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Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira Departamento de Engenharia Elétrica TRABALHO DE FORMATURA TRANSFORMADOR SCOTT RODOLFO CASTANHO FERNANDES Ilha Solteira - SP

TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

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Scott Transformer Design and Test

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Page 1: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”

Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira

Departamento de Engenharia Elétrica

TRABALHO DE FORMATURA TRANSFORMADOR SCOTT

RODOLFO CASTANHO FERNANDES

Ilha Solteira - SP

Page 2: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”

Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira

Departamento de Engenharia Elétrica

“TRANSFORMADOR SCOTT”

RODOLFO CASTANHO FERNANDES

Orientador: Prof. Dr. Falcondes José Mendes de Seixas

Trabalho de Formatura apresentado ao Curso

de Graduação em Engenharia Elétrica da

Universidade Estadual Paulista “Júlio de

Mesquita Filho”, Campus de Ilha Solteira,

como requisito parcial à obtenção do título de

Engenheiro Eletricista.

Ilha Solteira – SP

Julho de 2008

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Page 4: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

iii

Dedicado aos amigos engenheiros eletricistas

da turma de 2004, concluintes no ano de 2008.

Page 5: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

iv

AGRADECIMENTOS

Ao mestre Falcondes Mendes de Seixas pela atenção, apoio e envolvimento em todas

as etapas do trabalho.

Aos técnicos do Laboratório de Ensino, Adilson Antônio Palombo e Valdemir

Chaves, pelo suporte durante os experimentos.

Ao Departamento de Engenharia Elétrica, por disponibilizar os laboratórios de ensino

e Pesquisa, fundamentais para o desenvolvimento do projeto.

À Fundação de Ensino, Pesquisa e Extensão de Ilha Solteira, FEPISA, pelo apoio

financeiro.

Page 6: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

v

RESUMO

A conexão Scott tipicamente é formada por dois núcleos monofásicos contendo transformadores

de diferentes relações de transformação. Para potências da ordem de kVA e acima, um núcleo

trifásico é preferencialmente usado.

Este trabalho propõe o projeto e desenvolvimento de um módulo didático para a conexão Scott,

no qual estão disponíveis todos os terminais relevantes. O levantamento dos parâmetros elétricos

do módulo, como indutância dos enrolamentos e tensões de saída, são comparados com

resultados obtidos por simulação através do OrCAD/PSpice. Também são apresentados os

equacionamentos matemáticos que descrevem o funcionamento do módulo bem com a análise

fasorial do mesmo. Os ensaios em laboratório compreendem o levantamento da curva de

rendimento, verificação das conversões 3Ф-2Ф e vice-versa, bem com a partida de motores de

indução monofásicos sem o uso de capacitores de arranque e/ou permanentes.

Palavras-chave: transformadores especiais, conexão Scott.

Page 7: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

vi

ABSTRACT

The Scott connection is usually based on two single-phase magnectic cores with different turn

ratio transformers. For kVA level transformers a three-phase magnetic core is more indicated.

The present work proposes the design and development of a didactic Scott transformer where all

main windings are available. Electrical parameters obtained by experimental tests, such as

winding inductances and output voltages, are compared to those from digital simulations with

OrCAD/PSpice software. Equations and fasorial analysis are also presented to describe module’s

behavior. The practical experiments are planned to prove both 3Ф-2Ф and 2Ф-3Ф conversions

and the possibility of starting a single-phase induction motor without capacitors.

Keywords: specially connected transformers, Scott connection.

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vii

Sumário

Lista de Figuras .................................................................................................................... viii Lista de Tabelas ...................................................................................................................... ix

Capítulo 1 - Introdução.................................................................................................................... 1 1.1 Considerações Iniciais ........................................................................................................... 1

1.2 Referências Históricas ........................................................................................................... 1 1.3 Utilidade da Conexão Scott ................................................................................................... 3 1.4 Objetivos................................................................................................................................ 4 1.5 Estrutura do Trabalho ............................................................................................................ 5

Capítulo 2 - Análise Fasorial e Simulações Digitais ....................................................................... 6 2.1 Considerações Iniciais sobre Conversões de Fase................................................................. 6

2.2 Conexão Scott........................................................................................................................ 6 2.3 Diagramas Fasoriais .............................................................................................................. 7

2.3.1 Conversão 2Φ-3Φ ........................................................................................................... 7 2.3.2 Conversão 3Φ-2Φ ........................................................................................................... 8

2.4 Simulações Digitais ............................................................................................................... 9 2.4.1 Parâmetros de Simulação ............................................................................................. 10 2.4.2 Resultados..................................................................................................................... 11

Capítulo 3 - Projeto de Núcleos Magnéticos, Enrolamentos e Montagem do Módulo ................. 14 3.1 Núcleos Magnéticos ............................................................................................................ 14

3.2 Enrolamentos ....................................................................................................................... 15 3.3 Montagem do Módulo ......................................................................................................... 16

Capítulo 4 - Levantamento dos Parâmetros Elétricos do Módulo e Testes Preliminares.............. 18 4.1 Parâmetros Elétricos ............................................................................................................ 18

4.2 Transformador Realizando Conversão Trifásico-Bifásico .................................................. 19 4.3 Transformador Realizando Conversão Bifásico-Trifásico .................................................. 21

Capítulo 5 - Aplicação da Conexão Scott à Partida de Motores Elétricos .................................... 24 5.1 Considerações Iniciais ......................................................................................................... 24

5.2 Partida de Motor Monofásico Sem Capacitores .................................................................. 25 5.3 Partida de Motor Trifásico com Apenas Dois Enrolamentos .............................................. 27

Capítulo 6 - Conclusões................................................................................................................. 30 6.1 Considerações Gerais .......................................................................................................... 30

6.2 Trabalhos Futuros ................................................................................................................ 31 Bibliografia.................................................................................................................................... 32

Page 9: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

viii

Lista de Figuras Figura 1 - Dois geradores monofásicos da Westinghouse Co. acoplados mecanicamente para fornecimento de

corrente bifásica. 2

Figura 2 - – Modelo da estação Shinmaibara, parte da linha Tokaido Shinkansen (trem-bala), Japão 4

Figura 3 - Esquema da Conexão Scott. Transformador de Equilíbrio é representado por T1, e o Principal por

