formatação final M2-parte1

ATENÇÃO:
O material a seguir é parte de uma das aulas da apostila
de MÓDULO 2 que por sua vez, faz parte do CURSO
de ELETROELETRÔNICA ANALÓGICA -DIGITAL
que vai do MÓDULO 1 ao 4.
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APOSTILA ELÉTRICA-2 E ELETRÔNICA-1
MÓDULO - 2
AULA TRANSFORMADORES
4
Redutor - elevador e auto-transformador
Núcleo e perdas no transformador
Fase de um transformador
Ligações do transformador na rede elétrica
TRANSFORMADORES
Um transformador é um dispositivo destinado a
transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um
circuito a outro, transformando tensões, correntes e
ou de modificar os valores das impedância elétrica
de um circuito elétrico. Trata-se de um dispositivo de
corrente alternada que opera baseado nos
princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday e da
Lei de Lenz.
O transformador consiste de duas ou mais bobinas
ou enrolamentos e um "caminho", ou circuito
magnético, que "acopla" essas bobinas. Há uma
variedade de transformadores com diferentes tipos
de circuito, mas todos operam sobre o mesmo
princípio de indução eletromagnética.
Autotransformador
Tanto a tensão de
entrada como a de
saída compartilham o
mesmo enrolamento,
que é primário e
secundário ao
mesmo tempo. Pode
ser elevador ou
redutor de tensão,
como veremos mais
a d i a n t e . Ve m o s
abaixo, as chapas
internas dos transformadores
Transformadores redutores de tensão:
Recebem em seu primário (entrada) uma tensão em
corrente alternada, que será retirada no secundário
(saída) com um valor menor, ou seja, reduz a tensão
de entrada.
Transformadores elevadores de tensão:
Recebem em seu primário (entrada) uma tensão em
corrente alternada, que será retirada no secundário
(saída) com um valor maior, ou seja, eleva a tensão
de entrada.
ELETRÔNICA
Funcionamento do transformador:
Como já vimos no estudo sobre indução, quando
um condutor é emergido dentro de um campo
magnético teremos a criação de uma d.d.p. em seus
extremos. Se este campo manter-se constante e o
condutor estacionário, nos extremos dos fios não
haverá d.d.p.(diferença de potencial), mas, caso
haja variações na intensidade do campo magnético
ou ainda o movimento do condutor dentro deste
campo, teremos induzido nos terminais do fio,
tensões proporcionais aos movimentos realizados.
Usando-se desse princípio, se aplicarmos uma
corrente alternada (a corrente vai e vem) em uma
bobina, teremos a criação de um campo magnético
variável (aumenta e diminui). Aproximando um
indutor ou bobina dentro deste campo criado pela
primeira bobina, teremos uma indução neste último
indutor. A indução criada irá gerar uma d.d.p. que
acompanhará as variações de fluxo magnético, ou
seja, teremos uma AC (corrente alternada) na
segunda bobina com as características da AC
aplicada na primeira.
Resumidamente, podemos dizer que neste caso,
tivemos uma conversão elétrica para magnética e
magnética para elétrica.
INDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C
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APOSTILA ELÉTRICA-2 E ELETRÔNICA-1
figura 1
MÓDULO - 2
figura 4
N
Corrente
primária
Corrente
secundária
fonte de
tensão
alternada
L1
resistência
de carga
PRIMÁRIO
L2
SECUNDÁRIO
S
Na figura 1, temos duas bobinas enroladas em dois
bastões. A primeira bobina (primário) recebe uma
AC (tensão alternada-corrente alternada) de um
gerador, produzindo uma corrente elétrica, da qual
será criado um campo magnético que atuará sobre
a segunda bobina (secundário). O campo
N
figura 2
Núcleo de um transformador
O núcleo nada mais é do que um material com alta
permeabilidade, que conduzirá as linhas de força do
campo magnético gerado pelo primário para o
secundário, afim de produzir uma ligação
magnética-elétrica eficaz. Neste caso, as duas
bobinas (primário e secundário), são enroladas
FIOS DO
PRIMÁRIO
figura 5
L1
NÚCLEO DE
FERRO
L2
S
magnético se converte em elétrico (corrente
alternada) na segunda bobina. Desse campo
elétrico (d.d.p.), teremos a circulação de corrente na
resistência ligada a bobina (secundário).
