Transformadores Elétricos, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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FAG - FACULDADE ASSIS GURGACZ

EDERSON ZANCHET

TRANSFORMADORES

CASCAVEL

SUMARIO

• 1. TRANSFORMADORES
  • 1.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO
  • 1.2. TRANSFORMADORES COM MAIS DE UM SECUNDÁRIO............................
    • 1.2.1. Associação de bobinas em transformadores..............................................
  • 1.3. RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO
  • TRANSFORMAÇÃO 1.4. TIPO DE TRANSFORMADOR QUANTO A RELAÇÃO DE
    • 1.4.1. TRANSFORMADOR ELEVADOR
    • 1.4.2. TRANSFORMADOR REBAIXADOR
    • 1.4.3. TRANSFORMADOR ISOLADOR
  • 1.5. RELAÇÃO DE POTENCIA EM TRANSFORMADORES
  • 1.6. ESPECIFICAÇÃO DE TRANSFORMADORES
  • 1.7. RELAÇÃO DE FASE ENTRE AS TENSÕES PRIMARIO E SECUNDÁRIO...
  • 1.8. TRANSFORMADOR COM DERIVAÇÃO CENTRAL SECUNDÁRIO
  • 1.9. AUTOTRANSFORMADORES
  • 1.10. SIMBOLOGIA DE TRANSFORMADORES

Devido a fatores econômicos e de construção, as seções dos condutores destas linhas devem ser limitadas, o que torna necessária a limitação da intensidade das correntes nas mesmas. Assim sendo, as linhas deverão ser construídas para funcionar com uma tensão elevada, que em certos casos atinge a centenas de milhares de volts. Estas realizações são possíveis em virtude de a corrente alternada poder ser transformada facilmente de baixa para alta tensão e vice-versa, por meio de uma máquina estática, de construção simples e rendimento elevado, que é o transformador.

1.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO

Quando o indutor é conectado a um fonte de alimentação em corrente alternada ocorre o surgimento de um campo magnético induzido. Quando um segundo indutor é imerso sobre esse campo magnético, ocorre o processo de indução, onde o campo magnético é convertido pelo indutor em forma de tensão induzida. No modelo básico de um transformador sua estrutura é formada pôr duas bobinas isoladas eletricamente e enroladas em torno de um núcleo comum. Para se transferir a energia elétrica de uma bobina para a outra se utiliza o artifício do acoplamento magnético. A bobina que recebe a energia de uma fonte CA recebe a denominação de primário. A bobina que fornece energia para uma carga CA é designada como secundário. O núcleo dos transformadores usados em baixa freqüência é feito geralmente de material magnético, comumente se usa aço laminado. Os núcleos dos transformadores usados em altas freqüências são feitos

de pó de ferro e cerâmica ou de materiais não magnéticos. Algumas bobinas são simplesmente enroladas em torno de fôrmas ocas não magnéticas como, por exemplo, papelão ou plástico, de modo que o material que forma o núcleo na verdade é o ar. Se considerarmos que um transformador funcione sobre condições ideais, a transferência de energia de uma tensão para outra se faz sem nenhuma perda.

Figura 2. Aspecto construtivo de um transformador

A tensão elétrica induzida no secundário de um transformador é proporcional ao número de linhas magnéticas que transpassa a bobina do secundário, por esse motivo as bobinas são montadas sobre um material ferro magnético, de forma a diminuir a dispersão das linhas, concentrando o campo magnético sobre a bobina do secundário.

necessidade de alteração do bobinado conforme pode ser observado nas figuras seguintes.

Figura 4. Soma de Potenciais no secundário

Figura 5. Subtração de potenciais no secundário

Figura 6. Potenciais iguais com sinais invertidos

Figura 7. Potenciais iguais com igualdade de sinal

1.3. RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO

Considerando, um transformador ideal, sendo o fluxo total,Φ, o mesmo em ambas as bobinas, já que se desprezam os fluxos dispersos e o núcleo tem μ→ ∞,

as f.e.m. ’s, ε 1 e ε 2 , induzidas nessas bobinas podemos escrever a expressão:

Para obtenção da relação entre a tensão do primário e secundário:

Sendo Rt denominado de relação de espiras ou relação de transformação.

ν 1 = ε 1 = N 1.^ d dt^ φ[ V ]

ν 2 = ε 2 = N 2.^ d dt^ φ[ V ]

νν 21 =^ Rt

2

1 2

1 2

1

N

N

1.4.3. TRANSFORMADOR ISOLADOR

Os transformadores isoladores são muito utilizados em locais onde se deseja isolar eletricamente duas redes, tem grande aplicação em laboratório de eletrônica, como característica a relação de transformação é igual a 1(Np=Ns).

1.5. RELAÇÃO DE POTENCIA EM TRANSFORMADORES

A quantidade de energia absorvida da rede elétrica e denominada potência elétrica do primário, se partimos do conceito que trata-se de um transformador ideal não teremos perdas por aquecimento, perdas magnéticas e assim toda a energia que foi absorvida da rede será convertida, ou seja a potência elétrica será idêntica para primário e secundário.

A partir da relação de potência entre primário e secundário podemos obter as correntes de cada malha, já que P=V.I.

1.6. ESPECIFICAÇÃO DE TRANSFORMADORES

A especificação de transformadores deve fornecer no mínimo as seguintes informações: a) Tensões do primário; b) Tensões do Secundário;

PP = P S

c) Correntes do Secundário;

Para a especificação 120/220V 12V-2A 24V-1A apresenta um transformador com as características:

a) Primário: Entrada 120V ou 220V; b) Secundário: Uma saída com 12V-2A; Uma saída com 24V-1A;

1.7. RELAÇÃO DE FASE ENTRE AS TENSÕES PRIMARIO E SECUNDÁRIO

A tensão induzida no secundário do transformador é gerada quanto o fluxo magnético Φ corta as espiras do secundário gerando um fem. Induzida, como a tensão induzida é sempre oposta à tensão indutora, podemos afirmar que a tensão no secundário tem sentido inverso a forma de onda do primário, ou seja, estão defasadas em 180º com relação à tensão no primário. Com base na inversão de ciclos entre primário e secundário, nota-se que ocorre a inversão de polaridade para cada semiciclo.

Em qualquer dos casos, a relação de transformação é dada pelo cociente entre o número de espiras.

1

2 N Rt = N Uma das conseqüências da coincidência parcial entre os enrolamentos do primário e do secundário é a perda de isolamento galvânico entre as bobinas. Porém o autotransformador apresenta um vasto conjunto de vantagens face aos transformadores comuns, como no que concerne ao seu custo (um único enrolamento e em certos casos, com condutores de menor secção), ao volume, à queda de tensão e ao rendimento (menores perdas nos enrolamentos). Os autotransformadores são vulgarmente utilizados na elevação e na redução da tensão em redes de distribuição de energia elétrica, na sintonia e adaptação entre antenas e pré-amplificadores em receptores de telecomunicações.

1.10. SIMBOLOGIA DE TRANSFORMADORES

Figura 9. Simbologia de transformadores