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Introdução
Nesse trabalho vamos definir, explicar e desenvolver os conceitos sobre transformadores, especificando os tipos, princípios de funcionamento e aplicações.
O transformador é uma máquina elétrica que tem como finalidade transferir energia elétrica de um (ou mais) circuito, chamado de primário (recebe energia), para outro chamado de secundário (alimenta a carga), usando a mesma frequência.
Principio de Funcionamento
O transformador, por meio da indução eletromagnética, é utilizado na maioria das vezes para variar o módulo da corrente e tensão de um circuito ao outro conforme as leis de Faraday e Lenz.
Lei de Faraday: "em todo condutor enquanto sujeito a uma variação de fluxo magnético é estabelecida uma força eletromotriz (tensão) induzida".
Lei de Lenz: "o sentido da corrente induzida é tal que origina um fluxo magnético induzido, que se opõe à variação do fluxo magnético indutor".
Logo, os transformadores funcionam apenas com fontes de tensão alternadas ou corrente alternadas, para se criarem correntes, e fluxo magnéticos induzidos no circuito secundário.
1 - Transformador, com linhas de força.
Quando uma corrente alternada é aplicada ao primário, este produz um campo magnético induzido variável, com módulo relacionado com o número de espiras e intensidade da corrente. Esse fluxo magnético alternado criado pelo primário, passa pelo núcleo de ferro do
transformador e alcança o secundário, onde faz surgir uma corrente induzida, que tem módulo relacionado ao valor da corrente do primário e da razão de espiras entre os enrolamentos.
A corrente, tensão e número de espiras entre os enrolamentos são relacionados a partir das proporções Vp/Vs=Np/Ns=Is/Ip=a
Onde V é tensão, N número de espiras, I é corrente, p e s correspondem a primário e secundário respectivamente.
Partes constituintes
O transformador tem além dos enrolamentos e do núcleo, outras partes constituintes importantes, para garantir seu funcionamento e qualidade, como: tanque, líquidos isolantes, bucha, placa de identificação, além de contar com alguns dispositivos de proteção, como termômetro de óleo, termômetro de enrolamento, relé de gás, relé de nível de óleo, válvula de alívio de pressão e secador de ar com sílica-gel. Tais partes e dispositivos serão explicados a baixo.
Núcleo: é formado por chapas geralmente de aço silício, isoladas umas das outras por verniz ou óxido. É feito dessa maneira para se reduzir as perdas por correntes Foucault.
Enrolamentos: os enrolamentos são geralmente feitos de cobre, e isolado com verniz sintético especial.
Tanque: O tanque tem como função armazenar as partes ativas, isoladores e o óleo, além de ser responsável pela troca de calor com o ambiente. O formato do tanque varia de redondo, oval ou retangular de acordo com a potência, e pode ser liso , nervurado ou equipado com radiadores.
Líquidos Isolantes: o óleo mineral e ascarel são os mais utilizados, por cumprirem a função de isolar e transferir o calor para as paredes do tanque, e ter rigidez dielétrica, boa fluidez e manter essas características mesmo com altas temperaturas.
Bucha: As buchas são os terminais externos do transformador , nos quais ligamos à rede e à carga. As buchas são chamadas de alta tensão (designado pela letra H) e de baixa tensão (letra X). São feitas de porcelana e fixadas no tanque.
Placa de identificação: é necessário existir uma placa de identificação ao lado da baixa tensão, feita de metal e a prova do tempo. Tal placa deve fornecer: a palavra "transformador" ou "autotransformador", nome do fabricante e local de fabricação, n° de série de fabricação, designação e data de especificação, n° de fases, potencia nominal em kVA, diagrama de ligação (contendo todas as V nominais), frequência nominal, elevação de temperatura, polaridade, impedância percentual (à 75 °C), tipo de liquido isolante e quantidade necessária em litros, peso total em kgf, nível de isolamento, n° do livro de instruções, n/ de patentes e a vazão para transformadores com resfriamento a água.
O termômetro de óleo mede a temperatura de maneira direta, já o de enrolamento, mede o valor da corrente elétrica, que aponta o aquecimento dos enrolamentos. O relé de gás aciona um alarme e até desliga o transformador, através de um sistema de boias, já o relé de óleo tem como finalidade detectar excesso ou vazamento de óleo. A válvula de alivio de pressão, deverá ceder se a pressão interna do trafo aumentar muito, por isso sua resistência tem que ser menor que do trafo e é composta por uma chapa de cobre. O secador de ar com sílica-gel tem a função de controlar a umidade do óleo em trafo com conservador.
3. TC tipo janela
É o tipo de TC que o primário não é fixo no núcleo do transformador, onde há uma abertura que passa a uma barra que corresponde ao primário.
4. TC tipo bucha
É o tipo de TC que parece o tipo barra, porém a instalação é feita na bucha de equipamentos, que funciona como primário.
5. TC de núcleo dividido
É o tipo de TC que parece o tipo janela, porém tem uma articulação no núcleo, onde há uma abertura que passa a uma barra que corresponde ao primário.
6. TC com vários enrolamentos primários
É o tipo de TC no qual existem dois ou mais enrolamentos primários e apenas um secundário, em apenas um núcleo.
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7. TC com vários núcleos secundários
É o tipo de TC no qual tem apenas um enrolamento primário e dois ou mais enrolamentos secundários, cada um com seu núcleo separado.
8- TC com vários enrrolamentos secundários
É o tipo de TC no qual existem dois ou mais enrolamentos secundários, que podem ser ligados em série ou paralelelo e apenas um primário, em apenas um núcleo.
9- TC tipo derivação no secundário
fazer o uso de equipamentos de controle, proteção e medição por isso são utilizados em aplicações de altas tensões. Basicamente é constituído de muitas espiras no primário, e no menos no secundário, para que segundo a lei de transformação Np/Ns=Vp/Vs, diminua a tensão secundária. Quando isso ocorre, a energia que no primário estava em forma de tensão passa para forma de corrente no secundário.
2- Transformador de potencial
Autotransformador
Um autotransformador é um transformador no qual o terminal do primário é ligado a um terminal do secundário em série como mostra a figura. Quando o número de espiras do secundário é maior (caso a), o autotransformador se comporta como um elevador, quando é o contrário, se comporta como um redutor (caso b).
Tem custo reduzido, maior praticidade, menor peso e tamanho, porém a desvantagem é não ter isolação entre entrada e saída, o que limita suas aplicações.
Regulação de Tensão
Os reguladores de tensão são autotransformadores, equipados com ajuste automático de tap, que permitem variar a tensão de -10% até +10%. São utilizados para manter a tensão constante no secundário, pois quando a carga aumenta, ocorre uma queda de tensão, devido a
impedância interna do dispositivo. Tais perdas ocorrem muito em sistemas de distribuição de energia, devido ao grande comprimento dos fios de transferência.
Ligação de transformadores em série e em paralelo
Transformadores em serie
Quando se liga dois ou mais transformadores em série, não é necessário que eles tenham a mesma especificação. Nesse tipo de montagem, o que ocorre é que a relação de transformação ocorre primeiro em um transformador, e depois no outro. Assim é possível fazer uma relação de transformação maior, usando dois transformadores de baixa relação.
- Transformadores em paralelo:
Quando se liga dois ou mais transformadores em paralelo, é importante que esses equipamentos tenham a mesma especificação de tensão, para que seu ocorra seu funcionamento. Nesse tipo de montagem, a tensão de saída continua a mesma, e somam-se as correntes de saída desses transformadores.
