trabalho elec. potencia

ESCOLA SUPERIOR DE CINCIAS NUTICAS

Departamento de Rdio

Curso: Engenharia Electrnica e Telecomunicaes

Cadeira: Electrnica de Potncia I

Turma: 4R/12 Diurno

Tema: Transformadores

Discentes: Docente:

Paulo Pedro Ubisse Eng. Hlio Gove

Vnia Helena A. Brito

Maputo, Maro de 2015

ESCN Electrnica de Potncia Transformadores

Paulo P. Ubisse Vnia H. Brito 1

ndice Pginas

1 Introduo ............................................................................................................................... 2

2 Objectivos ............................................................................................................................... 2

2.1 Objectivos gerais .............................................................................................................. 2

2.2 Objectivos especficos ...................................................................................................... 2

3 Transformadores ..................................................................................................................... 3

3.1 Constituio do transformador ......................................................................................... 3

3.2 Principio de funcionamento ............................................................................................. 4

3.3 Tipos de transformadores ................................................................................................. 4

3.4 Transformador ideal ......................................................................................................... 6

3.4.1 Caractersticas do transformadores ideal .................................................................. 6

3.5 Transformador real ........................................................................................................... 6

3.5.1 Caractersticas dos transformadores real .................................................................. 7

3.6 Relao de transformao ................................................................................................ 7

3.7 Perdas no transformador................................................................................................... 8

3.8 Ensaio de curto circuito e de circuito aberto .................................................................... 8

3.8.1 Ensaio em curto-circuito ........................................................................................... 9

3.8.2 Ensaio em aberto ..................................................................................................... 10

3.9 Rendimento .................................................................................................................... 12

4 Simbologia ............................................................................................................................ 12

5 Concluso .............................................................................................................................. 13

6 Anexos .................................................................................................................................. 14

7 Bibliografia ........................................................................................................................... 15



1 Introduo

Com a descoberta do electromagnetismo, das leis da induo electromagntica, leis de Lenz e

Farady, impulsionou o desenvolvimento de tcnicas e ou equipamentos que pudessem ser

utilizados na transformao de valores de tenso e corrente, alm de serem usados na

modificao de impedncias em circuitos eltricos, isto transformadores.

O presente trabalho diz respeito a cadeira de electrnica de potncia e surge necessariamente

como material de consolidao de apreendizagem dos dispositivos de potncia.

A energia eltrica produzida nas usinas hidroelctricas levada, mediante condutores de

electricidade, aos lugares mais adequados para o seu aproveitamento, no qual iluminar cidades,

movimentar mquinas e motores, e proporcionar muitas comodidades. Para o efeito, o

transporte da energia at os pontos de utilizao, no bastam fios e postes, mas sim toda a rede

de distribuio depende dos transformadores, que elevam a tenso, ora a rebaixam.

Nesse sobe e desce, eles resolvem no s um problema econmico, reduzindo os custos da

transmisso distncia de energia, como melhoram a eficincia do processo.

2 Objectivos

2.1 Objectivos gerais

Falar dos transformadores com vista a adquirir conhecimentos sobre os conceitos bsicos

e fundamentais sobre os transformadores na rea da elctronica.

2.2 Objectivos especficos

Apresentar o conceito de transformador;

Dar a conhecer a constituio dos transformadores;

Descrever o princpio de funcionamento dos transformadores;

Falar do conceito de transformador ideal e real e das suas caractersticas;

Abordar sobre os diferentes tipos de ensaio dos transformadores e apresentar os

parmetros e ou dados resultantes da analise dos esquemas e ou circuitos.



3 Transformadores

Transformador o aparelho electromagnctico estctico (isto , sem peas moveis) por meio do

qual a corrente alternada de uma tenso transformada em corrente alternada da mesma

frequncia , mas de outra tenso.

3.1 Constituio do transformador

O transformador, consciste de um ncleo magnctico fechado em torno do qual existem pelo

menos, dois enrolamentos.

Ncleo: feitos de material ferromagnctico de chapas de ao-silicio laminado,

empilhadas e prensadas, (no geral usam-se chapas de ao-silcio, por diminurem a perda

por Corrente de Foucault ou correntes parasitas). Apresentam permeabilidades

magncticas elevadas e so responsaveis por transferir a corrente induzida no

enrolamento primrio para o secundrio.

Enrolamentos: feitos de material condutor, normalmente cobre electroltico so

envernizados com uma camada de verniz sintctico e isolados do ncleo.

Um transformador pode ser de dois enrolamentos, onde comum denomin-los como

enrolamento primrio e enrolamento secundrio, de trs enrolamentos sendo que o terceiro

chamado de tercirio.

H tambm transformadores que possuem apenas um enrolamento, no qual o enrolamento

primrio possui um conexo com o enrolamento secundrio, de modo que no h isolao entre

eles, esses so chamados de autotransformadores.



3.2 Principio de funcionamento

O principio de funcionamento de um transformador baseado nas leis de Faraday e Lenz, as leis

do eletromagnectismo e da induo eletromagnctica, respectivamente.