T2. 7

Figura 4 - Diagrama fasorial de tensões de entrada e saída. 8

Figura 5 - Representação da conexão 10

Figura 6 - Circuito alimentado pelo lado trifásico, com cargas resistivas no secundário (a) e circuito

alimentando carga trifásica com tensões aplicadas ao lado bifásico (b). 12

Figura 7 - Formas de onda de entrada e saída obtidas com PSpice 13

Figura 8 – Dimensões padronizadas de chapas E-I. 14

Figura 9 – Bobinadeira (a), carretel com enrolamento (b), núcleos prontos (c) e chapas E-I(d). 16

Figura 10 – Modelo CAD (a) e construção do módulo (b) 17

Figura 11 – Detalhe do secundário e da placa de ligações (a) e módulo montado (b). 17

Figura 12 – Tensões fase-neutro na entrada do módulo (a) e tensões fase-neutro na saída do módulo (b). 19

Figura 13 – Corrente de magnetização na fase A (a) e espectro harmônico (b) 20

Figura 14 – Corrente de magnetização na fase B (a) e espectro harmônico (b) 20

Figura 15 – Corrente de magnetização na fase C (a) e espectro harmônico (b) 20

Figura 16 – Curva de rendimento do módulo 21

Figura 17 – Circuito representativo do módulo visto pelo lado bifásico. Indutâncias e resistências são

provenientes da Tabela 1. 22

Figura 18 – Tensão na fonte e Tensão no capacitor. 22

Figura 19 – Tensões de alimentação (a), tensões de saída (b) e montagem experimental (c). 23

Figura 20 – Representação do motor monofásico. 24

Figura 21 – Conexão do motor com o transformador Scott 26

Figura 22 – Em seqüência, módulo Scott, motor monofásico de indução e osciloscópio mostrando tensões de

saída defasadas de 90º elétricos. 26

Figura 23 – Motor conectado em estrela em rede F-F ou F-N. 28

Figura 24 – Motor conectado em estrela alimentado por transformador Scott. 28

. .

Page 10: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

ix

Lista de Tabelas Tabela 1 – Parâmetros das bobinas a 100 Hz. 18

Tabela 2 – Especificações do motor monofásico ANEL S/A. 25

Tabela 3 – Correntes eficazes trifásicas em regime para motor monofásico. 27

Tabela 4 – Especificações de motor trifásico WEG S/A. 29

Tabela 5 – Correntes eficazes trifásicas em regime para motor trifásico. 29

Page 11: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 1

Introdução

1.1 Considerações Iniciais Transformadores são equipamentos amplamente estudados no curso de Engenharia

Elétrica, sobretudo nas áreas de Conversão, Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica.

Além das aplicações apresentadas e discutidas nas citadas disciplinas, é de suma importância que

o funcionamento de tais equipamentos seja compreendido de maneira aprofundada.

O projeto de transformadores de pequena potência é uma oportunidade sem igual de por

em prática o conhecimento teórico do estudante. Isto porque, para que se alcance o resultado

final, ou seja, o transformador propriamente dito, é preciso que se passe pelas etapas de

planejamento e análise matemática, simulação computacional, cálculo de enrolamentos e núcleos

magnéticos, para que finalmente seja possível construir, testar e aplicar o equipamento.

O transformador Scott é dito um transformador especial, pois permite conversões do

número de fases do sistema elétrico em que está inserido. Com esta propriedade, encontra

aplicações nas interfaces de geradores bifásicos com linhas de transmissão trifásicas, por

exemplo, além das modernas subestações que alimentam trens de alta velocidade.

Recentemente a conexão Scott também tem sido utilizada juntamente com conversores

CA-CC. Dois conversores CA-CC são conectados nas saídas do transformador Scott. Assim,

consegue-se uma composição de corrente na rede trifásica com baixa distorção harmônica e em

fase com a tensão, resultando em fator de potência elevado.

1.2 Referências Históricas Há pouco mais de 100 anos (1902-1903), Charles F. Scott, então presidente do Instituto

Americano de Engenheiros Eletricistas (AIEE, na sigla em inglês), já era bastante conhecido

entre os engenheiros pela invenção da conexão Scott, além de suas pesquisas sobre transmissão

de energia em altas tensões [1].

Page 12: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 1 - Introdução

2

Nascido em 1864, Scott graduou-se em 1885 pela Universidade do Estado de Ohio, EUA,

e trabalhou nas áreas de matemática e física na Universidade Johns Hopkins antes de juntar-se ao

corpo de engenheiros da Westinghouse Electric & Manufacturing Company, em 1888 (Figura 1)

Uma de suas primeiras tarefas foi dar assistência ao renomado inventor Nikola Tesla durante o

aprimoramento do motor CA.

Figura 1 - Dois geradores monofásicos da Westinghouse Co. acoplados mecanicamente para fornecimento de corrente bifásica.

Em 1891, Scott estudou perdas devidas ao Efeito Corona em um projeto de energização

de minas na região de Telluride, Colorado. O comprimento total da linha de transmissão, pouco

mais de 3 km, ainda representava problemas significativos no que diz respeito às perdas sob

operação em altas tensões. Scott concluiu que tensões entre 40 e 50 kV seriam as mais

apropriadas a fim de evitar perdas excessivas, a menos que o Efeito Corona pudesse ser superado.

As pesquisas de Charles Scott incentivaram o trabalho de H. J. Ryan, pesquisador da

Universidade Cornell, que no início do século XX mostrou como minimizar o Efeito Corona pelo

aumento do diâmetro e do espaçamento dos condutores nas linhas de transmissão [2].

Scott apresentou seu artigo sobre transformações de fase, que se tornaria conhecido como

“Conexão Scott”, em encontro da National Electric Light Association, em março de 1894. A idéia

de Scott vinha do fato de que eram grandes as vantagens do sistema bifásico para a distribuição

de energia, mas para a transmissão se fazia mais atrativo o sistema trifásico. Seu método se

baseia na conexão de dois transformadores de maneira que uma fonte bifásica de tensão aplicada

no primário resulta em tensões trifásicas equilibradas nos enrolamentos do secundário.

