Os Transformadores

1 TRANSFORMADORES

O transformador é um dispositivo eletromagnético estático, destinado a transformar uma corrente alternada primária em outra corrente secundária, com a mesma frequência. Equipamento utilizado em muitas aplicações de processamento de informação e de energia, entre estas se destacam a elevação e a redução da tensão ou do número de fases em redes de transporte e distribuição de energia elétrica, a redução da tensão e da corrente em instrumentos de medida, a adaptação de impedâncias e a sintonia de filtros RLC em aplicações áudio, de rádio frequência e de frequência intermédia, o armazenamento de energia em conversores DC-DC, o isolamento galvânico etc. [1]

Essencialmente, um transformador é constituído por dois ou mais enrolamentos (bobinas) concatenados por um campo magnético, sendo que a ação deste campo magnético será mais eficiente com um núcleo de ferro ou qualquer outro material ferromagnético porque assim, a maior parte do fluxo estará confinada em um caminho bem definido. [2]

O transformador pode ser entendido como a máquina elementar baseada na lei de Faraday na qual se dispõe de duas bobinas que são interligadas magneticamente por um núcleo comum. [2]

1.1 TIPOS DE TRANSFORMADOR

1.1.1 Transformador de Potência

Os transformadores de potência têm como principal objetivo elevar ou reduzir as tensões de transporte, distribuição e de consumo em redes de energia elétrica. [1]

As vantagens da utilização de transformadores elevadores ou redutores de tensão nas redes de transporte e distribuição de energia elétrica são basicamente duas: redução das perdas por efeito de Joule, e redução da secção, do peso e do custo das linhas de transporte. [1]

1.1.2 Transformador de medida

  Os transformadores de medida destinam-se a efetuar a redução das grandezas tensão ou corrente elétrica em redes de transporte e distribuição de energia elétrica, designadamente para efeitos da sua medição ou detecção segura em aparelhos de reduzidas dimensões e relativa precisão. Exemplos da utilização deste tipo de transformadores são os aparelhos de medida da tensão, corrente e potência elétrica em redes de energia, os fasímetros, os frequencímetros e os relés de proteção, os contadores de energia elétrica etc. [1]

1.1.3 Transformadores de múltiplos enrolamentos

Os transformadores de múltiplos enrolamentos podem ser construídos com múltiplos enrolamentos primários ou secundários e normalmente são utilizados para interligar circuitos de diferentes tensões. São mais eficientes e baratos do que um número de transformadores de dois enrolamentos. [1,4]

Porém esses transformadores de enrolamento múltiplos são mais complexos, que nos casos de dois enrolamentos, devido terem de levar em conta as impedâncias de dispersão associadas a cada par de enrolamentos. [4]

1.1.4 Autotransformador

O autotransformador é um transformador com um único enrolamento. Parte do qual está associado aos circuitos de alta e baixa tensão, sendo um dispositivo bastante útil em algumas aplicações devido ao seu baixo custo e simplicidade. Possui a vantagem de fornecer mais potência nominal pelo mesmo custo que um transformador comum, sendo assim mais eficiente, pois as perdas são iguais as de um transformador comum. [4]

Por outro lado, este transformador tem como característica a existência de uma conexão elétrica entre os lados de alta e baixa tensão. Portanto somente pode ser utilizado quando não é necessário o isolamento elétrico entre os dois enrolamentos. [1,4]

1.2 CÁLCULO E DIMENSIONAMENTO DE PEQUENOS TRANSFORMADORES

a - Condutores, isolamento e disposição das bobinas

Os condutores utilizados nos pequenos transformadores são de fio redondo de cobre esmaltado. O carretel sobre o qual são enroladas as bobinas precisa ser feita com várias camadas de cartolina isolante, fibra ou teflon. Ao executar o enrolamento das bobinas é recomendado enrolar primeiro a bobina de maior tensão, pois esta sendo de fio mais fino, se molda mais as curvas apertadas nos vértices do carretel. [5]

 

b - Lâminas padronizadas

O núcleo dos pequenos transformadores normalmente são feitos com lâminas padronizadas, chamadas de “E” e “I”, em virtude do seu formato e todas as dimensões das lâminas são em função da largura do tronco central montadas em posições alternadas, o que dá ao núcleo mais resistência mecânica e menor relutância magnética. [5]

c - Dados para os cálculos

Normalmente os valores necessários para os cálculos de um transformador monofásico são: [5]

P2 = Potência no secundário;

V1 = tensão primária;

V2 = tensão secundaria;

f = frequência.

d - Cálculo da potência primária

Para calcular a potência primária é preciso acrescentar à potência secundária 10% do seu valor, a fim de compensar as perdas. [5]

[pic 1]

e - Cálculo das correntes primária e secundária

[pic 2]

f - Cálculo da seção dos condutores

A seção dos condutores é calculada com base na densidade de corrente. Em geral, com o aumento do transformador, aumentam as dificuldades de irradiação de calor; por esta razão, é preciso diminuir a densidade da corrente nos condutores ao aumentar a potencia do transformador. [5]