APOSTILA ELETRICIDADE 2

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Centro de Educao Tecnolgica do Estado da Bahia Unidade de Camaari

SumrioTransformadores Definies Fundamentais Perdas no Transformador Transformao Trifsica Motores de Corrente Contnua Atuadores Generalidades Composio Bsica e Funcionamento Rotor Enrolamento Coletor Estator m Permanente Escovas Motor de Fase Partida Partes de um Motor de Fase Partida Fator de Potncia Circuito Monofsico Circuito Trifsico Potncia em Corrente Alternada Fator de Potncia Fusvel Disjuntores Sensor Capacitivo Sensor Indutivo Sensor ptico Fim de Curso Rels Rel Falta de Fase Temporizador Contator Exerccios Prticos Ligaes de motores trifsicos com partida direta Ligaes de motores trifsicos com partida direta, com reverso Ligaes de motores trifsicos com partida em Estrela tringulo Ligaes de motores trifsicos com partida tenso compensada Ligaes de motores DAHLANDER com reverso Ligaes de motores em anis (Rotor bobinado) Frenagem por induo magntica Exerccios Propostos Simbologia Bibliografia 4 4 8 9 10 11 11 12 12 13 13 13 13 13 14 14 16 16 17 17 20 21 22 23 24 24 25 26 26 26 29 30 30 31 32 33 34 35 36 37 38 41

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TRANSFORMADORESDefinies fundamentaisO transformador opera segundo o princpio da induo mtua entre duas (ou mais) bobinas ou circuitos indutivamente acoplados. Um transformador terico de ncleo a ar, no qual dois circuitos so acoplados por induo magntica. Na foto abaixo vemos um transformador de potencial

Na figura 13.1 O circuito ligado fonte de tenso alternativa, V1, chamado de primrio (circuito 1). O primrio recebe sua energia de uma fonte alternativa. Dependendo do grau de acoplamento magntico entre os dois circuitos, esta energia transferida do circuito 1 ao circuito 2. Se os dois circuitos so frouxamente acoplados, como no caso do transformador a ncleo de ar, mostrado na Fig.13-1, somente uma pequena quantidade de energia transferida do primrio (circuito 1) para o secundrio (circuito 2). Se as duas bobinas ou circuitos esto enrolados sobre um ncleo comum de ferro, eles esto fortemente acoplados. Neste caso, quase toda a energia recebida da fonte, pelo primrio, transferida por ao transformadora ao secundrio.

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TRANSFORMADOR

A energia eltrica produzida nas usinas hidreltricas levada, mediante condutores de eletricidade, aos lugares mais adequados para o seu aproveitamento. Ela iluminar cidades, movimentar mquinas e motores, proporcionando muitas comodidades. Para o transporte da energia at os pontos de utilizao, no bastam fios e postes. Toda a rede de distribuio depende estreitamente dos transformadores, que elevam a tenso, ora a rebaixam. Nesse sobe e descem, eles resolvem no s um problema econmico, reduzindo os custos da transmisso a distncia de energia, como melhoram a eficincia do processo. Antes de qualquer coisa os geradores que produzem energia precisam alimentar a rede de transmisso e distribuio com um valor de tenso adequado, tendo em vista seu melhor rendimento. Esse valor depende das caractersticas do prprio gerador, enquanto a tenso que alimenta os aparelhos consumidores, por razes de construo e, sobretudo de segurana, tem valor baixo, nos limites de algumas centenas de volts (em geral, 110 ou 220). Isso significa que a corrente, e principalmente a tenso fornecida, variam de acordo com as exigncias. Nas linhas de transmisso a perda de potncia por liberao de calor proporcional resistncia dos condutores e ao quadrado da intensidade da corrente que os percorre (P = R.i2). Para diminuir a resistncia dos condutores seria necessrio usar fios mais grossos, o que os tornaria mais pesados e o transporte absurdamente caro. A soluo o uso do transformador que aumenta a tenso, nas sadas das linhas da usina, at atingir um valor suficientemente alto para que o valor da corrente desa a nveis razoveis (P = U.i). Assim, a potncia transportada no se altera e a perda de energia por aquecimento nos cabos de transmisso estar dentro dos limites aceitveis.

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Na transmisso de altas potncias, tem sido necessrio adotar tenses cada vez mais elevadas, alcanando em alguns casos a cifra de 400.000 volts. Quando a energia eltrica chega aos locais de consumo, outros transformadores abaixam a tenso at os limites requeridos pelos usurios, de acordo com suas necessidades. Existe uma outra classe de transformadores, igualmente indispensveis, de potncia baixa. Eles esto presentes na maioria dos aparelhos eltricos e eletrnicos encontrados normalmente em casa, tais como, por exemplo, computador, aparelho de som e televisor. Cabe-lhes abaixar ou aumentar a tenso da rede domstica, de forma a alimentar convenientemente os vrios circuitos eltricos que compem aqueles aparelhos.

