Transformadores de Energia Elétrica

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Conteudista: Prof. Robson Mello
Revisão Textual: Adrielly Rodrigues | Aline Gonçalves | Telma Santos
Objetivos da Unidade:
Entender a máxima transferência de energia;
Apresentar o Teorema da Máxima Transferência de Energia. 
📄 Material Teórico
📄 Referências
Transformadores de Energia Elétrica
Matemática
Antes de iniciarmos os assuntos específicos desta disciplina, gostaria de convidar você a
relembrar alguns conceitos matemáticos importantes para o entendimento, compreensão e
desenvolvimento daquilo que será apresentado. A Matemática está presente neste universo do
estudo dos fenômenos da eletricidade, desde os cálculos mais simples, passando pelas
denominações das grandezas até os cálculos mais complexos que são desenvolvidos para
determinar aspectos práticos e teóricos.
Convenciona-se utilizar prefixos existentes no sistema internacional que facilitam esta
compreensão. Assim, podemos representar alguns números com auxílio desses prefixos.
Vamos a alguns exemplos disso:
A Usina de Itaipu possui 20 unidades geradoras e 14.000.000.000 watts de potência instalada. Em
2017, produziu 96.387.357.000.000 watts-hora. 
Imagine entender esses números com essa quantidade de zeros! Agora vamos simplificar: 
A Usina de Itaipu possui 20 unidades geradoras e 14.000 MW de potência instalada. Em 2017,
produziu 96.387 GWh.
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📄 Material Teórico
Figura 1
Fonte: Reprodução
Utilizamos nesse exemplo os prefixos Mega (M), que representa 106 e Giga (G), que representa
109. Assim melhora a compreensão das grandezas de geração da Usina Hidrelétrica de Itaipu. 
Outro estudo importante que vale ser revisitado é o da Trigonometria, utilizado no entendimento
do Fator de Potência, por exemplo. 
Figura 2 – Relações trigonométricas 
Fonte: . Acesso em: 26/12/2018
Leitura
Acesse os links a seguir para rever e ampliar seu conhecimento sobre
operações matemáticas. Eles o ajudarão a compreender melhor alguns
dos temas abordados. 
Prefixos do Sistema Internacional de Unidades
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Trigonometria 
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O Que é Trigonometria? 
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Eletricidade
O estudo da eletricidade envolve compreender as grandezas que fazem com que ocorra
deslocamento de elétrons do ponto de maior tensão para o de menor tensão, gerando uma
tensão elétrica entre dois pontos. Esse deslocamento faz circular uma determinada corrente a
qual seguirá até a uma carga, que por sua vez lhe oferecerá resistência. Pronto! Já possuímos um
circuito para estudo. Esse princípio básico nos leva ao estudo da produção de uma força
eletromotriz (f.e.m.).
Nosso objeto de estudo neste tópico será a geração de força eletromotriz por indução magnética,
observando dois processos básicos:
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/prefixos-sistema-internacional-unidades.htm
https://pt.khanacademy.org/math/trigonometry
https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/matematica/o-que-e-trigonometria.htm
Este princípio de geração de f.e.m. foi descoberto por Faraday em 1831, sendo denominado
indução eletromagnética. Resumidamente funciona assim: quando há o deslocamento
rotacional de um condutor em espira que atravessa linhas de força de um determinado campo
magnético, origina-se uma f.e.m. entre os dois extremos do condutor. Ligando-se esses
extremos a um circuito externo, haverá circulação de uma corrente elétrica neste. 
Figura 3 – Geração de f.e.m. por indução eletromagnética 
Fonte: . Acesso em: 26/12/2018
Obtenção de Força Eletromotriz por Indução Magnética, pelo Movimento de um
Condutor em um Campo Magnético
1
Quando aplicada uma determinada corrente elétrica na bobina N1 que envolve o núcleo de aço-
silício, forma-se um campo magnético que será tranferido à bobina N2. Esta variação do fluxo
magnético fará aparecer uma corrente nos terminais da bobina N2. Esse é o princípio de
funcionamento dos transformadores, sendo N1 conhecida como primário e N2 como
secundário do transformador. 
Figura 4 – Corrente alternada e o transformador 
Fonte: . Acesso em:26/12/2018
Pela Variação de Intensidade de um Campo Magnético, Provocada por Condutores
em Espiral.
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SEED - Banco Internacional de Objetos Educacionais
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Indução Eletromagnética 
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Leitura
Acesse os conteúdos disponíveis a seguir. Eles proporcionarão um
aprofundamento nos assuntos abordados neste tópico. 
