Er 900 Apostila de Transformadores

7/23/2019 Er 900 Apostila de Transformadores

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. TRANSFORMADORES

Os transformadores vm sendo aplicados nos diversos ramos da

eletroeletrnica, desde circuito de gerao, transmisso, distribuio de

energia e tambm nos circuitos eletrnicos.

Um transformador um dispositivo com a finalidade de transmitir energia

eltrica ou potncia eltrica de um circuito a outro, convertendo tenses,

correntes e ou de modificar os valores da impedncia eltrica de um circuito.

Trata-se de um dispositivo de corrente alternada que opera baseado nos

princpios eletromagnticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz, podemos

verificar um exemplo na Figura 1.

Figura 1. Transformador de baixa potncia

Existem diversos modelos de transformadores, mas todos adotam o mesmo

princpio que a utilizao do campo magntico como forma de acoplamento.

As exigncias tcnicas e econmicas impem construo de grandes usinas

eltricas, de forma geral as localizadas fora dos grandes centros de

aproveitamento, pois devem utilizar a energia hidrulica dos lagos e rios das

montanhas. Surge assim a necessidade do transporte da energia eltrica pr

meio de linhas de comprimento notvel.

Devido a fatores econmicos e de construo, as sees dos condutores destaslinhas devem ser limitadas, o que torna necessria a limitao da intensidade

das correntes nas mesmas. Assim sendo, as linhas devero ser construdas

para funcionar com uma tenso elevada, que em certos casos atinge a

centenas de milhares de volts.

Estas realizaes so possveis em virtude de a corrente alternada poder ser

transformada facilmente de baixa para alta tenso e vice-versa, por meio de

uma mquina esttica, de construo simples e rendimento elevado, que o

transformador.

1.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO


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Quando o indutor conectado a um fonte de alimentao em corrente

alternada ocorre o surgimento de um campo magntico induzido. Quando um

segundo indutor imerso sobre esse campo magntico, ocorre o processo de

induo, onde o campo magntico convertido pelo indutor em forma de

tenso induzida.

No modelo bsico de um transformador sua estrutura formada pr duas

bobinas isoladas eletricamente e enroladas em torno de um ncleo comum.

Para se transferir a energia eltrica de uma bobina para a outra se utiliza o

artifcio do acoplamento magntico. A bobina que recebe a energia de uma

fonte CA recebe a denominao de primrio. A bobina que fornece energia

para uma carga CA designada como secundrio. O ncleo dos

transformadores usados em baixa freqncia feito geralmente de material

magntico, comumente se usa ao laminado. Os ncleos dos transformadores

usados em altas freqncias so feitos de p de ferro e cermica ou de

materiais no magnticos. Algumas bobinas so simplesmente enroladas em

torno de frmas ocas no magnticas como, por exemplo, papelo ou plstico,

de modo que o material que forma o ncleo na verdade o ar. Se

considerarmos que um transformador funcione sobre condies ideais, a

transferncia de energia de uma tenso para outra se faz sem nenhuma perda.

Figura 2. Aspecto construtivo de um transformador

A tenso eltrica induzida no secundrio de um transformador proporcional

ao nmero de linhas magnticas que transpassa a bobina do secundrio, por

esse motivo as bobinas so montadas sobre um material ferro magntico, de

forma a diminuir a disperso das linhas, concentrando o campo magntico

sobre a bobina do secundrio.


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Com a utilizao de um ncleo magntico para a melhora do fluxo magntico,

contudo surge o problema de aquecimento, devido utilizao de um ncleo

macio, assim utiliza-se chapas de ferro silicoso para construo do ncleo.

Com o ncleo laminado ocorre a reduo das correntes parasitas tambm

conhecidas como correntes de Focault.

1.2. TRANSFORMADORES COM MAIS DE UM SECUNDRIO

Este modelo de transformador tem grande aplicao na rea da eletrnica,

transformadores com mais de um secundrio permitem a disponibilizao de

vrios nveis de tenso eltrica em seu secundrio, a mesma filosofia se aplica

para o circuito do primrio.

Figura 3. Transformador com mais de um secundrio

1.2.1. Associao de bobinas em transformadores

Em transformadores com mais de um secundrio possvel realizar aassociao destes a fim de obtermos valores diferenciados de tenso na sada

sem necessidade de alterao do bobinado conforme pode ser observado nas

figuras seguintes.