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O princpio bsico de funcionamento de um transformador o fenmeno conhecido como induo eletromagntica: quando um circuito submetido a um campo magntico varivel, aparece nele uma corrente eltrica cuja intensidade proporcional s variaes do fluxo magntico. Os transformadores, na sua forma mais simples, consistem de dois enrolamentos de fio (o primrio e o secundrio), que geralmente envolvem os braos de um quadro metlico (o ncleo). Uma corrente alternada aplicada ao primrio produz um campo magntico proporcional intensidade dessa corrente e ao nmero de espiras do enrolamento (nmero de voltas do fio em torno do brao metlico). Atravs do metal, o fluxo magntico quase no encontra resistncia e, assim, concentra-se no ncleo, em grande parte, e chega ao enrolamento secundrio com um mnimo de perdas. Ocorre, ento, a induo eletromagntica: no secundrio surge uma corrente eltrica, que varia de acordo com a corrente do primrio e com a razo entre os nmeros de espiras dos dois enrolamentos.

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Centro de Educao Tecnolgica do Estado da Bahia Unidade de CamaariA corrente eltrica deve ser alternada pelo fato de s haver induo magntica com a variao do campo magntico. A relao entre as voltagens no primrio e no secundrio, bem como entre as correntes nesses enrolamentos, pode ser facilmente obtida: se o primrio tem Np espiras e o secundrio Ns, a voltagem no primrio (Vp) est relacionada voltagem no secundrio (Vs) por Vp / Vs = Np / Ns, e as correntes por Ip/Is = Ns/Np. Desse modo um transformador ideal (que no dissipa energia), com cem espiras no primrio e cinqenta no secundrio, percorrido por uma corrente de 1 Ampre, sob 110 volts, fornece no secundrio, uma corrente de 2 Ampres sob 55 volts.

Perdas no transformadorGraas s tcnicas com que so fabricados, os transformadores modernos apresentam grande eficincia, permitindo transferir ao secundrio cerca de 98% da energia aplicada no primrio. As perdas - transformao de energia eltrica em calor - so devidas principalmente histerese, s correntes parasitas e perdas no cobre. 1. Perdas no cobre. Resultam da resistncia dos fios de cobre nas espiras primrias e secundrias. As perdas pela resistncia do cobre so perdas sob a forma de calor e no podem ser evitadas. 2. Perdas por histerese. Energia transformada em calor na reverso da polaridade magntica do ncleo transformador. 3. Perdas por correntes parasitas. Quando uma massa de metal condutor se desloca num campo magntico, ou sujeita a um fluxo magntico mvel, circulam nela correntes induzidas. Essas correntes produzem calor devido s perdas na resistncia do ferro. Relaes no transformador ideal Consideremos um transformador ideal, de ncleo de ferro, conforme mostra a Fig. 13-2, onde os fluxos dispersos 1 e 2 = 0 e k = 1. Tal transformador possui apenas fluxo mtuo m, comum a ambas as bobinas, primrias e secundrias. Quando V1 instantaneamente positivo, como se v na Fig. 13-2, a direo da corrente primria I1 produz a direo do fluxo mtuo m , como se v. O circuito ligado fonte de tenso alternativa, V1, chamado de primrio (circuito 1). O primrio recebe sua energia de uma fonte alternativa. Dependendo do grau de acoplamento magntico entre os dois circuitos (Fig. 13-2), esta energia transferida do circuito 1 ao circuito 2. Se os dois circuitos so frouxamente acoplados, como no caso do transformador a ncleo de ar, mostrado na Fig.13-1, somente uma pequena quantidade de energia transferida do primrio (circuito 1) para o secundrio (circuito 2). 8

Centro de Educao Tecnolgica do Estado da Bahia Unidade de CamaariSe as duas bobinas ou circuitos esto enrolados sobre um ncleo comum de ferro, eles esto fortemente acoplados. Neste caso, quase toda a energia recebida da fonte, pelo primrio, transferida por ao transformadora ao secundrio.

A fora eletromotriz induzida primria, E1, de acordo com a conveno dos pontos e com a lei de Lenz, produz uma polaridade positiva na parte superior da bobina primria, que se ope instantaneamente tenso aplicada V1. Semelhantemente, no secundrio, para a direo de m mostrada, a polaridade positiva E2 deve ser tal que crie um fluxo desmagnetizante oposto m (lei de Lenz). Uma carga ligada aos terminais do secundrio produz uma corrente secundria I2, que circula em resposta polaridade de E2 e produz um fluxo desmagnetizante.

Transformao TrifsicaPara transformar-se a tenso de uma fonte trifsica, se requer ou uma bancada de transformadores monofsicos, como mostra a Fig. 13-25, ou, alternadamente, um nico transformador trifsico com seis enrolamentos num ncleo comum de ferro9 (como mostra na Fig. 13-25). (Usaremos em toda esta explanao transformadores monofsicos individuais, mas as mesmas ligaes e resultados advm do uso de enrolamentos idnticos num transformador polifsico.) Note-se que os transformadores individuais da Fig. 1325 tm a mesma capacidade em kVA e a mesma relao da alta e baixa tenso. Note-se tambm que os transformadores tm as fases indicadas e apropriadamente marcadas,