O primeiro uso efetivo da Conexão Scott se deu em 1896 na interface da Hidrelétrica de

Niagara Falls, New York, EUA, onde os geradores eram bifásicos e foram conectados à linhas

trifásicas de transmissão para alimentação da cidade de Buffalo, NY. A inexistência de padrões e

Page 13: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 1 - Introdução

3

a desconfiança nas máquinas de corrente alternada (que há pouco haviam sido inventadas por

Nikola Tesla) fizeram com que a distribuidora local de energia escolhesse uma freqüência baixa

para operação, de maneira que os consumidores que necessitassem de corrente contínua

pudessem obtê-la por meio de conversores rotativos [3].

A conexão esteve em operação até o dia 12 de outubro de 2006, quando a linha de 111

anos foi desativada, pondo fim à era das transmissões em 25 Hz [4].

1.3 Utilidade da Conexão Scott O uso principal para o qual a conexão Scott foi projetada, ou seja, interfacear a geração e

distribuição bifásicas com o modo trifásico de transmissão, há muito deixou de ser o melhor

exemplo de aplicação. Reconhecidas as vantagens do sistema trifásico, nos dias atuais

praticamente todos os níveis da rede elétrica operam a três fases, da geração à distribuição final, o

que dispensa transformadores especiais que realizem conversão de fases.

Contudo, algumas aplicações particulares podem ser realizadas com transformadores

Scott de alta potência. Como exemplo citam-se as modernas linhas férreas de alta velocidade,

como a Taiwan North South Speed Rail, onde cada uma das sete subestações de tração são

compostas por dois transformadores de 80 MVA alimentados por duas linhas trifásicas de 161 kV

da Taiwan Power Company, rebaixadas a 60 kV nos enrolamentos secundários [5]. Na Korean

AC Railway, estão em operação transformadores Scott de 154 kV/55 kV e 100 MVA [6].

As linhas japonesas de alta velocidade possuem subestações como a representada na

Figura 2. Nestes casos, cargas monofásicas de até 30 MVA são conectadas e desconectadas

centenas de vezes durante as operações de aceleração ou frenagem dos trens elétricos.

Page 14: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 1 - Introdução

4

.

Figura 2 – Modelo da estação Shinmaibara, parte da linha Tokaido Shinkansen (trem-bala), Japão

Em outras linhas, como a French TGV e British Rail ECML, utiliza-se a ligação V-V

como interface [7].

Uma possível aplicação dos transformadores Scott de baixa potência é a partida de

motores de indução monofásicos sem a necessidade de capacitores de partida ou permanentes.

Isto porque, como se verá em detalhes, as tensões do lado bifásico do transformador são

defasadas de 90º. Dedicar-se-á um capítulo para discussões a respeito desta aplicação.

1.4 Objetivos O objetivo deste trabalho é projetar, a partir da análise fasorial e de simulação digital, um

módulo didático do transformador Scott de 500 VA. Nele, estarão acessíveis todos os terminais

dos enrolamentos para que seja possível realizar, a qualquer momento, as principais medidas

elétricas e os parâmetros das bobinas.

Depois da análise do transformador, o protótipo será montado e realizado os principais

testes que comprovem os resultados previstos na teoria, como as formas de onda das tensões de

entrada e saída, a reversibilidade e as defasagens previstas. Para ilustrar a aplicação do

transformador Scott, o módulo será utilizado no acionamento de um motor de indução

monofásico, sem o uso do capacitor de partida.

Page 15: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 1 - Introdução

5

1.5 Estrutura do Trabalho Além deste capítulo, este trabalho possui mais cinco capítulos, os quais estão descritos

sucintamente a seguir.

O Capítulo II apresenta a análise fasorial da conexão Scott e prova matematicamente o

princípio de reversibilidade da mesma. São apresentadas também as simulações digitais com o

aplicativo PSpice e a metodologia de modelagem empregada.

O Capitulo III refere-se ao projeto dos núcleos magnéticos e dos enrolamentos, bem como

a montagem física do módulo contendo a conexão.

O Capítulo IV mostra os testes iniciais com o módulo. São mostradas as formas de onda

de tensão na entrada e saída, correntes de magnetização e indutâncias dos enrolamentos. São

feitas comparações entre os resultados obtidos e os teóricos.

O capítulo V é dedicado á aplicação do módulo Scott ao motor monofásico de indução.

São estudadas as partidas com e sem capacitores auxiliares e o comportamento da conexão em

regime permanente.

Por fim, no capítulo VI, encontram-se as principais conclusões deste trabalho,

considerações finais e sugestões para trabalhos futuros.

Page 16: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 2

Análise Fasorial e Simulações Digitais

2.1 Considerações Iniciais sobre Conversões de Fase A princípio, qualquer sistema de múltiplas fases pode ser convertido em outro, também

polifásico, usando-se a combinação conveniente de transformadores. A conversão de sistemas

trifásicos em hexafásicos, ou mesmo em um número maior de fases, é um passo interessante no

processo de retificação. Em comparação com o sistema monofásico, por exemplo, o sistema

hexafásico apresenta vantagens como menor ondulação da tensão retificada e de harmônicas de

ordem superior na forma de onda de saída, o que permite o uso de filtros menos volumosos. Além

disso, os transformadores são usados com rendimento maior, uma vez que a relação da potencia

CC de saída por kVA do transformador é maior na conversão polifásica [8].

É evidente que os avanços em Eletrônica de Potência há muito dispensam conversões de

fase no processo de retificação, tendo estas sido substituídas por retificadores controláveis.

Sem o uso de transformadores, pequenas quantidades de potência podem ser convertidas

de um sistema monofásico para um bifásico utilizando circuitos de defasamento R-C.

2.2 Conexão Scott Para que se obtenha a conexão são utilizados dois transformadores com tapes. O

transformador Principal1 possui tape central no enrolamento primário, suas extremidades

correspondem às entradas de duas fases do sistema trifásico e o ponto médio está ligado ao

transformador de Equilíbrio2 que possui tape de 86,6% e recebe por outra extremidade a terceira

fase da rede (Figura 3)[9,10]. Os secundários de ambos os transformadores têm iguais relações de

transformação em tensão.

1 Na nomenclatura em Inglês, Main. 2 Também denominado Teaser.

Page 17: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 2 – Análise Fasorial e Simulações Digitais

7

Figura 3 - Esquema da Conexão Scott. Transformador de Equilíbrio é representado por T1, e o Principal por T2.

