmo valor eficaz das outras duas e est

defasada 120 das mesmas, conforme mostra o diagrama fasorial da figura 2.13 onde o fasor 13XXV&

est representado tracejado.

Portanto, conclui-se que o agrupamento V-V mantm as mesmas tenses em relao ao

agrupamento -, ou seja, em termos de tenso a ausncia do terceiro transformador no

percebida.

Por outro lado, h uma alterao em termos de capacidade de corrente e de potncia do

agrupamento. Na ligao tringulo com carga equilibrada, a corrente eficaz disponvel na linha ( lI

) maior do que a corrente eficaz de cada transformador monofsico ( fI ):

fl II 3= (2.18)

A figura 2.14 apresenta as correntes envolvidas na alimentao de uma carga trifsica

equilibrada. Como a carga equilibrada, e recebe alimentao de trs tenses iguais e defasadas de

120, as correntes na linha de alimentao ( 321 ,, XXX III &&& ) tambm so iguais e defasadas de 120.

Observa-se, facilmente, na figura 2.14 que as correntes nos terminais de X1 e X3, que so correntes

de linha, so iguais as correntes que circulam nos enrolamentos secundrios ( 121 XXX II && = e

323 XXX II&& = ), que so correntes de fase. A corrente na linha de X2 , na verdade, resultado da soma

fasorial das correntes nos enrolamentos secundrios.


52

Figura 2.14 Agrupamento V-V com carga trifsica equilibrada

Tratando-se apenas de valores eficazes, tem-se:

flV II = (2.19)

Assim, a relao entre as correntes de linha disponveis nas duas ligaes :

577,0

3

1

3===

f

f

l

lV

I

I

I

I

= llV II 577,0

(2.20)

Portanto, no agrupamento V-V a corrente de linha disponvel fica reduzida a 57,7% da

corrente de linha disponvel no agrupamento -. Conseqentemente, a potncia disponvel

tambm fica reduzida a 57,7%:

= SSV 577,0 (2.21)

O agrupamento V-V pode ser utilizado quando um dos transformadores monofsicos de um

agrupamento - estiver com algum defeito. Porm, a capacidade de potncia fica reduzida.


53

LISTA DE EXERCCOS

Seo 2.1

2.1.1. Execute a ligao Y entre os enrolamentos de AT e na BT para o banco de transformadores

monofsicos abaixo.

2.1.2. Explique porque a coluna central do transformador da figura 2.3(a) pode ser eliminada.

2.1.3. Explique porque as correntes de magnetizao no so perfeitamente equilibradas no

transformador da figura 2.4. O mesmo acontece para os transformadores da figura 2.3? Justifique.

2.1.4. Explique porque o transformador trifsico mais utilizado do que o banco de

transformadores monofsicos.

Seo 2.2

2.2.1. [Kosow] Uma fbrica drena 100 A, com cos=0,7 indutivo, do secundrio de um

transformador de distribuio de 60 kVA, 2300V/230V, ligado em Y-. Calcule:

a) a potncia ativa (kW) e a potncia aparente (kVA); (28kW; 40kVA)

b) as tenses e correntes nominais secundrias, de fase e de linha; (87A; 150A)

c) o percentual de carregamento do transformador (pot.fornecida/pot.nominal); (67%)

d) as tenses e correntes primrias, de fase e de linha. (10A)

2.2.2. {Kosow] Refaa o exerccio anterior considerando um agrupamento - e anote concluses.

(28kW; 40kVA; 87A; 150A; 67%; 10A; 17,3 A)


54

2.2.3. Um transformador de distribuio trifsico possui um enrolamento secundrio dividido em

duas metades iguais. Dados: Vb2 = 127 V, Ib2 = 394 A, Vf1 = 13200 V. Calcule as correntes, as

tenses e a potncia aparente deste transformador trifsico para cada uma das ligaes abaixo.

a) -Y srie;

b) -Y paralelo;

c) Y- paralelo;

2.2.4. Explique porque a ligao Y-Y sem neutro primrio no adequada para alimentao de

cargas desequilibradas.

2.2.5. Explique porque a ligao -Y pode ser utilizada com cargas desequilibradas.

2.2.6. Considerando os agrupamentos -Y e Y-, explique qual mais adequado economicamente

para cada um dos seguintes casos:

a) subestaes elevadoras das usinas eltricas;

b) subestaes rebaixadoras prximas dos centros de consumo.

Seo 2.3

2.3.1. (a) Refaa o exerccio 2.2.3 para um agrupamento tringulo-ziguezague (-Z). (b) Apresente

um esquema com as ligaes. (c) Compare com os resultados do agrupamento -Y srie e anote

concluses.

2.3.2. Cite caractersticas positivas e negativas da ligao zigue-zague.

Seo 2.4

2.4.1. Dispe-se de trs transformadores monofsicos idnticos, cada um deles com as seguintes

caractersticas nominais: 26 kV / 2,3 kV; 200 kVA. Determine as caractersticas nominais

resultantes dos seguintes agrupamentos: a) - ; b) V-V.


55

CAPTULO III PRINCIPAIS CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS

3. INTRODUO

- Ncleo

Parte ativa - Enrolamentos

- Material isolante slido

Transformadores: Liquido isolante ou resina

Carcaa

Acessrios

3.1 POTNCIAS NOMINAIS NORMALIZADAS

Potncia nominal o valor de potncia aparente que serve de base para o projeto, ensaios e

ainda determina a corrente nominal que circular sob tenso nominal.

As potncias nominais para os transformadores de distribuio so as seguintes:

1. Transformadores monofsicos para instalao em postes:

( 3, 5, 10, 15, 25, 50, 75 e 100 ) KVA.

