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CEMA- CENTRO EDUCACIONAL

MIGUEL ALVES

ELETROMAGNETISMO E

TRANSFORMADORES.

“Deus não escolhe os capacitados capacita os escolhidos. Fazer ou não fazer algo só depende de nossa vontade e perseverança”

Albert Einstein

CURSO : METRÔNICA PROFESSORA: CLAUDIA CRISTINA GUIMARÃES PUBLICAÇÃO : ABRIL/2013

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INTRODUÇÃO AO ELETROMAGNETISMO

Eletromagnetismo é o ramo da Física que estuda os fenômenos elétricos e magnéticos e suas interações entre si. Como se sabe os fenômenos elétricos e magnéticos manifestam-se através de campos elétricos elétricos e magnéticos. Vamos estudar cada um deles.

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TRANSFORMADORES

Transformadores ou trafos são dispositivos elétricos que têm afinalidade de isolar um circuito, elevar ou diminuir uma tensão.Servem também para casar impedância entre diferentes circuitos oucomo parte de filtros em circuitos de rádio freqüência. Existem transformadores de diversos tipos, cada um com uma finalidade, construção e tamanho específicos.Teoricamente, um transformador tem de transferir toda a potênciado primário para o secundário (primário e secundário são enrolamentos de entrada e saída, respectivamente). Na prática, observa-se certa perda de potência nessa transferência de potência, ocasionada por diversos motivos, como a resistência de fio, correntes pelo núcleo, chamados de correntes de Foucault etc. Um transformador é constituído pelo menos por dois enrolamentos. Na maioria dos casos, esses enrolamentos são independentes, entre si, mas sofrem a ação do campo eletromagnético, que é mais intenso quanto esses transformadores que possuem um núcleo de material ferromagnético. O enrolamento em que aplicamos a tensão que desejamos transformar chama-se primário e o enrolamento onde obtemos a tensão desejada se chama secundário. A tensão do secundário depende da relação de espiras entre o primário e o secundário e da tensão aplicada no primário.

Tipos de transformadores

Os transformadores são classificados de acordo com vários critérios. As

classificações de acordo com a finalidade, o tipo, o material do núcleo e o

número de fases são algumas das mais importantes.

Quanto a finalidade

Transformadores de corrente

Transformadores de potencial

Transformadores de distribuição

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Transformadores de força

Quanto ao tipo

Dois ou mais enrolamentos

Autotransformador

Quanto ao material do núcleo

Ferromagnético

Núcleo de ar

Quanto ao número de fases

Monofásico

Trifásico

Polifásico

Para se reduzir as perdas o núcleo de muitos transformadores são

laminados para reduzir a indução de correntes parasitas ou de Foucault, no

próprio núcleo. Em geral se utiliza aço-silício com o intuito de se aumentar a

resistividade e diminuir ainda mais essas correntes parasitas. Esses

transformadores são chamados transformadores de núcleo ferromagnético. Há

ainda os transformadores de núcleo de ar, que possui seus enrolamentos em

contato com a atmosfera.

Transformadores também podem ser utilizados para o casamento de

impedâncias. Esse tipo de ligação consiste em modificar o valor da impedância

vista pelo lado primário do transformador, são em geral de baixa potência.

Transformadores de potência

Os transformadores trifásicos ou de potência são destinados a rebaixar ou

elevar a tensão e consequentemente elevar ou reduzir a corrente de um

circuito, de modo que não se altere a potência do circuito. Esses

transformadores podem ser divididos em dois grupos:

Transformador de força - esses transformadores são utilizados para gerar,

transmitir e distribuir energia em subestações e concessionárias. Possuem

potência de 5 até 300 MVA. Quando operam em alta tensão têm até 550

kV.

Transformador de distribuição - esses transformadores são utilizados para

rebaixar a tensão para ser entregue aos clientes finais das empresas de

distribuição de energia. São normalmente instalados em postes ou em

câmaras subterrâneas. Possuem potência de 30 a 300 kVA; em alta tensão

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têm tensão de 15 ou 24,2 kV, já o transformador de baixa tensão tem

380/220 ou 220/127 V.

Autotransformadores

Nos autotransformadores os enrolamentos primário e secundário estão em

contato entre si. O enrolamento tem pelo menos três saídas, onde as conexões

elétricas são realizadas. Um autotransformador pode ser menor, mais leve e

mais barato do que um transformador de enrolamento duplo padrão.

Entretanto, o autotransformador não fornece isolamento elétrico.

Autotransformadores são muitas vezes utilizados como elevadores ou

rebaixadores entre as tensões na faixa 110-117-120 volts e tensões na faixa

220-230-240 volts. Por exemplo, a saída de 110 ou 120V de uma entrada de

230V, permitindo que equipamentos a partir de 100 ou 120V possam ser

usados em uma região de 230V.

