TRANSFORMADORES – MONTAGENS ESPECIAIS

Introdução

Além das muitas potencialidades já conhecidas, o transformador tem ainda uma bastante importante: permite, através de uma montagem conveniente de enrolamentos, a transformação de um sistema polifásico de n fases num outro sistema também polifásico, mas com um número de fases diferentes.

Este tipo de montagens, designadas por Montagens Especiais, e que vamos tratar a seguir, são as seguintes:

· Montagem Trifásica em Triângulo Aberto (Montagem V-V)

· Montagem Trifásica Scott T (Montagem T-T)

· Montagem Trifásica em T

· Montagem Estrela Aberta - Triângulo Aberto

Montagem V-V

A transformação mais utilizada é, sem dúvida, a transformação de trifásico em bifásico. Em algumas situações um transformador de banco completo, não pode ser utilizado para efectuar transformação trifásica. Por exemplo, suponhamos que o banco dum transformador D-D , composto por transformadores separados, tem uma fase danificada, e que tem de ser removida para reparação. O resultado desta situação é visível na figura seguinte.

Figura 1

Se as duas tensões secundárias a permanecerem são e , então a tensão através do vazio onde se situava o terceiro transformador e dada por:

Este valor corresponde exactamente ao valor da tensão presente no terceiro transformador, se este não tivesse sido retirado para reparação. A fase C é por vezes chamada a fase fantasma (Ghost Phase). Deste modo, o banco do transformador em montagem triângulo – aberto torna-se numa transformação trifásico – bifásico, deixando alguma potência circular no circuito mesmo sem a fase danificada. Este tipo de montagem não é muito simples de perceber.

Se a tensão nominal dentro de um transformador for e a corrente nominal for , então a máxima potência fornecida á carga é:

Como uma das fases foi retirada do transformador, a corrente na linha de transmissão é igual á corrente de fase em cada transformador e a corrente e tensão dentro do banco do transformador estão desfasadas em 30°. Como os ângulos da corrente e tensão são diferentes em cada um dos dois transformadores, é necessário observar cada transformador individualmente e determinar a potência máxima que cada um pode fornecer. Para o transformador 1, a tensão encontra-se a um ângulo de 150° e a corrente a um ângulo de 120°. Então a expressão para a máxima potência será:

Para o transformador 2, a tensão está a um ângulo de 30° e a corrente está a um ângulo de 60°, então a sua potência máxima é de:

Portanto, a potência máxima total para o banco triângulo – aberto é:

A corrente nominal é a mesma em cada transformador sendo bifásico ou trifásico, e a tensão é a mesma em cada transformador. Então, a taxa de variação da potência de saída disponível no banco triângulo – aberto em relação á potência de saída disponível no banco do transformador normal trifásico é de:

A potência disponível fora do banco em triângulo – aberto é só 57.7% da taxa de variação original do banco. Uma boa pergunta a fazer é: O que acontece ao resto da taxa de variação do banco em triângulo – aberto? Para descobrimos, temos que examinar a potência reactiva do banco em triângulo – aberto.

A potência reactiva de transformador 1 é:

A potência reactiva do transformador 2 é:

Assim, um transformador está a produzir a potência que o outro está a consumir. É esta troca de energia entre os dois transformadores que limita a potência de saída para 57.7 % da taxa de variação original dos bancos, em vez dos 66.7 % esperados. Uma maneira alternativa em observar a taxa de variação da ligação triângulo – aberto, é que 86.6 % da taxa de variação dos dois restantes transformadores pode ser usada.

A ligação triângulo – aberto é usada ocasionalmente quando desejamos fornecer uma pequena quantidade de potência trifásica, para uma outra carga monofásica .

Montagem Scott T

A ligação Scott T é uma forma de derivar duas fases desfasadas de 90º de uma fonte de alimentação trifásica.

No inicio da história da transmissão eléctrica de corrente alternada, era bastante comum a utilização de sistemas bifásicos e trifásicos. Nessa altura, era constantemente necessário interligar sistemas entre si, bifásicos e trifásicos, e o transformador Scott T foi desenvolvido com esse propósito.

Hoje, a alimentação bifásica está limitada apenas a certas aplicações de controlo. Contudo, a ligação Scott T continua a ser usada para produzir a alimentação necessária para que estas funcionem.

A ligação Scott T consiste em dois transformadores de uma só fase e com características idênticas. Um possui uma ligação no enrolamento primário a cerca de 86.6% da tensão total à plena carga.

É também possível converter uma alimentação bifásica em trifásica com esta ligação, mas como existem muito poucos geradores bifásicos a serem utilizados, raramente é feita essa operação.

Montagem Trifásica em T

A ligação Scott T usa dois transformadores para converter uma alimentação trifásica numa alimentação bifásica com um nível de tensões diferentes. Com uma simples modificação dessa ligação, os mesmos dois transformadores podem também converter uma alimentação trifásica para uma alimentação trifásica, mas com diferentes níveis de tensão. Aqui ambos os enrolamentos primários e secundários do transformador T2 estão ligados ao ponto 86.6% da plena carga, e ligados ao ponto médio dos enrolamentos correspondentes do transformador T1. Nesta ligação o transformador T1 é designado por transformador principal (Main Transformer), e o transformador T2 por agitador (Teaser Transformer).

Como na ligação Scott T as três fases de entrada produzem duas tensões desfasadas de 90º, nos enrolamentos primários dos transformadores, estas tensões primárias produzem tensões secundárias desfasadas também de 90º. Ao contrário da ligação Scott T também as tensões secundárias são recombinadas numa saída trifásica.

Uma grande vantagem da ligação trifásica em T sobre as outras ligações trifásicas dos transformadores (Open – Delta e Open – Wye – Open – Delta) é que o neutro pode ser ligado a ambos os lados, primário e secundário, do banco de transformadores. Esta ligação é por vezes incorporada em transformadores trifásicos, desde que os seus custos de construção sejam mais baixos do que aqueles que usam um banco de transformadores completo.

Desde que as partes principais do enrolamento do transformador agitador não sejam utilizadas nos lados primário e secundário, estas podem ser desligadas, sem que haja alteração das performances.

Montagem Estrela / Triângulo Aberta

A montagem estrela – triângulo aberta é muito similar à ligação triângulo aberto, excepto no facto da tensão no primário derivar de duas fases e um neutro.

Este tipo de montagem é-nos mostrada na figura 5.

Esta montagem é utilizada para servir pequenos espaços comerciais que precisam de um serviço de 3 fases, e também nos espaços rurais onde as 3 fases ainda não estão presentes nas linhas. Com esta montagem, um cliente pode adquirir este serviço provisório, enquanto não forem instaladas as 3 fases nas linhas.

Figura 2

A maior desvantagem deste tipo de montagem é a elevada corrente de retorno através do neutro do circuito do primário.

Bibliografia

Electric Machinery Fundamentals – 3^rd Edition

Chapman, Stephen J.

McGraw-Hill International Editions

Rotating Electric Machinery and Transformer Technology – 4th Edition

Richardson, Donald V.

Caisse, Arthur J. Jr.

Prentice Hall do Brasil, Ltd

Trabalho realizado por:

- António Sérgio Simões n.º 2326 asergio@mail.pt

- Luís Miguel Ramos n.º 2865

- Paulo Niza n.º 1545

- Ricardo Jorge Batista n.º 2317

- Sandra Cristina Domingues n.º 3056 scdomingues@mail.pt

- Vítor Manuel Oliveira n.º 3029 vitor_oliveira@mail.pt

Viseu, Fevereiro 2000