Conversão De Energia

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA

CT VESPASIANO/ UNIDADE CONVENIADA

Notas de Aula de Máquinas Elétricas Curso: Técnico em Mecatrônica

Profª. Joana D. Silva Corrêa

TRANSFORMADORES

Princípio de Funcionamento do Transformador

O transformador é uma máquina elétrica usada em corrente alternada para adequar uma determinada tensão que se deseja obter tendo-se uma diferente fornecida, podendo elevar ou rebaixar esta tensão fornecida.

Sua aplicação é diversa, como, por exemplo, na saída de uma usina geradora de energia, na qual o transformador de potencial eleva a tensão para com isso, diminuir a corrente e diminuir as perdas por efeito Joule no fio que estará transportando eletricidade. Esta elevação de tensão proporcionará uma diminuição de custos da transmissão e uma melhor eficiência do processo. Ao chegar às cidades, têm-se transformadores abaixadores que reduzem a tensão ao valor desejado para o consumo. Encontram-se transformadores de potencial, também, em muitos equipamentos eletrônicos, nos quais eles abaixam a tensão para adequá-la a um valor conveniente que alimente o circuito.

O princípio básico de funcionamento do transformador é o fenômeno conhecido como indução eletromagnética: quando um circuito é submetido a um campo magnético variável, aparece nele uma corrente cuja intensidade é proporcional às variações do fluxo magnético. Os transformadores consistem de dois enrolamentos de fio, o primário e o secundário, que geralmente envolvem os braços de um quadro metálico, o núcleo. Uma corrente alternada aplicada ao primário produz um campo magnético proporcional à intensidade dessa corrente e ao número de espiras do enrolamento, número de voltas do fio em torno do braço metálico. Através do metal, o fluxo magnético quase não encontra resistência e, assim, concentra-se no núcleo, em grande parte, e chega ao enrolamento secundário com um mínimo de perdas. Ocorre, então, a indução eletromagnética: no secundário surge uma corrente elétrica, que varia de acordo com a corrente do primário e com a razão entre os números de espiras dos dois enrolamentos.

Um transformador opera segundo o princípio da indução magnética mútua entre duas(ou mais) bobinas ou circuitos indutivamente acoplados. Os circuitos não são ligados fisicamente, não havendo conexão condutiva entre eles. Nos transformadores, existem dois circuitos:

1) Enrolamento Primário-> recebe a energia elétrica da fonte;

2) Enrolamento secundário-> entrega a energia à um circuito de carga.

Um transformador possui as seguintes grandezas:

 Vp-> tensão aplicada ao primário, V;

 Rp-> resistência do enrolamento primário, ;

 Xp-> reatância do enrolamento primário, ;

 Zp-> impedância do enrolamento primário, ;

 Ep-> tensão induzida no enrolamento 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;

 Rs-> resistência do enrolamento do secundário, ;

 Xs-> reatância do enrolamento secundário, ;

 Zs-> Impedância do enrolamento secundário, ;

 Es-> tensão induzida no enrolamento secundário, V;

 Ns-> número de espiras do enrolamento secundário;

 Is-> Corrente induzida “entregue” à carga ligada ao secundário, A.

A relação entre as tensões no primário e no secundário, bem como entre as correntes nesses enrolamentos, pode ser facilmente obtida: se o primário tem Np espiras e o secundário Ns, a tensão do primário Vp está relacionada à tensão no secundário Vs por , e as correntes por .Essas duas relações são representadas por α – Relação de transformação.

O transformador abaixador de tensão é aquele onde a tensão de entrada, Vp, é maior que a tensão de saída, Vs, o número de espiras do primário, Np, é maior que o número de espiras do secundário, Ns, e a corrente do primário, Ip, é menor que a do secundário, Is. Já o transformador elevador de tensão é aquele onde a tensão de entrada, Vp, é menor que a tensão de saída, Vs, o número de espiras do primário, Np, é menor que o número de espiras do secundário, Ns, e a corrente do primário, Ip, é maior que a do secundário, Is.

Exemplo: Um transformador de 4,6kVA, 2300/115V,60Hz foi projetado para ter uma fem induzida de 2,5 volts/espira. Imaginando-o um transformador ideal, calcule:

a) o numero de espira no enrolamento de alta tensão

b) o numero de espira no enrolamento de baixa tensão

c) A corrente nominal para o enrolamento de alta tensão

d) A corrente nominal para o enrolamento de baixa tensão

e) A relação de transformação funcionando como elevador

f) A relação de transformação funcionando como abaixador

Razão de impedância

Dos conceitos de circuitos elétricos, vimos que a impedância Z de um elemento ou carga é definida pela razão do fasor tensão V pelo fasor corrente I. Ou seja:

onde ZL é a impedância da carga (índice L, do inglês "load"). Neste caso, VL é a tensão V2 e IL é a corrente I2 , pois estão do lado