Transformadores Teoria e Exercícios

Este livro tem como objetivo primacial o estudo, a análise e as primeiras diretrizes para o projeto de transformadores elétricos de energia. Demonstra as equações fundamentais empregadas nas unidades transformadoras, sem perder de vista o lado físico dos fenômenos envolvidos. Mostra, usando ferramentas matemáticas tradicionais, as relações existentes entre as principais grandezas presentes no estudo das unidades transformadoras, enfatizando as relações entre o modelo de fluxos de dispersões e mútuo e o modelo clássico, difundido pela teoria geral de circuitos elétricos. São discutidos também certos aspectos da teoria dos circuitos magneticamente acoplados, com ênfase à ação de transformador e Lei de Lenz.

Capítulo 1 - O Transformador no Desenvolvimento e na Aplicação da Energia Elétrica
1.1 A Importância do Transformador na Utilização da Corrente Alternada Senoidal
1.2 Princípio de Funcionamento - Aspectos Fundamentais
1.3 Considerações
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Capítulo 2 - Transferência de Energia Elétrica – Transformadores
2.1 Fundamentos
Classificação para as Unidades Transformadoras segundo suas Finalidades, Modo de Operar e Categoria
Quanto à Categoria ou Modo de Operar
Quanto à Finalidade
Quanto ao Número de Fases do Primário
Quanto à Alimentação de Primário e a Geração de Secundário
2.3 Considerações
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Capítulo 3 - Circuito Elétrico Equivalente para as Unidades Transformadoras que Operam em Freqüências Iguais ou Inferiores a 120 Hz
3.1 Aspectos Gerais
Diagrama de Blocos de uma Unidade Transformadora Convencional Operando em Freqüências Iguais ou Inferiores a 120 Hertz
3.2.1 Aspectos Gerais
3.2.2 Desenvolvimento do Diagrama de Blocos para uma Unidade Transformadora de Dois Enrolamentos
3.2.2.1 Exemplo Resolvido 1
3.2.3 Análise do Bloco 2 da Figura 3.2
3.2.3.1 Aspectos Gerais
3.2.3.2 Perdas no Ferro - PFE
3.3 Magnetização da Unidade Transformadora - Fluxo Mútuo
3.3.1 Observações e Análises
3.4 Considerações
3.5 Conclusões
3.6 Análise do Bloco 3
3.6.1 Fundamentos
3.6.2 Primeira Equação do Transformador Ideal
3.6.2.1 Exercício Proposto 1
3.6.3 Segunda Equação do Transformador Ideal
3.6.3.1 Primeira Conseqüência
3.6.3.2 Segunda Conseqüência
3.7 Considerações
3.8 Conclusões
3.8.1 Exercício Resolvido 1
3.8.2 Exercício Proposto 1
3.9 Estudo dos Blocos 1 e 4 da Figura 3.2
3.9.1 Aspectos Gerais
3.9.2 Perdas no Cobre - Efeito Joule
3.9.3 Conclusões
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Capítulo 4 - Reflexão de Cargas em Unidades Transformadoras
4.1 Generalidades
4.2 Equacionamento
4.3 Exemplos de Aplicação das Equações
4.3.1 Exercício Resolvido 1
4.3.2 Exercício Resolvido 2
4.3.3 Exercício Resolvido 3
4.4 Ensaios Aplicados às Unidades Transformadoras de Potência
4.4.1 Fundamentos
4.4.2 Ensaio em Vazio
4.4.2.1 Aspectos Gerais
4.4.2.2 Convenção
4.4.2.3 Equacionamento
4.5 Ensaio em Curto-Circuito
4.5.1 Aspectos Gerais
4.5.2 Equacionamento
4.5.3 Correção dos Parâmetros do Circuito Elétrico Equivalente
4.6 Exercícios Propostos
4.6.1 Exercício Proposto 1
4.6.2 Exercício Resolvido 4
4.6.3 Exercício Proposto e Resolvido 5
4.6.4 Exercício Proposto 1
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Capítulo 5 -Análise de Transformadores a Partir da Teoria de Circuitos Elétricos
5.1 Introdução
5.2 Indutâncias Mútua e de Magnetização
5.3 Relação entre a Indutância de Magnetização e a Indutância Mútua
5.4 O Circuito Elétrico Equivalente Observado do Ponto de Vista do Acoplamento Magnético
5.5 Considerações
