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7/26/2019 Aula Trafo
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Carlos Roberto P. Oliboni
www.ifc-videira.edu.br [email protected]
Elementos de Projeto para
Transformadores Monofsicos
Transformadores
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Introduo
Em geral no Brasil, as usinas geradoras de energia estoafastadas dos grandes centros consumidores, pois devemutilizar a energia hidrulica dos grandes rios e lagos.
Por exigncias tcnicas e econmicas, existe anecessidade de transformao dos nveis de tenso daenergia eltrica;
Essa transformao da energia alternada possvelusando uma mquina esttica, construo simples e de altorendimento, que o transformador;
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Princpio de Construo de um
Transformador Monofsico Um transformador consiste em dois ou mais enrolamentos
acoplados por meio de um fluxo magntico comum;
Se um desses enrolamentos, o primrio, for conectado a umafonte de tenso alternada, ento produzir um fluxo alternadocuja amplitude depender da tenso do primrio, da frequncia e
do nmero de espiras; O fluxo comum estabelece um enlace com o outro enrolamento,
o secundrio, induzindo neste uma tenso cujo valor depende donmero de espiras do secundrio, assim como da magnitude dofluxo comum e da frequncia.
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Consideraes e Dados para o Projeto dos
Transformadores de Pequena Potncia
Monofsicos
Condutores e Isolamento Os condutores empregados nos transformadores so decobre, isolados com esmalte;
O esmalte tem resistncia ao calor e elasticidade, pois deveresistir a temperaturas de aproximadamente 80C e deve
manter seu poder isolante mesmo quando o condutor dobrado com raios de curvatura pequenos;
Para pequenos transformadores, usam-se fios redondos at10 AWG. Acima dessa bitola, se prefere o uso decondutores retangulares ou quadrados. Em certos casos,
para tornar mais fcil o enrolamento, substituem-se oscondutores de elevada seo por dois condutoresagrupados em paralelo.
O carretel sobre o qual so enroladas as bobinas constitudo de papelo ou de plstico.
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Bobinas do Transformador
O enrolamento das bobinas sobre o carretel se processaatravs de camadas, sendo que em alguns casos sejanecessria a utilizao de uma folha de papel isolante entreuma camada e outra;
A separao entre a bobina do primrio e a do secundrio feita com uma camada de cartolina grossa ou vriascamadas de cartolina fina, com espessura proporcional tenso do enrolamento A.T.
aconselhvel enrolar primeiro a bobina AT do
transformador, uma vez q a seo do condutor menor ese molda melhor cantos do carretel.
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Dados Para o Projeto
Em geral, os dados necessrios para o clculo detransformadores so:
P2= Potncia de sada ou potncia secundria, medidaem VA;
V2= Tenso de sada ou tenso secundria, medida emvolts;
V1= Tenso de entrada ou tenso primria, medida emvolts.
Clculo das correntes primrias e secundrias A corrente secundria obtida diretamente pela relao:
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2
V
PI
IVP
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Para calcular a corrente primria, necessrio avaliar apotncia primria. Para isso, acrescentado 10% dapotncia secundria, afim de levar em considerao asperdas no transformador. Ento:
Agora, pode-se calcular a corrente do primrio dotransformador, sendo:
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Dados Para o Projeto
)(1,1 21 WPP
)(1
11 AV
PI
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Clculo da Seo dos Condutores
Para se calcular a seo dos condutores preciso fixar adensidade de corrente. Em geral, com o aumentar do volume dotransformador, aumentam as dificuldades de irradiao do calor.Dessa forma, preciso diminuir a densidade de corrente doscondutores ao aumentar a potncia do transformador.
Uma vez determinada a densidade de corrente, a seo doscondutores ser:
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Potncia(VA)
Densidade de Corrente(A/mm)
500 3
500 at 1000 2,5
1001 at 3000 2
22
2
21
1
; mmemd
ISmmem
d
IS
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Para fazer a converso dopadro mtrico brasileiro(mm) para o americano(AWG), usa-se a tabela deequivalncias.
