COORDENAÇÃO COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE CONVERSÃO ELETROMECÂNICA DE ENERGIA
Experimento 07 Banco Trifásico de Transformadores
Profº. Joel Rocha Pinto
Diose Martins
090667
Rafael Marani
090704
Sorocaba - SP
2 Maio - 2012
FIGURAS Figura 1.1 - Conexão dos enrolamentos de um transformador trifásico........5 Figura 1.2 - Ligação em estrela dos enrolamentos........................................6 Figura 1.3 - Ligação em triângulo dos enrolamentos.....................................6 Figura 1.4 - Ligação em zig-zag dos enrolamentos.......................................6 Figura 1.5 - Transformador trifásico com ligação Y-∆.................................... 7 Figura 1.6 - Transformador trifásico com ligação ∆-Y.................................... 7 Figura 1.7 - Configurações utilizadas em transformadores trifásicos............ 8
TABELAS Tabela 5.1 - Dados obtidos na configuração Y/∆.........................................11
3 Tabela 5.2 - Dados obtidos na configuração ∆/Y.........................................12
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SUMÁRIO 1. Introdução.................................................................................................. 5. 1.1. Formas de ligação de transformadores trifásicos...............................5 Os transformadores trifásicos podem ser ligados de diferentes formas em seus enrolamentos:...........................................................................................5 Ligação em zig-zag:..................................................................... .............. 6 Esta forma pressupõe a partição de cada um dos três enrolamentos em dois semi-enrolamentos, interligados da maneira apresentada na figura – é uma espécie de estrela “desmembrada”.................................................... .................... 6 1.2. Relação de Transformação................................................................ .6 Lembrando que na conexão ∆ a tensão de fase é igual a tensão de li nha, então a relação de transformação fica:.................................................................. 7 ....................................................................................................................7 ...................................................................................................................7 1.3. Banco Trifásico de Transformadores................................................. .8 2. Objetivo.......................................................................................................8 3. Materiais Utilizados................................................................ .................... 9 Procedimento ......................................................................... ....................... 9 4.1 Ligação Y/∆........................................................................... ............... 9 4.2 Ligação ∆/Y.......................................................................... ..............10 Dados Obtidos......................................................................................... .....11 5.1 Ligação Y/∆.......................................................................... ..............11 5.2 Ligação ∆/Y.......................................................................... ..............11 Questões................................................................................ ...................... 12 6.1 Demonstre as relações de transformação de um transformador trifásico para as quatro ligações: Y/∆, Y/Y, ∆/∆ e ∆/Y.......................................... 13 6.2 Como é feita a ligação delta aberto e quando é aconselhável a sua utilização?........................................................................................ ..................... 13 Conclusão................................................................................................... ..14 8. Referências.................................................................... ..........................14
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1. Introdução O transformador é um dos equipamentos elétricos de enorme utilização, dado que permite ajustar tensões e correntes às necessidades existentes. Três transformadores monofásicos podem ser ligados para formar um banco trifásico de quatro formas diferentes. Em todas as maneiras em que forem ligados, os enrolamentos à esquerda são os primários, aqueles a direita são os secundários e cada enrolamento primário tem como secundário paralelo a ele. Um transformador trifásico é constituído de pelo menos três enrolamentos no primário e três enrolamentos no secundário, os quais podem estar conectados tanto em Y (estrela) quanto em ∆ (triângulo ou delta). A ligação em Y ou ∆ dos enrolamentos é estabelecida através da conexão dos seus terminais.
Figura 1.1 - Conexão dos enrolamentos de um transformador trifásico
Essas várias formas de conexão dão origem aos quatro tipos de ligação dos transformadores trifásicos: (Y-Y), (Y-∆), (∆-Y) e (∆-∆). Cada um desses tipos possui propriedades diferentes que determinam o uso mais adequado conforme a aplicação. Os transformadores trifásicos são normalmente construídos de duas maneiras: em banco ou mononuclear. A escolha da associação adequada depende de diversos fatores como: acesso a neutro, bitola dos condutores por fase, sistema de aterramento, nível de isolamento, defasagem angular requerida, etc.
