trabalho transformadores

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Transformadores eltricosPedro Pereira n10 Ao 58305

10-10-2011

ndicendice ................................................................................................................................. Error! Bookmark not defined. Histria.............................................................................................................................................................................. 2 Bobinas de induo .......................................................................................................................................................... 2 Outros transformadores de incio.................................................................................................................................... 3 Princpios bsicos ............................................................................................................................................................. 3 As perdas de energia ........................................................................................................................................................ 4 Tipos.................................................................................................................................................................................. 6 Transformadores de potncia .......................................................................................................................................... 6 Transformador Toroidal ................................................................................................................................................... 7 Autotransformador .......................................................................................................................................................... 7 Variac ................................................................................................................................................................................ 7 Transformador de campo de disperso........................................................................................................................... 8 Transformadores trifsicos .............................................................................................................................................. 8 Transformadores de ressonncia..................................................................................................................................... 8 Transformadores de Corrente........................................................................................................................................ 10 Transformadores de pulso ............................................................................................................................................. 10 udio transformadores .................................................................................................................................................. 11

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Histria

Experincia de Faraday com a induo entre bobinas de fio O fenmeno da induo eletromagntica foi descoberto independentemente por Michael Faraday e Joseph Henry em 1831. No entanto, Faraday foi o primeiro a publicar os resultados de suas experincias e, assim, receber o crdito pela descoberta. Faraday realizou as primeiras experincias na induo eletromagntica entre bobinas de fio, incluindo um par de enrolamento de bobinas em torno de um anel de ferro, criando assim o primeiro transformador. Bobinas de induo

Anel de Faraday, transformador O primeiro tipo de transformador para ter ampla utilizao foi a bobina de induo , inventado por Nicholas Callan de Maynooth College , na Irlanda em 1836. Ele foi um dos primeiros pesquisadores a perceber que quanto mais voltas do enrolamento secundrio tem em relao ao enrolamento primrio, maior o aumento da induo magntica. Entre os anos de 1830 e 1870, os esforos para construir2

bobinas de melhor induo, principalmente por tentativa e erro, permitiu que fosse lentamente revelado os princpios bsicos de transformadores. Na dcada de 1870, eficientes geradores que produzem corrente alternada ( alternadores) estavam disponveis. Em 1876, engenheiro russo Pavel Yablochkov inventou um sistema de iluminao baseado num conjunto de bobinas de induo, onde os enrolamentos primrios foram conectados a uma fonte de corrente alternada e os enrolamentos secundrios podem ser conectados a vrias lmpadas de arco do seu prprio design. As bobinas que Yablochkov empregou funcionavam essencialmente como

transformadores. Outros transformadores de incio Em 1889, o engenheiro nascido na Rssia, Mikhail Dolivo-Dobrovolsky desenvolveu o primeiro transformador trifsico na Allgemeine Elektricitts-Gesellschaft ("Companhia de Eletricidade Geral") na Alemanha. Transformadores de udio frequncia foram usados por pesquisadores no incio do desenvolvimento do telefone . Princpios bsicos O transformador baseado em dois princpios: primeiro, que uma corrente eltrica pode produzir um campo magntico ( eletromagnetismo), e, segundo, que um campo magntico varivel dentro de uma bobina de fio induz uma tenso entre as extremidades da bobina ( induo eletromagntica ). Alterando a corrente na bobina primria muda o fluxo magntico que desenvolvido. O fluxo magntico induz uma voltagem na bobina secundria.

Um transformador ideal. A corrente secundria surge a partir da ao do efeito da induo magntica.3

Um transformador ideal mostrado na figura acima. A passagem de corrente atravs da bobina primria cria um campo magntico. As bobinas primria e secundria so enrolados em torno de um ncleo de muito alta permeabilidade magntica, tais como ferro , de modo que a maior parte do fluxo magntico passa atravs de ambas as bobinas, primria e secundria. Se uma carga conectada ao enrolamento secundrio, a carga de tenso e corrente ser nas direes indicadas. A lei de induo A tenso induzida atravs da bobina secundria pode ser calculada a partir de lei de induo de Faraday, que afirma que:

onde V s a tenso instantnea , N s o nmero de voltas na bobina secundria e o fluxo magntico atravs de uma volta da bobina. A rea constante, sendo igual rea transversal do ncleo do transformador, enquanto que o campo magntico varia com o tempo de acordo com a excitao do primrio. Uma vez que o mesmo fluxo magntico passa atravs de ambas as bobinas primria e secundria em um transformador ideal, a tenso instantnea em todo o enrolamento primrio igual a

