Resumo Transformadores

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UNIVERSIDADE	
  FEDERAL	
  DE	
  UBERLÂNDIA	
  
FACULDADE	
  DE	
  ENGENHARIA	
  ELÉTRICA	
  
CURSO	
  DE	
  ENGENHARIA	
  QUÍMICA	
  	
  
RESUMO	
  06	
  	
  Disciplina:	
  Fundamentos	
  da	
  Eletrotécnica	
  Geral	
  –	
  FEG	
  Tópico:	
  Transformadores	
  de	
  Energia	
  Professor:	
  Ivan	
  Nunes	
  Santos	
  	
  	
  	
  
INTRODUÇÃO	
  	
  Definição	
  de	
  Transformadores:	
  	
   Dispositivos	
   eletromagnéticos	
   que	
   transformam	
   energia	
   elétrica	
   em	
  energia	
   elétrica,	
  mantendo	
   inalteradas	
   todas	
  as	
   características	
  da	
  energia	
  elétrica	
  de	
  saída	
  em	
  relação	
  à	
  energia	
  elétrica	
  de	
  entrada,	
  com	
  exceção	
  dos	
  valores	
  da	
  tensão	
  e	
  da	
  corrente,	
  independentemente	
  do	
  valor	
  da	
  carga	
  que	
  este	
  está	
  alimentando.	
  	
  Exemplos	
  de	
  transformadores:	
  	
  
	
  
	
  
UNIVERSIDADE	
  FEDERAL	
  DE	
  UBERLÂNDIA	
  
FACULDADE	
  DE	
  ENGENHARIA	
  ELÉTRICA	
  
CURSO	
  DE	
  ENGENHARIA	
  QUÍMICA	
  	
  
	
  	
  	
  	
  	
  
	
  	
  
	
  
UNIVERSIDADE	
  FEDERAL	
  DE	
  UBERLÂNDIA	
  
FACULDADE	
  DE	
  ENGENHARIA	
  ELÉTRICA	
  
CURSO	
  DE	
  ENGENHARIA	
  QUÍMICA	
  	
  
	
  	
  
	
  
	
  
UNIVERSIDADE	
  FEDERAL	
  DE	
  UBERLÂNDIA	
  
FACULDADE	
  DE	
  ENGENHARIA	
  ELÉTRICA	
  
CURSO	
  DE	
  ENGENHARIA	
  QUÍMICA	
  	
  Os	
  transformadores	
  podem	
  ser	
  monofásicos	
  ou	
  trifásicos	
  dependendo	
  de	
  sua	
  aplicação	
  e	
  de	
  seu	
  arranjo	
  construtivo.	
  	
  Vídeo	
  para	
  complementação	
  dos	
  estudos:	
  	
  https://www.youtube.com/watch?v=STfcUjj8Osk	
  -­‐	
  mega-­‐transformador	
  	
  	
  
TRANSFORMADORES	
  MONOFÁSICOS	
  	
  Todo	
  transformador,	
  independentemente	
  de	
  ser	
  monofásico	
  ou	
  trifásico,	
  possui	
  três	
  componentes	
  básicos	
  indispensáveis	
  à	
  sua	
  operação:	
  enrolamento	
  primário,	
  enrolamento	
  secundário	
  e	
  núcleo.	
  	
  
	
  	
  Na	
  figura	
  a	
  seguir	
  tem-­‐se	
  um	
  melhor	
  detalhamento	
  dos	
  circuitos	
  constituinte	
  do	
  transformador:	
  	
  
	
  	
  Nesta	
  figura:	
  	
   𝑉!	
  -­‐	
  tensão	
  do	
  primário	
  do	
  transformador;	
  	
   𝑉!	
  -­‐	
  tensão	
  do	
  secundário	
  do	
  transformador;	
  
	
  
UNIVERSIDADE	
  FEDERAL	
  DE	
  UBERLÂNDIA	
  
FACULDADE	
  DE	
  ENGENHARIA	
  ELÉTRICA	
  
CURSO	
  DE	
  ENGENHARIA	
  QUÍMICA	
  	
  	
   𝑁!	
  -­‐	
  número	
  de	
  espiras	
  do	
  enrolamento	
  do	
  primário;	
  	
   𝑁!	
  -­‐	
  número	
  de	
  espiras	
  do	
  enrolamento	
  do	
  secundário;	
  	
   𝐼!	
  -­‐	
  corrente	
  elétrica	
  do	
  primário	
  do	
  transformador;	
  	
   𝐼!	
  -­‐	
  corrente	
  elétrica	
  do	
  secundário	
  do	
  transformador.	
  	
  As	
  relações	
  entre	
  o	
  primário	
  e	
  o	
  secundário	
  de	
  um	
  transformador	
  podem	
  ser	
  estabelecidas	
  através	
  do	
  desenvolvimento	
  feito	
  a	
  seguir.	
  Tal	
  desenvolvimento	
  é	
  realizado	
  levando-­‐se,	
  a	
  princípio,	
  em	
  conta	
  apenas	
  os	
  valores	
  absolutos	
  das	
  tensões	
  e	
  correntes	
  (desconsiderando	
  seus	
  ângulos).	
  	
   𝑆!"#$%&% = 𝑆!"í!"	
  	
  𝑉! ∙ 𝐼! = 𝑉! ∙ 𝐼!	
  	
  𝑉!𝑉! = 𝐼!𝐼!	
  	
  Pela	
  lei	
  de	
  Faraday	
  podemos	
  afirmar	
  que:	
  	
   𝑉!𝑉! = 𝑁!𝑁!	
  	