Uma propriedade importante da ligação Scott é a Reversibilidade. É possível provar

fasorialmente que ao ser alimentado com tensões trifásicas equilibradas as tensões no secundário,

MV& e TV& , estarão defasadas entre si de 90º e que, caso a conexão seja alimentada pelo lado

bifásico com tensões defasadas de 90º, a saída será um conjunto de tensões trifásicas

equilibradas. Em resumo, a ligação Scott pode tanto realizar a conversão trifásico-bifásico quanto

bifásico-trifásico. Ambas serão analisadas a seguir.

2.3 Diagramas Fasoriais Para o estudo fasorial seguinte, a figura 3 é tomada como referência.

2.3.1 Conversão Bifásica-Trifásica Inicialmente, considere-se que as tensões de alimentação, provenientes do lado bifásico,

sendo:

0ºVM ∠=& (1)

90ºVVT ∠=& (2)

Por simplificação, seja a relação de transformação de T2 1:1, tem-se:

MAB V V && = (3)

DBDCBC VVV &&& −= (4)

ADDCCA VVV &&& −−= (5)

Page 18: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 2 – Análise Fasorial e Simulações Digitais

8

Onde, pela relação de transformação de T1, que possui tape 86,6%:

90º0,866VV23V TDC ∠== && (6)

MDBAD V21VV &&& == (7)

E, a partir de (3), (4) e (5) conclui-se que as tensões de linha de saída do lado trifásico

serão:

0ºVVAB ∠=& (8)

120ºVVBC +∠=& (9)

120ºVVCA −∠=& (10)

Com base nos resultados, podem ser representadas graficamente as tensões de entrada e

saída como segue.

Figura 4 - Diagrama fasorial de tensões de entrada e saída

2.3.2 Conversão Trifásica-Bifásica Seja agora a alimentação realizada pelo lado trifásico, com tensões de linha definidas

como nas eqs. (8), (9) e (10):

0ºVVAB ∠=&

Page 19: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 2 – Análise Fasorial e Simulações Digitais

9

120ºVVBC +∠=&

120ºVVCA −∠=&

De (3) vem que,

0ºVVM ∠=& (11)

Sendo então,

0º2VV21VV MDBAD ∠=== &&&

E da eq. (4),

DBDC VV120ºV && −=+∠

Esta última resulta em,

º90 23VDC ∠= V&

E, finalmente, da pela eq. (6) tem-se,

90ºVT ∠= V& (12)

De (11) e (12) se conclui a saída bifásica esperada, com tensões defasadas entre si de 90º.

Fica claro, portanto, que há a possibilidade de conversão de fases tanto no sentido

trifásico-bifásico como no sentido contrário. O diagrama fasorial é o mesmo representado na

figura 4.

2.4 Simulações Digitais

Compreendido o funcionamento da conexão, o passo seguinte é a modelagem com

aplicativo de análise de circuitos. Para tanto foi empregado o OrCAD/PSpice, disponível nos

laboratórios do campus. Nesta ferramenta os enrolamentos são acoplados pela função K_linear e

representados por indutores. Antes que se possa simular o circuito é preciso, com base nas

Page 20: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 2 – Análise Fasorial e Simulações Digitais

10

relações de espiras dos transformadores da conexão, calcular as indutâncias a serem inseridas no

programa.

2.4.1 Parâmetros de Simulação

Seja o esquema de ligação representado na figura 5. Neste caso, N1 é o número total de

espiras do enrolamento primário do transformador Principal (Main, que é de tape central) e La a

indutância própria de metade deste enrolamento. Ainda, N2 é o número total de espiras do

enrolamento secundário do mesmo transformador e possui indutância Lm. Os enrolamentos

primários do transformador de Equilíbrio têm indutância Lc.

Figura 5 - Representação da conexão.

A relação de espiras N1/N2 depende das tensões de projeto do módulo. Para a rede

convencional, a tensão eficaz sobre o enrolamento Principal é igual à tensão eficaz de linha VAB,

ou seja, 220 V. Já a saída deste transformador deverá ter tensão de fase, em valores eficazes, de

127 V, uma característica do projeto.

Sendo assim,

3127220

2

1==

NN

(13)

A relação entre as indutâncias será,

Page 21: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 2 – Análise Fasorial e Simulações Digitais

11

33,1)2( 2

1

22

==NN

LaLm

(14)

Com procedimento semelhante, a indutância Lc é dada por,

3)2(

)866,0(2

1

21

==N

NLaLc

(15)

A relação (14) indica que a indutância Lm deve ser 1,33 vezes maior que La. De maneira

análoga, a indutância Lc, do primário do transformador de Equilíbrio, deve ser três vezes maior

que a indutância La. No programa de simulação podem ser escolhidos quaisquer valores que

atendam a estes resultados. Os valores usados nas simulações são: La= Lb= 1 H, Lc= 3 H e Lt=

Lm= 1,33 H. Procura-se escolher indutâncias altas para que a corrente de magnetização do

transformador seja desprezível e este se aproxime da idealidade.

Nas simulações há a possibilidade de introduzir informações referentes às dispersões de

fluxo no núcleo, aproximando mais os resultados teóricos dos práticos. A princípio serão

considerados transformadores ideais, tal que sejam desprezíveis as resistências elétricas dos

enrolamentos e o fluxo magnético esteja confinado ao núcleo. Para que as defasagens angulares

correspondam àquelas determinadas pelas análises matemática e fasorial, é preciso dar atenção

especial às marcas de polaridade das bobinas, as quais devem gerar fluxos de mesmo sentido no

núcleo onde estão instaladas.

2.4.2 Resultados A alimentação trifásica empregada no teste da conversão trifásica-bifásica provém de

fontes simétricas e equilibradas conectadas conforme circuito da figura 6a, de maneira a se obter

tensões de linha iguais a 220 V. Para a simulação da conversão bifásica-trifásica as fontes de

alimentação são de 127 V. Para os dois casos a freqüência considerada é de 60 Hz.

Page 22: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 2 – Análise Fasorial e Simulações Digitais

12

(a)

(b)

Figura 6 - Circuito alimentado pelo lado trifásico, com cargas resistivas no secundário (a) e circuito alimentando

carga trifásica com tensões aplicadas ao lado bifásico (b).

Os fasores de tensão do lado trifásico, CABCAB V,V,V &&& defasados entre si de 120º, e a tensão

MV& , em fase com ABV& e com defasagem de 90º de TV& são apresentadas graficamente na figura 7.