Tomando a relao entre as duas equaes para V s e V p d a equao bsica para intensificar ou descer a tenso

N

p

/ N

s

conhecida como a relao de espiras, e a principal caracterstica funcional de qualquer

transformador. No caso de transformadores para descer a tenso, isso pode s vezes ser indicado como o inverso, N s / N p . As perdas de energia Um transformador ideal no teria perdas de energia, e seria 100% eficiente. Na prtica, nos transformadores a energia dissipada nos enrolamentos, no ncleo de ferro, e estruturas adjacentes. Transformadores maiores so geralmente mais eficientes, e so utilizados para a distribuio de energia elctrica e tem um melhor desempenho do que 98%. O aumento da eficincia pode economizar energia considervel e, portanto, dinheiro.4

Perdas no transformador so divididas em perdas nos enrolamentos, denominada perda de cobre, e as do circuito magntico, denominado perda de ferro. As perdas nos transformador surgem na: Resistncia do enrolamento

Corrente que flui atravs dos enrolamentos provoca aquecimento resistivo dos condutores. Em frequncias mais altas, o efeito pelicular e efeito de proximidade criam resistncias no enrolamento adicionais e perdas.

Perdas por histerese

Cada vez que o campo magntico invertido, uma pequena quantidade de energia perdida devido histerese no ncleo. Para um dado material do ncleo, a perda proporcional freqncia, e uma funo da densidade de fluxo de pico a que submetido.

Correntes parasitas

As correntes parasitas circulam dentro do ncleo em um plano normal ao fluxo, e so responsveis pelo aquecimento resistivo do ncleo. As perdas por correntes de Foucault podem ser reduzidas, tornando o ncleo de uma pilha de placas eletricamente isoladas umas das outras.

Magnetoestrico

O fluxo magntico num material ferromagntico, como o ncleo, faz com que ele fisicamente se expanda e contraia ligeiramente em cada ciclo do campo magntico, um efeito conhecido como magnetoestrico. Isso produz o som de zumbido que associado aos transformadores, e podem causar prejuzos devido ao aquecimento por frico.

Perdas mecnicas

Alm Magnetoestrico, o campo magntico causa foras que oscilam entre os enrolamentos primrio e secundrio. Estas vibraes acrescentam um zumbido, e consumir uma pequena quantidade de energia.

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Tipos Uma grande variedade de designs de transformadores so utilizados para aplicaes diferentes, embora eles compartilham vrias caractersticas comuns.

Smbolos de circuito Transformador com dois

enrolamentos e ncleo de ferro. O smbolo mostra tem qual mais

enrolamento

voltas, mas geralmente no a razo exata. Transformador com trs

enrolamentos. Os pontos mostram a configurao

relativa dos enrolamentos. Transformador electrosttica. Transformadores de potncia com tela

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Este o tipo mais comum de transformador, amplamente utilizados em aparelhos para converter tenso da rede de baixa tenso para eletrnica de potncia

Amplamente disponveis em potncias variando de mW para MW Laminao minimiza perdas por correntes parasitas Ncleo retangular Ncleo laminado feito com ao silcio com alta permeabilidade

Transformador Toroidal

Transformador Toroidal Transformadores toroidal so utilizados para economizar espao, e s vezes para reduzir o campo magntico externo. Estes usam um anel em forma de ncleo, enrolamentos de cobre enrolado em volta deste anel e fita para isolamento. Autotransformador Um autotransformador tem apenas um nico enrolamento, que aproveitado num ponto ao longo do enrolamento. A tenso mais alta ser conectada s extremidades do enrolamento, a tenso mais baixa e de uma extremidade a uma torneira. Por razes de tenso no superior a cerca de 3:1, um autotransformador mais barato, mais leve, menor e mais eficiente do que um transformador de isolamento (dois enrolamentos) do mesmo valor. Grandes autotransformadores trifsicos so utilizados em sistemas de distribuio de energia eltrica, por exemplo, para interligar 33 kV e 66 kV sub-redes de transporte. Variac7

