relatorio - transformadores

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.


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.


Potncia: 150 2.000 kVA


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.


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.


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)


Potncia: 30 300 kVA


Baixa Tenso: 380/220 ou 220/127 V


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


Transformadores Retificadores

Potncia: at 80 MVA

Corrente: at 150 kA


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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