Aula 10 - Transformadores Elétricos

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FAG - FACULDADE ASSIS GURGACZ 
EDERSON ZANCHET 
 
 
 
 
 
TRANSFORMADORES 
 
 
 
 
 
CASCAVEL 
2010 
SUMARIO 
 
1.� TRANSFORMADORES ....................................................................................... 3�
1.1.�PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO ................................................................. 4�
1.2.�TRANSFORMADORES COM MAIS DE UM SECUNDÁRIO ............................ 6�
1.2.1.�Associação de bobinas em transformadores .............................................. 6�
1.3.�RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO ................................................................. 8�
1.4.�TIPO DE TRANSFORMADOR QUANTO A RELAÇÃO DE 
TRANSFORMAÇÃO ................................................................................................ 9�
1.4.1.�TRANSFORMADOR ELEVADOR .............................................................. 9�
1.4.2.�TRANSFORMADOR REBAIXADOR .......................................................... 9�
1.4.3.�TRANSFORMADOR ISOLADOR ............................................................. 10�
1.5.�RELAÇÃO DE POTENCIA EM TRANSFORMADORES ................................ 10�
1.6.�ESPECIFICAÇÃO DE TRANSFORMADORES .............................................. 10�
1.7.�RELAÇÃO DE FASE ENTRE AS TENSÕES PRIMARIO E SECUNDÁRIO ... 11�
1.8.�TRANSFORMADOR COM DERIVAÇÃO CENTRAL SECUNDÁRIO ............. 12�
1.9.�AUTOTRANSFORMADORES ........................................................................ 12�
1.10.� SIMBOLOGIA DE TRANSFORMADORES .................................................. 14�
 
 
 
 
1. TRANSFORMADORES 
 
Os transformadores vêm sendo aplicados nos diversos ramos da eletro-
eletrônica, desde circuito de geração, transmissão, distribuição de energia e também 
nos circuitos eletrônicos. 
Um transformador é um dispositivo com a finalidade de transmitir energia 
elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro, convertendo tensões, correntes e 
ou de modificar os valores da impedância elétrica de um circuito. Trata-se de um 
dispositivo de corrente alternada que opera baseado nos princípios eletromagnéticos 
da Lei de Faraday e da Lei de Lenz, podemos verificar um exemplo na Figura 1. 
 
Figura 1. Transformador de baixa potência 
 
Existem diversos modelos de transformadores, mas todos adotam o mesmo 
princípio que é a utilização do campo magnético como forma de acoplamento. 
As exigências técnicas e econômicas impõem à construção de grandes 
usinas elétricas, de forma geral as localizadas fora dos grandes centros de 
aproveitamento, pois devem utilizar a energia hidráulica dos lagos e rios das 
montanhas. Surge assim a necessidade do transporte da energia elétrica pôr meio 
de linhas de comprimento notável. 
Devido a fatores econômicos e de construção, as seções dos condutores 
destas linhas devem ser limitadas, 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. 
 
1.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO 
 
Quando o indutor é conectado a um fonte de alimentação em corrente 
alternada ocorre o surgimento de um campo magnético induzido. Quando um 
segundo indutor é imerso sobre esse campo magnético, ocorre o processo de 
indução, onde o campo magnético é convertido pelo indutor em forma de tensão 
induzida. 
No modelo básico de um transformador sua estrutura é formada pôr duas 
bobinas isoladas eletricamente e enroladas em torno de um núcleo comum. Para se 
transferir a energia elétrica de uma bobina para a outra se utiliza o artifício do 
acoplamento magnético. A bobina que recebe a energia de uma fonte CA recebe a 
denominação de primário. A bobina que fornece energia para uma carga CA é 
designada como 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 considerarmos que um transformador funcione sobre condições 
ideais, a transferência de energia de uma tensão para outra se faz sem nenhuma 
perda. 
 
Figura 2. Aspecto construtivo de um transformador 
 
A tensão elétrica induzida no secundário de um transformador é proporcional 
ao número de linhas magnéticas que transpassa a bobina do secundário, por esse 
motivo as bobinas são montadas sobre um material ferro magnético, de forma a 
diminuir a dispersão das linhas, concentrando o campo magnético sobre a bobina do 
secundário. 
Com a utilização de um núcleo magnético para a melhora do fluxo 
magnético, contudo surge o problema de aquecimento, devido utilização de um 
núcleo maciço, assim utiliza-se chapas de ferro silicoso para construção do núcleo. 
Com o núcleo laminado ocorre a redução das correntes parasitas também 
conhecidas como correntes de Focault. 
 
1.2. TRANSFORMADORES COM MAIS DE UM SECUNDÁRIO 
 
Este modelo de transformador tem grande aplicação na área da eletrônica, 
transformadores com mais de um secundário permitem a disponibilização de vários 
níveis de tensão elétrica em seu secundário, a mesma filosofia se aplica para o 
circuito do primário. 
 
 
Figura 3. Transformador com mais de um secundário 
 
1.2.1. Associação de bobinas em transformadores 
 
Em transformadores com mais de um secundário é possível realizar a 
associação destes a fim de obtermos valores diferenciados de tensão na saída sem 
necessidade de alteração do bobinado conforme pode ser observado nas figuras 
seguintes. 
 