2. Transformadores trifsicos para instalao em postes:

( 15, 30, 45, 75, 112, 5 e 150) KVA.

3. Transformadores trifsicos para instalao em plataforma:

( 225 e 300 ) KVA.


56

H tambm outras potncias j consagradas pelo uso: ( 500, 750 e 1000 )KVA.

A norma PB- 1515/90 padroniza como transformadores de fora as potncias de 225, 300, 500,

750, 1000, 2500, 3000 e 3750 KVA, porm h outras potncias maiores que no so

padronizadas.

3.2 CONFIGURAES DE NCLEOS E ENROLAMENTOS

3.2.1 NCLEOS ENVOLVIDOS E NCLEOS ENVOLVENTES

O ncleo feito geralmente de uma liga de ferro-silicio, em formato laminar, possuindo suas

partculas elementares orientada, reduzindo assim a sua relutncia. Tem as funes de concentrar as

linhas de fora e reduzir ao mximo a oposio passagem das mesmas.

Na prtica existem dois tipos de circuitos magnticos para transformadores, isto , os de

ncleo envolvido e os de ncleo envolvente.

O ncleo envolvido possui a forma indicada na figura 3.1 (a). Nesse tipo de ncleo os

enrolamentos so colocados sobre as colunas e envolvem o respectivo circuito magntico, sem ser

envolvidos por este.

O ncleo envolvente, pelo contrrio, adquire a forma indicada na figura 3.1 (b). Neste tipo de

ncleo os enrolamentos a envolvem o respectivo circuito magntico, ficando porem envolvidos por

este.

(a) Ncleo Envolvido


57

(b) Ncleo Envolvente

Figura 3.1- Ncleo Envolvente e Ncleo Envolvido

3.2.2 ENROLAMENTOS

Os enrolamentos so constitudos de fios de cobre, de seo retangular ou circular, isolados

com esmalte ou papel. Os enrolamentos de BT e AT, figura 3.2, normalmente so concntricos,

onde a BT ocupa a parte interna e a AT a parte externa, sendo estes fracionados em bobinas de

menor nmero de espiras, chamadas, por motivo de isolao, facilidade de manuteno e retirada

das derivaes para conexo ao comutador.

Figura 3.2- Enrolamento de BT (a) e Enrolamento de AT (b)


58

3.2.2.1 TIPOS DE ENROLAMENTOS

Qualquer que seja o tipo de construo do transformador, os dois enrolamentos de alta

tenso (A.T.) e baixa tenso (B.T.) da mesma fase so em geral colocados sobre a mesma coluna.

Nos transformadores monofsicos de colunas, possvel colocar o enrolamento de A.T. sobre uma

coluna e o enrolamento de B.T. sobre outra. Este critrio, porm, no muito aplicado pelo fato de

dar origem a disperses magnticas notveis, pois uma grande parte do fluxo gerado pelo

enrolamento primrio se fecha no ar sem chegar a concatenar-se com o secundrio. Nos

transformadores industriais h varias maneiras de se disporem as bobinas a fim de se diminuir a

disperso magntica. Conforme a posio relativa em que so dispostas as A.T. e B.T., obtm-se os

dois tipos de enrolamentos que so de bobinas concntricas ou tubulares e de bobinas alternadas ou

de discos.

Figura 3.3- Enrolamentos de disco (panquecas) e enrolamentos concntricos

A- Enrolamentos concntricos ou tubulares

Esta construo realiza-se dispondo-se sobre cada coluna, os dois enrolamento o de alta e

de baixa tenso, concntricos(tem o mesmo centro), separados entre si por meio de material

isolante.

Para maior segurana, perto da coluna coloca-se o enrolamento de BT separado da mesma

por meio de um tubo de material isolante.


59

Figura 3.4- Enrolamento Concntrico

B- Enrolamento com bobinas alternadas ou de discos

Esta construo realizada executando-se ambos os enrolamentos AT e BT com vrias

bobinas de comprimento axial pequeno (discos) e sobrepondo-se as bobinas AT e BT

alternadamente. Para tornar mais fcil o isolamento contra a cabea do ncleo, as bobinas so

divididas de maneira que as extremas pertenam ao enrolamento de BT. Para diminuir a disperso,

estas duas bobinas devem possuir a metade da espessura das bobinas de BT. O isolamento entre as

bobinas sobrepostas e obtidas com a interposio de coroas isolantes.

No enrolamento de AT, o problema fundamental o do isolamento, enquanto que no de

BT surgem dificuldades de execuo. O enrolamento de AT tem em geral elevado numero de

espiras com seo relativamente pequena, enquanto o enrolamento de BT, pelo contrario, tem

poucas espiras com grandes sees.

Figura 3.5- Enrolamento Alternado


60

3.3 REFRIGERAO, ISOLAO E CLASSES DE PROTEO

3.3.1 LQUIDOS ISOLANTES

Os transformadores de distribuio, com tenso acima de 1,2 KV, so construdos de maneira

a trabalharem imersos em leos isolantes.

O liquido de um transformador exerce duas funes distintas:

- Uma de natureza isolante;

- A outra de transferir para as paredes do tanque, o calor produzido, pelas perdas, na

parte ativa do aparelho.

Para que o leo possa cumprir satisfatoriamente as duas condies acima, deve estar

perfeitamente livre de umidade e outras impurezas, garantindo assim elevada rigidez dieltrica e

boa fluidez.

Os leos mais utilizados em transformadores so os minerais, que so obtidos na refinao do

petrleo.

O de base parafinica (tipo B) recomendado para equipamentos com tenso igual ou inferior a

34,5 KV, e os de base naftnica (tipo A) para equipamentos com tenso superior a 34,5KV.

Documents

Apostila de Transformadores I