Vídeo
Indução Eletromagnética 
http://portal.mec.gov.br/seed-banco-internacional-de-objetos-educacionais
http://educacao.globo.com/fisica/assunto/eletromagnetismo/inducao.html
Transformadores de Energia Elétrica
Um transformador possui a propriedade de realizar a transformação de uma corrente alternada,
sob uma tensão, para outra corrente alternada, sob uma nova tensão, sem praticamente alterar o
valor da potência. Seu emprego se dá tanto para elevar a tensão de um determinado circuito
quanto para baixá-la.
Os motivos pelos quais os transformadores são empregados no sistema de geração,
transmissão e distribuição de energia elétrica são basicamente a economia e a praticidade do uso
da energia elétrica. 
Economicamente, os transformadores são utilizados para elevar a tensão de fornecimento,
promovendo redução na seção do condutor de energia, porque para uma mesma potência a ser
transmitida, quanto maior a tensão, menor será a seção do condutor, reduzindo custos.
5/6 Indução Eletromagnética5/6 Indução Eletromagnética
https://www.youtube.com/watch?v=b-PpUjLZvlY
Para que o fornecimento de energia seja efetivado de maneira mais segura, utilizam-se os
transformadores para baixar a tensão de transmissão (750kv, 330kv, 66kv), para a tensão de
consumo (380v, 220v, 127v), tornando assim mais prática a utilização da energia elétrica por
parte dos consumidores.
Basicamente o transformador é constituído de duas bobinas: uma indutora (ou primário) e uma
induzida (ou secundário), enroladas em um núcleo de chapas de aço-silício. Refira-se à figura
1.3 do Tópico B para melhor compreensão do funcionamento dessa estrutura. 
A relação de transformação de um transformador compreende a relação entre a tensão existente
nos terminais do primário e a existente nos terminais do secundário. A relação de
transformação é a mesma que a existente entre os números de espiras e inversa à relação entre
as correntes que por elas passam:
U1/U2 = n1/n2 = I2/I1
Saiba Mais 
Sempre consulte a bibliografia disponibilizada no Plano de Ensino da
disciplina, bem como as bibliografias apresentadas ao final de cada
unidade. Elas proporcionarão uma maior imersão nos conteúdos
apresentados, facilitando o aprendizado. 
Transferência de Energia Elétrica
Não podemos negar que, no caso de geradores de força eletromagnética (f.e.m.) acabará por
existir uma resistência interna, comum a todos os geradores de energia não ideais. Então,
teríamos em um circuito hipotético a representação do gerador como sendo a área pontilhada da
figura abaixo, onde Ri é a resistência interna da fonte de energia. 
Figura 5 – Exemplo de circuito demonstrando a resistência
interna do gerador 
Fonte: . Acesso em:29/12/2018
O Teorema da Máxima Transferência de Energia diz que “a máxima transferência de potência
para carga ocorre quando a carga atendida possui valor igual à resistência interna da fonte”. O
importante de tudo isso é entender que com cargas de resistência muito baixa, a fonte geradora
passará a gerar muita energia elétrica, mas boa parte dessa energia se dissipará na própria fonte,
o que provocará aumento de temperatura da fonte (ao ponto de danificá-la) e um consumo
elevado de energia. Ambas as situações são desfavoráveis. O ideal é que a resistência da carga
seja bem maior do que a resistência interna do gerador, pois assim teremos um gerador mais
eficientecom baixa dissipação de calor. 
Em situações de fornecimento de energia utilizam-se geradores que possuem resistências
internas muito menores se comparadas às resistências de carga. 
Esses conceitos básicos ajudarão você a compreender um pouco mais a complexidade da
geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Busque mais informações em pesquisas
e nos exercícios de compreensão propostos a cada tópico. 
Figura 6
Fonte: Reprodução
Circuito Elétrico Equivalente
A utilização de circuitos equivalentes é comum para que possamos estudar e avaliar
componentes que apresentam características distintas em um funcionamento real que pode ser
comparado a um circuito com componentes equivalentes a tais fenômenos, considerado como
um modelo de circuito. Assim criam-se esses circuitos equivalentes que facilitam o
entendimento de um determinado fenômeno não mensurável, por exemplo. 
Um exemplo desse tipo de circuito pode ser visto no tópico anterior, quando mencionamos a
resistência interna de uma fonte, para que pudéssemos determinar a tranferência de energia
elétrica. 
Para termos mais um exemplo desses circuitos equivalentes, mostraremos o ensaio de um
circuito equivalente a um transformador real (não ideal). Assim, todo o estudo será realizado
utilizando-se um modelo de transformador, ou seja, um circuito elétrico equivalente, no qual se
pode calcular os parâmetros e fenômenos apresentados na realidade. 
