Slides 2015 Cap2

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

comandocontroleeprotecaocircuitoseletricosbaixatensao

Text of Slides 2015 Cap2

  • Motivaes.Introduo.Transformador ideal.Transformador real.Circuito equivalente.Determinao dos parmetros do circuito equivalente.Rendimento.Transformadores monofsicos

  • Por que precisamos estudar este tpico?Os transformadores permitem a transmisso a grandes distncias usando altos nveis de tenso e reduzindo as perdas eltricas dos sistemas.Entender os aspectos bsicos do campo magntico que estabelecem os fundamentos da operao dos transformadores.Desenvolver circuitos equivalentes que representem o comportamento dos transformadores.Motivaes

  • Fotos

  • FotosTransformador utilizado para realizar casamento de impedncia em circuito impresso.

  • Transformador utilizado em sistemas de distribuio (alimentao da rede secundria)Fotos

  • FotosCorte em um transformador (bobinas, buchas, radiador)

  • FotosTransformador utilizado em subestao de sistemas de distribuio (cerca de 3,5 metros de altura)

  • FotosTransformador utilizado em subestao de sistemas industriais

  • FotosTransformador utilizado em sistemas de transmisso

  • Transformadores utilizado em sistemas de transmissoFotos

  • O transformador comumente utilizado em sistemas de converso de energia e em sistemas eltricos. Seu princpio de funcionamento baseado nas leis desenvolvidas para anlise de circuitos magnticos. Transformadores so utilizados para transferir energia eltrica entre diferentes circuitos eltricos atravs de um campo magntico, usualmente com diferentes nveis de tenso.Introduo (1/6)

  • As principais aplicaes dos transformadores so:Adequar os nveis de tenso em sistemas de gerao, transmisso e distribuio de energia eltrica.Isolar eletricamente sistemas de controle e eletrnicos do circuito de potncia principal (toda a energia transferida somente atravs do campo magntico).Realizar casamento de impedncia de forma a maximizar a transferncia de potncia.Evitar que a corrente contnua de um circuito eltrico seja transferida para o outro circuito eltrico.Realizar medidas de tenso e corrente. Um transformador pode fornecer isolao entre linhas de distribuio e dispositivos de medio.Introduo (2/6)

  • O transformador tem a funo de transformar energia eltrica em c.a. de um determinado nvel de tenso para um outro nvel de tenso atravs da ao de um campo magntico.Esse dispositivo consiste de duas ou mais bobinas enroladas em um ncleo ferromagntico.Normalmente, a nica conexo entre essas bobinas o fluxo magntico que circula pelo ncleo ferromagntico (com exceo do autotransformador).Introduo (5/6)smbolo

  • Exemplo da necessidade do uso de transformadores em sistemas de potnciaSeja um gerador com tenso terminal de 10 kV e capacidade de 300 MW, e que se deseja transmitir esta potncia (energia) para um carga situada a um distncia de 20 km.Tem-se que:If = Pf` / Vf ASabemos que:Pf = 300,0 MWVf = 10,0 kVAssim, temos:If = 300,0/10,0 = 30,0 kA

  • Exemplo da necessidade do uso de transformadores em sistemas de potnciaSendo a resistividade do cobre = 1,75 10-8 /m, a resistncia ser:RL = l/A

    Para l = 20 km e considerando que o condutor tem uma bitola de 25 mm2, temos: RL = (1,75 10-8 20 103)/((25 10-3)2) = 0,1783

    Assim, a perda hmica de potncia (dissipada na LT) ser:Ploss = RL I 2 = 0,1783 (30,0)2= 160 MW

    Esta perda representa:(160/300,0) 100 = 53,3%Ou seja, mais da metade da potncia (energia) gerada seria perdida na transmisso.

  • Uso de transformadores em sistemas de potncia

  • Produo de um campo magntico.Quando um condutor percorrido por uma corrente eltrica surge em torno dele um campo magnticoLei circuital de Ampre.Andr-Marie Ampre Reviso (1/6)

  • Reviso (2/6)Constataes:Ocorre um deslocamento do ponteiro do galvanmetro no instante em que a chave fechada ou aberta (fonte CC). Para corrente constante (chave fechada), independentemente de quo elevado seja o valor da tenso aplicada, no h deslocamento do ponteiro.

    Michael Faraday

  • Lei de Faraday.Reviso (3/6)Michael FaradayConstataes:Ao se aproximar ou afastar o m do solenide (bobina) ocorre um deslocamento do ponteiro do galvanmetro.Quando o m est parado, independentemente de quo prximo este esteja do solenide, no h deslocamento do ponteiro do galvanmetro.

  • Lei de Faraday.Reviso (4/6)Michael FaradayA lei de Faraday declara que: Quando um circuito eltrico atravessado por um fluxo magntico varivel, surge uma fem (tenso) induzida atuando sobre o mesmo.A lei de Faraday tambm declara que: A fem (tenso) induzida no circuito numericamente igual variao do fluxo que o atravessa.

  • Lei de Faraday.Reviso (5/6)Michael FaradayFormas de se obter uma tenso induzida segundo a lei de Faraday:Provocar um movimento relativo entre o campo magntico e o circuito.Utilizar uma corrente varivel para produzir um campo magntico varivel.

