Transformadores: Funcionamento e Aplicações

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TRANSFORMADORES 
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Para que serve um transformador? 
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Para que serve um transformador? 
 Um transformador permite abaixar ou elevar 
níveis de tensão, corrente ou impedância 
em um circuito CA. 
 
 Elevadas correntes causam elevadas quedas 
de tensão e perdas de potência nos 
condutores 
 
 Portanto, para transmissão utilizam-se altas 
tensões e correntes reduzidas 4 
Como funciona? 
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Como funciona? 
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Não esqueça: 
 A tensão induzida no secundário de um 
transformador é proporcional ao número de 
linhas magnéticas que corta a bobina secundária 
 
 As bobinas primária e secundária são 
eletricamente isoladas entre si 
 
 A transferência de energia de uma para outra se 
dá exclusivamente através das linhas de força 
magnética 
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POTÊNCIAS NORMALIZADAS 
ABNT NBR 5440 (1999) 
 Transformadores monofásicos para 
instalação em postes: 
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 5 kVA; 
 10 kVA; 
 15 kVA; 
 25 kVA; 
 37,5 kVA; 
 50 kVA; 
 75 kVA; 
 100 kVA; 
POTÊNCIAS NORMALIZADAS 
ABNT NBR 5440 (1999) 
 Transformadores trifásicos para instalação 
em postes: 
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 15 kVA; 
 13 kVA; 
 45 kVA; 
 75 kVA; 
 112,5 kVA; 
 150 kVA. 
POTÊNCIAS NORMALIZADAS 
ABNT NBR 5440 (1999) 
 Transformadores trifásicos para instalação 
em plataformas: 
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 225 kVA; 
 300 kVA; 
CLASSIFICAÇÃO 
 Transformadores em líquido isolante 
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CLASSIFICAÇÃO 
 Transformadores a seco 
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ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
 Qual o material utilizado no núcleo? 
 Por que o núcleo é laminado? 
 Qual o material das bobinas? 
 Por que o transformador deve ir para a 
estufa? 
 Para que serve o óleo? 
 
 
 
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RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO 
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 Tensão 
 
 
 
 Impedância 
 Corrente 
 
Ponto de vista da alimentação 
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EXERCÍCIO 1 
 Um transformador abaixador de 110 V para 6 V 
deverá alimentar no seu secundário uma carga que 
absorve uma corrente de 4,5 A . 
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EXERCÍCIO 1 
a) Qual é o valor da impedância da carga? 
b) Qual é a relação de transformação? 
c) Qual é o valor da impedância refletida no 
primário (Z1)? 
 
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EXERCÍCIO 2 
 Um transformador é construído com 5000 
espiras no primário e 250 no secundário. 
 
a) Qual a relação de transformação? 
b) Caso a tensão na entrada seja V1 = 36 V, 
qual a tensão na saída? 
 
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EXERCÍCIO 2 
 Um transformador elevador ideal possui uma relação de 
espiras de 8. Os terminais do primário são conectados a 
um gerador de 90 kVA, cuja tensão nominal é 4400 V. 
Responda: 
 
a) Qual a corrente que o gerador pode oferecer? 
b) Qual o valor dessa corrente no secundário? 
c) Qual a tensão no secundário? 
d) Qual a potência do transformador? 
 
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EXERCÍCIO 4 
 Para determinada aplicação, necessita-se de 
uma tensão de 10V alternada. Projete um 
transformador que possa ser conectado na 
tomada convencional (fase-neutro) para 
atender essa necessidade. 
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PERDAS DE POTÊNCIA 
 O mecanismo de transferência de energia realizado por 
um transformador, assim como em qualquer outra 
máquina, não é ideal 
 
 O processo o transformador desperdiça parte da 
energia nele injetada 
 
 A energia não aproveitada é dissipada, principalmente, 
na forma de calor. 
 
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PERDAS DE POTÊNCIA 
 A razão entre a energia entregue pela 
máquina e a energia por ela recebida é 
chamada rendimento 
 
 η = PSAÍDA /PENTRADA 
 
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PERDAS DE POTÊNCIA 
 A energia, ou potência, que um 
mecanismo não consegue transformar 
em energia útil é considerada perdida 
 
 Logo, as perdas interferem de maneira 
negativa no rendimento. 
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PERDAS DE POTÊNCIA 
 As perdas podem ser divididas, 
basicamente, em duas categorias: 
 
 Perdas por efeito Joule nos enrolamentos 
 
 Perdas magnéticas no núcleo 
 
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PERDA NOS ENROLAMENTOS 
 As perdas ôhmicas são proporcionais à 
resistividade do material condutor e ao 
quadrado das correntes elétricas que circulam 
pelos enrolamentos: 
 
