Transformadores e Simbologias

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 Transformadores
 
 
 
Fonte: Imagem aperta GFDL - University of Zagreb 
 
 A ABNT define um transformador como sendo: “Um dispositivo que por meio da 
indução eletromagnética, transfere energia elétrica de um ou mais circuitos (primário) para 
outro ou outros circuitos (secundário), usando a mesma frequência, mas, geralmente, com 
tensões e intensidades de correntes diferentes.” 
Considerada uma máquina elétrica estática, isto é, sem partes rotativas. Conforme a 
definição da ABNT, o transformador tem a função de alterar os parâmetros elétricos de tensão 
e corrente com na mesma frequência. Mas a aplicação vai muito além do que apenas 
transformar e modificar parâmetros. 
O transformador pode ser usado como componente ou em equipamento auxiliar em 
diferentes tipos de circuitos elétricos e eletrônicos. Seu estudo não restringe apenas como um 
componente e sim como parte de sistemas mais complexos como maquinas elétricas mais 
avançadas. O transformador é a “ponte” de estudo entre o magnetismo e maquinas elétricas 
mais sofisticadas. 
 
Maquinas Elétricas – Transformadores 
 
 
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2.1 Aplicação de um Transformador 
 
 As principais aplicações de um transformador são: 
 Alteração de tensão e correntes – Em um sistema elétrico de distribuição de energia, 
um transformador desemprenha um papel fundamental na geração, transmissão e 
distribuição de energia elétrica. Em uma usina hidrelétrica é gerado tensão elétrica em 
alguns quilos volts de tensão. Logo em seguida, passa para uma estação elevatória, 
transformando a tensão em alguns mega volts ou giga volts de tensão a fim de 
transmitir energia para longas distâncias com a maior capacidade possível. Próximo das 
regiões consumidoras, essa tensão é abaixada para alguns volts até os pontos 
consumidores. Essa elevação e abaixamento de tensão nas estações elevatória e 
abaixadoras são feita por transformadores. Considerada a aplicação mais em evidencia 
por estar presente em todas as redes de distribuições de energia. 
 
 Casamento de Impedância - O casamento de impedância é uma condição desejável em 
um sistema eletrônico quando está operando em frequências e potências elevadas, 
quando o efeito da reflexão de sinal na carga pode prejudicar o bom funcionamento do 
sistema ou provocar danos no gerador de sinal, exige que as impedâncias sejam postas 
em condições de equivalência, chamado de “casamento de impedância”. A função do 
transformador nesse caso é controlar e passar a tensão para níveis desejados. Esse tipo 
de aplicação é muito encontrado em circuitos de radiocomunicações, linha de 
transmissão de sinais. 
 
 Isolação Elétrica – Em uma planta elétrica ou equipamento elétrico, muitas vezes é 
necessário à isolação elétrica entre dois ou mais estágios como centro de avaliação 
médica, equipamentos de laboratório de pesquisa, transmissão e geração de sinais, 
computação, etc. O transformador permite que essa isolação seja feita com sucesso. A 
principal finalidade nesse caso é eliminar interferências eletromagnéticas, bloqueando 
sinais de corrente continua ou frequência muito diferentes da aplicação desejada. 
 
2.2 Principio de Funcionamento 
 
 Independente da finalidade do uso do transformador, o principio de funcionamento não 
se altera, dessa forma, o funcionamento descrito aqui cobrem, basicamente, toda a extensa 
gama de transformadores. 
 A construção do transformador requer um custo inicial elevado. Por apresentar um 
tempo de vida muito elevado, principalmente por não existir parte móvel, seu investimento 
inicial aparentemente elevado compensa com seus benefícios como as vantagens, dispensando 
Maquinas Elétricas – Transformadores 
 
 
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quaisquer analises econômicas e financeiras paralelas. Os transformadores exige uma 
manutenção muito simples e barata. 
 Um transformador é formado por bobinas isoladas eletricamente e enroladas em torno 
de um núcleo comum. A transferência de energia elétrica de uma bobina para outra se dá 
através de um acoplamento magnético. A bobina primaria é a que recebe a energia de uma 
fonte alternada AC. A bobina secundaria é a que fornece energia para a carga em tensão 
alternada, já modificada. 
 O núcleo do transformado é a parte que concentra o campo magnético e transfere por 
indução magnética de um enrolamento a outro. O núcleo tem a função de melhorar a eficiência 
do fluxo magnético transferido, de acordo com os conceitos de permissibilidade dos materiais. 
Todo o principio utilizado são os compreendidos em magnetismo e eletromagnetismo. 
 Em transformadores o tipo de núcleo esta relacionada com a frequência do sinal 
trabalhado. O núcleo usado em baixa frequência é fabricado com materiais magnéticos, como o 
aço laminado. Em alta frequência é usado núcleos com pó de ferro cerâmico ou não magnético. 
 A tensão elétrica induzida no primário de um transformador é proporcional à tensão, 
número de espiras, corrente e frequência aplicada. O campo magnético gerado faz com que as 
linhas magnéticas sejam transferidas pelo núcleo. No enrolamento secundário de acordo com o 
numero de espiras a tensão induzida é transferida em forma de tensão e corrente nesse 
secundário. 
 
