Aula 11 - Transformadores

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10/10/2019

SEL – 0410 Eletricidade e Magnetismo Professor: João Bosco A. London Junior E-mail: [email protected]

Transformadores 

Transformador  Dispositivo que permite elevar ou rebaixar os valores de tensão em um circuito CA

Transformadores

Constituído basicamente de dois enrolamentos que, utilizando um núcleo em comum, converte primeiramente energia elétrica em energia magnética, e, a seguir, energia magnética em elétrica Núcleo (chapas laminadas de ferro) Onde: • N1 (ou NP) é o número de espiras do enrolamento primário (onde é aplicada a tensão a ser transformada) Núcleo (chapas laminadas de ferro)

Princípio de funcionamento: baseia-se no fenômeno da Indução Eletromagnética (Faraday)

• N2 (ou NS) é o número de espiras do enrolamento secundário (onde é retirada a tensão de saída)

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Transformadores

Transformadores

Princípio de funcionamento: baseia-se no fenômeno da Indução Eletromagnética (Faraday) - Transformador Ideal: 1. Permeabilidade magnética do núcleo infinita (todo o fluxo Núcleo (chapas laminadas de ferro)

magnético fica confinado ao núcleo) 2. Resistência dos enrolamentos nula

Funcionamento (Ideal):

3. Perdas no núcleo são desprezíveis (Histerese;Focault) Psaída = Pentrada

 P2 = P1

Na prática temos perdas (P1 = P2 + PPerdas)  Rendimento

Transformadores

2 = N2. (dΦ/dt ) = V2

1 = N1.(dΦ/dt )

V2 =

2 = N2. (dΦ/dt ) (Resistência dos enrolamentos nula) ( II )

(Resistência dos enrolamentos nula) ( I )

Transformadores Transformador ideal: P1 = P2

Funcionamento (Ideal):

1 = N1.(dΦ/dt ) = V1

V1 =

(Resistência dos enrolamentos nula) ( I ) (Resistência dos enrolamentos nula) ( II )

V1.I1 = V2.I2 V1 / V2 = I2 / I1 = N1 / N2

De ( I ) e ( II ), temos:

V1 N1  V2 N 2

Um transformador ideal transforma as correntes na relação inversa do número de espiras nos respectivos enrolamentos

Um transformador ideal transforma as tensões na relação direta do número de espiras dos respectivos enrolamentos

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Transformadores Aplicações:

Transformadores Perdas no transformador:

Sistemas de potência: Serve de elo de ligação entre a geração e a transmissão; e entre a transmissão e a distribuição

• Perdas no enrolamento (cobre): os enrolamentos possuem alguma resistência produzindo perdas (R.i2 – Efeito Joule) • Perdas

• Eletrônica Reduzir o nível de tensão alternada da alimentação para valores

no

núcleo

(ferro):

Histerese

(material

ferromagnético) e Foucault (correntes induzidas no ferro)

compatíveis com os circuitos eletrônicos Proteção dos circuitos eletrônicos: em razão de os seus enrolamentos não estarem fisicamente conectados, o circuito eletrônico, ligado ao secundário, está isolado da alimentação (ligado ao enrolamento primário)

Transformadores • Histerese magnética (material ferromagnético) A curva de magnetização exprime a relação entre a densidade de fluxo magnético B e a correspondente intensidade de campo magnético H, desde que a substância esteja inicialmente desmagnetizada, e a corrente seja aumentada a partir de zero

H

N .i l

B   .H

Transformadores • Histerese magnética (material ferromagnético) A curva de magnetização exprime a relação entre a densidade de fluxo magnético B e a correspondente intensidade de campo magnético H, desde que a substância esteja inicialmente desmagnetizada, e a corrente seja aumentada a partir de zero

N – número de espiras i – corrente elétrica l – comprimento  - permeabilidade magnética do meio

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Transformadores • Histerese magnética (material ferromagnético)

Transformadores • Histerese magnética (material ferromagnético) Essa maneira de ser dos materiais ferromagnéticos, evidenciada pelo fato de a curva de B = f(H) crescente não coincidir com a curva decrescente, é denominada Histerese; para “i” senoidal temos o Ciclo de Histerese Simétrico:

a)

Se H for aumentada de “0” até a abscissa “e”, B será aumentado de “0” até “a”; quando H atinge “g”, B atinge “b”; b) Se H decresce de “g” p/ “e”; B seguirá a trajetória “b-c”. Assim, com a abscissa “e” o valor de B será “c” e não “a” c) Reduzindo a corrente magnetizante (consequentemente H) a zero, a curva virá ao ponto “d” (B = d e não zero) Em razão disto se diz que o material é dotado de uma “memória magnética”, se recorda de ter sido magnetizado até o ponto “b” (Teoria dos domínios)

Transformadores • Histerese magnética (material ferromagnético)

Transformadores • Histerese magnética (material ferromagnético) A magnetização e desmagnetização de um material que possui Histerese produz dissipação de energia, aumentando a temperatura do material durante o processo (perdas)

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Transformadores • Histerese magnética (material ferromagnético) As perdas por Histerese podem ser minimizadas utilizando ferro doce na fabricação do núcleo (possui ciclo de Histerese estreito)

Transformadores • Correntes de Foucault – correntes induzidas no ferro  São indesejáveis  Produzem perdas de energia através do termo “R.i2” do efeito térmico e pelo fluxo oposto que as mesmas produzem

Transformadores • Correntes de Foucault – correntes induzidas no ferro

Transformadores • Correntes de Foucault – correntes induzidas no ferro

 Produzem perdas de energia através do termo “R.i2” do efeito

Os efeitos das correntes de Foucault podem ser minimizados

térmico e pelo fluxo oposto que as mesmas produzem

usando-se um núcleo constituído de folhas finas ou lâminas (ferro

Núcleo de Ferro Sólido

laminado) separadas por um material isolante Ferro é condutor (espiras condutoras)

 A elevada resistência superficial de cada lâmina produzida por uma camada de óxido, ou verniz isolante, faz com que as correntes de Foucault fiquem confinadas em lâminas individuais. Assim, os caminhos possíveis para as correntes de Foucault tornam-se mais estreitos, reduzindo as f.e.m. induzidas em cada caminho e as correntes de Foucault são apreciadamente reduzidas

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Transformadores • Correntes de Foucault – correntes induzidas no ferro

Transformadores • Correntes de Foucault – correntes induzidas no ferro

Os efeitos das correntes de Foucault podem ser minimizados

O campo magnético alternado exerce força sobre as lâminas

usando-se um núcleo constituído de folhas finas ou lâminas (ferro

que conduzem correntes produzindo “vibrações” que por sua

laminado) separadas por um material isolante

vez produzem um “ronco” característico de um transformador em funcionamento

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