Cálculos para transformadores, como fazer!
Você conhece os cálculos de transformadores elétricos? Veja neste artigo do Mundo da Elétrica como fazer os cálculos de relação de transformação, rendimento, perdas no cobre e aprenda também como funciona um transformador. Vamos lá pessoal!
O que é um transformador?
O transformador elétrico é uma máquina capaz de elevar ou diminuir os valores da tensão vinda da rede e recebida em seu enrolamento primário. Os transformadores elétricos são vastamente aplicados nos sistemas de geração e distribuição de energia elétrica, também são encontrados em dispositivos eletrônicos, geralmente abaixando a tensão da rede elétrica.
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O transformador elétrico é constituído por dois enrolamentos e um núcleo ferromagnético. Os enrolamentos são bobinas feitas de um fio que é composto por um material condutor. Sendo assim, o enrolamento que recebe a corrente da rede é chamado de enrolamento primário, e o enrolamento que fica próximo à carga é chamado de enrolamento secundário.
Partes do transformador elétrico.
Os enrolamentos primário e secundário são isolados eletricamente. A transferência de energia de um enrolamento para o outro acontece somente por meio das linhas do campo magnético.
Os enrolamentos ficam em torno do núcleo ferromagnético, que é formado por várias chapas de formato retangular, feitas de um material com propriedades magnéticas. O núcleo dos transformadores elétricos diminui a dissipação do campo magnético, fazendo com que o maior número de linhas magnéticas chegue ao enrolamento secundário.
Como funciona o transformador elétrico?
Quando o enrolamento primário do transformador é conectado a uma rede de energia alternada (CA), surge neste enrolamento um campo magnético variável. Como o enrolamento secundário está próximo do enrolamento primário, as linhas do campo magnético gerado no enrolamento primário cortam as espiras do enrolamento secundário.
Com as linhas do campo magnético cortando as espiras do enrolamento secundário, surge nele uma tensão induzida. Essa tensão induzida no secundário é proporcional ao número de espiras do enrolamento.
Linhas de campo magnético.
Os enrolamentos estão no núcleo ferromagnético justamente porque este núcleo diminui a dispersão das linhas de campo magnético, fazendo com que o enrolamento secundário seja cortado pelo maior número de linhas possível, obtendo uma melhor transferência de energia do enrolamento primário para o enrolamento secundário.
Cálculo de transformadores
Para efeito de estudo, usamos a definição de transformador ideal, que é o transformador que não possuí perdas de energia. Os cálculos a seguir são relacionados a este tipo de transformador, o ideal. Sabemos que os transformadores reais possuem perdas, e pensando nisto, abordaremos o cálculo de perdas no cobre.
Relação de transformação
O primeiro cálculo de transformadores que vamos abordar é o cálculo da relação de transformação. A relação de transformação é dada pela razão entre a tensão do secundário e a tensão do primário.
Relação de transformação.
Relação de potência
A quantidade de potência absorvida pelo enrolamento primário no ato da transformação de energia é denominada de potência do primário (Pp).
A potência do primário (Pp) depende do valor de tensão e de corrente aplicada pela rede elétrica. A potência no secundário (Ps) é o produto da tensão no secundário e a corrente no secundário, como demonstram as formulas à seguir:
Relação de potência dos enrolamentos.
Número de espiras dos enrolamentos
O número de espiras dos enrolamentos dos transformadores tem relação diretamente proporcional com a tensão em cada enrolamento. Ou seja:
Número de espiras nos enrolamentos.
Existe ainda a fórmula que relaciona a corrente elétrica em cada enrolamento com a tensão e o número de espiras de cada enrolamento. Nela podemos verificar que a corrente elétrica é inversamente proporcional ao número de espiras e a tensão nos enrolamentos.
Fórmula que relaciona a corrente, tensão e o número de espiras dos enrolamentos.
Perdas no cobre
Um transformador elétrico ideal é aquele em que a potência do enrolamento primário é igual a potência do enrolamento secundário. Nos transformadores reais existem as perdas pelo efeito joule, devido à resistência dos enrolamentos, essas perdas são chamadas de perdas no cobre.
Para calcular estas perdas são usados os parâmetros de resistência ôhmica do primário, a corrente do primário, a resistência ôhmica do secundário e a corrente do secundário, na seguinte fórmula:
Cálculo das perdas no cobre.
Rendimento
O rendimento do transformador elétrico é definido pela relação entre a potência elétrica fornecida pelo secundário e a potência elétrica absorvida pelo primário. Como as perdas no transformador estão diretamente ligadas a temperatura de trabalho do transformador, neste cálculo é importante usar a temperatura de regime em trabalho do transformador, que é 75ºC.
Rendimento do transformador.
Impedância percentual
A impedância percentual, também chamada de tensão de curto-circuito percentual, é a parte da tensão nominal do enrolamento primário suficiente para fazer circular a corrente nominal do enrolamento secundário, quando este está fechado em curto circuito <- CURTO-CIRCUITO.
A impedância percentual varia de 3% a 9% e vem marcada, geralmente, na placa do transformador com o símbolo de Z% ou Vcc%.
O valor da impedância percentual é calculado conforme a formula a seguir:
Cálculo da impedância percentual.
O Mundo da Elétrica preparou o vídeo à seguir falando da relação de transformação nos transformadores elétricos, nele explicamos o princípio de funcionamento do transformador e como a relação de tensão funciona. Vale a pena conferir!
Gostou de aprender sobre os cálculos de transformadores? Caso tenha alguma dúvida, deixe para nós nos comentários! Continue no Mundo da Elétrica para aprender mais sobre os assuntos relacionados à eletricidade.
Sobre o autor
Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.
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