cema- magnetismo e transformadores.pdf
TRANSCRIPT
1
CEMA- CENTRO EDUCACIONAL
MIGUEL ALVES
ELETROMAGNETISMO E
TRANSFORMADORES.
“Deus não escolhe os capacitados capacita os escolhidos. Fazer ou não fazer algo só depende de nossa vontade e perseverança”
Albert Einstein
CURSO : METRÔNICA PROFESSORA: CLAUDIA CRISTINA GUIMARÃES PUBLICAÇÃO : ABRIL/2013
2
INTRODUÇÃO AO ELETROMAGNETISMO
Eletromagnetismo é o ramo da Física que estuda os fenômenos elétricos e magnéticos e suas interações entre si. Como se sabe os fenômenos elétricos e magnéticos manifestam-se através de campos elétricos elétricos e magnéticos. Vamos estudar cada um deles.
3
4
5
6
TRANSFORMADORES
Transformadores ou trafos são dispositivos elétricos que têm afinalidade de isolar um circuito, elevar ou diminuir uma tensão.Servem também para casar impedância entre diferentes circuitos oucomo parte de filtros em circuitos de rádio freqüência. Existem transformadores de diversos tipos, cada um com uma finalidade, construção e tamanho específicos.Teoricamente, um transformador tem de transferir toda a potênciado primário para o secundário (primário e secundário são enrolamentos de entrada e saída, respectivamente). Na prática, observa-se certa perda de potência nessa transferência de potência, ocasionada por diversos motivos, como a resistência de fio, correntes pelo núcleo, chamados de correntes de Foucault etc. Um transformador é constituído pelo menos por dois enrolamentos. Na maioria dos casos, esses enrolamentos são independentes, entre si, mas sofrem a ação do campo eletromagnético, que é mais intenso quanto esses transformadores que possuem um núcleo de material ferromagnético. O enrolamento em que aplicamos a tensão que desejamos transformar chama-se primário e o enrolamento onde obtemos a tensão desejada se chama secundário. A tensão do secundário depende da relação de espiras entre o primário e o secundário e da tensão aplicada no primário.
Tipos de transformadores
Os transformadores são classificados de acordo com vários critérios. As
classificações de acordo com a finalidade, o tipo, o material do núcleo e o
número de fases são algumas das mais importantes.
Quanto a finalidade
Transformadores de corrente
Transformadores de potencial
Transformadores de distribuição
7
Transformadores de força
Quanto ao tipo
Dois ou mais enrolamentos
Autotransformador
Quanto ao material do núcleo
Ferromagnético
Núcleo de ar
Quanto ao número de fases
Monofásico
Trifásico
Polifásico
Para se reduzir as perdas o núcleo de muitos transformadores são
laminados para reduzir a indução de correntes parasitas ou de Foucault, no
próprio núcleo. Em geral se utiliza aço-silício com o intuito de se aumentar a
resistividade e diminuir ainda mais essas correntes parasitas. Esses
transformadores são chamados transformadores de núcleo ferromagnético. Há
ainda os transformadores de núcleo de ar, que possui seus enrolamentos em
contato com a atmosfera.
Transformadores também podem ser utilizados para o casamento de
impedâncias. Esse tipo de ligação consiste em modificar o valor da impedância
vista pelo lado primário do transformador, são em geral de baixa potência.
Transformadores de potência
Os transformadores trifásicos ou de potência são destinados a rebaixar ou
elevar a tensão e consequentemente elevar ou reduzir a corrente de um
circuito, de modo que não se altere a potência do circuito. Esses
transformadores podem ser divididos em dois grupos:
Transformador de força - esses transformadores são utilizados para gerar,
transmitir e distribuir energia em subestações e concessionárias. Possuem
potência de 5 até 300 MVA. Quando operam em alta tensão têm até 550
kV.
Transformador de distribuição - esses transformadores são utilizados para
rebaixar a tensão para ser entregue aos clientes finais das empresas de
distribuição de energia. São normalmente instalados em postes ou em
câmaras subterrâneas. Possuem potência de 30 a 300 kVA; em alta tensão
8
têm tensão de 15 ou 24,2 kV, já o transformador de baixa tensão tem
380/220 ou 220/127 V.
Autotransformadores
Nos autotransformadores os enrolamentos primário e secundário estão em
contato entre si. O enrolamento tem pelo menos três saídas, onde as conexões
elétricas são realizadas. Um autotransformador pode ser menor, mais leve e
mais barato do que um transformador de enrolamento duplo padrão.
Entretanto, o autotransformador não fornece isolamento elétrico.
Autotransformadores são muitas vezes utilizados como elevadores ou
rebaixadores entre as tensões na faixa 110-117-120 volts e tensões na faixa
220-230-240 volts. Por exemplo, a saída de 110 ou 120V de uma entrada de
230V, permitindo que equipamentos a partir de 100 ou 120V possam ser
usados em uma região de 230V.