  • Lei de Lenz.Heinrich LenzReviso (6/6)A tenso induzida em um circuito fechado por um fluxo magntico varivel produzir uma corrente de forma a se opor variao do fluxo que a criou

  • Principio de funcionamento (1/4)O que acontece se energizamos a bobina 1 com uma fonte de corrente continua?O que observa a bobina 2?

  • Principio de funcionamento (2/4)O que acontece se energizamos a bobina 1 do transformador com uma fonte de corrente alternada?O que observa a bobina 2 do transformador?

  • Principio de funcionamento (3/4)Pela lei de induo de Faraday, surge uma tenso induzida na bobina 2 do transformador.

  • Principio de funcionamento (4/4)Se uma carga conectada na bobina 2 do transformador, uma corrente i2 circular pelo mesmo.Pela lei de Lenz, o sentido da corrente i2 de forma a se opor variao do fluxo magntico que a criou.

  • Transformador ideal (sem perdas):A resistncia dos enrolamentos so desprezveisA permeabilidade do ncleo infinita (portanto a corrente de magnetizao nula)No h dispersoNo h perdas no ncleoTransformador ideal

  • Equao fundamental do transformadorEm valor eficaz temos:Equao fundamental do transformador

  • Considerando o transformador ideal em vazio (i2 = 0)Desta forma temos:Em que, a relao de espiras do transformador, denominada relao de transformao. Relao de transformao

  • Tal relao denominada relao de transformao.Para tenses senoidais, em termos de fasores, temos a primeira eq. do transformadorPortanto:Primeira equao do transformador Transformador - Princpio de Funcionamento http://www.youtube.com/watch?v=CUllT-wEExU

  • Considerando uma carga no secundrio, existir uma corrente i2 no mesmo que cria uma fora magneto motriz N2i2 que tende a alterar o fluxo no ncleo (desmagnetizando o ncleo). Portanto, o equilbrio entre as foras magneto motrizes ser perturbado.A segunda equao do circuito magntico de um transformador dada por:

    Segunda equao do transformador

  • Visto que N1i1 = N2i2, a nica maneira do balano se manter, a corrente i1 variar com o aumento de i2. Pode-se dizer que uma fmm adicional exigida do primrio. Assim, temos:Em termos fasoriais:Obs: na anlise acima, desprezamos a corrente de magnetizao (permeabilidade infinita), mas na prtica necessrio uma pequena corrente de magnetizao no enrolamento primrio para estabelecer o fluxo no ncleo. Segunda equao do transformador

  • A potncia instantnea no primrio dada por:A potncia instantnea no secundrio dada por:Sabemos:O que era esperado, visto que todas as perdas foram desprezadas. Em termos fasoriais, temos:Em que S a potncia aparente (VA).Balano de potncias

  • Ao se conectar uma impedncia no secundrio, qual a impedncia vista pelo primrio?Temos que a impedncia nos terminais do secundrio dada por:Analogamente, a impedncia equivalente vista dos terminais do primrio (vista pela fonte) :Valores referidos

  • A impedncia conectada ao terminal do secundrio produz no primrio o mesmo efeito que o produzido por uma impedncia equivalente conectada aos terminais do primrio. chamada de impedncia do secundrio refletida ao primrio.De maneira similar, as correntes e tenses podem ser refletidas de um lado para o outro atravs da relao de espiras:Valores referidos

  • Exemplo: Casamento de impedncia via transformadorUm auto falante tem uma impedncia resistiva de 9 , o qual conectado a uma fonte de 10 V com impedncia resistiva interna de 1 , como mostrado na figura abaixo:10 V1 9 auto falanteDetermine a potncia entregue pela fonte ao auto falante.Para maximizar a transferncia de potncia para o auto falante, um transformador com uma relao de espira de 1:3 usado para conect-lo a fonte como mostrado na figura abaixo. Determine a potncia entregue pela fonte ao auto falante neste caso.

  • Exemplo: Casamento de impedncia via transformador

    (a) I = V/RT = 10/(1+9) = 1 AP = R I2 = 9 12 = 9 W

    (b) A impedncia refletida ao primrio dada por:R2 = a2 . R2 = (1/3)2 9 = 1 Portanto, temos:I = V/RT = 10/(1+1) = 5 AP = R I2 = 1 52 = 25 W

  • Um transformador ideal no apresenta perdas e toda potncia aplicada ao primrio entregue a carga. Algumas perdas so:Potncia dissipada nos enrolamentos.Perdas por aquecimento do ncleo do transformador (por correntes parasitas e histerese). Fluxo de disperso (i.e., parte do fluxo deixa o ncleo e no concatena o primrio com o secundrio).No transformador real:As resistncias dos enrolamentos no so desprezveis.A permeabilidade do ncleo finita (haver uma corrente de magnetizao no nula e a relutncia do ncleo diferente de zero).H disperso.H perdas no ncleo (por correntes parasitas, histerese, rudo, magneto estrico...).Transformador real (1/2)

  • R1 resistncia do enrolamento do primrio.R2 resistncia do enrolamento do secundrio.X1 reatncia de disperso do primrio.X2 reatncia de disperso do secundrio.Rc