O módulo das tensões no lado bifásico, a saída, são exatamente iguais entre si e de valor eficaz

127 V. A freqüência de operação de 60 Hz também é preservada. Alimentando-se o circuito pelo

lado bifásico, vide figura 6b, o resultado é exatamente aquele visto na figura 7, sendo agora as

entradas dadas por MV& e TV& , que representam o sistema bifásico de alimentação de 127 V.

Page 23: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 2 – Análise Fasorial e Simulações Digitais

13

Figura 7 - Formas de onda de entrada e saída obtidas com PSpice.

Tempo (ms)

VBC VAB VCA VM VT

Tens

ão (V

)

8,3 16,6 24,9 -330

-200

0

200

330

311,1V

179,6

33,2

Page 24: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 3

Projeto de Núcleos Magnéticos, Enrolamentos e Montagem do Módulo

3.1 Núcleos Magnéticos

Para o projeto, as características escolhidas são:

S = 500 VA Potência aparente do conversor.

Vtri = 220 V Tensão eficaz de linha do sistema trifásico.

Vbi = 127 V Tensão eficaz de fase do sistema bifásico.

Como os dois núcleos devem processar a mesma potência, para uma carga puramente

resistiva a potência de cada transformador deve ser de 250 W. A seção magnética teórica do

núcleo é calculada pela equação empírica (16), em função da potência aparente por fase do

transformador e da freqüência da rede [11]. Cabe notar que neste projeto usam-se núcleos

monofásicos e os enrolamentos serão montados apenas sobre a perna central, por isso o

dimensionamento da seção magnética é feito tomando-a como referência.

23,15º

5,7 cmf

nS

Srede

fasesm =⋅= (16)

A figura 8 mostra um núcleo monofásico laminado do tipo E-I. Para este projeto a largura “a”

da perna central é de 3,5 cm. Chapas desta dimensão estavam à disposição nos laboratórios da

Universidade e, para que não fosse preciso fazer novas aquisições, a potência do conversor foi

dimensionada para elas.

Figura 8 – Dimensões padronizadas de chapas E-I.

Page 25: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 3 – Projeto de Núcleos Magnéticos, Enrolamentos e Montagem do Módulo

15

A largura “c” do núcleo é calculada de acordo com o resultado de (16). A seção magnética

real deve ser igual ou maior que a teórica, o que ocorre, como mostrado em (17), para largura de

4,5 cm. 2.75,15.5,4.5,3 cmcmcmcaSm =⋅=⋅= (17)

3.2 Enrolamentos

O número de espiras dos enrolamentos é determinado pelo valor eficaz da tensão aplicada

sobre cada enrolamento e pela relação espiras/volt. A expressão (18) mostra o cálculo desta

relação para o dimensionamento dos enrolamentos, sendo a densidade de fluxo magnético (BM)

igual a 11300 Gauss e freqüência (f) 60 Hz.

12,25,3344,4

10/8

==⋅⋅⋅

=mMM SfSB

VoltEsp (18)

Este resultado significa que cada espira enrolada no núcleo pode ser submetida a 2,12 V.

Sendo assim, para o enrolamento primário do transformador Principal, que estará submetido à

tensão eficaz de 220 V, o número de espiras será:

N1 = 220⋅2,12 = 467 espiras

Como este transformador tem tape central, será formado por dois enrolamentos de 234

espiras. O valor eficaz da corrente nesse enrolamento foi obtido por simulação como sendo 1,32

A à potência máxima. A equação seguinte mostra como se calcula a seção do fio (Scu) sendo a

densidade de corrente (J) escolhida igual a 450 A/cm2.

)( 21 cmJIScu = (19)

O enrolamento primário do transformador Principal deverá ser feito, como resultado de (19),

com condutor de seção transversal 0,003255 cm2, que corresponde à bitola 22 AWG.

O processo é o mesmo para os outros enrolamentos. O primário do transformador de

Equilíbrio deve ter enrolamento que corresponda a 86,6% de N1, o que representa 404 espiras e

pela simulação também será de fio 22 AWG.

Page 26: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 3 – Projeto de Núcleos Magnéticos, Enrolamentos e Montagem do Módulo

16

Finalmente, o valor da tensão eficaz nos enrolamentos secundários (tanto do Principal quanto

do de Equilíbrio) será 127 V, o que determina:

N2 = 127⋅2,12=269 espiras.

O valor eficaz da corrente nesses enrolamentos foi de 1,96 A, assim o condutor calculado

através da equação (19) foi o condutor de seção 0,005176 cm2, fio 20 AWG.

Seguem imagens da bobinagem dos enrolamentos. Montados sobre carretel plástico foram

enrolados com bobinadeira manual disponível.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 9 – Bobinadeira (a), carretel com enrolamento (b), núcleos prontos (c) e chapas E (d).

3.3 Montagem do Módulo Antes da montagem do módulo foi feito um esboço com ferramenta CAD para que se

tivesse idéia da melhor maneira de dispor os núcleos e distribuir os bornes e também para evitar

cortes desnecessários de madeira e outros componentes.

Page 27: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 3 - Projeto de Núcleos Magnéticos, Enrolamentos e Montagem do Módulo

17

(a)

(b)

Figura 10 – Modelo CAD (a) e construção do módulo (b) Os dois núcleos foram fixados em suporte de madeira e as bobinas foram conectadas com

solda de estanho seguindo-se a polaridade dos enrolamentos. Um pequeno tubo plástico (figura

10b) serviu de eletroduto para os fios, protegendo as ligações de bobinas e melhorando a

aparência e organização do módulo.

Na cobertura de acrílico foram instalados os terminais ligados aos pontos importantes da

conexão. Sobre esta cobertura também está a placa indicando, por cores, o ponto onde o borne

está ligado nos enrolamentos.

(a)

(b)

Figura 11 – Detalhe do secundário e da placa de ligações (a) e módulo montado (b).

Page 28: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 4

Levantamento dos Parâmetros Elétricos do Módulo e Testes Preliminares

4.1 Parâmetros Elétricos As indutâncias e respectivas resistências série dos enrolamentos foram medidas com

ponte RLC Hewlett Packard Modelo 4263-B, disponível nos laboratórios de pesquisa do

Departamento de Engenharia Elétrica.