 
 P = RI² 
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PERDA NOS ENROLAMENTOS 
 
 As perdas nos enrolamentos variam 
drasticamente de acordo com carga 
alimentada pelo transformador 
 
 Pois, quanto maior a corrente, maiores 
são as perdas. 
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PERDAS NO NÚCLEO 
 Diferentemente das perdas nos 
enrolamentos, que variam com o valor 
da carga conectada, as perdas 
magnéticas no núcleo são praticamente 
independentes da carga aplicada ao 
transformador. 
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PERDAS NO NÚCLEO 
 As perdas no núcleo são decompostas 
basicamente em duas parcelas: 
 
 Perdas por histerese 
 
 Perdas por correntes parasitas 
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PERDAS POR HISTERESE 
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PERDAS POR HISTERESE 
 Para um dado ciclo completo, as perdas por histerese 
correspondem à área total do laço de histerese 
 
 Para minimizar esse tipo de perda de potência o laço 
deve ser o mais estreito quanto possível. 
 
 Para tanto, quanto menores os valores de 
coercitividade (Hc) do material, melhor. 
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PERDAS POR FOUCAULT 
 
 O núcleo é percorrido por um fluxo magnético 
variável no tempo 
 
 Surgem diferenças de potencial magnético 
por todo o corpo do material do núcleo, 
gerando assim correntes circulantes 
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PERDAS POR FOUCAULT 
 Recorrendo à lei de Ohm, uma maneira 
eficiente de reduzir tais perdas está em 
aumentar a resistência do núcleo. 
 
 chapas delgadas de material magnético, alinhadas 
na direção das linhas de campo e isoladas entre 
si. 
 
 Adiciona-se silício à composição. 
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PERDAS POR FOUCAULT 
 
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EXERCÍCIO 
 Em um transformador tem-se: 
 
 Perdas por histerese: 214 W 
 Perdas por correntes parasitas: 34 W 
 Perdas por efeito Joule nos enrolamentos: 937 W 
 
Calcule o total de perdas no núcleo, no cobre e 
perdas totais. 
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EXERCÍCIO 
 O rendimento de um transformador é 
97%. Tem-se uma carga que absorve 
uma potência de 25 W conectada no 
secundário. 
 
 Qual deve ser a potência na entrada? 
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EXERCÍCIO 
 O rendimento de um transformador é 
92,5% quando alimenta uma carga 
resistiva de 85Ω e 240 V. 
 
 Qual a potência na entrada desse 
transformador? 
 
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EXERCÍCIO 
 Um transformador alimenta uma carga 
de 10Ω, 5 A. A corrente no primário é 
2,67 A e a relação de espiras é de 2:1. 
 
 Qual o rendimento desse transformador? 
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EXERCÍCIO 
 Um transformador de 50 kVA e 2400:240 V 
absorve 170 A. Nessa condições, as perdas 
no cobre somam 617 W e as perdas no ferro 
186 W. 
 
 Calcule o rendimento desse transformador. 
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AUTOTRANSFORMADOR 
 Nos autotransformadores os enrolamentos 
primário e secundário estão em contato entre 
si. 
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http://pt.wikipedia.org/wiki/Autotransformador
AUTOTRANSFORMADOR 
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AUTOTRANSFORMADOR 
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AUTOTRANSFORMADOR 
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AUTOTRANSFORMADOR 
 O autotransformador é usado nas partidas 
dos motores de indução e dos motores 
síncronos. 
 
 São utilizados, também, na interligação de 
redes de sistemas elétricos de alta tensão 
(transmissão por exemplo) de níveis 
diferentes. Exemplo: interligação dos 
sistemas de alta tensão de 345 KV e 230 KV. 
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AUTOTRANSFORMADOR 
 
 
 ABAIXADOR 
 
 ELEVADOR 
 
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ABAIXADOR 
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RELAÇÃO DE 
ESPIRAS: 
 
a = (N1+N2) / N2 
ELEVADOR 
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RELAÇÃO DE 
ESPIRAS: 
 
a = N1 / (N1+N2) 
EXEMPLO 
 Um transformador abaixador de 120 V para 20 V deverá 
alimentar no seu secundário uma carga que absorve uma 
corrente de 6 A . Despreze as perdas e determine: 
 
a) Qual a relação de transformação? 
b) O primário tem 600 espiras, qual o nº de espiras no 
secundário? 
c) Qual a corrente no primário? 
d) Qual a potência no primário? 
e) Desenhe o transformador e indique valores de tensão, 
nº de espiras, correntes e potência. 
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EXEMPLO 
 O transformador do exemplo anterior é 
modificado para ser utilizado como 
autotransformador elevador, de acordo com a 
figura: 
 
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