Transformadores Elétricos

Transformadores Elétricos

O que são transformadores elétricos?

A saber, transformadores elétricos são máquinas que transferem eletricidade de um circuito para outro com a mudança do nível de tensão, mas sem alteração de freqüência. Por exemplo, os transformadores melhoraram a segurança e a eficiência aumentando ou diminuindo os níveis de tensão. Dessa forma, são usados ​​em uma ampla gama de aplicações residenciais e industriais. Por exemplo, a sua maior aplicação seja na distribuição e regulação de energia a longas distâncias.

A construção dos transformadores elétricos

Em síntese, os três componentes funcionais de um transformador elétrico são o núcleo ferromagnético, o enrolamento primário e o enrolamento secundário. Em primeiro lugar, o enrolamento primário é conectado o uma fonte elétrica e é gerado o fluxo magnético. Visto que os enrolamentos são isolados um do outro, o fluxo magnético gerado no enrolamento primário induz um campo magnético no secundário do transformador.

Como funcionam os Transformadores Elétricos?

Um transformador elétrico tem seu funcionamento baseado na lei de indução eletromagnética de Faraday – “A taxa de mudança da ligação do fluxo em relação ao tempo é diretamente proporcional à EMF induzida em um condutor ou bobina”. Ou seja, o funcionamento de um transformador se resume a conversão mútua de energia em fluxo magnético e vice-versa entre os enrolamentos. A saber, um transformador possui 2 enrolamentos: primário e secundário. Sendo assim, esses enrolamentos compartilham o campo magnético gerado no núcleo. Além disso, o núcleo é laminado, ou seja, é formado por lâminas de silício montadas de forma a propiciar a passagem do fluxo magnético e evitar a formação de correntes parasitas.

Dependendo da quantidade de fluxo gerado entre os enrolamentos primário e secundário, haverá diferentes rendimentos a sua passagem. Dessa forma, para garantir a máxima passagem do fluxo, um caminho de baixa relutância é previsto entre ambos os enrolamentos. Por consequência, leva a uma maior eficiência no desempenho de trabalho.

A princípio, a aplicação de tensão alternada aos enrolamentos no lado primário cria um fluxo alternado no núcleo. Dessa forma, uma FEM (Força magneto-motriz) é induzida no secundário. A FEM no enrolamento secundário induz uma corrente. Em síntese, é assim que os transformadores elétricos fornecem energia em CA de um circuito (primário) para outro (secundário), através da conversão de energia elétrica, alterando o nível de tensão, mas não a frequência.

Transformadores Elétricos – Eficiência e Perdas

Um transformador elétrico não emprega nenhuma peça móvel para transferir energia, o que significa que não há atrito e, portanto, não há perdas. Em contrapartida, os transformadores elétricos sofrem perdas desprezíveis de cobre e ferro. Posto que as perdas de cobre ocorrem devido à dissipação de calor durante a circulação de correntes, esse fenômeno resulta em perda de energia elétrica. De fato, essa é a maior perda na operação de um transformador elétrico. 

As perdas no núcleo são causadas pelo atraso na magnetização das moléculas do núcleo. Este atraso ocorre em resposta à alternância do fluxo magnético e a relutância a sua passagem o que leva à perda de energia. Por outro lado, esta perda pode ser minimizada se o núcleo for construído a partir de ligas especiais de aço.

A eficiência de um transformador é representada em termos de perda de potência entre os enrolamentos primário e secundário. Em suma, a eficiência é calculada em termos da relação entre a saída de potência no enrolamento secundário e a entrada de potência no enrolamento primário. A princípio, a eficiência de um transformador elétrico está entre 94% e 96%

Formas de Resfriamento

  • Transformadores a óleo auto-resfriados: Este tipo é geralmente empregado em pequenos transformadores de até 3MVA e é projetado para se resfriar pelo fluxo de ar circundante.
  • Transformadores a Óleo Refrigerados a Água: Este tipo de transformador elétrico emprega um trocador de calor para facilitar a transferência do calor do óleo para a água de arrefecimento.
  • Transformadores Refrigerados pelo Ar: Neste tipo de transformador, o calor que é gerado é resfriado com a ajuda de ventiladores e ventiladores que forçam a circulação de ar nos enrolamentos e no núcleo.

Principais características de um Transformador

Todos os transformadores compartilham algumas características comuns, independentemente do seu tipo:

  • A frequência de entrada e saída de energia é a mesma
  • Todos os transformadores fazem uso de leis de indução eletromagnética;
  • As bobinas primária e secundária são desprovidas de conexão elétrica. A transferência de potência é através do fluxo magnético.
  • Nenhuma peça móvel é necessária para transferir energia, portanto, não há perdas por atrito;
  • As perdas que ocorrem nos transformadores são menores que as dos outros dispositivos elétricos e incluem:
    • Perda de cobre (energia elétrica perdida no calor gerado pela circulação de correntes ao redor dos enrolamentos de cobre);
    • Perda do núcleo (perdas por correntes parasitas e histerese, causadas pelo atraso na magnetização em resposta ao fluxo magnético alternado dentro do núcleo).

A maioria dos transformadores é muito eficiente, fornecendo entre 94% a 96% de energia em carga total. Transformadores de altíssima capacidade podem fornecer até 98%, especialmente se operarem com tensão e frequência constantes.

Uso dos Transformadores Elétricos

Os principais usos de um transformador elétrico incluem:

  • Elevação ou redução do nível de tensão no circuito CA;
  • Isolação de componente CC de um circuito para outro;
  • Isolação Galvânica entre os circuitos elétricos;
  • Aumentar o nível de tensão no local da geração de energia antes da transmissão
  • Adequação do nível de tensão na distribuição elétrica.

Aplicações comuns de um transformador elétrico incluem estações de bombeamento, ferrovias, indústrias, estabelecimentos comerciais, moinhos de vento, energia solar e unidades de geração de energia.

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