02/03/2015
Transformadores
Transformador
monofásico
Eletricista de Instalações
Transformador
trifásico
Transformadores
Transformador
Autotransformador
Transformador
de tensão
Transformador
de medida
2014/ 2015
Transformador
de intensidade
Formador: António
Gamboa
1
Transformador monofásico
Formador: António
Gamboa
2
Formador: António
Gamboa
4
Simbologia
• Transformadores:
o aparelhos eletromagnéticos
o sem partes móveis
o destinados a elevar ou baixar a tensão da
corrente alternada
Formador: António
Gamboa
3
Constituição
Constituição
• Circuito magnético (núcleo)
• Dois enrolamentos condutores:
o Primário (ligado à rede)
o Secundário (ligado ao recetor)
Juntas
Primário
Secundário
Núcleo
Ferromagnético
Formador: António
Gamboa
5
Braços
Formador: António
Gamboa
6
1
02/03/2015
Constituição
Constituição - Núcleo
• Função de conduzir as linhas de indução do
campo magnético criado pelas correntes nos dois
enrolamentos
• Cria uma boa ligação magnética entre os
enrolamentos
• Transformador
elevador
• Transformador
abaixador
• Perdas no ferro ou magnéticas por:
o Histerese
o Deve-se à magnetização e desmagnetização
dos núcleos
o Correntes de Foucault
o Correntes induzidas nas massas metálicas do
núcleo
• Máquina
reversível
Formador: António
Gamboa
7
Núcleo ferromagnético
Formador: António
Gamboa
10
De colunas
ou normais
Com a finalidade de reduzir as
correntes de Foucault, o núcleo
é constituído por chapas
magnéticas empilhadas e
isoladas entre si.
Formador: António
Gamboa
9
Tipos de núcleos

8
Tipos de núcleos

1. Alnico (Al + Ni + Co)
2. Aço silicioso
3. Ferro macio
4. Ferrite
Formador: António
Gamboa
Constituição - Enrolamentos
Blindado ou
couraçado
• Constituídos por cobre eletrolítico ou de alumínio
• Isolados com esmalte, algodão ou papel
impregnado
• Dão origem às perdas no cobre
o Perdas por efeito de Joule, devido à resistência
dos condutores
Formador: António
Gamboa
11
Formador: António
Gamboa
12
2
02/03/2015
Constituição - Enrolamentos
Princípio de funcionamento
• Transformador real tem perdas:
• Fenómeno da indução eletromagnética
• O condutor mantem-se em repouso e
movimentamos o campo magnético
• Movimento relativo entre o campo magnético e o
condutor, para que apareça nos extremos do
mesmo uma tensão induzida
o
o
o
o
por efeito de Joule
por histerese
por correntes de Foucault
rendimento inferior a 100%
• Transformador ideal:
o teoricamente não tem perdas
o rendimento de 100%
o facilita os cálculos, e os valores reais não se afastam muito dos
obtidos
Formador: António
Gamboa
Formador: António
Gamboa
13
Princípio de funcionamento
Princípio de funcionamento
• Uma tensão alternada é aplicada ao
enrolamento primário
• A corrente alternada ao circular pelo
enrolamento primário dará origem a um campo
magnético variável, no núcleo do transformador
• Como o enrolamento secundário está enrolado
em torno do núcleo, uma tensão induzida
aparecerá nos seus extremos, devido ao campo
magnético variável ao qual está submetido
• Corrente contínua
Formador: António
Gamboa
14
• Uma fonte de tensão contínua produz uma
corrente constante no enrolamento primário
• É criado um campo magnético constante no
núcleo
• Não havendo movimento relativo entre o
campo magnético e o condutor, não há tensão
induzida
Formador: António
Gamboa
15
Princípio de funcionamento
Princípio de funcionamento
A tensão e o número de espiras variam de forma
diretamente proporcional
Exemplo:
16
=
As tensões variam de forma inversamente
proporcional com as correntes
=
=
Formador: António
Gamboa
17
Formador: António
Gamboa
18
3
02/03/2015
Relação de transformação
Convenções
• Relação de transformação (rt)
• Utilização das seguintes convenções:
o Quociente entre a tensão mais elevada e a menor
o rt é sempre superior a 1
• - Índice 1 para as grandezas do primário
• - Índice 2 para as grandezas do secundário
• - Índice 0 para as grandezas do primário ou do
secundário quando o transformador está em
vazio
• - Índice n para as grandezas do primário ou do
secundário em condições nominais
• Num transformador elevador
o rt = U2 / U1 = N2 / N1 = I1 / I2
• Num transformador redutor
o rt = U1 / U2 = N1 / N2 = I2 / I1
• Exemplo: Sn = U1n I1n = U2n I2n
Formador: António
Gamboa
Ensaio do transformador em vazio
I10 – Corrente no primário em vazio
U1n – Tensão nominal no primário
P10 – Potência no primário em vazio
U20 – Tensão no secundário em vazio
20
Ensaio do transformador em c.c.