Expondo parte das bobinas de enrolamento de um autotransformador, e fazendo a conexo secundria de carbono atravs de um deslizamento da escova , um autotransformador varivel, permite a regulao da tenso em incrementos muito pequenos. Transformador de campo de disperso Um transformador de campo de disperso tem um significativo campo de disperso ou um bypass (s vezes ajustvel) magntico no seu ncleo. Ele pode atuar como um transformador com limitao de corrente inerente devido ao seu baixo acoplamento entre o primrio e o enrolamento secundrio, que indesejvel na maioria dos outros casos. As correntes de entrada e sada so baixas o suficiente para evitar sobrecarga trmica em cada condio de carga - mesmo se o secundrio est em curto. Transformadores trifsicos

Exemplo de conexo YY Para energia trifsica, trs diferentes transformadores monofsicos podem ser usados, ou todas as trs fases podem ser conectadas a um transformador trifsico nico. Os trs enrolamentos primrios esto ligados entre si e os trs enrolamentos secundrios esto ligados entre si. Se um enrolamento ligado terra, o ponto de ligao terra geralmente o ponto central de um enrolamento Y. Transformadores de ressonncia

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Um tansformador de ressonncia opera na frequncia de ressonncia. A bobina de ressonncia, geralmente o secundrio, age como um indutor, e est ligado em srie com um capacitor. Quando a bobina primria impulsionada por uma fonte peridica de corrente alternada, cada pulso de corrente ajuda a construir uma oscilao na bobina secundria. Devido ressonncia, uma tenso muito alta pode se desenvolver atravs do secundrio, at que ela limitada por algum processo, como avaria eltrica. Estes dispositivos so usados para gerar alta tenso alternada, e a corrente disponvel pode ser muito maior do que de mquinas eletro-estticas, como o gerador de Van de Graaff ou mquina Wimshurst.

Transformador de tenso constante Um transformador pode ser organizado de modo a manter a tenso de enrolamento secundrio relativamente constante para diferentes tenses do primrio sem circuitos adicionais ou manual ajuste. A forma de onda de sada fortemente distorcida, a menos que medidas sejam tomadas cuidado para evitar isso. Transformador planar

Um transformador planar

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Alguns transformadores planares so comercialmente vendido como elementos discretos; o transformador a nica coisa na placa de circuito impresso. Outros transformadores planares so um dos muitos componentes numa placa de circuito impresso grande, porque muito mais fino do que outros transformadores, para aplicaes de baixo perfil (mesmo quando so empilhadas vrias placas de circuito impresso).

Transformadores de Corrente

Transformadores de corrente utilizados em equipamentos de medio para 400 amperes (TI). Um transformador de corrente (TI) um dispositivo de medio projetado para fornecer uma corrente em sua bobina secundria proporcional corrente que flui em suas primrias. Transformadores de corrente so comumente usados em medio e rels de proteo na indstria de energia eltrica , onde eles permitem medio segura de grandes correntes, muitas vezes, na presena de altas tenses .O transformador de corrente com segurana, isola circuitos de medio e controle da alta tenso normalmente presentes no circuito a ser medido. Por exemplo, um TI 4.000:5 proporcionaria uma sada de corrente de 5 amperes, quando o principal era passar quatro mil amperes. Transformadores de pulso

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Um transformador de pulso um transformador que otimizado para a transmisso de impulsos eltricos retangular (ou seja, pulsos com rpida ascenso e queda e com amplitude constante). Pequenas verses so utilizadas em circuitos de lgica digital e de telecomunicaes, muitas vezes para combinar a lgica para condutores de linhas de transmisso. Verses maiores so utilizadas na distribuio de energia eltrica da indstria para circuito de controlo de interface de baixa tenso para os portes de alta tenso de semicondutores de potncia. Transformadores especiais de alta tenso tambm so usados para gerar pulsos de alta potncia para o radar , os aceleradores de partculas. Para minimizar a distoro da forma de pulso, um transformador de pulso precisa ter valores baixos de indutncia e capacitncia distribudas udio transformadores

Transformadores num amplificador valvulado. Transformadores de udio normalmente so o fator que limita a qualidade do som. Estes transformadores tambm so usados em caixas de DI para converter sinais de alta impedncia do instrumento (por exemplo, guitarra baixo) para sinais de baixa impedncia para lhes permitir ser conectado a uma entrada de microfone na mesa de mistura.

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