5.6 Conclusões
5.7 Exercícios
5.7.1 Exercício Proposto 1
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Capítulo 6 - Transformadores Trifásicos
6.1 Introdução
6.1.1 Nomenclatura dos Terminais e dos Enrolamentos de uma Unidade Transformadora
6.1.2 Considerações
6.2 A Presença do Laço de Histerese na Corrente de Excitação da Unidade Transformadora
6.2.1 Aspectos Gerais
6.2.2 Primeira Etapa
6.2.2.1 Considerações
6.2.3 Segunda Etapa
6.2.3.1 Considerações
6.3 Bancos Trifásicos de Transformadores Monofásicos
6.3.1 Generalidades
6.3.2 O Núcleo Magnético de Três Colunas nas Unidades Transformadoras Trifásicas
6.3.2.1 Aspectos Gerais
6.3.2.2 O Núcleo Magnético em Conexão Y Magnético
6.3.3 Harmônicos Homopolares no Fluxo Magnético
6.3.3.1 Aspectos Gerais
6.3.3.2 O Núcleo Magnético Deformado Conectado em Y
6.4 Conexões Transformadoras
6.4.1 Aspectos Gerais
6.4.2 A Convenção para as Unidades Transformadoras de Potência
6.4.2.1 Normalização - NBR 5356
6.4.2.2 A Convenção do Mostrador do Relógio
6.4.3 Conexão Estrela - Estrela
6.4.3.1 Fundamentos
6.4.3.2 Considerações
6.4.3.3 Conexões Y - Y Possíveis e Desafamentos Originados
6.4.3.4 Enrolamento Terciário
6.4.3.5 Exercício
6.4.3.6 Considerações
6.4.4 Conexão Triângulo - Estrela
6.4.4.1 Fundamentos
6.4.4.2 Conexões D - Y Possíveis - Deslocamentos de Fase
6.4.4.3 Comentários
6.4.4.4 Exercícios
6.5 Considerações
6.6 Transformações Trifásica Efetivadas com Dois Transformadores Monofásicos
6.6.1 Transformações Trifásicas com Dois Transformadores Monofásicos
6.6.1.1 Aspectos Gerais
6.6.1.2 Realização da Conexão Scott
6.6.1.3 Considerações
Transformação Trifásico - Trifásica Efetuada com Dois
Transformadores Monofásicos Idênticos
6.6.2.1 Aspectos Gerais
6.6.2.2 Potência Instalada na Conexão V - Equacionamento
6.6.2.3 Considerações
6.7 Conclusões Finais
6.8 Exercícios
6.8.1 Exercício Resolvido 1
6.8.2 Exercício Resolvido 2
6.8.3 Exercício Proposto 1
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Capítulo 7 - Figuras de Mérito - Rendimento das Unidades Transformadoras
7.1 Fundamentos
7.2 Modelo "Por Fase" de uma Unidade Transformadora Polifásica
7.3 Circuito Elétrico Equivalente "Por Fase" da Unidade Transformadora
7.4 Classes de Tensão de Isolamento - Normas NBR 5440 e IEC 71.1
7.5 Figuras de Mérito de uma Unidade Transformadora
7.5.1 Fundamentos
7.5.2 Resistência Porcentual (R%)
7.5.2.1 Conseqüência
7.5.3 Impedância Porcentual - Z%
7.5.3.1 Aspectos Gerais
7.6 Diagrama de Kapp
7.6.1 Fundamentos
7.6.2 Regulação Porcentual
7.6.2.1 Definição
7.6.2.2 Construção do "Diagrama de Kapp"
7.6.3 Equação Geral da Regulação Porcentual
7.6.3.1 Fundamentos
7.6.3.2 Equacionamento
7.7 Exercício Proposto
7.8 Considerações
7.9 Rendimento das Unidades Transformadoras de Potência
7.9.1 Aspectos Gerais
7.9.2 Equacionamento
Condição de Máximo Rendimento para Fatores de Potência
Constantes
7.9.4 Curvas Características
7.10 Conclusões
7.11 Exercícios Resolvidos e Exercícios Propostos
7.11.1 Exercício Resolvido 1
7.11.2 Exercício Proposto 1
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Capítulo 8 - Ensaios em Transformadores de Potência - Uma Metodologia
8.1 Aspectos Gerais
8.2 Ensaio em Vazio
8.2.1 Aspectos Gerais
8.2.2 Ensaio em Vazio - Procedimento
8.3 Ensaio em Curto-Circuito
8.3.1 Aspectos Gerais
8.3.2 Ensaio em Curto-Circuito - Procedimento
8.4 Equacionamento Matemático
8.4.1 Aspectos Gerais
8.4.2 Resistência Simuladora das Perdas no Ferro
8.4.3 Resistência Simuladora das Perdas no Cobre
8.5 Reflexão dos Parâmetros do Circuito Elétrico Equivalente
8.6 Exercícios
8.6.1 Exercício Proposto 1