A lei de Lenz, afirma que corrente eltrica produz campo magnctico (electromagnetismo), e a

lei da induo de Faraday, implica que um campo magnctico varivel no interior de

uma bobina ou enrolamento de fio induz uma tenso elctrica nas extremidades desse

enrolamento (induo eletromagntica).

Fig.1. Esquema de um transformador.

Quando o enrolamento primrio for ligado a um gerador de tenso alternada, ser produzido um

fluxo magnctico varivel , cuja amplitude depender da tenso e nmero de espiras do primrio.

O fluxo mtuo concatenar-se- com o outro enrolamento, o secundrio, e induzir uma tenso

cujo valor depender do nmero de espiras do secundrio.

Deste modo pode-se dizer que o principio de funcionamento dos transformadores baseiam-se na

criao de uma corrente induzida no secundrio, a partir da variao de fluxo gerada pelo

primrio.

3.3 Tipos de transformadores

Existem outras utilizaes para os transformadores, que sero mencionadas adiante, tais como

isolamento elctrico e medio de correntes.



i. Potncia

O objectivo transformar potncia V1,I1 num lado, em potncia V2,I2 no outro lado,

mantendo - se a frequncia.

ii. Corrente

O objectivo que uma corrente induza, no enrolamento do transformador, uma f.e.m. Essa f.e.m

proporcional corrente que a criou, donde, medindo a f.e.m, saber- se- a corrente.

iii. Isolamento

um caso particular do transformador de potncia, no qual a tenso no secundrio igual

tenso no primrio. O objectivo obter um isolamento elctrico entre o circuito ligado ao

primrio e o circuito ligado ao secundrio.

iv. Autotransformador

um caso particular de transformador de potncia, com um nico enrolamento, dividido em dois.

A tenso de sada obtida custa da diviso de tenso do enrolamento, como se pode ver na

figura. Este tipo de transformador mais barato (um nico enrolamento), no entanto no isola o

circuito elctrico primrio do circuito elctrico secundrio.

Fig.1.1.Autotransformador.

A relao entre as tenses dada por:



3.4 Transformador ideal

Um transformador dito ideal quando o acoplamento entre suas bobinas perfeito, ou

seja, todas concatenam o mesmo fluxo magnctico (no possui perdas de qualquer

natureza, seja nos enrolamentos, no ncleo).

Fig.2. Transformador ideal.

3.4.1 Caractersticas do transformadores ideal

No h disperso de fluxo;

A permeabilidade magntica do ncleo ferromagntico alta ou, no caso ideal, infinita;

As resistncia hmicas dos enrolamentos no so consideradas (ou seja so nulas);

As perdas no ferro (ncleo) so ignoradas.

3.5 Transformador real

Um transformador dito ideal quando o fluxo magnctico no completamente concatenado.

Fig.3. Transformador real.



3.5.1 Caractersticas dos transformadores real

H disperso de fluxo magnctico;

Existem perdas tanto no fio do enrolamento (pela resistncia natural do cobre), quanto no

ncleo magntico;

A potncia obtida no secundrio menor que a potncia aplicada.

3.6 Relao de transformao

A tenso de entrada e de sada so proporcionais ao nmero de espiras em cada bobina. Sendo:

Por esta proporcionalidade conclu-se que um transformador reduz a tenso se o nmero de

espiras do secundrio for menor que o nmero de espiras do primrio e vice-versa.

Se considerarmos que toda a energia conservada, a potncia no primrio dever ser

exactamente igual potncia no secundrio, assim:

Onde:

N1= nmero de espiras no enrolamento primrio.

N2= nmero de espiras no enrolamento secundrio.

V1= tenso no primrio.

V2= tenso no secundrio.

I1= corrente no primrio.

I2= corrente no secundrio.



3.7 Perdas no transformador

Ao se considerar transformadores reais, devem ser inseridas nos clculos as perdas decorrentes

de sua operao. As perdas so traduzidas em escoamento de potncia, que fazem com que a

potncia de sada do transformador seja diferente da potncia de entrada.

De um modo geral, existem quatro tipos de perdas importantes nos transformadores de potncia:

Perda no cobre : decorrente do efeito de joule que ocorre nos condutores dos

enrolamentos do transformador ao serem percorridos pela corrente elctrica. A perda

pode ser reduzida usando condutores compostos nos enrolamentos;

Corrente de Foucault :so tambm conhecidas como correntes parasitas. Estas correntes

circulam no interior do ncleo do transformador quando este submetido a um fluxo

variante no tempo, provocando perdas por efeito de joule. A perda pode ser reduzida

laminando-se o ncleo do transformador;

Perda por histerese: est associada reorganizao dos momentos magncticos

atmicos do material ferromagnctico que compe o ncleo do transformador. Cada vez

que o ciclo de histerese percorrido, uma parcela de energia gasta para que estes

momentos magncticos sejam realinhados. Para reduzir este tipo de perda, recomenda-se

utilizar materiais com caractersticas ferromagncticas apropriadas, de elevada

permencia magnctica;

Fluxo de disperso: os fluxos magncticos que concatenam com apenas um

enrolamento e cujas trajectrias so definidas majoritariamente atravs do ar so

denominados fluxo de disperso. Estes fluxos traduzem-se em uma indutncia prpria

para ambas as bobinas, e seus efeitos so representados pela adio de uma reactncia

indutiva de disperso em srie com cada um dos elementos.

