Introdução

Chama-se transformador a uma máquina elétrica, com partes necessariamente estáticas, que por meio da indução eletromagnética, transfere energia elétrica de um circuito para outro ou outros circuitos, mantendo a mesma freqüência, podendo haver alterações nos valores de tensões correntes e impedâncias.

Características do transformador, componentes e funcionamento:

Componentes

Um núcleo de ferro laminado formando um circuito magnético fechado

Princípio de funcionamento

O funcionamento dos transformadores é baseado no princípio da indução eletromagnética, descoberta pelo físico inglês Michael Faraday, em 1831: Quando a corrente de uma bobina varia, seu campo magnético induz uma força eletromotriz (f.e.m.) numa bobina vizinha.

Bobinas primária (que recebe a corrente) e secundária (que fornece a corrente).

Relação de transformação

A Relação de Transformação das tensões de um transformador é definida de duas formas:

-Relação de transformação teórica ou relação de espiras.

-Relação de Transformação real. Ao conectar-se uma carga ZL ao secundário de um transformador, a corrente Iz provocará quedas de tensões no primário e secundário e, portanto Vz é diferente de Ez, onde:

V2 - Tensão de saída do transformador (V).

Nestas condições, define-se a relação de transformação real ou a relação entre as tensões primária e secundária quando do transformador em carga.

Rendimento do Transformador

Este parâmetro é conseqüência do fato que as condições ideais, em toda a potência fornecida pelo primário é transmitida ao secundário. Verificam-se nos enrolamentos e no núcleo do transformador perdas de potência, que se transforma em calor. Portanto no primário devemos fornecer uma potência superior aquela que é absorvida na saída do secundário. 

O rendimento é definido como a razão entre a potência de saída e a potência de entrada.

Este valor é sempre inferior a 1 ( =100%), que representa o caso ideal. 

Onde:n = rendimento do transformador

Psaída = potência de saídaPentrada = potência de entradaPsec = potência do secundárioPprim = potência do primário

Perdas nos Transformadores

Perdas no NúcleoNos transformadores de potência, a maior parcela de perda ocorre no núcleo. Por isso, são chamadas de perdas no núcleo ou perdas no ferro, porque a maioria dos núcleos são feitos de ferro doce ou aço. As perdas no núcleo também podem ser subdivididas em 2 partes: 

Correntes ParasitasComo o ferro doce e o aço são bons condutores, o núcleo está sujeito a ter correntes induzidas quando submetido a um campo magnético. Tais correntes são chamadas de correntes parasitas ou correntes de Foucalt. Quando uma corrente alternada está fluindo pelo enrolamento, um campo magnético variável surge no núcleo. A variação desse campo, aumentando e diminuindo, induz uma tensão no núcleo e essa força eletromotriz causa a circulação de correntes parasitas. A minimização das correntes de Foucalt é conseguida substituindo o núcleo compacto por um conjunto de lâminas ou chapas metálicas. As lâminas são revestidas com um verniz isolador, de modo que não haja passagem de corrente de uma para outra. Assim, qualquer corrente parasita produzida fica restrita a uma única lâmina de metal. Devido à área seccional de cada chapa ser muito pequena, as resistências individuais são relativamente elevadas. Isso mantém a amplitude das correntes de Foucalt baixa e a perda em potência muito menor. 

HistereseQuando o ferro não está magnetizando, seus domínios magnéticos estão dispostos de maneira aleatória. Porém, ao aplicar uma força magnetizante, os domínios se alinham com o campo aplicado. Se invertemos o sentido do campo, os domínios também inverterão sua orientação. Num transformador, o campo magnético muda de sentido sendo muitas vezes por segundo, de acordo com o sinal alternado aplicado. E o mesmo ocorre com os domínios do material do núcleo. Ao inverter sua orientação, os domínios precisam superar o atrito e a inércia. Ao fazer isso, dissipam uma certa quantidade de potência na forma de calor, que é chamada de perda por histerese(em grego: "atraso"). Em determinados materiais, a perda por histerese é muito grande. O ferro doce é um exemplo. Já no aço, esse tipo de perda é menor. Por isso, alguns transformadores de grande potência utilizam um tipo de liga especial de aço-silício, que apresenta uma perda por histerese reduzida. Esse tipo de

problema também aumenta junto com a freqüência do sinal. Um transformador que apresenta baixa perda nas freqüências menores, pode Ter uma grande perda por histerese ao ser usado com sinais de freqüências mais altas. 

Perdas no CobreUm outro tipo de dissipação indesejada de potência, nos transformadores, ocorre nos rolamentos primário e secundário do dispositivo. Como esses são constituídos de fios de cobre, nos referimos ao problema como perdas no cobre. Trata-se da dissipação de potência na forma de calor, por efeito Joule, que ocorre quando circula corrente pelos enrolamentos. Essa perda é determinada por: 

P = R . I2 

Um recurso para diminuir a perda no cobre, é o aumento da bitola dos fios usados nos enrolamentos. Uma outra forma é manter a corrente no transformador no valor mais baixo possível.

Tipos de transformadores

Transformador de corrente (tc):

E para uso especifico para interligação de instrumentos de medida e reles de proteção. A sua construção e um pouco diferente dos transformadores convencionais, uma vez que nele nos interessa a relação entre a corrente do primário e a corrente do secundário. O TC terá o primário ligado em serie com a carga e o secundário com uma corrente nominal de 5 Amperes, ligado a um equipamento de medida ou proteção

Transformador de potencial (tp):

E para uso especifico para interligação de equipamentos de baixo valor de potencia.

Os TP's são projetados para uma tensão secundaria nominal de 115 volts, embora possa ser encontrados TP's com tensão secundaria nominal de 120 volts.

Autotransformador :

Um transformador pode ser constituído por um único enrolamento, sendo assim o primário coincide com o secundário. Este tipo de transformador denomina-se de autotransformador. Ele possui maior rendimento e pequenas perdas de capacidade em KVA, porem se usados para grandes variações de tensão, estaremos sacrificando os itens de isolamento do primário e secundário

Transformadores trifásico:

São transformadores que possuem três conjuntos de bobinas de alta e baixa tensão colocadas sobre um núcleo. O funcionamento e idêntico a um transformador monofásico, uma vez que a sua constituição e de três transformadores monofásicos entre si.

Transformador a seco

O transformador não tem liquido isolante, são constituídos segundo os mesmos princípios que os transformadores isolados com óleo, porem, não ha liquido isolante. Os materiais isolantes dos enrolamentos são substituídos por outros de maior resistência ao calor e os enrolamentos ficam expostos.

Pode haver uma proteção mecânica, constituída por um invólucro com aberturas para permitir a circulação do ar por convecção térmica a fim de esfriar o enrolamento.

Transformador a óleo

Os transformadores comumente utilizados são do tipo imerso em óleo mineral, extraído do petróleo. Esses transformadores estão colocados em tanques cheios de óleo com radiadores para aumentar a circulação do óleo, por convecção e a superfície irradiadora do calor. Os enrolamentos são compactados com as bobinas, isoladas e colocadas ao redor das pernas do núcleo.

As ligações do transformador devem ser realizadas de acordo com o diagrama de ligação de sua placa de identificação. E importante que se verifique se os dados da placa de identificação estão coerentes com o sistema ao qual o transformador vai ser instalado.