Pré-Relatório - Conversão

7/24/2019 Pr-Relatrio - Converso

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Universidade Federal do Rio de Janeiro Felipe N. F. Dicler

Laboratorio de Conversao - EEE456 - 15h Preparatorio 1

Prof. Jorge Luiz do Nascimento 4 de Novembro de 2015

Questao 1

Como podemos classificar os transformadores de acordo com a sua funcionalidade?

Transformadores sao dispositivos que transferem energia eletrica entre dois circuitos atraves deinducao eletromagnetica. Ha diversos tipos de transformadores, para diversas finalidades, porem,todos eles funcionam de acordo com os mesmos princpios eletromagneticos. Geralmente sao usadospara elevar ou abaixar tensoes alternadas. Entre os principais tipos de transformadores, destacam-se:

Transformador de Potencial

Transformador de Corrente

Transformador de Distribuicao

Autotransformador

Questao 2

Explique suas diferencas basicas de funcionamento.

Transformador de Potencial: Este trafo possibilita o isolamento, protecao, controle e amedicao de tensoes elevadas, abaixando-as o suficiente para que possam alimentar dispositivosde alta impedancia, como um voltmetro. Para isso, a tensao a ser medida deve alimentaro primario, e no secundario e conectado o instrumento de medicao. Para aumentar a pre-cisao na relacao de transformacao, e necessario um grande numero de espiras no enrolamentoprimario.

Transformador de Corrente: Reduz os nveis de corrente para fins de protecao ou medicao.Sao conectados em serie com o circuito a ser analisado. E possvel pro jetar o TC de formaque nao haja contato com o condutor de alta corrente. Para isso, o n ucleo do transformadordeve envolver o condutor, de modo que ele se comporte como primario. (TC tipo janela)

Transformador de Distribuicao: Utilizado para abaixar a tensao de distribuicao ao nvel usadopelo consumidor.

Autotransformador: E um transformador com apenas um enrolamento, que atua como primarioe secundario. E usado em ocasioes em que a tensao de sada e proxima da tensao de entrada.A energia e transferida pelo nucleo e pelo proprio enrolamento e por isso este transformadore menor, possui menos perdas e nao possibilita isolamento.

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Questao 3

Explique, detalhadamente, a forma pela qual um transformador de potencia, transfere potencia doprimario ao secundario.

A corrente eletrica do enrolamento primario cria um campo magnetico H no interior das espiras,que por sua vez alinha os momentos de dipolo magnetico do material ferromagnetico, criando umadensidade de fluxo magnetico B = 0(H + M), onde M e o vetor de magnetizacao. A densidade defluxoB multiplicada pela area A da secao reta do material ferromagnetico da o fluxo magnetico que percorre o nucleo. Caso a corrente seja alternada, o fluxo tambem o sera, e entao a variacaode fluxo d

dt produzira uma forca eletromotriz, dando origem a uma tensao Ns

d

dt no secundario,

onde Ns e o numero de voltas do enrolamento secundario. Desta forma, devido ao acoplamentomagnetico entre os circuitos, a potencia e transferida do enrolamento primario ao secundario, e,concordando com a conservacao de energia, o produto da tensao pela corrente permanece o mesmoem ambos lados do transformador ideal.

Questao 4

O que garante esta transferencia de energia nos trafos de potencia?

Para que a energia seja transferida com eficacia, o nucleo do transformador deve possuir altapermeabilidade magnetica , o que indica o grau de magnetizacao que um material obtem em re-sposta a um campo H aplicado. A alta permeabilidade garante que haja pouco fluxo de dispersao,de modo que quase todo H se torne B, e que o fluxo n ao escape do material para o meioque o envolve (ar, ou oleo). Tambem e necessario que o material tenha uma baixa coercividade,que e a capacidade de um material de continuar com um campo B na ausencia de H. Quantomaior a coercividade, menor sera a variacao de fluxo no interior do material, diminuindo a inducaomagnetica. Alem disso, e necessario que os enrolamentos possuam baixa resistencia e que sejamrevestidos por material isolante, para que nao haja contato eletrico entre as espiras.

Questao 5

E possvel qualquer dos enrolamentos servir como o primario em um transformador de potenciamonofasico de dois enrolamentos? Explique.