3.8 Ensaio de curto circuito e de circuito aberto

O ensaio do transformador pode ser feito em aberto (vazio) ou em curto-circuito, estes ensaios

permitem a determinao das resistncias e reactncias do circuito equivalente do transformador

com uma aproximao bastante satisfatria.



3.8.1 Ensaio em curto-circuito

Este ensaio realizado para a determinao dos elementos srie do modelo do transformador.

Consiste em manter os terminais do secundrio em curto-circuito e, em seguida, aplicar no

primrio uma tenso que provoque a circulao de corrente nominal no secundrio. Deve-se

atentar para a tenso aplicada, j que uma tenso elevada demais provocar uma elevada corrente

no enrolamento em curto, queimando o transformador.

Fig.4.Circuito equivalente para o ensaio a curto-circuito.

Para a realizao deste ensaio, so necessrios um voltmetro (V), um ampermetro (A) e um

wattmetro (W), montados conforme ilustrado na figura 4.1.

Fig.4.1. Montagem dos instrumentos para o ensaio em curto-circuito.

Ajusta-se a fonte de tenso at obter-se corrente nominal no enrolamento secundrio e , em

seguida, toma-se nota da correspondente tenso aplicada Vsc. Neste situao, anota-se tambm, a

leitura da potncia Psc, feita no wattmetro (W).



Feitas as leituras tem-se que:

De outra maneira, pode-se determinar o factor de potncia (FP)

Sendo:

.

Para determinar a resistncia e a reactncia de cada um dos enrolamentos, pode-se assumir que:

R1 = R2 = 0.5 Req,

X1 = X2 = 0.5 Xeq.

3.8.2 Ensaio em aberto

O ensaio de circuito aberto realizado aplicando-se tenso nominal ao enrolamento primrio

enquanto abertos os terminais secundrios.

Fig.5.Circuito equivalente para o ensaio em aberto.



Da mesma forma que o ensaio de curto-circuito, para a realizao do ensaio de circuito aberto,

so necessrios um voltmetro (V), um ampermetro (A) e um wattmetro (W), que so montados

no circuito conforme ilustrado na fig. 5.1.

Fig.5.1. Montagens dos instrumentos para o ensaio em aberto.

Ajusta-se a fonte de tenso para a tenso nominal do enrolamento a ser testado. Se o

transformador for operar em uma tenso diferente da nominal, ento essa ser a tenso Voc a ser

utilizada durante o teste.

Durante o teste os instrumentos permitem aferir a tenso Voc aplicada, a corrente Ioc drenada e a

potncia Poc fornecida ao transformador. Com esses dados, calcula-se:

Sendo Gm e Bm, condutncia e susceptncia repectivamente, so dados por:



Admitncia equivalente Yeq, pode ser obtida somando directamente as admitncias Gm e Bm :

O factor de potncia e o respectivo angulo dado por:

3.9 Rendimento

O rendimento do transformador a razo entre a potncia activa entregue `a carga e a potncia

activa total entregue ao transformador pela fonte. Assim pode-se calcular o rendimento:

Onde perdas [kW], deve contemplar as perdas do transformador em vazio e sob carga.

4 Simbologia

Tabela de alguns smbolos comumente usados em diagramas elctricos electrnicos.



5 Concluso

Findo o trabalho possvel concluir que os transformadores so equipamentos essenciais para

qualquer sistema elctrico onde seja necessrio a interligao de subsistemas com diferentes

nveis de tenso. Por sua importncia , necessrio que a aplicao destes equipamentos sejam

feitas de forma correcta, minimizando ou eliminando, assim perdas financeiras e riscos s

instalaes e vida humana.



6 Anexos



7 Bibliografia

http://www.sigmatransformadores.com.br/o-transformador/

http://www.infoescola.com/eletricidade/transformadores/

https://www.youtube.com/watch?v=GObV4MMO0io

http://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Geracao-Transmissao-e-Distribuicao-de-

Energia/Transformadores

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/InducaoMagnetica/transformad

ores.php

https://www.google.co.mz/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=10&cad=rja&u

act=8&sqi=2&ved=0CEoQFjAJ&url=http%3A%2F%2Fwww.sofisica.com.br%2Fconteu

dos%2FEletromagnetismo%2FInducaoMagnetica%2Ftransformadores.php&ei=lG8AVY

ujNdHPaMHBgKAN&usg=AFQjCNGHMV_ijCM7b1kfNB7LLPHGQgSusA&sig2=bY

_VUu6WasEdqVck5jNsyQ&bvm=bv.87611401,d.d2s

http://minerva.ufpel.edu.br/~egcneves/biblioteca/caderno_elet/cap_08.pdf

https://www.youtube.com/watch?v=PKcFkkdddhk

https://www.youtube.com/watch?v=gIx1nd_yL-E

trabalho elec. potencia

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