Transformador Monofásico [de Isolamento] Resposta em carga U2 = f (I2), com U1 = constante e com vários tipos de carga (óhmica, indutiva e capacitiva). Determinação da tensão de curto-circuito UK (tensão de impedância) e a tensão de curto-circuito relativa uk. 3.1. - Resposta em carga No caso de um transformador em carga, a distribuição do fluxo magnético deixa de ser totalmente concentrada no núcleo de ferro. Os fluxos magnéticos criados pelas correntes nos enrolamentos de entrada e de saída são opostos um ao outro. Daqui, resulta uma porção de linhas de fluxo magnético que escapam do núcleo de ferro e formam um circuito fechado pelo ar em volta do respectivo enrolamento, que induz esse fluxo (ver fig. 1). Este fluxo é chamado - fluxo de dispersão. Os enrolamentos penetrados por este fluxo de dispersão, agem como indutores. Assim, um transformador pode ser considerado como um gerador de tensão alterna, cuja impedância interna é constituída por uma resistência e por uma indutância (ver fig. 2). Fig. 1 - Fluxo magnético no transformador em carga Fig. 2 - Esquema, simplificado, equivalente do transformador O transformador em vazio, gera uma tensão U20. Em carga, existem quedas de tensão óhmicas e indutivas, que ocorrem ao longo das impedâncias internas do transformador. A tensão aos terminais do transformador em carga é dependente da carga. 3.2. - Tensão de curto-circuito (ou tensão de impedância) A tensão de curto-circuito UK é uma medida para a máxima queda de tensão (à carga nominal) que ocorre no transformador. Aqui a tensão em questão, é a tensão aplicada no enrolamento de entrada do transformador, quando o enrolamento de saída é curto-circuitado (ver fig. 3). Estas tensões podem ser graficamente desenhadas pelo chamado triângulo de Potier (ver fig. 4). Fig. 3 - Montagem experimental para a medida da tensão de curto-circuito Fig. 4 - Triângulo das impedâncias ( Triângulo de Potier) Assim, no caso do transformador em carga (ver fig. 5), a adição geométrica das quedas de tensão nas impedâncias internas do transformador à tensão na carga (U2 - tensão aos terminais do transformador), dão a tensão em vazio (U20). Os diagramas de desfasamento desenhados na fig. 6 estão dependentes da relação entre as fases da corrente I2 e da tensão em vazio U20. Consequentemente, uma carga indutiva gera normalmente uma queda maior da tensão U2 do que numa carga óhmica. Em contraste, a carga capacitiva causa um aumento de tensão aos terminais do secundário. Esta dependência é mostrada na fig. 7. Fig. 5 - Esquema equivalente, simplificado, de um transformador em carga. Fig. 6 - Diagramas vectoriais para a determinação da tensão U2 aos terminais de secundário. Fig. 7 - Tensão de saída para várias cargas do transformador. 3.3. - Tensão de curto-circuito relativa Na prática a tensão de curto-circuito é dada em percentagem, relativamente à tensão nominal do transformador: ∆U uK = ⋅100% U1N Como o explicado em 3.2., a tensão de saída do transformador em carga pode mudar pelo aumento da tensão de curto-circuito relativa uK. Isto também é uma medida da impedância interna ZK do transformador: U ZK = K I1N A resistência óhmica do transformador não pode ser tão elevada como se quer, devido ao calor provocado pelas perdas que isto causa. Por outro lado, a reactância indutiva do transformador pode ser alterada largamente por intermédia do fluxo magnético de dispersão. O desenho do núcleo magnético e o arranjo dos enrolamentos têm aqui um papel significativo. Isto faz com que o transformador seja bem adaptado para cada aplicação: • Uma pequena tensão de curto-circuito resulta numa pequena queda de tensão em carga. Aqui, nós falamos de transformadores de tensão inflexível, como por exemplo, no caso requerido para redes de conexão de transformadores. Naturalmente, estes transformadores estão expostos ao perigo de curto-circuito, porque no caso de curto-circuito, no lado de saída, a tensão aplicada no primário causa grandes correntes. • Transformadores com grande tensão de curto-circuito são completamente diferentes. Em carga eles respondem com uma grande queda de tensão. Estes transformadores são chamados de tensão flexível. Um curto-circuito de secundário não causa subidas significativas de corrente. Estes transformadores são à prova de curto-circuito. Este tipo de resposta é requerido no caso de transformadores de ignição, entre outros. Fig. 8 - Resposta em carga de transformadores de tensão flexível e inflexível. Tipo de transformador Tensão de curto-circuito uK em % Conversor de tensão Transformador trifásico Ligação de redes [Postos de transformação] Transformador de isolamento Transformadores de campainhas Autotransformadores Transformadores de ignição <1 4a8 8 a 10 10 40 70 100 Fig. 9 - Tabela das tensões de impedância de vários transformadores Transformadores com potências nominais acima de 16 KVA, indicam a tensão de curto-circuito relativa na placa de características (Ver fig. 10). 16 6000 2,8 4,5 230 70 1990 50 S1 li0 Fig. 10 - Placa de características do transformador monofásico (de isolamento)