Sim. Circuito primario e sempre o circuito que e alimentado pela tensao. Se trocarmos o primario

pelo secundario, mudaramos a relacao de transformacao, e um transformador elevador se tornariaum transformador abaixador, e vice-versa.

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Questao 6

Por que e necessario conhecer as polaridades dos enrolamentos antes da colocacao de um transfor-mador em servico?

A polaridade de um transformador depende de como sao enroladas as espiras primarias e se-cundarias. O desconhecimento da polaridade de um transformador pode acarretar curto-circuitos,desequilbrio de tensoes e inversoes de fase, dependendo de como e feita a conexao do secundario.

Questao 7

No caso de transformadores trifasicos, por que e necessaria a identificacao das fases?

A identificacao das fases e necessaria para que se possa manter a mesma sequencia de fase naentrada e na sada do transformador.

Questao 8

Como pode um transformador ter polaridade, se ele e utilizado com corrente alternada?

Apesar de ser alimentado com corrente alternada, sempre ha uma relacao entre o sentido da tensaono primario e o sentido da tensao no secundario. Esta relacao depende da maneira como as espirasforam enroladas no nucleo. As tensoes podem estar no mesmo sentido, ou no sentido inverso, e istoe o que chamamos de polaridade do transformador.

Questao 9

E possvel determinar-se o sentido relativo dos enrolamentos de um transformador, ou seja, suapolaridade, por observacao direta dos seus enrolamentos (caso sejam acessveis)?

Sim, pois a polaridade depende de como as espiras foram enroladas. Deve-se efetuar o seguinteraciocnio: olhando para o primario, suponha que a corrente passa num determinado sentido, eobserve o sentido do fluxo gerado por esta corrente. Quando este fluxo passar pelo secundario,surgira nele uma corrente tal que seu sentido crie um fluxo que se op oe ao fluxo inicial. Usandoesse raciocnio, e possvel observar qual o sentido que a corrente percorre no secundario para cadasentido de corrente no primario, e assim determinar a polaridade.

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Questao 10

E possvel ligar em serie duas bobinas (ou mais) de reatores ou de transformadores, com diferentestensoes nominais? Explique. Requerem-se preocupacoes em relacao a polaridade? Explique.

A tensao nominal de um transformador e aquela para a qual ele foi projetado. Isso e determi-nado pela curva B-H do material, e pela espessura dos fios dos enrolamentos, de modo que n ao seatinja a saturacao no nucleo, e nao se esquente demais os fios. E possvel ligar duas bobinas dediferentes valores nominais em serie, caso elas pertencam ao mesmo transformador. Dessa forma,caso as bobinas sejam ligadas em serie como primario do transformador, teremos um unico enro-lamento com numero maior de voltas, porem com a mesma tensao da fonte. Caso sejam ligadascomo secundario, teremos um enrolamento com a soma do numero de voltas de cada bobina, o queresultara numa maior tensao de sada. Caso as bobinas pertencam a transformadores diferentes,so e seguro associa-las em serie caso a tensao alternada de alimentacao possua no maximo o valorda bobina de menor valor nominal. Pois caso contrario, estaramos produzindo um fluxo maior doque o nucleo de um dos transformadores pode suportar.Para a associacao em serie, deve-se conectar terminais de polaridade oposta, pois caso contrario,

teremos tensao nula nos terminais de entra ou sada.

Questao 11

4.11 - E possvel ligar em paralelo duas (ou mais) bobinas de reatores ou de transformadores, comdiferentes tensoes nominais? Explique. Requerem-se preocupacoes em relacao a polaridade? Ex-plique.

Na conexao em paralelo, independente de termos bobinas pertencentes ao mesmo transformadorou nao, so devemos associa-las caso possuam o mesmo valor nominal, pois como est ao em par-alelo, possuirao a mesma tensao. Porem se possuirem diferentes numero de voltas, a variacao defluxo sera diferente em cada uma delas (V = e = nd

dt), o que leva a uma contradicao, pois nao

e possvel haver dois valores diferentes para ddt

. Para o caso de dois transformadores diferentes,

a princpio nao haveria problema em ter dois valores de ddt

diferentes, pois sao nucleos diferentes.Isso e verdade, porem, se os secundarios tambem estiverem ligados em paralelo, a teramos duasforcas eletromotriz diferentes alimentando a mesma carga.