1.1. Formas de ligação de transformadores trifásicos Os transformadores trifásicos podem ser ligados de diferentes formas em seus enrolamentos: Ligação estrela:
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Figura 1.2 - Ligação em estrela dos enrolamentos
Ligação em triângulo:
Figura 1.3 - Ligação em triângulo dos enrolamentos
Ligação em zig-zag:
Figura 1.4 - Ligação em zig-zag dos enrolamentos
Esta forma pressupõe a partição de cada um dos três enrolamentos em dois semienrolamentos, interligados da maneira apresentada na figura – é uma espécie de estrela “desmembrada”.
1.2. Relação de Transformação Em transformadores trifásicos, a relação de transformação é dada pelo quociente entre a tensão de linha do primário e a tensão de linha do secundário. De acordo com o tipo de conexão, a relação de transformação pode não ser igual à relação de espiras. Isso acontece nas formas de conexão Y-∆ e ∆-Y. Seja um
7 banco trifásico de três transformadores monofásicos ideais, conectados na forma Y-∆.
Figura 1.5 - Transformador trifásico com ligação Y-∆
Lembrando que na conexão ∆ a tensão de fase é igual a tensão de linha, então a relação de transformação fica:
Uma situação semelhante será observada no caso de uma conexão ∆-Y. Essa forma de ligação é normalmente utilizada nos transformadores abaixadores de tensão nas redes urbanas de distribuição, em que os alimentadores primários ficam conectados no lado primário do transformador (∆) e do lado secundário (Y) saem os alimentadores secundários de distribuição com neutro (220V e 127V).
Figura 1.6 - Transformador trifásico com ligação ∆-Y
Nesse caso, a relação de transformação é dada por:
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1.3. Banco Trifásico de Transformadores A ligação Y-∆ é comumente usada para transformar uma alta tensão em uma média ou baixa. Uma das razões é que assim existe um neutro para aterrar o lado de alta tensão. A ligação ∆-Y é comumente usada para transformar uma baixa ou média tensão em uma alta tensão. Em uma ligação ∆-∆ um transformador pode ser removido para reparo ou manutenção enquanto os outros dois continuam a funcionar como um banco trifásico com a potência nominal reduzida em aproximadamente 58% do valor para o banco original (ligação delta-aberto). A ligação Y-Y é raramente utilizada devido a dificuldade com fenômenos relativos a correntes de excitação.
Figura 1.7 - Configurações utilizadas em transformadores trifásicos
2. Objetivo Verificar as relações entre correntes e as tensões de fase e de linha nas ligações de transformadores trifásicos, bem como a relação de transformação.
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3. Materiais Utilizados • 2 multimedidores; • 1 multímetro digital; • 1 gaiola resistiva; • 3 transformadores de 1 KVA com as seguintes ligações: 110 V / 220 V / 440 V 9,1 A / 4,6 A / 2,3 A
Procedimento 4.1 Ligação Y/∆ Montou-se o circuito conforme a figura abaixo.
Figura 4.1 - Banco trifásico de transformadores em configuração Y/∆
10 Aplicou-se 190 V no primário do banco trifásico de transformadores e registraram-se as tensões de linha (fase-fase) e fase (fase-neutro) e a corrente no primário, cujo qual estava ligado na configuração Y, e também as correntes de linha e fase e a tensão no secundário, cujo qual estava ligado em ∆. Posteriormente ligou-se a carga no secundário do banco, a gaiola resistiva em ∆, na POSIÇÃO 1.
4.2 Ligação ∆/Y Montou-se o circuito conforme a figura abaixo.
Figura 4.2 - Banco trifásico de transformadores em configuração ∆/Y
Aplicou-se 111V no primário do banco e após essa etapa foram registrados os valores da tensão e correntes de linha e fase no primário (∆) e das tensões de linha e fase e a corrente do secundário (Y), com a carga no secundário, a gaiola resistiva em Y, na POSIÇÃO 1. Todos os dados e análise encontram-se no item 5 (Dados Obtidos).