Representação da conexão.

Com respeito à figura 5, novamente apresentada acima, tem-se a Tabela 1, obtida à

freqüência de 100 Hz. Tabela 1 – Parâmetros das bobinas a 100 Hz.

Enrolamento Indutância Própria (mH) Resistência (Ω)

La 453,5 37,2

Lb 453,8 35,8

Lc 1184,0 79,5

Lm 576,5 43,2

Lt 570,3 42,9

Embora o transformados Scott implementado tenha sido projetado para operação a 60 Hz,

as indutâncias foram medidas a 100 Hz, pois esta é a menor freqüência possível na ponte RLC

usada. Esta diferença não representa problema para a análise a ser feita a seguir.

Page 29: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 4 – Levantamento dos Parâmetros Elétricos do Módulo e Testes Preliminares

19

No Capítulo 2, seção 2.4 – Simulações Digitais, foram obtidas as relações entre as

indutâncias dos enrolamentos. Por serem parte de um transformador de tape central, as

indutâncias La e Lb devem ser iguais, o que se verifica pela Tabela 1. Da mesma maneira, a

indutância Lm e Lt correspondem a 1,33 vezes La, estando, portanto de acordo com a eq. (14).

Finalmente, Lc corresponde a três vezes a indutância La, desta vez em concordância com a eq.

(15).

4.2 – Transformador Realizando Conversão Trifásico-Bifásico O módulo foi conectado à rede elétrica convencional, de tensão de fase 127 V, conforme

formas de onda da figura 12a. No momento da realização deste teste estavam conectadas à rede

elétrica próxima algumas cargas eletrônicas, como computadores, que podem ser responsáveis

pela introdução de harmônicos na rede causando deformações na tensão de entrada da figura 12a.

(a)

(b)

Figura 12 – Tensões fase-neutro na entrada do módulo (a) e tensões fase-neutro na saída do módulo (b). Operando a vazio as tensões de saída são dadas pela figura 12b, onde se verifica a

defasagem próxima de 90º entre as tensões. Ainda se verifica que as deformações da tensão de

entrada se refletem na saída, distorcendo a crista das ondas.

Com uma ponteira especial, para correntes de até 16 A, foi feita a aquisição da forma de

onda da corrente de magnetização por fase no lado trifásico. Como as impedâncias por fase são

diferentes (em virtude do número de espiras em cada enrolamento), cada fase apresenta uma

forma particular de onda, embora o valor RMS da corrente seja aproximadamente o mesmo para

todas (cerca de 170 mA). São formas de onda com conteúdo harmônico predominante de terceira

ordem havendo também parcelas significantes de quinto e sétimo harmônicos. Em geral, a THD

Page 30: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 4 – Levantamento dos Parâmetros Elétricos do Módulo e Testes Preliminares

20

(Distorção Harmônica Total, em inglês) é da ordem de 30% (espectros e THD obtidos com

aplicativo Tektronix WaveStar 2.7.4, disponível no laboratório).

(a)

(b)

Figura 13 – Corrente de magnetização na fase A (a) e espectro harmônico (b)

(a)

(b)

Figura 14 – Corrente de magnetização na fase B (a) e espectro harmônico (b)

(a)

(b)

Figura 15 – Corrente de magnetização na fase C (a) e espectro harmônico (b)

THD= 37.8%

THD= 32.7%

THD= 34.7%

Page 31: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 4 – Levantamento dos Parâmetros Elétricos do Módulo e Testes Preliminares

21

Cargas resistivas foram usadas para o levantamento da curva de rendimento do módulo. A

carga foi variada para que se obtivesse potência nominal, ou seja, 250 W por fase. Com

wattímetro digital foram obtidas as potências de entrada e saída por fase. A curva de rendimento

(rendimento x Pot. de Saída) revela aproveitamento máximo de 0,91, ou seja, cerca de 91% da

potência na entrada do módulo torna-se efetivamente disponível na saída.

Figura 16 – Curva de rendimento do módulo.

Rendimentos maiores seriam possíveis se houvesse maior número de lâminas no núcleo

magnético, que pode estar em saturação limitando o processamento de energia. É mais provável,

contudo, que as perdas no ferro e no cobre sejam realmente elevadas. Como já mencionado,

procurou-se não fazer aquisições para a realização deste projeto, empregando-se então o material

já disponível.

4.3 – Transformador Realizando Conversão Bifásico-Trifásico Para esta conversão é necessário um sistema de alimentação com tensões defasadas de

90º. Como reação imediata foi dimensionado um capacitor que colocasse em quadratura as

tensões MV& e TV& , resultando em um componente de 11,7 μF e 250 V, pois a alimentação deve

ser de 127 V fase-neutro.

Para verificar se este capacitor seria mesmo adequado, fornecendo o defasamento

pretendido, foi realizada a simulação do circuito.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,50,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Pot. de Saída (kW)

Curva de Rendimento

Ren

dim

ento

Page 32: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 4 – Levantamento dos Parâmetros Elétricos do Módulo e Testes Preliminares

22

Figura 17 – Circuito representativo do módulo visto pelo lado bifásico. Indutâncias e resistências são provenientes

da Tabela 1.

Embora o capacitor coloque as tensões em quadratura a tensão de pico sobre o ele seria de

915 V, o que exigiria um componente de polipropileno, de maior custo.

Figura 18 – Tensão na fonte e Tensão no capacitor.

Posteriormente verificou-se que a freqüência ressonante do circuito é f0= 65 Hz, muito

próxima da freqüência da fonte de alimentação. Nesta situação não seria possível realizar a

conversão 2Φ-3Φ, pois seria preciso mudar a capacitância a fim de impedir os efeitos da

ressonância o que por sua vez levaria a defasamento diferente de 90º.

A solução foi possível dada à boa estrutura do laboratório de pesquisa, que conta com

uma fonte programável capaz de fornecer tensões defasadas de um ângulo qualquer além de

permitir a introdução de harmônicos de até 50ª ordem.

Time

390.0m 400.0ms

410.0ms

420.0ms

430.0ms

440.0ms

Vcapacitor

VFonte

-500V

0V

500V

-952V

926V

915V

Page 33: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 4 – Levantamento dos Parâmetros Elétricos do Módulo e Testes Preliminares

23

(a)

(b)

(c)

Figura 19 – Tensões de alimentação (a), tensões de saída (b) e montagem experimental (c)

A partir das tensões da figura 19a, de 127 V, foram obtidas como saída as formas de onda

dadas em 19b, defasadas de 120º. Como se nota a saída é uma senóide perfeita e as fases estão

muito bem equilibradas. O teste foi realizado em carga nominal, 167 W por fase.

