TRANSFORMADORES 1 Elementos de um Transformador Em sua

TRANSFORMADORES 1

Elementos de um Transformador Em sua forma mais básica um transformador consiste de: - Enrolamento primário. - Enrolamento secundário. - Núcleo Magnético 2

Os enrolamentos de um transformador são isolados eletricamente do núcleo e entre si também através de materiais isolantes especiais. O núcleo deve ser de um material de alta permeabilidade magnética e de baixa perda ôhmica. Seu formato varia de projeto para projeto, conforme sua aplicação e necessidade de isolação. 3

Tipos de Transformadores • Transformadores de potência • Transformadores de medição (corrente ou potencial) • Transformadores de sinal 4

TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA Transformadores de potência são usados para fornecimento de tensão para vários circuitos em equipamento elétrico. Estes transformadores têm dois ou mais enrolamentos enrolados sobre um núcleo de ferro laminado. O número de enrolamentos e de espiras por enrolamento depende da tensão que é aplicada e fornecida pelo transformador 5

TRANSFORMADOR DE MEDIÇÃO 6

TRANSFORMADOR DE SINAIS São geralmente utilizados em eletrônica, trabalhando com freqüências geralmente elevadas (mais do que 60 Hz). São trafos com características e aplicações muito específicas. 7

CARACTERÍSTICAS DO NÚCLEO A composição de um núcleo de um transformador depende de alguns fatores como: tensão, corrente, e freqüência. Os custos de construção e limitações de tamanho são também fatores a serem considerados. Geralmente os núcleos são construídos de ar, ferro macio, e aço. Cada um destes materiais é satisfatório para algumas aplicações e inadequado para outras. 8

Um transformador cujo núcleo é construído de folhas laminadas de aço que dissipa calor eficientemente; providenciando, assim, uma eficiente transferência de potência. A maioria dos transformadores que você encontrará em equipamentos contém núcleo de aço laminado. Estas folhas laminadas são separadas por um material de não condutor, como verniz, e então formando um núcleo. 9

Normalmente, transformadores de núcleo de ar são usados quando a fonte de tensão tiver uma freqüência alta (acima 20 k. Hz). Transformadores de núcleo de ferro são normalmente usados quando a freqüência de fonte for baixa (abaixo de 20 k. Hz). O transformador de núcleo de ferro providencia melhor transferência de potência do que um transformador de núcleo de ar. 10

O propósito das laminações é reduzir certas perdas. Um ponto importante para se lembrar é que o núcleo do transformador mais eficiente é aquele que oferece o melhor caminho para as linhas de fluxo com menos perda em energia magnética e elétrica. 11

TRANSFORMADOR DE NÚCLEO ENVOLVENTE Assim nomeado porque o núcleo é amoldado com um quadrado oco no centro. Note que o núcleo é composto de muitas laminações de aço. 12

TRANSFORMADORES COM NÚCLEO ENVOLVIDO O mais popular e eficiente núcleo de transformador. Como mostrado, cada camada do núcleo consiste de uma lâmina tipo “E” e uma lâmina tipo “I”. Estas seções são amarradas individualmente. As laminações são separadas uma das outras e então apertadas para formar o núcleo. 13

PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DO TRANSFORMADOR O enrolamento primário é conectado a uma fonte de tensão AC/ 60 hertz. O campo magnético se expande e se contrai no primário. A expansão e contração do campo magnético senoidal ao redor do primário, corta o secundário e induz uma tensão alternada senoidal. Esta tensão causa um fluxo de corrente alternada que flui pela carga. A tensão pode ser aumentada ou diminuída dependendo dos requisitos de projeto do primário e do secundário. 14

Vp - tensão aplicada ao primário, V; Np - número de espiras do enrolamento primário; Ip - corrente drenada da fonte pelo enrolamento primário, A; Vs - tensão que “aparece” nos terminais do secundário, V; Ns - número de espiras do enrolamento secundário; Is - Corrente induzida “entregue” à carga ligada ao secundário, A. 15

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O TRANSFORMADOR IDEAL v A curva de magnetização B-H do núcleo é linear v Núcleo com permeabilidade infinita v Enrolamento elétrico sem perdas (r = 0) v Perdas no ferro nulas v Não apresentam fluxo de dispersão 17

A tensão induzida pode ser calculada por: Resolvendo a derivada acima obtemos o valor eficaz dessa tensão induzida: Para a bobina do primário: Para a bobina do secundário: 18

Como f e φm são constantes, temos a seguinte relação: Relação de transformação Onde: Se α > 1 Se α < 1 Vp > Vs Vp < Vs Transformador abaixador Transformador elevador 19

Em um transformador ideal temos: Sprimário = Ssecundário 20

Com o interruptor aberto e uma tensão ac aplicada o primário, há, porém, uma corrente muito pequena chamada de corrente de excitação fluindo no primário. Essencialmente, o que a corrente de excitação faz é "excitar" o enrolamento do primário e criar um campo magnético. 21

A quantidade de corrente de excitação é determinada através de três fatores: (1) a quantia de tensão aplicada (V 1) (2) a resistência (R) do fio do enrolamento do primário e perdas no núcleo, e (3) a XL que é dependente da freqüência da corrente de excitação. Estes dois últimos fatores são controlados através de projeto do transformador. 22

Esta pequena corrente de excitação têm duas funções: A maioria da energia de excitação é usada para manter o campo magnético do primário. Uma pequena quantia de energia é usada para superar as perdas de resistência no fio e no núcleo que são dissipadas na forma de calor (perda de potência). 23

Quando um dispositivo de carga é conectado no enrolamento secundário de um transformador, a corrente flui pelo secundário e pela carga. O campo magnético produzido pela corrente no secundário interage com o campo magnético produzido pela corrente no primário. Esta interação resulta numa indutância mútua entre os enrolamentos primários e secundários. 24

O Fluxo Total no núcleo do transformador é comum aos enrolamentos primário e secundário. É também o meio pelo qual é transferida a energia do enrolamento primário para o enrolamento secundário. Considerando que este fluxo interage com ambos os enrolamentos, este é chamado FLUXO MÚTUO A indutância que produz este fluxo é também comum aos enrolamentos, e é chamada INDUT NCIA MÚTUA. 25

O transformador real No transformador real os fluxos dispersos, no primário e no secundário, são considerados, produzindo uma reatância primária, XLp e secundária, XLs, respectivamente. Além disso, no trafo real, as resistências dos enrolamentos também são consideradas, sendo Rp a resistência do primário e Rs a resistência do secundário. Essas resistências somadas às reatâncias produzem quedas de tensão internas no transformador

Impedância interna do primário: Impedância interna do secundário: queda de tensão interna do enrolamento do primário queda de tensão interna do enrolamento do secundário

Assim as tensões induzidas do primário e do secundário serão: VP > E P VS < E S