Para que o campo magnético criado pelo primário
atinja eficazmente o secundário, deveremos
aproximar o máximo uma bobina da outra ou
coloca-las no mesmo núcleo (Bastão na qual as
bobinas são enroladas - figura 2).
FIOS DO
SECUNDÁRIO
sobre um material “condutor” e o campo gerado pelo
primário será conduzido para o secundário através
deste material “condutor”, cuja permeabilidade é
alta, pois o objetivo é o de conduzir as linhas de
força.
FIOS DO PRIMÁRIO
NÚCLEO DE
PLÁSTICO, PAPELÃO OU
CERÂMICA
figura 3
L1
L2
figura 6
FIOS DO SECUNDÁRIO
Na figura 5, temos a aparência física de um
transformador, cujo símbolo pode ser visto na figura
7a. Entre as bobinas temos dois traços verticais, os
Acompanhado a figura 3, temos a bobina L1 como
primário e L2 como secundário. O campo criado
pela bobina L1 atinge a bobina L2 a uma certa
distância. Se aumentarmos a distância entre o
campo e a bobina (figura 4), teremos uma menor
indução sobre L2, pois a uma distância maior a
capacidade de indução do campo vai
enfraquecendo.
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SIMBOLOGIA
SIMBOLOGIA
Estes traços representam o ferrite
figura 7a
figura 7b
INDUTORES-REATÂNCIA INDUTIVA/CAPACITIVA-TRANSFORMADORES-FILTROS-SEMICONDUTORES-DIODOS-ZENERS-TRANSISTORES-AMPLIFICADORES DE SINAL-AMPLIFICADORES A,B,C
ELETRÔNICA
APOSTILA ELÉTRICA-2 E ELETRÔNICA-1
quais representam o núcleo do transformador. Na
figura 6, temos outro tipo de transformador, cujo
símbolo correspondente pode ser visto também na
figura 7b.
MÓDULO - 2
campo, irá atuar em todo espaço em volta das
espiras do primário, induzindo assim um campo
magnético sobre o secundário do transformador.
figura 8d
PRIMÁRIO
SECUNDÁRIO
Análise detalhada do transformador:
Na figura 8a, um gerador AC alimenta o primário de
um transformador. Com a chave principal fechada e
considerando que a tensão seja positiva no lado
superior do primário e negativa no lado inferior,
teremos uma corrente circulante na bobina no
sentido do positivo para o negativo (figura 8b).
Desta corrente surgirá um campo magnético (figura
8c), o qual atuará no secundário, criando por
indução, uma d.d.p. (figura 8d).
figura 8a
PRIMÁRIO
SECUNDÁRIO
FEM INDUZIDA NO SECUNDÁRIO
Como esse campo magnético é alternado como a
corrente do primário, irá induzir no secundário uma
diferença de potencial que pode ser vista na figura
8d. A tensão induzida no secundário tem a mesma
polaridade do primário, ou seja, positivo em cima e
negativo embaixo. A tensão induzida no secundário
será aplicada a carga ligada no mesmo, resultando
em uma circulação de corrente (figura 8e).
figura 8e
FEM APLICADA AO PRIMÁRIO
PRIMÁRIO
SECUNDÁRIO
Na figura 8b, podemos ver a corrente circulando
pelo primário do transformador depois que a chave
foi fechada. Podemos perceber que a corrente
elétrica sempre circulará do polo positivo para o
negativo, apesar de que o fluxo de elétrons sai do
polo negativo sendo atraído pelo polo positivo.
figura 8b
PRIMÁRIO
SECUNDÁRIO
CORRENTE NO SECUNDÁRIO
A tensão aplicada no primário é oriunda de um
gerador de corrente alternada, portanto, haverá a
inversão de polaridade aplicada na bobina do
primário, resultando na mudança de sentido do
campo e consequentemente na mudança de
polaridade do secundário, fazendo circular na carga
uma corrente com sentido inverso ao anterior (figura
8f).
