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Transformadores e Motores

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TRANSFORMADORES
FUNCIONAMENTO DOS TRANSFORMADORES
Os transformadores de tensão, chamados normalmente de transformadores, são dispositivos capazes de aumentar ou reduzir valores de tensão.
Um transformador é constituído por um núcleo, feito de um material altamente imantável, e duas bobinas com número diferente de espiras isoladas entre si, chamadas primário (bobina que recebe a tensão da rede) e secundário (bobina em que sai a tensão transformada). 
O seu funcionamento é baseado na criação de uma corrente induzida no secundário, a partir da variação de fluxo gerada pelo primário.
A tensão de entrada e de saída são proporcionais ao número de espiras em cada bobina. Sendo:
Onde:
UP – é a tensão no primário;
US – é a tensão no secundário;
NP – é o número de espiras do primário;
NS – é o número de espiras do secundário.
Por esta proporcionalidade concluímos que um transformador reduz a tensão se o número de espiras do secundário for menor que o número de espiras do primário e vice-versa.
Se considerarmos que toda a energia é conservada, a potência no primário deverá ser exatamente igual à potência no secundário, assim:
Portanto:
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DOS TRANSFORMADORES
O princípio básico de funcionamento de um transformador é o fenômeno conhecido como indução eletromagnética: quando um circuito é submetido a um campo magnético variável, aparece nele uma corrente elétrica cuja intensidade é proporcional às variações do fluxo magnético.
Os transformadores, na sua forma mais simples (figura 2), consistem de dois enrolamentos de fio (o primário e o secundário), que geralmente envolvem os braços de um quadro metálico (o núcleo). Quando uma corrente alternada é aplicada ao primário produz um campo magnético proporcional à intensidade dessa corrente e ao número de espiras do enrolamento (número de voltas do fio em torno do braço metálico). Através do metal, o fluxo magnético quase não encontra resistência e, assim, concentra-se no núcleo, em grande parte, e chega ao enrolamento secundário com um mínimo de perdas. Ocorre, então, a indução eletromagnética: no secundário surge uma corrente elétrica, que varia de acordo com a corrente do primário e com a razão entre os números de espiras dos dois enrolamentos.
Figura 1 - Principio de funcionamento do transformador elétrico
A relação entre as voltagens no primário e no secundário, bem como entre as correntes nesses enrolamentos, pode ser facilmente obtida: se o primário tem Np espiras e o secundário Ns, a voltagem no primário (Vp) está relacionada à voltagem no secundário (Vs) por Vp/Vs=Np/Ns , e as correntes por Np/Ns=Is/Ip. Desse modo um transformador ideal (que não dissipa energia), com 100 (cem) espiras no primário e cinqüenta no secundário, percorrido por uma corrente de 1 Ampere, sob 110 Volts, fornece no secundário, uma corrente de 2 Amperes sob 55 Volts.
Graças às técnicas com que são fabricados, os transformadores modernos apresentam grande eficiência, permitindo transferir ao secundário cerca de 100% da energia aplicada no primário. As perdas - transformação de energia elétrica em calor - são devidas principalmente à histerese, às correntes parasitas e perdas no cobre.
1. Perdas no cobre. Resultam da resistência dos fios de cobre nas espiras primárias e secundárias. As perdas pela resistência do cobre são perdas sob a forma de calor e não podem ser evitadas.
2. Perdas por histerese. Energia é transformada em calor na reversão da polaridade magnética do núcleo transformador.
3. Perdas por correntes parasitas. Quando uma massa de metal condutor se desloca num campo magnético, ou é sujeita a um fluxo magnético móvel, circulam nela correntes induzidas. Essas correntes produzem calor devido às perdas na resistência do ferro.
Todo esse calor gerado pelas perdas, é refrigerado pelo óleo dielétrico o qual todo o núcleo do transformador é submerso, sendo assim esse óleo aliado ao aquecimento, acaba gerando uma corrente de convecção dentro do transformador. Onde o óleo mais que acaba esquentando fica menos denso e sobe. Após passar pelos radiadores ele resfria, aumentando sua densidade, e assim se mantém a refrigeração do transformador, a figura abaixo mostra o esquema da refrigeração natural.