Figura 4. Soma de Potenciais no secundário 
 
 
Figura 5. Subtração de potenciais no secundário 
 
 
Figura 6. Potenciais iguais com sinais invertidos 
 
 
Figura 7. Potenciais iguais com igualdade de sinal 
 
1.3. RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO 
 
Considerando, um transformador ideal, sendo o fluxo total,Φ, o mesmo em 
ambas as bobinas, já que se desprezam os fluxos dispersos e o núcleo tem µ→ ∞, 
as f.e.m. ’s, ε1 e ε2, induzidas nessas bobinas podemos escrever a expressão: 
 
 
 
 
Para obtenção da relação entre a tensão do primário e secundário: 
 
Sendo Rt denominado de relação de espiras ou relação de transformação. 
 
][.111 Vdt
dN φεν ==
][.222 Vdt
dN φεν ==
Rt=
2
1
ν
ν
2
1
2
1
2
1
ε
ε
ν
ν
==
N
N
Esta é a primeira propriedade do transformador que é a de transferir ou 
refletir as tensões de um lado para outro segundo uma constante Rt. 
 
1.4. TIPO DE TRANSFORMADOR QUANTO A RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO 
 
No que refere-se a relação de transformação podemos classificar os 
transformadores em três tipos: 
 
a) Transformador elevador; 
b) Transformador rebaixador; 
c) Transformador isolador; 
 
1.4.1. TRANSFORMADOR ELEVADOR 
 
Este tipo de transformador tem como caracteriza a elevação de tensão no 
secundário, ou seja, a relação de transformação é menor do que 1(Np<Ns). 
 
1.4.2. TRANSFORMADOR REBAIXADOR 
 
Nesta condição o transformador fornece no secundário um valor de tensão 
inferior a do primário sendo a relação de transformação maior do que 1 (Np>Ns).1.4.3. TRANSFORMADOR ISOLADOR 
 
Os transformadores isoladores são muito utilizados em locais onde se 
deseja isolar eletricamente duas redes, tem grande aplicação em laboratório de 
eletrônica, como característica a relação de transformação é igual a 1(Np=Ns). 
 
1.5. RELAÇÃO DE POTENCIA EM TRANSFORMADORES 
 
A quantidade de energia absorvida da rede elétrica e denominada potência 
elétrica do primário, se partimos do conceito que trata-se de um transformador ideal 
não teremos perdas por aquecimento, perdas magnéticas e assim toda a energia 
que foi absorvida da rede será convertida, ou seja a potência elétrica será idêntica 
para primário e secundário. 
 
A partir da relação de potência entre primário e secundário podemos obter 
as correntes de cada malha, já que P=V.I. 
 
1.6. ESPECIFICAÇÃO DE TRANSFORMADORES 
 
A especificação de transformadores deve fornecer no mínimo as seguintes 
informações: 
a) Tensões do primário; 
b) Tensões do Secundário; 
SP PP =
c) Correntes do Secundário; 
 
Para a especificação 120/220V 12V-2A 24V-1A apresenta um 
transformador com as características: 
 
a) Primário: 
Entrada 120V ou 220V; 
b) Secundário: 
Uma saída com 12V-2A; 
Uma saída com 24V-1A; 
 
1.7. RELAÇÃO DE FASE ENTRE AS TENSÕES PRIMARIO E SECUNDÁRIO 
 
A tensão induzida no secundário do transformador é gerada quanto o fluxo 
magnético Φ corta as espiras do secundário gerando um fem. Induzida, como a 
tensão induzida é sempre oposta à tensão indutora, podemos afirmar que a tensão 
no secundário tem sentido inverso a forma de onda do primário, ou seja, estão 
defasadas em 180º com relação à tensão no primário. 
Com base na inversão de ciclos entre primário e secundário, nota-se que 
ocorre a inversão de polaridade para cada semiciclo. 
1.8. TRANSFORMADOR COM DERIVAÇÃO CENTRAL SECUNDÁRIO 
 
Com grande aplicação na eletrônica os transformadores com tap central 
fornecem para um mesmo secundário dois níveis de tensão. Normalmente o tap 
central fica aterrado fornecendo uma referencia de terra, ou seja, nível de 0V. 
Com a mesma característica do transformador referido anteriormente ocorre 
a defasagem de 180º entre o primário e secundário com relação a tensão, porém 
neste transformador temos dois canais de utilização 
 
1.9. AUTOTRANSFORMADORES 
 
Um autotransformador é um componente cujos enrolamentos primário e 
secundário coincidem parcialmente. Conforme se ilustra na Figura 8, os acessos ao 
primário e ao secundário são coincidentes ou com as extremidades ou com pontos 
intermédios do enrolamento, sendo um dos terminais do primário sempre 
coincidente com um dos do secundário. O autotransformador pode se comportar 
como rebaixador ou como elevador dependendo da forma como foi retirado os 
terminais de conexão. 
 
Figura 8. Autotransformador diagrama de funcionamento 
Em qualquer dos casos, a relação de transformação é dada pelo cociente 
entre o número de espiras. 
1
2
N
N
Rt = 
Uma das conseqüências da coincidência parcial entre os enrolamentos do 
primário e do secundário é a perda de isolamento galvânico entre as bobinas. Porém 
o autotransformador apresenta um vasto conjunto de vantagens face aos 
transformadores comuns, como no que concerne ao seu custo (um único 
enrolamento e em certos casos, com condutores de menor secção), ao volume, à 
queda de tensão e ao rendimento (menores perdas nos enrolamentos). Os 
autotransformadores são vulgarmente utilizados na elevação e na redução da 
tensão em redes de distribuição de energia elétrica, na sintonia e adaptação entre 
antenas e pré-amplificadores em receptores de telecomunicações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.10. SIMBOLOGIA DE TRANSFORMADORES 
 
Figura 9. Simbologia de transformadores