  Obs:	
  conforme	
  é	
  de	
  conhecimento,	
  a	
  lei	
  de	
  Faraday	
  requer	
  uma	
  variação	
  de	
  fluxo	
  magnético	
  ao	
  longo	
  do	
  tempo.	
  Tal	
  variação,	
  na	
  prática,	
  é	
  proporcionada	
  por	
  circuito	
  de	
  corrente	
  alternada	
  (CA).	
  Portanto,	
  os	
  transformadores	
  são	
  dispositivos	
  empregados	
  apenas	
  em	
  sistemas	
  de	
  corrente	
  alternada.	
  	
  Relação	
  de	
  transformação	
  de	
  um	
  transformador	
  (𝑘!):	
  	
   𝑘! = 𝑁!𝑁!	
  Portanto,	
  	
   𝑉!𝑉! = 𝑁!𝑁! = 𝑘!	
  	
   e	
  	
  𝐼!𝐼! = 𝑘!	
  	
  Obs.	
  1:	
  a	
  afirmação	
  de	
  que	
  a	
  potência	
  de	
  saída	
  é	
  igual	
  à	
  potência	
  de	
  entrada	
  em	
  um	
  transformador	
  deve-­‐se	
  ao	
  fato	
  de	
  que	
  as	
  perdas	
  neste	
  dispositivo	
  são	
  muito	
  baixas	
  e	
  que	
  podem	
  ser,	
  numa	
  primeira	
  análise,	
  desconsideradas.	
  	
  
	
  
UNIVERSIDADE	
  FEDERAL	
  DE	
  UBERLÂNDIA	
  
FACULDADE	
  DE	
  ENGENHARIA	
  ELÉTRICA	
  
CURSO	
  DE	
  ENGENHARIA	
  QUÍMICA	
  	
  Obs.	
  2:	
  muitas	
  vezes	
  se	
  abrevia	
  o	
  termo	
  transformador	
  elétrico	
  para	
  apenas	
  "trafo".	
  	
  Exemplo	
  de	
  transformador	
  monofásico:	
  
	
  	
  	
  	
  
TRANSFORMADORES	
  TRIFÁSICOS	
  	
  A	
  potência	
  de	
  entrada	
  e	
  de	
  saída	
  de	
  um	
  transformador	
  trifásico	
  podem	
  ser	
  calculadas	
  como	
  se	
  segue:	
  	
   𝑆!"#$%&% = 3  𝑉!!!!  𝐼!	
  𝑆!"#$%&% = 3  𝑉!"!!  𝐼!	
  	
  𝑆!"í!" = 3  𝑉!!!!  𝐼!	
  𝑆!"í!" = 3  𝑉!"!!  𝐼!	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
	
  
UNIVERSIDADE	
  FEDERAL	
  DE	
  UBERLÂNDIA	
  
FACULDADE	
  DE	
  ENGENHARIA	
  ELÉTRICA	
  
CURSO	
  DE	
  ENGENHARIA	
  QUÍMICA	
  	
  
Conexões	
  elétricas	
  dos	
  enrolamentos	
  de	
  um	
  transformador	
  trifásico	
  	
  
	
  	
   (a)	
  transformador	
  monofásico	
   	
   (b)	
  transformador	
  trifásico	
  	
  	
  	
  Conforme	
  podemos	
  perceber,	
  o	
  transformador	
  monofásico	
  possui	
  um	
  enrolamento	
  no	
  primário	
  e	
  um	
  enrolamento	
  no	
  secundário.	
  Já	
  o	
  transformador	
  trifásico	
  possui	
  3	
  enrolamentos	
  primários	
  e	
  3	
  enrolamentos	
  secundários,	
  totalizando	
  6	
  enrolamentos.	
  	
  Os	
  transformadores	
  trifásicos	
  podem	
  ter	
  seus	
  enrolamentos	
  (de	
  primário	
  e	
  secundário)	
  dispostos	
  em	
  duas	
  diferentes	
  configurações:	
  
• conexão	
  estrela	
  (ou	
  Y);	
  
• conexão	
  delta	
  (ou	
  delta,	
  ou	
  Δ).	
  	
  Considerando	
  que	
  cada	
  conjunto	
  de	
  enrolamentos	
  (primário	
  e	
  secundário)	
  pode	
  possuir	
  duas	
  possíveis	
  configurações,	
  teremos	
  os	
  seguintes	
  arranjos	
  de	
  transformador	
  trifásico:	
  
• Y-­‐Y	
  (primário	
  Y	
  e	
  secundário	
  Y);	
  
• Δ-­‐Δ	
  (primário	
  Δ	
  e	
  secundário	
  Δ);	
  
• Y-­‐Δ	
  (primário	
  Y	
  e	
  secundário	
  Δ);	
  
• Δ-­‐Y	
  (primário	
  Δ	
  e	
  secundário	
  Y).	
  	
  Observação:	
  este	
  último	
  arranjo	
  (Δ-­‐Y)	
  se	
  apresenta	
  como	
  o	
  mais	
  comum	
  transformador	
  empregado	
  nos	
  sistemas	
  de	
  distribuição.	
  O	
  mesmo	
  encontra-­‐se	
  representado	
  na	
  ilustração	
  abaixo.	
  	
  
	
  
UNIVERSIDADE	
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  UBERLÂNDIA	
  
FACULDADE	
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  ENGENHARIA	
  ELÉTRICA	
  
CURSO	
  DE	
  ENGENHARIA	
  QUÍMICA	
  	
  
	
  	
  	
  	
  Exemplo	
  de	
  transformador	
  trifásico	
  de	
  distribuição: