Eng. Everton Moraes. Transformadores

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1 Eng. Everton Moraes Eng. Everton Moraes Transformadores

2 1 Transformadores Sumário INTRODUÇÃO Máquinas Elétricas Magnetismo Eletromagnetismo Solenóide Transformadores Monofásicos Princípio de funcionamento Lei de Lenz Perdas nos transformadores Perdas por Histerese Perdas por Foucault Perdas no cobre Características elétricas do Transformador Relação de transformação... 9 Como descobrir a potência do transformador? Auto Transformador p. 1 Método LIDE

3 2 Transformadores Lista de Figuras Figura 1 - Magnetismo 3 Figura 2 - Material Magnético e não magnético 4 Figura 3 - Linhas de Força 4 Figura 4 - Estrutura do Imã 4 Figura 5 - Regra da mão Direita 5 Figura 6 - Solenóide 6 Figura 7 - Simbologias 7 Figura 8 - Lei de Lenz 8 Figura 9 - Relação de Transformação 9 Figura 10 - Núcleo transformador Monofásico 10 Figura 11 - Simbologia autotransformador 11 Figura 12 - Autotransformador 11 p. 2 Método LIDE

4 3 Transformadores INTRODUÇÃO Este material complementa a sequência de vídeo aulas do Curso Método LIDE sobre os transformadores e é o primeiro conceito abordado para que você possa entender os próximos capítulos deste curso. Entenda que a matéria comandos elétricos só poderá ser entendido se conhecermos a base fundamental das máquinas elétricas que abordaremos a partir deste material com os transformadores. 1. Máquinas Elétricas Antes mesmo de entendermos a importância das máquinas elétrica e seus principais conceitos a respeito de seu funcionamento e aplicação temos que deixar claro dois conceitos teóricos que serão de extrema importância para o entendimento das máquinas elétricas. Estamos falando do Magnetismo e do Eletromagnetismo Magnetismo Alguns materiais encontrados na natureza possui a capacidade de atrair materiais ferrosos, este fenômeno é conhecido como Magnetismo. Figura 1 - Magnetismo Isto é possível em função de terem em sua estrutura o alinhamento de suas moléculas (que possuem capacidades magnéticas) p. 3 Método LIDE

5 4 Transformadores Figura 2 - Material Magnético e não magnético O Alinhamento das moléculas faz com que seja multiplicada as forças, aumentando a capacidade de atração dos materiais ferrosos, esta força recebe o nome de campo magnético e é representada através de linhas de forças que possuem convencionalmente como sentido de orientação (fluxo magnético) o direcionamento do Norte para o Sul. Figura 3 - Linhas de Força Obs.: Os polos Norte e Sul gerados em função do alinhamento das moléculas nunca poderá ser separado um do outro, caso um material magnético (Imã) seja cortado (dividido/quebrado) será gerado em cada uma das partes um novo polo Norte e um outro Sul. Figura 4 - Estrutura do Imã p. 4 Método LIDE

6 5 Transformadores 1.2. Eletromagnetismo Caracteriza-se como eletromagnetismo a capacidade de geração de um fluxo magnético (Magnetismo) através da corrente elétrica. Um condutor elétrico sujeito a uma corrente elétrica possui como força resultante a formação de um campo magnético que envolverá este condutor em sua circunferência. O sentido das linhas de força segue a regra da mão direita como visto abaixo: Figura 5 - Regra da mão Direita Este campo magnético resultante é em função da corrente elétrica, logo, se tivermos corrente contínua o campo magnético será fixo, caso a corrente elétrica seja alternada o campo magnético será pulsante (variável). O eletromagnetismo pode ser compreendido melhor quando observamos o funcionamento de indutores, assim uma solenóide pode ser a melhor maneira de representar este fenômeno Solenóide Possui características Básicas de um indutor e apesar de ter um nome usual em dispositivos de pneumática e hidráulica, solenoide p. 5 Método LIDE

7 6 Transformadores é a composição de um indutor + núcleo ferroso capaz de multiplicar as linhas de forças do campo magnético gerado a partir do eletromagnetismo. Figura 6 - Solenóide 2. Transformadores Monofásicos Podemos definir um transformador como: Máquina Elétrica responsável por realizar a transformação de energia elétrica. Existem basicamente três tipos de transformadores: Transformador Elevador Transformador Rebaixador Transformador Isolador Algumas simbologias: p. 6 Método LIDE

8 7 Transformadores Figura 7 - Simbologias 2.1. Princípio de funcionamento O transformado baseia-se no princípio de Indução Magnética para realizar a transformação da energia elétrica Lei de Lenz Um indutor elétrico exposto a um campo magnético variante possuirá como resultante a geração de uma tensão elétrica Induzida. p. 7 Método LIDE

9 8 Transformadores Este fenômeno é o que garante (limita) o funcionamento do transformador, somente em tensão alternada. Figura 8 - Lei de Lenz 2.3. Perdas nos transformadores O transformador possui em função das características magnéticas e resistivas perdas que podem ser Classificadas como normal em uma faixa de 5 a 20% de sua potência e aplicação. Existem 3 tipos de perdas que implicam no funcionamento do transformador e é de extrema importância que você conheça: Perda por Histerese Perda por Foucault Perda no cobre Perdas por Histerese Perda de Potência devido ao magnetismo Remanescente no núcleo do transformador, isso acontece quando se desliga e religa o transformador p. 8 Método LIDE

10 9 Transformadores Perdas por Foucault Perdas devido a deformação na composição do material construtivo do núcleo do transformador, quanto melhor o material do seu núcleo menor será esta perda, esta é responsável principalmente pelo aquecimento gerado no transformador Perdas no cobre Por existir uma corrente elétrica circulando nas bobinas e estas serem de material condutor (ex.: cobre) uma corrente elétrica surge em oposição a corrente original, trata-se da reatância indutiva que é uma das principais responsáveis pelo aquecimento das bobinas desta máquina elétrica. 3. Características elétricas do Transformador Quando existe a necessidade de dimensionar um transformador, as principais características a serem consideradas e mais importantes são: 1. Tensão elétrica do enrolamento primário 2. Tensão elétrica do enrolamento secundário 3. Potência elétrica do enrolamento secundário 3.1. Relação de transformação Relação de transformação é o fator que defini o tipo de transformação, então conhecendo a estrutura de um transformador teremos: Figura 9 - Relação de Transformação Onde: i1 Corrente do enrolamento Primário i2 Corrente do enrolamento secundário v1 tensão do enrolamento primário v2 Tensão do enrolamento secundário N1 quantidade de espiras do enrolamento primário p. 9 Método LIDE

11 10 Transformadores N2 quantidade de espiras do enrolamento secundário Sendo assim podemos definir a relação de transformação a partir das seguintes fórmulas: r = N2 N1 ou; r = V2 V1 ou; r = i1 i2 Como descobrir a potência do transformador? Ser por acaso você for surpreendido com a necessidade de saber a potência elétrica de um transformador mas não existe nele nenhuma placa de identificação? O que fazer? Pode-se descobrir a potência elétrica de um transformador a partir das dimensões de seu núcleo. Observe: Figura 10 - Núcleo transformador Monofásico Calculando a área do núcleo: Descobrindo a Potência A = 5 4 A = 20cm P = A 2 p. 10 Método LIDE

12 11 Transformadores P = 20 2 = 400VA 4. Auto Transformador Trata-se de um transformador que possui um único enrolamento e normalmente é utilizado para realizar a partida de motores elétricos trifásicos. Simbologia. Figura 11 - Simbologia autotransformador Como este tipo de transformado possui somente um enrolamento, existirão derivações na estrutura de sua bobina para disponibilizar tensões secundárias, estas derivações são conhecidas como TAP, comumente encontraremos auto transformadores com TAP de 65% e 80% da tensão do primário (Para partidas de motores). Figura 12 - Autotransformador p. 11 Método LIDE