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Dados Obtidos 5.1 Ligação Y/∆ Utilizando-se de dois multimedidores e um multímetro digital, foi possível obter os seguintes dados:
Figura 5.1 - Dados obtidos na configuração Y/∆ Tabela 5.1 - Dados obtidos na configuração Y/∆ 1º do Trafo 2º do Trafo
V LINHA (V) V FASE (V) ILINHA (A) IFASE (A) 190 110,9 2,93 2,93 203,9 203,9 1,952 1,209
Pode se observar que os valores obtidos estão dentro do esperado para um sistema trifásico, sendo que para ligação em Y (primário do trafo) os valores das correntes de linha e fase são iguais e a relação da tensão de fase pela tensão de linha obedece a seguinte equação:
5.2 Ligação ∆/Y
12 Utilizando os mesmos equipamentos de medição, foram observados os seguintes resultados:
Figura 5.2 - Dados obtidos na configuração ∆/Y Tabela 5.2 - Dados obtidos na configuração ∆/Y 1º do Trafo 2º do Trafo
V LINHA (V) V FASE (V) ILINHA (A) IFASE (A) 111 111 4,95 2,85 351 199,2 1,11 1,11
Como já visto na ligação anterior, os dados obtidos também estiveram dentro do esperado para um sistema trifásico, sendo que para ligação em ∆ (primário do trafo), os valores das tensões de linha e de fase são os mesmos e os valores das correntes obedecem a seguinte equação:
Questões
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6.1 Demonstre as relações de transformação de um transformador trifásico para as quatro ligações: Y/∆, Y/Y, ∆/∆ e ∆/Y. R: a=N1/N2, sendo N1=nº de espiras do primário e N2=nº de espiras do secundário. •
Y/∆
•
Y/Y
•
∆/∆
•
∆/Y
6.2 Como é feita a ligação delta aberto e quando é aconselhável a sua utilização? R: A ligação delta aberto é feita quando o primário e o secundário do banco trifásico de transformadores são ligados na configuração triângulo (∆/∆), e um dos transformadores é retirado para manutenção, ou seja, o sistema continua funcionando normalmente como um banco trifásico, porém com 58% de sua potência nominal. Sua utilização pode ser aconselhável quando existe frequente queda de fase, pois nesse caso, o sistema continuaria funcionando com saída trifásica, porém com potência reduzida, até que a fase remanescente retorne à
14 operação.
Conclusão Para uma determinada utilização de um banco trifásico de transformadores, existe um tipo de ligação entre os terminais primários e secundários que melhor favorecem-na. De acordo com os resultados e observações dos experimentos percebeuse que a ligação triângulo-estrela pode ser melhor empregada quando se quer obter uma relação de transformação elevadora (alimentando-se o primário com tensão de linha igual a tensão de fase) de tensão com dois níveis diferentes nas saídas do secundário (uma entre fases e outra entre fase e neutro). Já a ligação estrela-triângulo pode ser melhor utilizada quando deseja-se obter uma relação de transformação abaixadora de tensão com apenas um nível de tensão na saída do secundário. Pois a tensão de alimentação do primário já é reduzida em raiz de três, pela relação entre a tensão de linha e a tensão de fase na ligação em estrela (a redução de 380V para 110V pode ser obtida neste tipo de ligação, por exemplo).
8. Referências PINTO, J. Rocha. Conversão Eletromecânica de Energia . Sorocaba, 2003.194 p. APOSTILA – FACULDADE DE ENGENHARIA DE SOROCABA. PINTO, J. Rocha. Conversão Eletromecânica de Energia . Biblioteca 24 horas, 2011. PAIVA, E. Disponível Apostila de Transformadores. http://www.estv.ipv.pt/PaginasPessoais/eduardop/MqE/transformadores.pdf . Acesso em: 22/Maio/2012.
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