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Clculo da Seo dos Condutores
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Clculo da Seo Geomtrica do
Ncleo
O produto da largura (h) da coluna central do transformadorpelo comprimento (H) do pacote laminado fornece a seogeomtrica do ncleo, sendo:
Esta seo no representa a real seo do ncleo, pois
existe uma espessura de material isolante nas chapas. Aseo magntica do transformador definida reduzindo10% da seo geomtrica:
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)(cmHhSg
mg
g
m SSou
S
S 1,11,1
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Clculo da Seo Magntica do
Ncleo
Num circuito eltrico enrolado sobre ferroexiste uma relao de dependncia entre aseo do ncleo magntico e o nmero deespiras dos enrolamentos, isto :
Aumentando a seo magntica doncleo, diminui o nmero de espiras;
Menor seo magntica do ncleo,maior o nmero de espiras doenrolamento.
Para transformadores de at 800VA, usa-se Lminas padronizadas; Paratransformadores com potncia superior a800 VA, usa-se lminas compridas.
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Clculo da Seo Magntica do
Ncleo
Lminas Padronizadas
N a (cm) Seo da
Janela (mm)
0 1,5 168
1 2,0 300
2 2,5 468
3 3,0 675
4 3,5 900
5 4,0 1200
6 5,0 1880
Lminas Compridas
5 4,0 2400
6 5,0 3750
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Clculo da Seo Magntica do
Ncleo
A seo magntica dos transformadores calculada comas seguintes frmulas:
Transformador com um primrio e um secundrio:
Transformador de dois primrios e um secundrio ou um
primrio e dois secundrios;
compridasaslparacmf
PS
aspadronizadaslparacm
f
PS
m
m
min)(6
min)(5,7
2
2
compridasaslparacmf
P
S
aspadronizadaslparacmf
PS
m
m
min)(
25,1
6
min)(25,1
5,7
2
2
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Transformador com dois primrios e dois secundrios
Uma vez calculada a seo magntica do ncleo, oprximo passo determinar a seo geomtrica, ou:
Construtivamente, vantajoso que a forma do ncleoseja o mais quadrada possvel, por isso a largura dacoluna central do ncleo obtida por:
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Clculo da Seo Magntica do
Ncleo
compridasaslparacmf
P
S
aspadronizadaslparacmf
PS
m
m
min)(
5,1
6
min)(5,1
5,7
2
2
mg SS
1,1
gSa ~ baSg
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Clculo do Nmero de Espiras
Para o clculo do nmero de espiras primrias dotransformador, usa a seguinte equao:
Onde: N1=Nmero de espiras do primrio; V1=Tenso do circuito primrio, em volts (V);
BM=Induo mxima no ferro ( para lminas de ao-silcio, de boa
qualidade e resfriamento natural, BM=11300);
Dm=Seo magntica em cm;
f=frequncia.
Para o clculo das espiras do secundrio, usa-se a mesmafrmula, porm com o aumento de 10% do resultado,procurando compensar a queda de tenso.
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fBS
VNou
fSB
VN
MmmM
44,4
10
44,4
10 811
8
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Possibilidade de Execuo
Uma vez calculado o nmero de espiras do bobinamentoprimrio (N1), do secundrio (N2) e a suas seo doscondutores, possvel calcular a seo do cobre enrolado.
Para que a montagem do transformador seja possvel, preciso que se verifique:
Se esta relao menor que 3 preciso recalcular otransformador com um ncleo maior.
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2211 mmemSNSNScu
3
)(
)(
cu
j
S
S
mmcobredoSeo
mmjaneladaSeo
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Exemplo de Projeto
Ex.1) Transformador monofsico de 60Hz,P2=300W, V1=220V, V2=127.
Ex.2)Transformador monofsico de 50Hz,
P2=1000W, V1=220V; V2=75V.
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