Aula 6 - Transformador

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P R I N C Í P I O S D E 
M Á Q U I N A S E L É T R I C A S
A U L A 6
P R O F . M E . F A B I O P R O F . M E . F A B I O P R O F . M E . F A B I O P R O F . M E . F A B I O D A L L AD A L L AD A L L AD A L L A V R O C H AV R O C H AV R O C H AV R O C H A
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T R A N S F O R M A D O R
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TRANSFORMADOR
• Como componente significativo de um
sistema em corrente alternada (CA) de
potência, o transformador possibilita a
transferência de energia em tensões mais
econômicas, além de permitir a utilização
da energia na tensão mais adequada para
um dado dispositivo.
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TRANSFORMADOR
• O transformador é largamente utilizado em circuitos de baixa potência, em
circuitos eletrônicos de baixas correntes e nos de controle.
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TRANSFORMADOR
• Executam funções como casamento de impedância entre fonte e carga,
obtenção da máxima transferência de potência, isolação galvânica (isola
circuitos um do outro), ou isolar a componente contínua da corrente para
permitir a continuidade CA entre circuitos.
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TRANSFORMADOR
• Em dispositivos de conversão eletromecânica de energia há a
transformação da energia elétrica em mecânica com um
armazenamento intermediário de energia na forma magnética.
• Já os transformadores são elementos que transferem e convertem a
energia elétrica entre circuitos elétricos independentes através de um
circuito magnético comum.
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TRANSFORMADOR
• Um transformador consiste de dois ou mais enrolamentos acoplados por
meio de um fluxo magnético comum.
• Se um desses enrolamentos, o primário, for conectado a uma fonte de
tensão alternada, então será produzido um fluxo alternado cuja amplitude
dependerá da tensão do primário, da frequência da tensão aplicada e do
número de espiras.
• O fluxo comum estabelece um enlace com o outro enrolamento, o
secundário, induzindo neste uma tensão cujo valor dependerá do número
de espiras do secundário, assim como da magnitude do fluxo comum e da
frequência.
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TRANSFORMADOR
• A essência do funcionamento de um transformador requer apenas que
haja um fluxo comum, variável no tempo, enlaçando dois enrolamentos.
• Tal ação pode ocorrer entre enrolamentos acoplados pelo ar, no entanto,
o acoplamento entre enrolamentos se torna muito mais eficiente
empregando um núcleo ferromagnético.
• NesteNesteNesteNeste caso,caso,caso,caso, oooo fluxofluxofluxofluxo ficaficaficafica confinadoconfinadoconfinadoconfinado eeee delimitadodelimitadodelimitadodelimitado àààà estruturaestruturaestruturaestrutura enlaçandoenlaçandoenlaçandoenlaçando osososos
enrolamentosenrolamentosenrolamentosenrolamentos....
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TRANSFORMADOR
• Em relação ao transformador de potência –
Baixa Frequência – material resistente
– Aço silício de grão orientado.
– Laminação do núcleo (redução das perdas 
por corrrentes parasitas).
• Em relação ao transformador de alta 
frequência (1KHz ou mais)
– Ferrites (pó de ferro) – quebradiços.
• Ligas ferromagnéticas pulverizadas e 
comprimidas. 
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TRANSFORMADOR
• Para reduzir as perdas devido a correntes parasitas no núcleo, as chapas
devem ser delgadas e montadas isoladas umas das outras.
• Para reduzir as perdas por histerese, utiliza-se material ferromagnético de
alta qualidade, grão orientado e alta permeabilidade magnética.
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Aquecimento dos domínios magnéticos
Analogia de dobrar uma barra de metal várias vezes
TRANSFORMADOR IDEAL
• Definição e Marcas de Polaridade
– TrafoTrafoTrafoTrafo idealidealidealideal => Resistência dos enrolamentos desprezíveis; Todo
fluxo está confinado no núcleo e enlaça os dois enrolamentos;
não há perdas no núcleo; A permeabilidade é tão alta que
apenas uma força magnetomotriz desprezível é necessária para
estabelecer o fluxo.
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TRANSFORMADOR
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Cria fluxo em oposição, o que
faz com que a fonte perceba a
inserção posterior de carga
As marcas circulares somente são
usadas quando o sentido do
enrolamento dos transformadores
não forem indicados.
TRANSFORMADOR SEM CARGA
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0=bobinaR
Valor RMS:
�� a tensão aplicada.
CORRENTE DE MAGNETIZAÇÃO
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Devido as propriedadespropriedadespropriedadespropriedades magnéticasmagnéticasmagnéticasmagnéticas nãonãonãonão lineareslineareslineareslineares do ferro, a forma de onda da
corrente de excitação difere da forma de onda do fluxo.
A forma de onda i e fluxo correspondente obtêm-se graficamente da curva de 
histerese CA. 
CORRENTE DE MAGNETIZAÇÃO
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Diagrama fasorial da corrente de excitação possui 2 componentes:
�� = corrente em fase com E1,
representa as perdas no núcleo,
correntes de histerese e parasitas.
�� = corrente de excitação 
�� = corrente de magnetização.
Perdas no núcleo: 
EXERCÍCIO 10
Em um trafo foram medidos uma perda Pc=16 W, potência aparente injetada
(VI)ef=20 VA e tensão induzida de eef = 194 V. Encontre o fator de potência, a
corrente Ic das perdas e a corrente de magnetização Im
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Cálculos em sala:
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EFEITO DA CORRENTE DO SECUNDÁRIO – TRAFO
IDEAL
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021 =− FMMFMM
•Conectando uma carga no secundário:
•Igualando as duas relações:
Portanto, asasasas correntescorrentescorrentescorrentes eeee tensõestensõestensõestensões são transformadas
na razão direta e inversa, respectivamente, das
espiras.
EFEITO DA CORRENTE DO SECUNDÁRIO – TRAFO
IDEAL
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Refletindo a impedância de carga no primário:
Portanto, as Impedâncias são transformadas na
razão direta do quadrado das espiras.
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O circuito equivalente abaixo mostra um transformador ideal em que a impedância
R2+jX2=1+j4Ω está conectada em série com o secundário. A relação de espiras é
N1/N2=5:1.
(a) Calcule o valor da impedância referida ao primário.
(b) Para uma tensão eficaz de 120V e um curto-circuito conectado entre os terminais A-B calcule a
corrente no primário e a corrente que flui no curto.
(c) Caso a impedância seja R2+jX2=0,05+j0,97Ω e a relação de espiras 14:1, qual o valor da
corrente do primário e a de curto?
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EXERCíCIO 11
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2 2
1 1 1
1 2
2 2 2
Z N N
Z Z
Z N N
   