Figura 4. Soma de Potenciais no secundrio


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Figura 5. Subtrao de potenciais no secundrio Figura 6. Potenciais iguais com

sinais invertidos

Figura 7. Potenciais iguais com igualdade de sinal

1.3. RELAO DE TRANSFORMAO

Considerando, um transformador ideal, sendo o fluxo total,, o mesmo em

ambas as bobinas, j que se desprezam os fluxos dispersos e o ncleo tem

, as f.e.m. s, 1 e 2, induzidas nessas bobinas podemos escrever aexpresso:

Para obteno da relao entre a tenso do primrio e secundrio: Sendo Rt

denominado de relao de espiras ou relao de transformao.

dN == dN ==

Esta a primeira propriedade do transformador que a de transferir ou

refletir as tenses de um lado para outro segundo uma constante Rt.

1.4. TIPO DE TRANSFORMADOR QUANTO A RELAO DE TRANSFORMAO


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No que refere-se a relao de transformao podemos classificar os

transformadores em trs tipos:

a) Transformador elevador; b) Transformador rebaixador; c) Transformador

isolador;

1.4.1. TRANSFORMADOR ELEVADOR

Este tipo de transformador tem como caracteriza a elevao de tenso no

secundrio, ou seja, a relao de transformao menor do que 1(NpNs).

1.4.3. TRANSFORMADOR ISOLADOR

Os transformadores isoladores so muito utilizados em locais onde se deseja

isolar eletricamente duas redes, tem grande aplicao em laboratrio de

eletrnica, como caracterstica a relao de transformao igual a 1(Np=Ns).

1.5. RELAO DE POTENCIA EM TRANSFORMADORES

A quantidade de energia absorvida da rede eltrica e denominada potncia

eltrica do primrio, se partimos do conceito que trata-se de um

transformador ideal no teremos perdas por aquecimento, perdas magnticase assim toda a energia que foi absorvida da rede ser convertida, ou seja a

potncia eltrica ser idntica para primrio e secundrio.

A partir da relao de potncia entre primrio e secundrio podemos obter as

correntes de cada malha, j que P=V.I.

1.6. ESPECIFICAO DE TRANSFORMADORES

A especificao de transformadores deve fornecer no mnimo as seguintes

informaes: a) Tenses do primrio; b) Tenses do Secundrio; c) Correntes

do Secundrio;

Para a especificao 120/220V 12V-2A 24V-1A apresenta um transformador

com as caractersticas:

a) Primrio:

Entrada 120V ou 220V; b) Secundrio:

Uma sada com 12V-2A; Uma sada com 24V-1A;

1.7. RELAO DE FASE ENTRE AS TENSES PRIMARIO E SECUNDRIO


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A tenso induzida no secundrio do transformador gerada quanto o fluxo

magntico corta as espiras do secundrio gerando um fem. Induzida, como a

tenso induzida sempre oposta tenso indutora, podemos afirmar que a

tenso no secundrio tem sentido inverso a forma de onda do primrio, ou

seja, esto defasadas em 180 com relao tenso no primrio.

Com base na inverso de ciclos entre primrio e secundrio, nota-se que

ocorre a inverso de polaridade para cada semiciclo.

1.8. TRANSFORMADOR COM DERIVAO CENTRAL SECUNDRIO

Com grande aplicao na eletrnica os transformadores com tap central

fornecem para um mesmo secundrio dois nveis de tenso. Normalmente o

tap central fica aterrado fornecendo uma referencia de terra, ou seja, nvel de

0V.

Com a mesma caracterstica do transformador referido anteriormente ocorre a

defasagem de 180 entre o primrio e secundrio com relao a tenso,

porm neste transformador temos dois canais de utilizao

1.9. AUTOTRANSFORMADORES

Um autotransformador um componente cujos enrolamentos primrio e

secundrio coincidem parcialmente. Conforme se ilustra na Figura 8, os

acessos ao primrio e ao secundrio so coincidentes ou com as extremidades

ou com pontos intermdios do enrolamento, sendo um dos terminais do

primrio sempre coincidente com um dos do secundrio. O autotransformadorpode se comportar como rebaixador ou como elevador dependendo da forma

como foi retirado os terminais de conexo.

Figura 8. Autotransformador diagrama de funcionamento

Em qualquer dos casos, a relao de transformao dada pelo cociente entre

o nmero de espiras.

N Rt =

Uma das conseqncias da coincidncia parcial entre os enrolamentos do

primrio e do secundrio a perda de isolamento galvnico entre as bobinas.

Porm o autotransformador apresenta um vasto conjunto de vantagens face

aos transformadores comuns, como no que concerne ao seu custo (um nicoenrolamento e em certos casos, com condutores de menor seco), ao


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volume, queda de tenso e ao rendimento (menores perdas nos

enrolamentos). Os autotransformadores so vulgarmente utilizados na

elevao e na reduo da tenso em redes de distribuio de energia eltrica,

na sintonia e adaptao entre antenas e pr-amplificadores em receptores de

telecomunicaes.

1.10. SIMBOLOGIA DE TRANSFORMADORES Figura 9. Simbologia de

transformadores

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