1. Introduo
Transformador um dispositivo destinado a transmitir energia eltrica ou potncia
eltrica de um circuito outro, transformando tenses, correntes e ou de modificar os valores das
Impedncia eltrica de um circuito eltrico. Trata-se de um dispositivo de corrente alternada que
opera baseado nos princpios eletromagnticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz.
O transformador consiste de duas ou mais bobinas ou enrolamentos e um "caminho", ou circuito
magntico, que "acopla" essas bobinas. H uma variedade de transformadores com diferentes
tipos de circuito, mas todos operam sobre o mesmo princpio de induo eletromagntica.
No caso dos transformadores de dois enrolamentos, comum denomin-los como enrolamento
primrio e secundrio, existem transfomadores de trs enrolamentos sendo que o terceiro
chamado de tercirio. Existe tambm um tipo de transformador denominado Autotransformador,
no qual o enrolamento secundrio possui uma conexo eltrica com o enrolamento do primrio.
Transformadores de potncia so destinados primariamente transformao da tenso e das
correntes operando com altos valores de potncia, de forma a elevar o valor da tenso e
conseqentemente reduzir o valor da corrente. Este procedimento utilizado pois ao se reduzir
os valores das correntes, reduz-se as perdas por efeito Joule nos condutores. O transformador
constitudo de um ncleo de material ferromagntico, como ao, a fim de produzir um caminho
de baixa relutncia para o fluxo gerado.
Geralmente o ncleo de ao dos transformadores laminado para reduzir a induo de correntes
parasitas ou de corrente de Foucault no prprio ncleo, j que essas correntes contribuem para o
surgimento de perdas por aquecimento devido ao efeito Joule. Em geral utiliza-se ao-silcio com
o intuito de se aumentar a resistividade e diminuir ainda mais essas correntes parasitas.
2. Estrutura construtiva
2.1 Ncleo
Transformadores com ncleo ferromagntico. Os transformadores de potncia so
invariavelmente desse tipo. Os materiais ferromagnticos adequados para esses ncleos devem
possuir, alm de alta permeabilidade magntica, uma resistividade eletrica relativamente elevada
e uma induo residual relativamente baixa quando submetido a uma magnetizao cclica. Essas
propriedades implicaro, pela ordem, em baixa relutncia e, portanto, em pequena absoro de
corrente magnetizante e de potencia relativa de magnetizao, baixas perdas por correntes
parasitas (parda Foucault) e baixa perda histertica. Os aos-silcio (ligas de ferro, carbono,
silcio) so os materiais ferromagnticos que satisfazem as exigncias dos ncleos desses
transformadores. Eles so utilizados laminados, com espessura entre 0,25 e 0,5mm, com as
laminas isoladas, normalmente pelo prprio oxido da laminao siderrgica, e prensadas para
formar o ncleo. Essas providencias so tomadas, tambm, para atenuar as correntes induzidas
no ncleo e, portanto, atenuar as perdas Foucault. Nos transformadores maiores, onde se exige
bom rendimento, as laminas so de ao-silcio de gros orientados, que alm de alta
permeabilidade quando excitados no sentido da laminao, apresentam baixssimas perdas
magnticas especificas (watts por unidade de massa). Os transformadores de medida, bem como
muitos do tipo de controle, tambm so constitudos com ncleo ferromagntico, seja laminado
ou sintetizado, com a inteno de diminuir as perdas e a corrente magnetizante e melhorar o
acoplamento magntico.
Transformadores com ncleo de ar. O ncleo de ar confere uma caracterstica linear ao circuito
magntico do transformador, e no apresenta perdas magnticas, porm apresenta grande
relutncia ( mHar /104 70 ) e, consequentemente, necessita de maior f.m.m. de
excitao. Se a permeabilidade relativa ( 0/)()( BBr ) aos-silcio da ordem de alguns
milhares, para os valores de densidade de fluxo utilizadas nos transformadores, um milmetro de
entreferro num ncleo pode equivaler a metros de material ferromagntico, no que diz respeito a
f.m.m. de excitao. Portanto, com ncleos de ar, a corrente magnetizante poder ser
relativamente elevada, a menos que o enrolamento possua uma grande quantidade de espiras, ou
seja, excitado com frequncia elevada, para que oferea fonte uma grande reatncia.
Por essa razo e pelo dato de as perdas magnticas nos materiais ferromagnticos crescerem mais
do que proporcionalmente com a frequncia, os ncleos de ar ficam restritos quase que
exclusivamente a pequenos transformadores (do tipo de controle) de frequncias mais elevadas
que as industriais.