2.3 Transformador Ideal 
 
 Um transformar é dito ideal, quando operar e funcionar sobre condições ideias, isso é, a 
transferência de energia de uma tensão para outra se faz sem nenhuma perda. Na figura é 
mostrada a representação de um transformador ideal: 
 
 
Maquinas Elétricas – Transformadores 
 
 
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 Considerando uma bobina ideal (enrolamentos do transformador) que apresente um 
comprimento muito maior que o seu diâmetro e em uma tensão alternada, produz um campo 
magnético com intensidade pela lei de Ampere como a mostrada na equação 2.1: 
 ( ) 
 ( )
 
 [2.1] 
 Onde H é a intensidade do campo magnético, n é o numero de espiras, i corrente 
aplicada e indutância. 
 Aplicando sobre a bobina uma tensão elétrica alternada dada pela equação 2.2: 
 ( ) [2.2] 
 Como uma bobina ideal defasa a corrente em 90° sobre a tensão, a corrente obtida é 
determinada pela equação 2.3: 
 ( ) ( ) [2.3] 
 Considerando que a bobina envolva um núcleo magnético, a densidade do fluxo será 
dada pela equação 2.4: 
 ( ) ( ) [2.4] 
 O núcleo tem uma área se seção S, dessa forma o fluxo de indução magnética é 
determinada pela equação 2.5: 
 ( ) ( ) [2.5] 
 Interagindo e substituindo as equações 2.1 e 2.4 em 2.5, obtém: 
 ( ) 
 
 
 ( ) [2.6] 
 A equação 2.6 comprova que o fluxo esta em fase com a corrente aplicada na bobina. O 
sentido é seguido o da regra da mão direita, já apresentado em magnetismo e 
eletromagnetismo. 
 No transformador, como a tensão alternada é recebida no enrolamento primário e 
nesse enrolamento será produzido o fluxo magnético em suas bobinas, promove a indução no 
enrolamento secundário, de acordo com a Lei de Faraday. O fluxo de indução magnética 
assume uma semelhança da equação 2.6 e é representada pela equação 2.7: 
 ( ) [2.7] 
 E a tensão induzida no enrolamento secundário é dada pela equação 2.8: 
 ( ) 
 
 
 
 ( ) ( ) [2.8] 
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 Na equação 2.8, o sinal negativo representa que a tensão induzida deve contrariar o 
efeito que esta gerando. Caso a tensão induzida tivesse o mesmo sentido, seria um gerador de 
tensão. Como , a equação 2.8 pode ser rescrita exatamente como sendo aequação 
2.9: 
 ( ) [2.9] 
 O valor RMS é dado pela equação 2.10: 
 [2.10] 
 Como o transformador é ideal e o mesmo fluxo atua na bobina primaria e induz uma 
tensão e1(t), que se contrapões a v1(t), portanto, pode-se considerar a relação dada como: 
 ( ) ( ) 
 ( ) ( ) 
 
 ( )
 ( )
 
 ( )
 ( )
 
 
 
 [2.11] 
 Considerando os valores RMS, a equação 2.11 passa a ser: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 [2.12] 
 Como a força magnetromotriz resultante é nula já que o circuito magnético é ideal, 
conclui-se que: 
 
 
 
 
 
 
 
 [2.13] 
 A equação 2.13, permite concluir que a relação entre as espiras das bobinas do primário 
e secundário determina as relações entre tensão e corrente. 
 Na figura é possível compreender a relação desse sistema de transferência de energia 
magnética do enrolamento primário para o enrolamento secundário: 
 
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Onde: v1 é a tensão no enrolamento primário, i1 é a corrente no enrolamento primário, 
N1 é o numero de espiras no enrolamento primário, φ é o fluxo de indução magnética no 
núcleo, v2 é a tensão no enrolamento secundário, i2 é a corrente no enrolamento secundário e 
N2 é o numero de espiras no enrolamento secundário. 
 
Exemplo 
Determine o número de espiras do primário de um transformador que possui 150 
espiras no secundário e uma relação de tensão 120/12 V. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Calcule as correntes primária e secundária do transformador do exemplo anterior, 
sabendo que existe uma carga de 500W no secundário. 
 
 
 
 
 
 
 
 Aplicando a equação 2.13: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.4 Simbologia dos Transformadores