TRANSFORMADORES
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Elementos de um Transformador
Em sua forma mais básica um transformador
consiste de:
- Enrolamento primário.
- Enrolamento secundário.
- Núcleo Magnético
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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.
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Tipos de Transformadores
• Transformadores de potência
• Transformadores de medição (corrente ou
potencial)
• Transformadores de sinal
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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
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TRANSFORMADOR DE MEDIÇÃO
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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.
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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.
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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.
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Normalmente, transformadores de núcleo de ar são
usados quando a fonte de tensão tiver uma
freqüência alta (acima 20 kHz).
Transformadores de núcleo de ferro são normalmente
usados quando a freqüência de fonte for baixa
(abaixo de 20 kHz).
O transformador de núcleo de ferro providencia
melhor transferência de potência do que um
transformador de núcleo de ar.
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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.
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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.
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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.
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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
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secundário.
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.
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O TRANSFORMADOR IDEAL
 A curva de magnetização B-H do núcleo é linear
 Núcleo com permeabilidade infinita
 Enrolamento elétrico sem perdas (r = 0)
 Perdas no ferro nulas
 Não apresentam fluxo de dispersão
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A tensão induzida pode ser calculada por:
e  N
d
dt
Resolvendo a derivada acima obtemos o
valor eficaz dessa tensão induzida:
e
2 f
N .m
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ep  4,44. f .m.Np
Para a bobina do primário:
Para a bobina do secundário: es  4,44. f .m.Ns
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Como f e φm são constantes, temos a seguinte
relação:
ep Np

es Ns
Onde:
Se α > 1
Se α < 1
Np

Ns
Vp > Vs
Vp < Vs
Relação de transformação
Transformador abaixador
Transformador elevador
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Em um transformador ideal temos:
Sprimário = Ssecundário
Vp.Ip  Vs.Is
Vp Is

Vs Ip
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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.
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A quantidade de corrente de excitação é determinada
através de três fatores:
(1) a quantia de tensão aplicada (V1)
(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.
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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).
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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.
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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 INDUTÂNCIA MÚTUA.
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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:
ZP. I P
ZS . IS
Z P  RP  jX LP
Z S  RS  jX LS
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:
EP  VP  Z P . I P
ES  VS  Z S . I S
VP > EP
VS < ES