Fonte Programável

Cargas Resistivas

Computador p/ ajuste da

fonte

Transformador Scott

Page 34: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 5

Aplicação da Conexão Scott à Partida de Motores Elétricos

5.1 Considerações Iniciais O Motor de indução monofásico que será utilizado neste trabalho é o mais comumente

utilizado. Possui rotor do tipo “gaiola de esquilo” e o estator é formado por dois enrolamentos do

tipo espiral ou concêntrico. Os enrolamentos do estator devem ser montados com defasamento

angular de 90º elétricos, como ilustra a figura 20. Para que um campo girante seja estabelecido,

esses enrolamentos devem conduzir correntes elétricas defasadas também de 90º elétricos. Por

esse motivo, este motor de indução também é denominado de Motor Bifásico.

Figura 20 – Representação do motor monofásico

A produção do campo girante é necessária para que haja um conjugado de partida para o

motor. Já em regime, um campo pulsante formado por apenas um dos enrolamentos, é suficiente

para manter o motor girando. Este campo pulsante, que é matematicamente representado por dois

campos girantes opostos, produz conjugados opostos, mas de maior intensidade no sentido de

giro do motor. No instante da partida, os conjugados são iguais e o motor não parte com apenas

um dos enrolamentos.

Se o motor deve operar em uma rede monofásica, o campo girante indispensável na partida,

pode ser produzido a partir de artifícios que provocam uma defasagem próxima de 90º elétricos

entre as correntes que alimentam o estator do motor. Em geral, os dois enrolamentos possuem

reatâncias indutivas diferentes e um capacitor eletrolítico (de alta capacitância) é ligado em série

com o enrolamento de menor reatância, durante a partida. Em regime, o capacitor de partida e um

Page 35: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 5 – Aplicação da Conexão Scott à Partida de Motores Elétricos

25

enrolamento do motor (enrolamento auxiliar ou de partida) são desligados do circuito, através de

uma chave centrífuga. Em muitos motores, um outro capacitor fica permanentemente ligado em

série com o enrolamento de partida, sem serem desligados do circuito.

É justamente o sistema bifásico de tensão, obtido nas saídas da conexão Scott, que irá

alimentar os enrolamentos do motor. Com isso, os sistemas monofásicos com capacitor de partida

e/ou permanente não serão mais necessários, nem a chave centrífuga. Os dois enrolamentos do

motor serão conectados diretamente às saídas do conversor Scott. O campo girante será então

produzido, não só durante a partida como em toda a operação do motor. Isso torna o conjugado

do motor superior àquele produzido pelo campo pulsante de apenas um enrolamento.

5.2 Partida de Motor Monofásico Sem Capacitores Um motor monofásico de baixa potência foi escolhido para este teste, os dados de placa

do mesmo são apresentados na tabela 2. Antes dos experimentos este motor foi inspecionado e

teve alguns enrolamentos reconstituídos, ao mesmo tempo em que se desenvolveu uma placa

acrílica para tornar disponíveis os terminais do capacitor, da chave centrífuga e de todos os

enrolamentos. Tabela 2 – Especificações de motor monofásico ANEL S/A.

Alimentação 220/110 S/P

Corrente em regime 3,8/7,6 A

Potência 0,37 kW

Rotação 1700 rpm

Trata-se de uma máquina razoavelmente antiga acoplada a uma máquina CC que não será

usada. Após alguns experimentos, um dos mancais apresentou ruído excessivo e percebeu-se sua

deterioração. Assim sendo, a corrente já elevada relacionada ao baixo fator de potência do motor

tornar-se-á ainda maior para que sejam vencidas as perdas por atrito nos mancais. Em ensaio

complementar, os parâmetros internos do motor foram levantados pelos testes a vazio e de rotor

bloqueado.

Page 36: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 5 – Aplicação da Conexão Scott à Partida de Motores Elétricos

26

Considerando o transformador Scott alimentado por uma rede trifásica, as saídas T, M e

ref (nomenclatura usada no módulo) foram conectadas ao motor de acordo com a figura 21.

Figura 21 – Conexão do motor com o transformador Scott

O enrolamento principal é constituído por duas bobinas (por convenção seus terminais são

chamados de 1-3 e 2-4) que podem ser ligadas em série ou em paralelo, de acordo com a tensão

de alimentação. A bobina 5-6 chamada de enrolamento auxiliar pode ser ligada com qualquer

polaridade, resultando apenas em mudança do sentido de rotação do motor, efeito que ocorre

também se na figura 21 forem trocados os pontos T e M.

A figura 22 mostra a montagem experimental da partida. O transformador foi conectado

diretamente á rede elétrica, sem o uso de variac.

Figura 22 – Em seqüência, módulo Scott, motor monofásico de indução e osciloscópio mostrando tensões de saída

defasadas de 90º elétricos.

Page 37: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 5 – Aplicação da Conexão Scott à Partida de Motores Elétricos

27

No instante da partida a corrente atingiu 13,5 A no enrolamento principal e 0,5 A no

auxiliar. Rapidamente o motor atingiu velocidade nominal e a corrente de regime constatada foi

de 3,5 A na fase T e 0,5 A na fase M. Não havendo mais a chave centrífuga no circuito, o

enrolamento auxiliar mantém-se em funcionamento. Embora a carga em cada fase do lado

bifásico seja muito diferente, como indica a corrente em cada uma delas, espera-se que haja

pouco desequilíbrio no lado trifásico, já que esta é uma propriedade importante da conexão Scott

quando da alimentação de linhas férreas de alta velocidade. As correntes nas fases A, B e C do

lado trifásico são apresentadas. Não há, como se nota, o equilíbrio desejado. Tabela 3 – Correntes eficazes trifásicas em regime para motor monofásico.

Ia 2,22 A

Ib 0,98 A

Ic 1,15 A

Como o transformador foi projetado para correntes de aproximadamente 2,0 A no lado

bifásico, o aquecimento dos enrolamentos torna-se evidente após alguns minutos alimentando o

motor. Testes mais conclusivos sobre o desequilíbrio das correntes não puderam ser realizados,

pois não se disponibiliza de motores de menor potência e menores perdas, que não causariam

danos ao módulo em experimentos prolongados.