Questao 12

Ao se ligarem tres transformadores monofasicos em delta ou em estrela, quais as preocupacoes atomar em relacao a polaridade, capacidade, tensao e correntes nominais?

Para transformadores monofasicos, a relacao de transformacao e igual a relacao entre o numerode espiras, pois as tensoes de linhas sao determinadas entre os terminas dos enrolamentos em queforam induzidas. Ja no caso de transformadores trifasicos, ou de monofasicos conectados de forma

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trifasica, e preciso se atentar ao tipo de conexao feita, e proceder com o seguinte raciocnio: arelacao de transformacao e definida como a relacao das tensoes entrefases, e nao mais simplesmentea relacao do numero de espiras. Por exemplo: numa ligacao estrela-triangulo, a relacao de trans-formacao KT sera dada pela relacao entre as tensoes de linha: KT =

VABVab

, onde VAB e a tensaoentre as fases A e B do lado de alta e Vab e a tensao entre as fases a e b do lado de baixa. Ja

a relacao entre o numero de espiras KN

sera definida pela tensao em cada fase, e nao em cadalinha: KN = N1

N2 = VAB

3Vab, onde N1 e N2 sao os numeros de espiras dos enrolamentos de alta e de

baixa, respectivamente. No anexo A encontra-se uma tabela com as relacoes de transformacao ede numero de espiras para diversas combinacoes entre estrela e triangulo.

Questao 13

Se um transformador tem dois enrolamentos de alta tensao identicos e dois de baixa tensao tambemidenticos:Quais as relacoes de tensao possveis utilizando-se todos os enrolamentos e ligando o dispositivo

como transformador convencional?

Repita o item acima, para um autotransformador, com todas as quatro bobinas em serie.

Repita o item acima, para as bobinas de alta e baixa ligadas respectivamente em paralelo e es-tas combinacoes ligadas em serie.

Esta questao esta resolvida no anexo B.

Questao 14Caracterize construtivamente e operacionalmente um TC transformador de corrente.

Os transformadores de corrente sao equipamentos que permitem aos instrumentos de medicao eprotecao funcionarem adequadamente sem que seja necessario possurem correntes nominais deacordo com a corrente de carga do circuito ao qual est ao ligados. Em sua forma mais simples, pos-suem um primario, geralmente com poucas espiras, e um secundario, cuja corrente transformadageralmente e de 5A.Os TCs podem ser construdos de diferentes formas e para diferentes usos, entre os quais saoprincipais:

TC tipo barraE aquele cujo enrolamento primario e constitudo por uma barra fixada atraves do nucleo dotransformador.

TC tipo enroladoE aquele cujo enrolamento primario e constitudo por um ou mais espiras envolvendo o nucleodo transformador.

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TC tipo janelaE aquele que nao possui um primario fixo no transformador e e constitudo de uma aberturaatraves do nucleo, por onde passa o condutor que forma o circuito primario.

TC tipo buchaE aquele cujas caractersticas sao semelhantes ao do TC tipo barra, porem sua instalacao e

feita na bucha dos equipamentos, que funcionam como enrolamento prim ario.

Questao 15

Caracterize construtivamente e operacionalmente um TP transformador de potencial.

Os transformadores de potencial sao equipamentos que permitem aos intrumentos de medicao eprotecao funcionarem adequadamente sem que seja necessario possuir tensao de isolamento deacordo com a da rede a qual estao ligados. Geralmente possuem um enrolamento primario de

muitas espiras e um enrolamento secundario atraves do qual se obtem a tensao desejada, normal-mente padronizada em 115V. Dessa forma, os instrumentos de protecao e medicao sao dimension-ados em tamanhos reduzidos com bobinas e demais componentes de baixa isolacao. Os TPs saoutilizados para suprir aparelhos que apresentam elevada impedancia, como voltmetros, reles detensao, bobinas de tensao de medidores de energia, etc.Os TPs sao fabricados conforme o grupo de ligacao requerido, com as tensoes nominais primariase secundarias necessarias e com o tipo de instalacao desejado.

TP indutivoOs TPs indutivos funcionam como um transformador normal.

TP capacitivo

Os TPs capacitivos sao construdos com a utilizacao de dois conjuntos de capacitores queservem para fornecer um divisor de tensao e permitir a comunicacao atraves do sistemas decarrier. Sao construdos para tensoes iguais ou superiores a 138kV.

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