Para ilustrar o que está sendo apresentado a você, observe as duas figuras a seguir:
Figura 7 – Transformador real com resistências, fluxos
dispersos nos enrolamentos primário e secundário e fluxo
mútuo 
Fonte: . Acesso em: 29/12/2018
Figura 8 – Circuito equivalente completo do
transformador 
Fonte: . Acesso em: 29/12/2018
Perceba que na primeira figura temos a representação de um transformador real, com suas
bobinas primária e secundária, o núcleo e algumas informações de fenômenos que ocorrem
neste modelo real (resistências e fluxos). Já na segunda figura temos todas as representações
elétricas equivalentes que comprovam e podem servir de modelo para cálculo dos fenômenos,
por meio de resistências e bobinas (circuitos RL paralelos e em série), bem como as indicações
dos fluxos de correntes existentes no transformador. 
Transformadores Trifásicos
Quando tratamos de conceituar um transformador trifásico podemos simplificar a explicação e
entender que estamos falando de três transformadores monofásicos agrupados, com
enrolamentos distintos e independentes, porém utilizando o mesmo núcleo ferro silício. 
Podemos encontrar transformadores trifásicos com ligações diversas, mas duas merecem
nossa atenção: 
Vamos entender cada caso. 
Importante!
Sempre que tiver dúvidas sobre um conteúdo, busque ajuda na
bibliografia, materiais de apoio, videoaulas. Não deixe de questionar
sempre que possível! 
Ligação triângulo-triângulo;
Ligação triângulo-estrela;
Ligação estrela-triângulo. 
Ligação em triângulo-triângulo ou delta-delta: sua principal característica é
fornecer correntes superiores nas linhas de distribuição em relação às correntes
nas bobinas do secundário do transformador. A razão é de Ilinha = Ibobina√3. Isto
Figura 9 – Ligação em triângulo-triângulo 
Fonte: . Acesso em: 29/12/2018
diminui o custo de fabricação do transformador, pois utilizará material condutor
para uma intensidade de corrente menor no enrolamento do secundário. 
Ligação triângulo-estrela: sua principal característica é que o secundário possui
tensões muito elevadas, o que diminui a tensão em cada uma das três bobinas, dos
três transformadores que compõem o circuito, o que representa uma economia na
construção do transformador, por conta da menor exigência de elementos de
isolação. É utilizado como transformador elevador de tensão nas subestações de
geração. 
Figura 10 – Ligação em triângulo-estrela 
Fonte: . Acesso em: 29/12/2018
Figura 11 – Ligação em estrela-triângulo 
Fonte: . Acesso em: 29/12/2018
Ligação estrela-triângulo: ao contrário da ligação triângulo-estrela, o secundário
agora possui tensões mais baixas. É utilizado como transformador abaixador de
tensão em subestações industriais, por exemplo. 
Clique no botão para conferir o conteúdo.
ACESSE
Leitura
Transformadores Trifásicos 
Conheça mais sobre transformadores trifásicos a seguir.
Vídeo
Vídeo Animação Montagem Transformador Trifásico Trafusor 
Você verá a montagem de um transformador trifásico, entre outros
assuntos.
http://chrome-extension//efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://www.feis.unesp.br/Home/departamentos/engenhariaeletrica/trafo3.pdf
VÍDEO ANIMAÇÃO MONTAGEM TRANSFORMADOR TRIFÁSICO TVÍDEO ANIMAÇÃO MONTAGEM TRANSFORMADOR TRIFÁSICO T……
https://www.youtube.com/watch?v=axfsqETRiHI
Figura 12
Fonte: Reprodução
Trocando Ideias... 
Caro(a) aluno(a), visualize o infográfico desta Unidade em seu
Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA)!
Em Síntese 
Nesta Unidade vimos que a Matemática é fundamental para entender e
representar alguns dos fenômenos elétricos e sua aplicação é
fundamental para compreensão desta ciência. Também conseguimos
obter mais conhecimento teórico e prático a respeito de
transformadores, suas características, particularidades e emprego no
sistema de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica.
Seguimos com os estudos na próxima Unidade! 
Importante! 
Não deixe de acessar o Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA), nem
de realizar as tarefas e enviar suas dúvidas para o tutor. Acompanhe a
trilha de estudos publicada em seu AVA para a próxima Unidade. 
GUSSOW, M. Eletricidade Básica. 2. ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 1997. 
Instituto de Física de São Carlos – USP. Transferência de potência em circuitos de corrente
contínua. Disponível em: . Acesso em:
29/12/2018. 
NISKIER, J. Instalações elétricas. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013. 
PEA EPUSP – Departamento de Engenharia de Energia. Transformadores. Disponível em:
. Acesso em: 29/12/2018. 
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📄 Referências