5.3 Partida de Motor Trifásico com Apenas Dois Enrolamentos

A título de curiosidade, verificou-se a possibilidade de alimentar um motor trifásico com

apenas duas fases.

A figura 23 ilustra a situação em que se deseja partir um motor trifásico conectado em Y e

estão disponíveis apenas duas fases ou uma fase e um neutro, como ocorre em redes domésticas.

Page 38: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 5 – Aplicação da Conexão Scott à Partida de Motores Elétricos

28

Figura 23 – Motor conectado em estrela em rede F-F ou F-N.

Obrigatoriamente um dos enrolamentos ficará desconectado da rede e os outros dois serão

percorridos por Ia e Ib, que na verdade são a mesma corrente, resultando em nenhum campo

girante.

Contudo, com o emprego da conexão Scott a partida do motor é possível e fácil de ser

feita. Basta que o centro-estrela do motor seja ligado ao ponto de referência do transformador,

como ilustra a figura 24. Assim, haverá corrente fluindo do ponto T para o ponto ref enquanto

outra flui de M para a referência, defasada da primeira e produzindo campo girante suficiente

para partir o motor.

Figura 24 – Motor conectado em estrela alimentado por transformador Scott.

Page 39: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 5 – Aplicação da Conexão Scott à Partida de Motores Elétricos

29

Para o ensaio em laboratório foi usado um motor conectado em Y com as seguintes

características.

Tabela 4 – Especificações de motor trifásico WEG S/A.

Alimentação 220/380

Corrente em regime 0,774/0,448 A

Potência 0,16 kW

Fator de Potência 0,7

Rotação 3380 rpm

Como é preciso que o motor esteja em Y, a tensão nominal a ser atingida é de 380 V. O

teste foi feito em tensão reduzida já que a tensão de saída do módulo Scott é de 127 V.

Durante o ensaio, a partida ocorreu suavemente, sendo a corrente de regime na fase T

igual a 0,59 A e na fase M igual a 0,48 A. A rotação chegou a 3456 rpm, com a máquina a vazio.

Como para o motor monofásico, mediram-se as correntes trifásicas no transformador e estas são

dadas pela tabela 5. Tabela 5 – Correntes eficazes trifásicas em regime para o 5motor trifásico.

Ia 217 mA

Ib 603 mA

Ic 553 mA

As correntes são baixas e com o osciloscópio observou-se inclusive que a forma de onda

da corrente na fase A se assemelhava muito com o padrão das correntes de magnetização de

transformadores (conteúdos de terceiro harmônico).

Neste ensaio, o desempenho do motor elétrico certamente sofre grande redução. Isto

porque os enrolamentos da máquina estão defasados de 120º no espaço, mas por eles circulam

duas correntes defasadas de 90º no tempo. O campo girante, embora exista, não tem amplitude

constante, o que resulta em variações no conjugado desenvolvido pela máquina. Novamente, este

ensaio é apenas curiosidade, não há interesse prático.

Page 40: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 6

Conclusões

6.1 Considerações Gerais O funcionamento da conexão Scott e os arranjos dos enrolamentos foram muito bem

analisados sob o ponto de vista fasorial, bem como por meio de equações de malha. A simulação

com programa dedicado à análise de circuitos elétricos mostrou-se de grande valor para resolução

de problemas e testes preliminares antes da construção do módulo didático.

O projeto de núcleos e enrolamentos apresentado no Capítulo 3 levou em consideração o

material disponível nos laboratórios de pesquisa da Unidade, o que incorreu em limitações

técnicas que se refletiram posteriormente nos ensaios com o módulo. A exemplo, cita-se a própria

potência aparente do transformador, que impediu testes com motores de maior potência.

O levantamento dos parâmetros do módulo, conforme Capítulo 4, mostra que o

funcionamento do transformador condiz perfeitamente com o estudado, tendo-se provado o

princípio da reversibilidade, uma grande e importante propriedade desta conexão especial. Tanto

para conversão trifásico-bifásico quanto para o contrário, quando o módulo é alimentado por um

sistema de tensões com formas de onda distorcidas por conteúdos harmônicos consideráveis,

estas são refletidas ao secundário.

A defasagem de 90º elétricos obtida com o transformador Scott serviu perfeitamente para

promover o campo girante no motor monofásico. O módulo suportou bem as correntes de pico na

partida sofrendo um pouco com o aquecimento excessivo causado pelas correntes em regime.

Acredita-se que, para motores de melhor qualidade e maior potência, haja redução significativa

do ruído em funcionamento quando alimentado por módulo Scott. Isto porque como a chave

centrífuga deixa de ter efeito sobre os enrolamentos, a defasagem de 90º elétricos entre as

correntes circulantes nas bobinas principal e auxiliar faz com que a máquina tenha seu campo

reverso atenuado, tornando-se mais silenciosa.

Page 41: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Capítulo 6 - Conclusões

31

6.2 Trabalhos Futuros Existem muitas aplicações da conexão Scott em áreas emergentes da engenharia. Por

exemplo, correção de fator de potência com retificadores trifásicos associados à topologia Scott

[12] ou a implementação de compensadores de potência ativa, combinando transformadores Scott

com conversores trifásicos [13]. Para tais aplicações é interessante contar com transformador de

potência maior que o projetado neste trabalho, havendo assim flexibilidade nos ensaios.

De forma semelhante o estudo do desequilíbrio das correntes no lado trifásico quando a

conexão alimenta cargas monofásicas muito desbalanceadas só pode ser feito com

transformadores da ordem de dezenas de kVA, os quais, com empenho, podem ser montados com

a estrutura atual dos laboratórios.

Há interesse também no estudo da conexão Scott como transformador de tração, a

exemplo do que ocorre em linhas de trens de alta velocidade. Neste caso os transformadores são

da ordem de MVA.

Conclui-se assim que o projeto de transformadores maiores pode ser um desafio aos

estudantes e uma fonte de novos trabalhos científicos, tanto na área de Eletrônica de Potência

quando de Conversão de Energia.

Page 42: TCC Transformador Scott - Rodolfo Castanho

Bibliografia

32

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