 Figura 2 - Esquema de refrigeração de transformadores
TIPOS DE TRANSFORMADOR
O transformador de energia elétrica é um dispositivo que recebe a energia elétrica em uma tensão muito elevada e imprópria para o uso em residências, comércios, indústrias e outros estabelecimentos. Este aparelho transforma a energia, reduzindo sua tensão até um nível que pode ser utilizado em eletrodomésticos, maquinários e para iluminar residências.
Com base nesta estrutura e funcionamento, existem diversos tipos de transformadores elétricos que, por sua vez, são classificados conforme a finalidade de sua utilização, material empregado no núcleo ou até mesmo o número de fases. Os tipos de transformadores de energia elétrica são os seguintes:
- Transformador de corrente elétrica;
- Transformador de potência;
- Transformadores de distribuição;
- Transformadores de força.
Os transformadores são classificados de acordo com sua finalidade. Um transformador de potência, por exemplo, é aquele utilizado para reduzir ou elevar a tensão que passa por ele. Este modelo ainda pode ser dividido entre transformadores de força — que trabalham para produzir e enviar energia elétrica para concessionárias e também para subestações —, e transformadores de distribuição, que reduzem o nível de tensão e enviam para o consumidor final. É este modelo que encontramos nos postes das cidades.
Também podemos classificar os transformadores elétricos do tipo autotransformador, que eleva ou rebaixar tensões de 110-117-120 volts e 220-230-240 volts. Exemplo: em uma saída de 110 ou 220v, com uma entrada de 230v, o autotransformador possibilita que equipamentos elétricos (a partir de 100 ou 120V) sejam utilizados com total segurança e eficiência em saídas de 230V.
Os transformadores elétricos podem, ainda, ser classificados quanto ao material que é utilizado em seu núcleo, sendo ferromagnético ou núcleo de ar, ou ainda em relação ao número de fases durante seu trabalho. Neste caso, é possível encontrar modelos monofásicos, trifásicos e até polifásicos. Importante notar que cada tipo de transformador elétrico possui especificações diferenciais e deve ser utilizado, instalado e desinstalado, somente por profissionais capacitados ou empresas especializadas neste segmento.
TIPOS DE LIGAÇÃO
Ligação triângulo
Chamamos “tensões e correntes de fase” as tensões e correntes de cada um dos três sistemas monofásicos considerados, indicados por Uf e If.
Se ligarmos os três sistemas monofásicos entre si, como indica a Figura 1.8, podemos eliminar três fios, deixando o apenas um em cada ponto de ligação, e o sistema trifásico ficará reduzido a três fios U, V e W.
A tensão em qualquer destes três fios chama-se “tensão de linha”, UL, que é a tensão nominal do sistema trifásico. A corrente em qualquer um dos fios chama –se “corrente de linha”, IL.
Examinando o esquema da Figura 1.9, vê-se que:
- a carga é aplicada a tensão de linha UL que é a própria tensão do sistema monofásico componente, ou seja, UL = U f;
- a corrente em cada fio de linha, ou corrente de linha IL é a soma das correntes das duas fases ligadas a este fio, ou seja, I = If1 + I f2.
Ligação estrela
Ligando um dos fios de cada sistema monofásico a um ponto comum aos três restantes, forma-se um sistema trifásico em estrela (Figura 1.11). Às vezes o sistema trifásico em estrela é a “quatro fios” ou “com neutro”.
O quarto fio é ligado ao ponto comum às três fases. A tensão de linha, ou a tensão nominal do sistema trifásico, e a corrente de linha são definidas do mesmo modo que na ligação triângulo.
Examinando o esquema da Figura 1.12 vê-se que:
- a corrente em cada fio da linha, ou corrente da linha IL = I f;
- a tensão entre dois fios quaisquer do sistema trifásico é a

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