(i) o valor da resistência
equivalente às perdas no ferro;
(ii) a razão de transformação.
Formador: António
Gamboa
Formador: António
Gamboa
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A resistência interna do amperímetro é
muito baixa, logo podemos considerar
que o secundário do transformador
está em curto-circuito.
Formador: António
Gamboa
21
Ensaio do transformador em carga
a resistência das
perdas no cobre
22
Ensaio do transformador em carga
A carga Zc impõe o valor da intensidade de corrente I2
no secundário que vai impor a intensidade I1 do
primário, pela relação de transformação (rt):
I2 = U2 / Zc e I1 = I2 / rt
Transformador está em carga quando o
secundário debita corrente (I2) sobre uma
resistência de carga
Zc diminui, a intensidade I2 aumenta
Zc aumenta, a intensidade I2 diminui
Formador: António
Gamboa
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Formador: António
Gamboa
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4
02/03/2015
Transformador trifásico
Vantagens do transformador trifásico
Banco de transformadores monofásicos
Ocupa menos espaço
+
+
É mais leve que 3 transformadores monofásicos
É mais barato
Transformador trifásico
Tem um maior rendimento
Formador: António
Gamboa
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Vantagens do banco de
Formador: António
Gamboa
26
Formador: António
Gamboa
28
Ligação dos enrolamentos
transformadores monofásicos
Transporta-se mais facilmente
Constituído por unidades independentes
Exige uma reserva de potência mais económica
• Com um transformador avariado é necessário
uma unidade de reserva com a potência S/3
• Por avaria da unidade trifásica torna-se
necessária uma reserva com potência total S.
Formador: António
Gamboa
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Ligação triângulo-estrela
Ligação dos enrolamentos
As ligações por letras maiúsculas correspondem à tensão
mais elevada
As ligações por letras minúsculas para a tensão inferior
Estrela
Triângulo
Zig-zag
Tensão superior
Y
D
Z
Tensão inferior
y
d
z
Com neutro:
letra N para a tensão superior
letra n para a tensão inferior
Formador: António
Gamboa
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Formador: António
Gamboa
30
5
02/03/2015
Aplicações da ligação estrela
Aplicações da ligação triângulo
Neutro acessível, tem-se acesso a dois níveis de tensão
(230V e 400V)
Quando as correntes são elevadas, pois a corrente no
enrolamento (If) é √3 vezes inferior à corrente na linha (IL),
permitindo assim espiras com enrolamento de menor
secção e portanto de mais fácil construção
Tem a vantagem dos enrolamentos necessitarem
geralmente de um isolamento elétrico inferior ao dos
enrolamentos em triângulo
Na ligação em estrela:
Uc = √3 Uf
IL = If
Formador: António
Gamboa
Na ligação em triângulo:
Uc = Uf
IL = √3 If
Formador: António
Gamboa
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Aplicações da ligação em zig-zag
32
Grandezas nominais
É utilizada quando se preveem no circuito de carga
grandes desequilíbrios.
O valor nominal das tensões, tanto no primário como no
secundário, é a tensão composta. Na ligação em triângulo
a tensão composta é igual à tensão no enrolamento.