= => =   
   
1 25 100Z j= + Ω
120 0
. 0, 28 1,13
25 100
1,16
V
V Z I I j A
Z j
I A
∠
= => = = = −
+
=
&
& & & &
&
&
1
2 1
2
5.1,16 5,8
N
I I A
N
= = =& &
1
2 1
2
14.0,63 8,82
N
I I A
N
= = =& &
(c)(c)(c)(c)
a)a)a)a)
bbbb))))
Solução:
C U R I O S I D A D E S
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TRANSFORMADOR
• Tipos de transformadores.
– Corrente: ligados em série com a linha.
– Potencial: ligados em paralelo com a linha.
• Quanto ao tipo
– Autotransformador: não há isolamento; custo baixo.
– Transformador de dois ou mais enrolamentos
• Quanto ao material do núcleo
– Ar ou Ferromagnético
• Quanto ao número de fases
– Monofásico, Trifásico ou Polifásico, depende da potência a se
tranferida.
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TRANSFORMADOR (CURIOSIDADES)
• Os bornes externos são numerados com a utilzação das letras
“H” para alta tensão e “x” para baixa tensão (BT). A ordem é da
esquerda para direita a partir do posicionamento frontal à BT.
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TRANSFORMADOR (CURIOSIDADE)
• Componentes Construtivos
– Os transformadores são constituídos basicamente por uma parte ativa e de
acessórios complementares.
• Parte Ativa
– Compreende as bobinas (enrolamentos do primário e do secundário) e o
núcleo ferromagnético.
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TRANSFORMADOR (CURIOSIDADE)
• Acessórios Complementares
– 1- Tanque =>
Serve de invólucro da parte ativa e do líquido isolante. Nele
encontramos os suportes para fixação em postes, ganchos e olhais
de suspensão, tampa de inspeção, conector de aterramento, fios
de passagem das buchas, placa de identificação, radiadores,
dispositivos de drenagem e amostragem do líquido isolante, visor
de nível do óleo, etc.
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TRANSFORMADOR (CURIOSIDADE)
• Acessórios Complementares
– 2- Bucha =>
São dispositivos que permitem a passagem dos condutores constituintes
dos enrolamentos para o meio externo (redes elétricas). São constituídos
de corpo isolante (porcelana), condutor passante (cobre ou latão),
terminal (bronze ou latão) e vedações (borracha e papelão).
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TRANSFORMADOR (CURIOSIDADE)
• Acessórios Complementares
– 3-Radiadores =>
O calor gerado na parte ativa se propaga pelo óleo, sendo dissipado na
tampa e laterais do tanque. Em casos especiais (potência elevada e
ventilação insuficiente) os transformadores são munidos de radiadores,
que aumentam a área de dissipação, ou adaptados com ventilação
forçada.
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TRANSFORMADOR (CURIOSIDADE)
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TRANSFORMADOR (CURIOSIDADE)
• Acessórios Complementares
– 4- Comutador =>
É um dispositivo mecânico que permite variar o número de espiras
dos enrolamentos de alta tensão. Sua finalidade é corrigir o desnível
de tensão existente nas redes de distribuição, devido à queda de
tensão ocorrida ao longo das mesmas.
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TRANSFORMADOR (CURIOSIDADE)
• Acessórios Complementares
– 4- Placa de Identificação =>
Construída em alumínio ou aço inoxidável, onde constam todas as
informações construtivas resumidas e normatizadas do aparelho
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•nome e dados do fabricante; 
• numeração da placa; 
• indicação das NBR; 
• potência (kVA); 
• impedância equivalente (%); 
• tensões nominais (AT e BT); 
• tipo de óleo isolante; 
• diagramas de ligações; 
• diagrama fasorial; 
• massa total (kg); 
• volume total do líquido (l). 
TRANSFORMADOR
• Montagem do Transformador
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Núcleo envolvente
Núcleo envolvido
Melhor forma de confinar o fluxo
ao material magnético!
TRANSFORMADOR
• Marcas de Polaridade
– Associação de transformadores de saídas 
de mesma potência e número de espiras.
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ATÉ A PRÓXIMA AULA!
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Nos vemos na Nos vemos na Nos vemos na Nos vemos na 
próxima aula...próxima aula...próxima aula...próxima aula...
Exato Tesla..Exato Tesla..Exato Tesla..Exato Tesla..