Circuito Mecânico

Um regulador de tensão pode tanto elevar como abaixar a tensão nos seus terminais de saída. Quando este opera como redutor de tensão, na ocorrência de uma variação de tensão na fonte que cause uma elevação de tensão na carga, a regulação atua mantendo a mesma tensão que existia antes da ocorrência do fenômeno. A Figura 14 (FELÍCIO, 2006) apresenta a configuração do regulador como redutor de tensão.

Figura 14 – Ligação para redução de tensão (FELÍCIO, 2006)

Neste caso, a tensão de saída é fornecida pela equação (1) a seguir.

(1) onde:

– tensão de entrada;

– tensão de saída;

– tensão na bobina de tap’s ou enrolamento série;

– tensão na bobina de excitação ou enrolamento comum.

Operando como elevador de tensão o regulador conserva o mesmo nível de tensão anterior a qualquer variação que proporcione queda de tensão na carga. Esta configuração pode ser verificada na Figura 15.

Figura 15 – Ligação para elevação de tensão (FELÍCIO, 2006)

A tensão de saída na configuração de elevação de tensão do regulador de tensão é dada pela seguinte equação (2):

(2) Pode-se verificar na Figura 14 e na Figura 15 que a operação do regulador como redutor ou elevador de tensão é determinada pela polaridade da conexão entre o enrolamento série e o enrolamento comum. Na prática, reguladores de tensão possuem as duas funções operando paralelamente, e, para isso, é utilizada uma chave reversora no circuito destes equipamentos, conforme pode ser verificado na Figura 16 (SZUVOVIVSKI, 2008).

Figura 16 – Chave reversora do circuito do regulador de tensão (SZUVOVIVSKI, 2008)

A chave reversora possibilita inverter a polaridade do enrolamento série em relação ao enrolamento comum. Na Figura 16 os índices R e E significam que quando a chave reversora estiver conectada no ponto R o regulador opera como redutor de tensão e quando estiver conectada no ponto E como elevador de tensão.

A bobina de tap’s dos reguladores de tensão (enrolamento série) é composta por diversas derivações de maneira a possibilitar que se tenham degraus de tensão, ou os chamados tap’s. Nos reguladores de tensão de 32 Degraus, o enrolamento série do regulador de tensão possui um número de espiras igual a 11,25% do número de espiras do enrolamento comum e 8 derivações dispostas de modo a dividi-lo em 9 partes iguais. Neste caso, a tensão que se desenvolve entre os terminais extremos do enrolamento série é 11,25% da tensão aplicada no enrolamento comum e a tensão entre as derivações adjacentes corresponde a 1/9 de 11,25%, isto é, 1,25% da tensão do enrolamento comum.

A operação do comutador de derivações deve permitir uma variação gradual na tensão de saída, ou seja, uma comutação de um tap para outro, sem que haja interrupção na corrente de carga. A passagem simples de corrente de uma derivação para outra provocaria descontinuidade no circuito e consequentemente interrupção no circuito com todas suas consequências indesejáveis (arco, desgaste de contatos, oscilações de tensão). Para evitar esta interrupção de corrente e possibilitar a comutação sob carga, utiliza-se um reator de comutação ao circuito, conforme mostrado na Figura 17 (FELÍCIO, 2006). O reator de comutação é composto por uma bobina com uma derivação central ligada à fonte e duas derivações nas extremidades seguidas por dois contatos móveis, no lugar de um só, que operam como uma única unidade. A sequência de operação dos contatos móveis do reator de comutação é mostrada na Figura 18 (SZUVOVIVSKI, 2008) indicando a passagem entre duas derivações do enrolamento série (chave reversora na posição E). A inserção do reator no circuito do regulador de tensão também tem o intuito de evitar que ocorra curto circuito entre as espiras do regulador e reduzir o valor da corrente circulante na situação em que os contatos móveis apareçam conectados em derivações adjacentes.

Figura 17 – Reator de comutação do circuito do regulador de tensão (FELÍCIO, 2006)

Figura 18 – Operação do reator de comutação (SZUVOVIVSKI, 2008)

Conforme se verifica na Figura 18, na posição mostrada no detalhe a, os dois contatos móveis estão na posição 0, que corresponde ao neutro do enrolamento série do regulador de tensão, na configuração de elevação de tensão.

Nesse caso, quando uma tensão de 100 % é aplicada na entrada do RT, a tensão de saída também é de 100 %. Na condição mostrada no detalhe b, um dos contatos móveis continua posicionado na derivação 0 e o outro contato móvel é deslocado para a derivação 1, existindo uma diferença de potencial de 1,25% entre estes contatos. Quando uma tensão de 100 % é aplicada na entrada do RT e quando os contatos móveis estão posicionados de acordo com o detalhe b da Figura 18, a tensão de saída é igual à tensão de entrada aumentada da metade da diferença de potencial entre os contatos 0 e 1 (5/8 %), ou seja, 100,625 %. Quando os contatos móveis estão posicionados conforme o detalhe c da Figura 18, deixa de existir uma diferença de potencial entre os contatos, no entanto, há uma inserção de 1/8 da bobina de tap’s no circuito do RT, que equivale a um tap. Nesta configuração a tensão de saída é aumentada em 1,25 % em relação à tensão de entrada, ou seja, para uma tensão nominal de 100 % na entrada, tem-se 101,250 % desta tensão na saída do regulador de tensão.

Desta maneira, os contatos móveis podem estar em 8 condições em uma mesma derivação ou um mesmo tap e em outras 8 condições em que estarão em tap’s diferentes, totalizando 16 degraus de tensão para o caso em que a chave reversora estiver na posição de elevação de tensão, além da posição de neutro.

Quando a chave reversora estiver posicionada para a redução de tensão tem-se mais 16 degraus de tensão, neste caso o tap 8 da Figura 18 passa a ser o tap neutro, o tap 7 passa a ser a derivação 1 e assim por diante. Cada um dos 32 degraus de tensão totalizados possui passo de 0,625 %, fornecendo assim uma faixa de regulação na saída do regulador de ±10 % da tensão de entrada, além da posição de neutro.

O regulador de tensão de 32 Degraus é dividido de acordo com a norma ANSI C57.15 (ANSI/IEEE STD. C57.15, 1986) em dois tipos, denominados A e B. O Tipo A é chamado de regulador com excitação variável porque a bobina de excitação sente qualquer variação que ocorra na tensão da fonte. Neste tipo o enrolamento comum está conectado à fonte (circuito primário) e o enrolamento série está conectado ao enrolamento comum e, através das derivações à carga do circuito (enrolamento secundário). O regulador Tipo B é chamado de regulador de excitação constante, pois as variações da fonte não são sentidas (ABNT NBR 11809, 1992).

Neste tipo de regulador, o circuito primário (fonte) está conectado, através das derivações, ao enrolamento série e o enrolamento comum está conectado diretamente à carga (circuito secundário). Estes dois tipos de reguladores de tensão podem elevar ou abaixar a tensão, dependendo da polaridade das bobinas eletricamente conectadas.

Na Figura 19 pode-se visualizar o circuito mecânico completo do regulador de tensão 32 Degraus do tipo A.

Figura 19 – Circuito mecânico do regulador de tensão 32 Degraus Tipo A