2.2 Transformadores monofsicos e trifsicos
Existem transformadores que operam com apenas uma ou duas fases, onde suas estruturas
construtivas so praticamente iguais e tambm temos transformadores trifsicos, onde temos
basicamente a unio de 3 transformadores monofsicos. Para transformadores trifsicos h a
necessidade de uma polarizao do conjunto de bobinas, pois a tenso induzida neles sero
somadas para a composio da tenso de sada, caso seja polarizada alguma bobina invertida, a
tenso sair abaixo da tenso prevista, porque alem de no somar no conjunto de tenso ela ainda
vai subtrair
3. Relao de transformao
O fenmeno que temos no transformador e de transformao de energia, portanto h uma
proporcionalidade na tenso que entra, quanto a tenso que sai, assim como nas corrente, tudo
isso diretamente ligado as numero de espiras e ao seu dimetro
s
p
s
p
N
N
V
V
onde:
Vp= tenso na bobina do primrio [V]
Vs= tenso na bobina do secundrio [V]
Np=nmero de espiras da bobina do primrio
Ns=nmero de espiras da bobina do secundrio
A razo Vp/Vs chamada de razo ou relao de tenso. A razo Np/Ns chamada de razo ou
relao de espiras.
Uma razo de tenso de 1:4 (l-se um para quatro) significa que para cada volt no primrio do
transformador h 4 volts no secundrio. Quando a tenso do secundrio maior do que a tenso
do primrio, o transformador chamado de transformador elevador. Uma razo de tenso de 4:1
significa que para 4V no primrio h somente 1V no secundrio. Quando a tenso no secundrio
for menor do que no primrio, o transformador chamado de transformador abaixador.
Fig. 1 Diagrama simplificado de um transformador
Relao entre potncias primrias e secundrias
Fig. 2 Representao esquemtica de um transformador com fluxo positivo e correntes positivas.
Devido ao suprimento das perdas, num transformador com uma carga como a da Fig. 3, a
potncia ativa de entrada no primrio maior que a transferida para o secundrio, e esta maior
que a de sada.
A relao entre as potncias pode ser deduzida a partir da Fig. 2.
)()()(')( 2221 titetite
Essa a potncia realmente transferida, atravs do acoplamento magntico de um lado para
outro. a energia liquida que, por exemplo, o secundrio recebe do primrio aps serem
descontadas todas as perdas de energia neste enrolamento e no ncleo. Devido ao sentido das
correntes, nota-se o sinal negativo na expresso acima, significando que os fluxos de energia so
contrrios, isto , se o lado 1 absorve )(')( 21 tite , o lado 2 fornece )()( 22 tite e vice-versa, sem
armazenagem de energia.
No caso da Fig. 7, se 2iic , tem-se
)()()(')( 221 titetite c .
No transformador ideal, obviamente,
)()()()( 211 titvtitv c ,
e, em regime senoidal permanente, as potncias aparentes so
cIVIV 211 ,
e o quanto de energia reativa o transformador absorve da fonte depende no s de I1mag, mas da
natureza da carga.
Fig. 3 O transformador da Fig. 5 alimentando uma carga Zc.
4. Eficincia
A eficincia de um transformador igual razo entre a potncia de sada do enrolamento do
secundrio e a potncia de entrada no enrolamento do primrio. Um transformador ideal tem
100% de eficincia porque ele libera toda a energia que recebe. Devido s perdas no ncleo e no
cobre, a eficincia do melhor transformador na prtica menor que 100%. Exprimindo na forma
de equao,
p
s
P
P
entradadepotencia
sadadepotnciaEf
..
..
onde:
Ef= eficincia
Ps= potncia de sada no secundrio [W]
Pp= potncia de entrada no primrio [W]
5. Tipos de transformadores
5.1 Transformador autoprotegido
O transformador incorpora componentes para proteo do sistema de distribuio contra
sobrecargas e curto-cicuitos na rede secundria e falhas internas no transformador, possuindo
para tanto, montados internamente ao tanque, fusveis de Alta Tenso e disjuntor de Baixa
Tenso. Para proteo contra sobretenses o transformador provido de dispositivo para fixao
de pra-raios externos ao tanque.
Principais Caractersticas
Potncia: 45 150 kVA
Alta Tenso: 15 ou 24,2 kV
Baixa Tenso: 380/220 ou 220/127 V
5.2 Transformador industrial
Aplicvel a subestaes de empresas, para reduo de tenso primria (mxima 36,2 Kv) e para
as tenses secundrias usadas industrialmente. Sendo ainda providos de caixas de aclopamento
para proteo das conexes do primrio e/ou secundrio, quando solicitado pelo cliente.
Principais Caractersticas
Potncia: 500 5.000 Kva
Fig. 4 Transformador autoprotegido
Alta Tenso: 15;24,2;36,2 ou 72,5 Kv
Baixa Tenso: conforme especificaes do cliente.
Normas: conforme ABNT/IEC.
5.3 Tranformador subterrneo
Transformador de construo adequada para ser instalado em cmaras, em qualquer nvel,
podendo ser prevista sua utilizao onde haja possibilidade de submerso de qualquer natureza.