Um autotransformador variável é feito expondo-se partes das bobinas do

enrolamento e fazendo a conexão secundária através do deslizamento de um

conector, resultando em variação na relação das espiras.Tal dispositivo é

normalmente chamado pelo nome de marca Variac.

Simbologia

Alguns símbolos comumente utilizados em diagramas elétricos e eletrônicos:[6]

Transformador com núcleo de ar.

Transformador com núcleo de ferro.

Transformador de núcleo de ferro com blindagem eletrostática, que protege contra

acoplamento eletrostático entre os enrolamentos.

Autotransformador.

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RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO

As principais variáveis que definem o dimensionamento de um transformador são a bitola dos condutores (corrente) e o material isolante utilizado (tensão). Os enrolamentos de alta tensão (AT) são constituídos por várias espiras de fio fino, sendo que os enrolamentos de baixa tensão (BT) possuem um menor número de espiras com bitola maior. A razão entre as tensões do primário e do secundário, bem como entre os

respectivos números de espiras dos seus enrolamentos, definem a relação de

transformação (a) de um transformador. Assim,

Considera-se transformador ideal àquele em que S1=S2, onde S1 representa

a potência aparente do primário e S2 a potência aparente do secundário.

Considerando-se que as potências aparentes na entrada e na saída são iguais

(S1=S2), as correntes obedecem à seguinte relação:

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Transformador Monofásico

Um transformador monofásico simples (também conhecido como Trafo) pode

ser dividido em três principais partes:

Enrolamento Primário

Enrolamento Secundário

Núcleo

O Enrolamento Primário de um trafo simboliza o a bobina responsável por

receber a tensão elétrica que será transformada no Enrolamento Secundário,

estes dois enrolamentos, comumente chamados de bobinas, envolvem um

material ferromagnético(o Núcleo).

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Características

Existem três tipos de transformadores a serem considerados, são eles:

Elevador

Rebaixador

Isolador

Transformador Elevador

O transformador Elevador irá realizar a elevação da tensão elétrica disponibilizada na entrada do transformador (enrolamento primário), isto se dá em função do enrolamento secundário possuir maior quantidade de espiras em relação ao primário, tornando a indução magnética maior no secundário e disponibilizando, respectivamente, uma maior tensão elétrica. Este tipo de transformado é utilizado em situações onde existe a necessidade de utilizar uma tensão 220V, então, a partir de um nível de tensão de 127V conseguimos uma,outra,de,220V.

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Transformador Rebaixador

Este tipo de transformador realiza o rebaixamento da tensão elétrica presente no enrolamento primário do transformador, somente se torna possível este processo de transformação em função do transformador possuir um número de espiras inferior no enrolamento secundário , fazendo com que a indução magnética seja menor, causando respectivamente a redução da tensão elétrica. Podemos observar este tipo de transformador aplicado a circuitos eletrônicos como o transformador de uma fonte de computador que realiza a redução da tensão de 127V para 12V comumente usado no PC.

Transformador Isolador

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O transformador isolador possui a característica de manter no secundário a tensão que recebe no enrolamento primário, ou seja, se uma tensão de 127V é adicionada ao primário do transformador isolador teremos em seu secundário os mesmos 127V. Tradicionalmente utilizado em circuitos eletrônicos, este tipo de transformador isola a tensão do secundário em relação ao primário proporcionando o isolamento físico entre os enrolamentos e, principalmente,a,redução,de.ruídos.no.secundário.

Perdas no transformador

Como qualquer máquina elétrica, parte da potência gerada pelo

transformador é consumida pelas perdas existente no próprio transformador,

sendo assim, conhecendo as características da potência elétrica em corrente

alternada podemos concluir que a potência elétrica total gerada

pelo transformador é denominada Potência Aparente e a potência que se perde

no funcionamento do transformador é a Potência Reativa. Abaixo estão as

principais perdas encontradas no funcionamento do transformador:

Perda por Histerese

Perda por Foucault

Perdas no Cobre

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Transformadores Trifásicos.

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Ligações do Trafo Trifásico.

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Referências Bibliográficas.

A.L.M. Fran_ca, notas de aula, 1989.

C.A. Castro, M.R. Tanaka, Circuitos de corrente alternada um curso introdutorio, Unicamp, 1995.

A.J. Monticelli, A.V. Garcia, Introdução a sistemas de energia elétrica,Unicamp, 1999.

J.D. Glover, M. Sarma, Power system analysis and Design, PWS-Kent, 1989.

J.J. Grainger, W.D. Stevenson, Power System Analysis, McGraw-Hill, 1994.

I.L. Kosow, Maquinas elétricas e transformadores, Globo, 1972.

O.I. Elgerd, Introdu_c~ao _a teoria de sistemas de energia elétrica, Mc-Graw-Hill,1981.