CORRENTE NO PRIMÁRIO
Na figura 8c, temos a criação do campo magnético
devido a circulação de corrente no primário. Esse
figura 8c
PRIMÁRIO
figura 8f
N
FEM APLICADA
FEM INDUZIDA
I
SECUNDÁRIO
CARGA
FCEM
S
GERAÇÃO DE UM CAMPO
ELETRÔNICA
Na figura 8e, temos o gerador aplicando uma FEM
(Força Eletro-Motriz) no primário, induzindo no
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APOSTILA ELÉTRICA-2 E ELETRÔNICA-1
secundário uma FEM com a mesma “polaridade” do
primário do primário. Essa FEM induzida irá
provocar uma corrente I circulante pela carga e
também pelo enrolamento secundário, gerando
assim um campo magnético que também irá induzir
no primário uma FCEM (Força Contra Eletro-Motriz)
figura 8g
S
CARGA
CORRENTE
INDUZIDA
N
CAMPO MAGNÉTICO CAUSADO
PELA CORRENTE DO SECUNDÁRIO
de polaridade invertida (figura 8g), se opondo à
FEM do gerador e com isso, aumentando o
consumo de energia (em forma de corrente) do
gerador. Quanto maior for a corrente do secundário
(carga com maior consumo) maior será a FCEM
induzida no primário, aumentando mais o consumo
do gerador, na forma de corrente.
Relação de espiras Primário-Secundário:
A relação de espiras (quantidade de espiras) do
primário com o secundário será fundamental para
definirmos a tensão induzida no secundário.
figura 9
Ep = 110VCA
Es = 220VCA
1000esp
V
2000esp
Na figura 9, temos no primário do transformador um
enrolamento com 1000 espiras. Cada espira teria
uma energia (tensão) de 0,11V (110 ÷ 1000 = 0,11),
considerando a tensão aplicada de 110Vac. No
secundário teremos, para cada espira, uma tensão
figura 10
Ep = ?
200esp
100esp
R1 = 1kW
MÓDULO - 2
de 0,11V. Como o total de espiras no secundário é
de 2000 espiras, teremos uma tensão de 220Vac
final.
Outro exemplo pode ser visto na figura 10. Nesta
figura, a tensão de entrada não foi definida, mas
temos a relação de espiras, sendo 200 espiras no
primário e 100 espiras no secundário. A tensão
aplicada no primário será dividida pelo número de
espiras do mesmo, ou seja, 200 espiras. No
secundário teremos a multiplicação
deste
resultado pela quantidade de espiras do
secundário, ou seja, 100 espiras. Note que no
secundário, teremos a metade da tensão aplicada
no primário, uma vez que a quantidade de espiras
do secundário é a metade do primário. Portanto,
este é um transformador redutor de tensão.
Para fixar o entendimento do aluno vamos resolver
alguns exercícios:
1) Qual a tensão do secundário de um
transformador, ligado a uma tensão de 200Vac que
tem 800 espiras no primário e 200 espiras no
secundário?
2) Quantas espiras tenho que enrolar no secundário
de um transformador cuja tensão do primário seja
240Vac e a do secundário 12Vac, se tenho 2000
espiras no primário?
3) Qual a tensão do secundário de um
transformador que tem 250 espiras no primário e
1000 espiras no secundário, caso o mesmo seja
ligado a uma tensão de 110Vac?
4) Quantas espiras o primário de um transformador
deve ter para reduzir uma tensão de 220Vac para
9Vac, se no secundário temos 140 espiras?
5) Qual a tensão do secundário de um
transformador ligado a uma tensão de 100Vdc, que
tem 100 espiras no primário e 50 espiras no
secundário?
Solução do 1° exercício:
Neste exercício temos 800 espiras no primário e
200 no secundário isso nos dá uma relação de 4
vezes mais espiras no primário que no secundário
(800 ÷ 200 = 4), portanto a tensão do primário é 4
vezes a tensão do secundário. Logo, se tenho
200Vac no primário devo ter 50 Vac no secundário
(200 ÷ 4 = 50).
Solução do 2° exercício:
Neste exercício temos um transformador redutor de
tensão que transforma uma tensão de 240Vac para
12 Vac, ou seja ele tem uma proporção de redução
de 20 vezes (240 ÷ 12 = 20), como tenho 2000
espiras no primário e tenho que manter a proporção
de 20 vezes devo enrolar 100 espiras no secundário
(2000 ÷ 20 = 100).
Solução do 3° exercício:
Neste exercício temos um transformador com 250
espiras no primário e 1000 no secundário, nos
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