Principais Caractersticas
Potncia: 150 2.000 kVA
Alta Tenso: 15 ou 24,2 kV
Baixa Tenso: 216, 5/125; 220/127; 380/220; ou 400/231 V
Normas: conforme NBR 9369/1986 ABNT.
Fig.5 Transformador industrial
Fig. 6 Transformador submerso
5.4 Transformador a seco
Plantas industriais, plantas qumicas e petroqumicas, plataformas off-shore, prdios comerciais,
hospitais, embarcaes martimas, shopping centers, unidades de tratamento de gua, aeroportos,
centros de entretenimento, etc.
Principais Caractersticas
Potncia: 300 15.000 kVA
Alta Tenso: 15 ou 24,2 ou 36,2 kV
Baixa Tenso: 4160/2402; 440/254; 380/220; 220/127 V ou conforme especificaes do cliente.
Normas: conforme ABNT/IEC.
Fig. 6 Transformador seco
5.5 Tranformador de distribuio
Para distribuio de energia ao consumidor final (concessionrias de energia, cooperativas,
instaladoras e empresas de modo geral)
Principais Caractersticas
Potncia: 30 300 kVA
Alta Tenso: 15 ou 24,2 kV
Baixa Tenso: 380/220 ou 220/127 V
Normas: conforme ABNT/IEC.
Fig. 7 Transformador de distribuio
5.6 Transformador de fora
Transformadores e reatores para gerao, transmisso e distribuio de energia em
concessionrias e subestaes de grandes indstrias, incluindo aplicaes especiais como fornos
de induo e a arco e retificadores.
Transformadores de Fora
Potncia: acima de 5 at 300 MVA
Alta Tenso: at 550 kV
Normas: ANSI / IEEE, IEC e ABNT.
Transformadores de Fornos
Potncia: at 160 MVA
Alta Tenso: at 550 kV
Normas: ANSI / IEEE, IEC e ABNT.
Transformadores Retificadores
Potncia: at 80 MVA
Corrente: at 150 kA
Normas: ANSI / IEEE, IEC e ABNT.
Fig. 8 Transformador de distribuio
5.7 Transformador de comando
Os Transformadores de Comando possuem uma faixa de potncia de 50 a 5000VA religveis
para tenses primrias 110/220VCA e 24VCA. Aplicados na alimentao de circuitos de
comando oferecem isolao galvnica, limitao de capacidade de curto-circuito, reduo de
tenso em relao aos circuitos de potncia e inclusive efeito de supressor em transitrios no
lineares da instalao.
Estes transformadores possuem terminais de ligao em bloco frontal com proteo ao toque
acidental, proporciona uma montagem simples com fixao pela base em estrutura metlica.
Isolao a seco para instalao abrigada
Todos os transformadores so individualmente ensaiados e identificados por nmero de srie.
Fig. 9 Transformador de comando
5.8 Transformador de corrente 4NC/4NF
Um transformador de corrente ou simplesmente TC um dispositivo que reproduz no seu
circuito secundrio, uma amostra da corrente que circula no enrolamento primrio. Esta corrente
tem propores definidas e conhecidas, sem alterar sua posio vetorial.
As relaes mais utilizadas no mercado so de xx/5A e xx/1A, ou seja, a corrente do primrio
amostrada e tem como sada no secundrio 5A ou 1A. Por exemplo: 1000/5A Uma corrente no
primrio de 0 a 1000A amostrada e no secundrio teremos 0 a 5A. Esta aplicao largamente
utilizada em circuitos de medio, onde seria economicamente invivel medir utilizando
equipamentos para altas correntes.
Fig. 10 Transformador de corrente
6. Concluso Podemos concluir que transformadores so maquinas eltricas com utilidade e aplicao
incrivelmente vastas, usado desde um aparelho que vai ligado a tomara para abaixar essa
tenso da rede e retifica-la, ate da sada de uma usina de gerao de energia, onde o
transformador aumenta a tenso a modo de evitar o mximos de perdas de diminuir a
seo dos condutores. Mesmo sendo uma maquina eltrica de aparncia grosseira, ela
apresenta uma construo extremante engenhosa e com uma teoria muito rica por trs
7. Referencias bibliogrficas
GUSSOW, MILTON, Eletricidade Bsica, 2 edio, So Paulo, Editora Mc Graw-Hill,
1985.
NICOLAU, V.P.; GTHS, S. Maquinas Eltricas. Disponvel em:
. Acesso em: 26.05.2013
CEFET-SP. Transformadores. Disponvel em:
. Acesso em:
27.05.2013
UNIVERSIDADE DE SOROCABA
Engenharia Eltrica
Eletrnica Analgica
TRANSFORMADORES
Rodrigo Guilherme Raimundo
Prof. Rafael Barbosa
Sorocaba - SP
1 Semestre de 2013
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