8.6.2 Exercício Resolvido 1
8.6.3 Exercício Resolvido 2
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Capítulo 9 - Estudo dos Autotransformadores de Potência
9.1 Fundamentos
9.1.1 Primeiro Caso
9.1.1.1 Considerações
9.1.2 Segundo Caso
9.1.2.1 Análise Matemática do Autotransformador Elevador
9.2 Regras Fundamentais para a Construção de Autotransformadores
9.3 Estudo dos Autotransformadores Abaixadores
9.4 Considerações
9.5 Exercícios
9.5.1 Exercício Resolvido 1
9.5.2 Exercícios Propostos
9.5.2.1 Exercício Proposto 1
9.5.2.2 Exercício Proposto 2
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Capítulo 10 - Operação em Paralelo de Unidades Transformadoras de Potência
10.1 Introdução
Regras a Serem Obedecidas para que Duas ou Mais Unidades
Transformadoras Possam Operar em Paralelo
10.2.1 Regra 1
10.2.2 Regra 2
10.2.3 Regra 3
10.3 Conseqüências
10.4 Conclusões
10.5 Exercício
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Capítulo 11 - Transformadores Operando em Ampla Banda de Freqüências
11.1 Fundamentos
Circuitos Elétricos Equivalentes para Operação em Ampla
Banda de Freqüências
11.2.1 Comportamento da Unidade Transformadora na Faixa entre 20 e 100 Hz
11.2.1.1 Providências
11.2.1.2 Considerações
Faixa de Freqüências Compreendidas entre 100 Hz e 10.000 Hz
11.2.2.1 Considerações
11.2.3 Faixa de Freqüências Compreendidas Acima de 10.000 Hz
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Capítulo 12 -Transformadores para Instrumentos Usados em Sistemas de Medição, de Proteção e de Comando
12.1 Introdução
12.2 Transformadores de Corrente
12.2.1 Diagrama Fasorial de uma Unidade Transformadora de Corrente
12.2.2 Erros de Corrente e de Fase
12.2.2.1 Erro de Corrente
12.2.2.2 Erro de Fase
12.3 Transformadores de Potencial - TPS
12.3.1 Diagrama Fasorial de uma Unidade Transformadora de Potencial
12.3.2 Erros de Tensão e de Fase
12.3.2.1 Erro de Tensão
12.3.2.2 Erro de Fase
12.4 Conclusões
Potência Secundária de uma Unidade Transformadora
para Instrumentos
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Capítulo 13 - Unidades Transformadoras de Potência - Um Roteiro de Projeto
13.1 Introdução
13.2 Normalização
13.2.1 Desenvolvimento do Projeto
13.2.1.1 Escolhas
13.2.1.2 Escolha da Densidade Superficial de Corrente para os
Condutores dos Enrolamentos de Alta e Baixa Tensões
Cálculo da Perda Específica por Unidade de Peso no Cobre dos
Enrolamentos
13.3 Chapas de Aço-Silício
13.3.1 Introdução
13.3.2 Definições Fundamentais
13.3.3 Seção Reta do Núcleo de uma Unidade Transformadora
13.3.4 Densidade Superficial de Corrente
13.4 Estudo do "Fator de Empilhamento" para as Chapas Empregada na
Confecção do Núcleo Magnético da Unidade Transformadora
13.4.1 Fundamentos
13.4.2 Definição
13.5 Fator de Preenchimento do Espaço de uma Bobina
13.5.1 Definição
13.5.2 Escalonamento de Montagem
13.6 Determinação do Número de Espiras do Enrolamento Secundário
13.7 Determinação do Número de Espiras do Enrolamento Primário
13.8 Determinação da Bitola do Condutor do Enrolamento Primário
13.8.1 Determinação da Bitola do Condutor do Enrolamento Secundário
13.9 Determinação da Altura do Enrolamento Secundário
13.10 Determinação da Espessura dos Tubos Isolantes
13.11 Determinação das Folgas Superiores e Inferiores dos Enrolamentos
13.12 Disposição dos Condutores do Enrolamento de Alta Tensão
13.13 Determinação da Distância Mínima entre as Bobinas de Alta Tensão
13.14 Desenho, em Escala, da Parte Ativa da Unidade Transformadora
13.15 Caixa da Unidade Transformadora
13.16 Características Técnicas Padronizadas conforme NBR 5440/87
Bibliografia