Transformadores - Princípios e Funcionamento

Prévia do material em texto

Transformadores 
De acordo com ALFONSO MARTIGNONI (1983) as exigências técnicas e econômicas 
impõem a construção de grandes usinas elétricas, em geral situadas muito longe dos centros de 
aproveitamento, pois devem utilizar a energia hidráulica dos lagos e rios das montanhas. Surge 
assim a necessidade do transporte da energia elétrica por meio de linhas de comprimento 
notável. Por motivos econômicos e de construção, as seções dos condutores destas linhas devem 
ser mantidas dentro de determinados limites, o que torna necessária a limitação da intensidade 
das correntes nas mesmas. Assim sendo, as linhas deverão ser construídas para funcionar com 
uma tensão elevada, que em certos casos atinge a centenas de milhares de volts. Estas 
realizações são possíveis em virtude de a corrente alternada poder ser transformada facilmente 
de baixa para alta tensão e vice-versa, por meio de uma máquina estática, de construção simples 
e rendimento elevado, que é o transformador. Os geradores instalados nas usinas geram a 
energia elétrica com a tensão de aproximadamente 6000 volts. Para efetuar-se o transporte desta 
energia, eleva-se a tensão a um valor oportuno por meio de um transformador-elevador. Na 
chegada de linha, outro transformador executa a função inversa, isto é, reduz a tensão ao valor 
necessário para a utilização. Podem então ser escolhidas as três tensões, isto é, de geração, de 
transporte e de distribuição, com plena liberdade, dando-se a cada uma o valor que se apresenta 
mais conveniente. Naturalmente, nestas transformações o valor de intensidade de corrente 
sofrerá a transformação inversa à da tensão, pois o produto das mesmas, isto é, a potência 
elétrica, deve ficar inalterada. 
1.2 Características de um transformador ideal 
 O transformador básico é formado por duas bobinas isoladas eletricamente e enroladas em 
torno de um núcleo comum. Para se transferir a energia elétrica de uma bobina para a outra usa-
se o acoplamento magnético. A bobina que recebe a energia de uma fonte CA é chamada de 
primário. A bobina que fornece energia para uma carga CA é chamada de secundário. O núcleo 
dos transformadores usados em baixa freqüência é feito geralmente de material magnético, 
comumente se usa aço laminado. Os núcleos dos transformadores usados em altas freqüências 
são feitos de pó de ferro e cerâmica ou de materiais não magnéticos. Algumas bobinas são 
simplesmente enroladas em torno de fôrmas ocas não magnéticas como, por exemplo, papelão 
ou plástico, de modo que o material que forma o núcleo na verdade é o ar. Se se asssumir que 
um transformador funcione sob condições ideais ou perfeitas, a transferência de energia de uma 
tensão para outra se faz sem nenhuma perda. 
1.6 Perdas e rendimento de um transformador 
 Os transformadores reais apresentam perdas no cobre e perdas no núcleo. 
 • Perda no Cobre: Os enrolamentos primários e secundários do transformador apresentam 
inevitavelmente uma determinada resistência elétrica. 
 Estas resistências são chamadas brevemente de resistência primária e secundária do 
transformador e são normalmente indicadas, em cada fase, com R1 e R2. Estas exercem sobre o 
funcionamento do transformador um duplo efeito. Em primeiro lugar, determinam uma queda 
de tensão chamada queda ôhmica primária e secundária: em segundo lugar, produzem uma 
perda de energia por efeito Joule, cuja potência constitui a perda no cobre primário e secundário 
do transformador. Para conter esta perda em limites convenientes é necessário tornar 
suficientemente pequenas as resistências primárias e secundárias, escolhendo-se oportunamente 
a seção dos condutores do enrolamento. 
 O enrolamento A.T. (Alta Tensão) que possui um número maior de espiras com menor seção, 
apresenta sempre uma resistência maior que a do enrolamento B.T. (Baixa Tensão). As 
resistências são, em geral, proporcionadas de maneira que, no funcionamento com carga normal, 
as perdas nos dois enrolamentos resultam sensivelmente iguais entre si, isto é: 
 R1 * I1 
2 ≅ R2* I2 2 
As perdas no cobre variam ao variar da carga do transformador e precisamente em proporção ao 
quadrado da corrente fornecida: no funcionamento a vazio, as perdas produzidas pela corrente a 
vazio verificam-se somente na resistência primária, tornando-se, portanto, desprezíveis. 
O cálculo das perdas no cobre resulta muito simplificado quando for referido ao peso do cobre e 
à perda específica, isto é, a perda em watt por cada quilo de material. 
 As perdas por efeito Joule, num condutor com comprimento de 1 metro e seção de S mm2, são 
expressas por: 
Fórmulas para perdas - Colocar 
Perda no núcleo. 
 As perdas no núcleo têm origem em dois fatores: perdas por histerese magnética e perdas por 
correntes parasitas. A perda por histerese se refere à energia perdida pela inversão do campo 
magnético no núcleo à medida que a corrente alternada de magnetização aumenta e diminui e 
muda de sentido. A perda por corrente parasitas ou correntes de Foucault resulta das correntes 
induzidas que circulam no material do núcleo. 
Perda por correntes parasitas: Numa massa metálica sujeita à variação de fluxo, geram-se 
f.e.m. (Força Eletro Motriz) que produzem, dentro da própria massa metálica condutora, 
correntes muito intensas, chamadas correntes parasitas. 
Estas correntes produzem uma força magneto-motriz que se opõe à causa que a produz, isto é, 
ao fluxo. Assim sendo, o efeito destas correntes constitui uma perda de potência. A fim de se 
reduzir esta perda de potência é necessário construir-se o núcleo com lâminas de ferro isoladas 
entre si. Com esta construção, o valor da f.e.m. produzida em cada lâmina é pequeno e atua 
sobre um circuito elétrico de pequena seção, o que reduz consideravelmente o valor das 
correntes parasitas e a correspondente perda de potência. A perda de potência produzida pelas 
correntes parasitas é expressa em watts pela seguinte equação: 
Perda por histerese magnética : Por qualquer núcleo magnético sujeito a magnetizar-se 
percorre um ciclo de histerese todas as vezes que o campo magnetizante varia de + BM a – BM 
E deste novamente pra + BM, sendo a potência perdida proporcional à superfície do ciclo. Esta 
perda foi interpretada como sendo necessária para vencer os atritos entre os magnetos