Esta ligação é utilizada no secundário de transformadores
de distribuição onde a repartição de cargas por cada fase
dificilmente é igual, provocando assim desequilíbrios.
O valor nominal das correntes é sempre o da corrente na
linha. Na ligação em estrela e em ziguezague a corrente na
linha é igual à corrente no enrolamento.
A potência nominal é dada por Sn = √3 U1n I1n = √3 U20 I2n ,
sendo U1n e U20 tensões compostas e I1n e I2n as intensidades
das correntes nas linhas.
Formador: António
Gamboa
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Formador: António
Gamboa
Arrefecimento dos transformadores
Arrefecimento dos transformadores
• Transformadores de baixa potência (até 10 KVA):
• Transformadores com potência acima dos 10MVA:
o Arrefecimento natural pelo ar
34
o Arrefecimento artificial por ventiladores que provocam
uma corrente forçada de ar
• Transformadores de média, elevada e muito
elevada potência (superior a 10 KVA):
• Transformadores com potências de dezenas ou
centenas de MVA:
o Arrefecimento numa cuba metálica cheia de óleo
mineral ou de um líquido sintético
Formador: António
Gamboa
o A circulação forçada do óleo é acelerada por meio de
bombas.
35
Formador: António
Gamboa
36
6
02/03/2015
Identificação dos sistemas
Arrefecimento dos transformadores
de arrefecimento
ONAN – Transformador em banho
de óleo com circulação natural
do óleo e do ar.
OFAF – Transformador em banho
de óleo com circulação forçada
e refrigerado por meio de
ventilação forçada do ar.
Transformador
Fossa para
recolha do
óleo
derramado
Formador: António
Gamboa
Formador: António
Gamboa
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Identificação dos sistemas
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Transformadores de medida
de arrefecimento
• Os aparelhos de medida são ligados ao
secundário de um transformador de medida no
qual se obtêm as grandezas a medir já reduzidas
a valores convenientes e sem perigo.
Transformadores de distribuição do tipo seco
para as situações em que o risco de incêndio é
elevado.
• Transformadores de medida:
Utilizam materiais incombustíveis para que os
riscos de explosão, incêndio e a sua propagação
sejam eliminados.
o Transformadores de tensão (T.T.)
o Transformadores de corrente (T.I.)
A refrigeração destes transformadores é feita por
circulação natural do ar (AN) ou por circulação
forçada do ar (AF).
Formador: António
Gamboa
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Transformadores de medida
Transformadores de medida
• Transformadores de tensão (T.T.)
• Transformadores de corrente (T.I.)
Formador: António
Gamboa
41
Formador: António
Gamboa
40
Formador: António
Gamboa
42
7
02/03/2015
Autotransformador
Autotransformador
• Um transformador com um único enrolamento
de N1 espiras
• Com uma parte, N2 espiras, a servir de
enrolamento secundário
• Mais económico
• tem apenas um enrolamento
• exige menos condutor
• volume total inferior, para a mesma potência
• Vantagens
• Melhor rendimento
• perdas por efeito de Joule são inferiores
• rendimento superior
• Menor queda de tensão
• quedas de tensão inferiores, resistiva e indutiva
• tensão mais constante com as flutuações da carga
Formador: António
Gamboa
Formador: António
Gamboa
43
Autotransformador
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Autotransformador
• Principal desvantagem
• Utilização
• primário e secundário não estão isolados eletricamente
• com tensões baixas
• pode originar problemas de isolamento dos
enrolamentos à massa
• com níveis de tensão no primário e no secundário
muito próximos.
• há um ponto comum. Caso se quebre este ponto,
temos no secundário a tensão do primário
Formador: António
Gamboa
Formador: António
Gamboa
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Autotransformador trifásico
Autotransformador trifásico
• Utilização
• Utilização
• no arranque de
motores assíncronos
de elevada potência
• no arranque das lâmpadas de vapor de sódio de baixa
pressão.
Formador: António
Gamboa
47
Formador: António
Gamboa
46
48
8
02/03/2015
Tipos de transformadores

Trifásicos
Transformador

Monofásicos
Formador: António
Gamboa
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9