Um autotransformador variável é feito expondo-se partes das bobinas do
enrolamento e fazendo a conexão secundária através do deslizamento de um
conector, resultando em variação na relação das espiras.Tal dispositivo é
normalmente chamado pelo nome de marca Variac.
Simbologia
Alguns símbolos comumente utilizados em diagramas elétricos e eletrônicos:[6]
Transformador com núcleo de ar.
Transformador com núcleo de ferro.
Transformador de núcleo de ferro com blindagem eletrostática, que protege contra
acoplamento eletrostático entre os enrolamentos.
Autotransformador.
9
RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO
As principais variáveis que definem o dimensionamento de um transformador são a bitola dos condutores (corrente) e o material isolante utilizado (tensão). Os enrolamentos de alta tensão (AT) são constituídos por várias espiras de fio fino, sendo que os enrolamentos de baixa tensão (BT) possuem um menor número de espiras com bitola maior. A razão entre as tensões do primário e do secundário, bem como entre os
respectivos números de espiras dos seus enrolamentos, definem a relação de
transformação (a) de um transformador. Assim,
Considera-se transformador ideal àquele em que S1=S2, onde S1 representa
a potência aparente do primário e S2 a potência aparente do secundário.
Considerando-se que as potências aparentes na entrada e na saída são iguais
(S1=S2), as correntes obedecem à seguinte relação:
10
11
Transformador Monofásico
Um transformador monofásico simples (também conhecido como Trafo) pode
ser dividido em três principais partes:
Enrolamento Primário
Enrolamento Secundário
Núcleo
O Enrolamento Primário de um trafo simboliza o a bobina responsável por
receber a tensão elétrica que será transformada no Enrolamento Secundário,
estes dois enrolamentos, comumente chamados de bobinas, envolvem um
material ferromagnético(o Núcleo).
12
Características
Existem três tipos de transformadores a serem considerados, são eles:
Elevador
Rebaixador
Isolador
Transformador Elevador
O transformador Elevador irá realizar a elevação da tensão elétrica disponibilizada na entrada do transformador (enrolamento primário), isto se dá em função do enrolamento secundário possuir maior quantidade de espiras em relação ao primário, tornando a indução magnética maior no secundário e disponibilizando, respectivamente, uma maior tensão elétrica. Este tipo de transformado é utilizado em situações onde existe a necessidade de utilizar uma tensão 220V, então, a partir de um nível de tensão de 127V conseguimos uma,outra,de,220V.
13
Transformador Rebaixador
Este tipo de transformador realiza o rebaixamento da tensão elétrica presente no enrolamento primário do transformador, somente se torna possível este processo de transformação em função do transformador possuir um número de espiras inferior no enrolamento secundário , fazendo com que a indução magnética seja menor, causando respectivamente a redução da tensão elétrica. Podemos observar este tipo de transformador aplicado a circuitos eletrônicos como o transformador de uma fonte de computador que realiza a redução da tensão de 127V para 12V comumente usado no PC.
Transformador Isolador
14
O transformador isolador possui a característica de manter no secundário a tensão que recebe no enrolamento primário, ou seja, se uma tensão de 127V é adicionada ao primário do transformador isolador teremos em seu secundário os mesmos 127V. Tradicionalmente utilizado em circuitos eletrônicos, este tipo de transformador isola a tensão do secundário em relação ao primário proporcionando o isolamento físico entre os enrolamentos e, principalmente,a,redução,de.ruídos.no.secundário.
Perdas no transformador
Como qualquer máquina elétrica, parte da potência gerada pelo
transformador é consumida pelas perdas existente no próprio transformador,
sendo assim, conhecendo as características da potência elétrica em corrente
alternada podemos concluir que a potência elétrica total gerada
pelo transformador é denominada Potência Aparente e a potência que se perde
no funcionamento do transformador é a Potência Reativa. Abaixo estão as
principais perdas encontradas no funcionamento do transformador:
Perda por Histerese
Perda por Foucault
Perdas no Cobre
15
16
17
Transformadores Trifásicos.
18
19
Ligações do Trafo Trifásico.
20
21
22
23
24
25
26
Referências Bibliográficas.
A.L.M. Fran_ca, notas de aula, 1989.
C.A. Castro, M.R. Tanaka, Circuitos de corrente alternada um curso introdutorio, Unicamp, 1995.
A.J. Monticelli, A.V. Garcia, Introdução a sistemas de energia elétrica,Unicamp, 1999.
J.D. Glover, M. Sarma, Power system analysis and Design, PWS-Kent, 1989.
J.J. Grainger, W.D. Stevenson, Power System Analysis, McGraw-Hill, 1994.
I.L. Kosow, Maquinas elétricas e transformadores, Globo, 1972.
O.I. Elgerd, Introdu_c~ao _a teoria de sistemas de energia elétrica, Mc-Graw-Hill,1981.