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UFCD 6033 - TRANSFORMADORES
Técnico de Eletrónica, Automação e Comando (TEAC)
Ricardo Santos Março 2022

2
 CARACTERIZAR TRANSFORMADORES
 IDENTIFICAR AS PARTES CONSTITUÍNTESDOS TRANSFORMADORES
OBJETIVOS
 IDENTIFICAR ATRAVÉS DE ESQUEMAS O TIPO DE TRANSFORMADOR
 LIGAR E PROTEGER CORRETAMENTE TRANSFORMADORES
 DIMENSIONAR TRANSFORMADORES
 CONSTRUIR TRANSFORMADORES
Ricardo Santos
TEAC |UFCD 6033 - TRANSFORMADORES
Março 2022

Generalidades:
O transformador é uma “máquina elétrica” estática (sem peças em movimento), cuja
finalidade é a de transmitir por meio de um campo magnético, a energia elétrica de um
circuito para outro sem ligação direta, com um nível de tensão desejado sem alteração da
frequência.
O transformador é um dispositivo eletromagnético constituído por duas bobinas
acopladas através de um núcleo magnético de elevada permeabilidade magnética. O
princípio de funcionamento do transformador baseia-se, no fenómeno da indução
eletromagnética, e em particular da indução eletromagnética mútua entre bobinas.
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Março 2022 3

A principal função de um transformador é elevar ou reduzir as amplitudes da tensão ou da
corrente entre as bobinas do primário e do secundário.
O transformador carateriza-se pela relação de transformação de tensão entro o primário
e o secundário 𝒓𝑻 =
𝑵𝟐
𝑵𝟏
.
São utilizados numa gama variada de aplicações; elevação e redução de tensão e na
alteração do numero de fases nas redes de transporte e distribuição de energia elétrica,
na redução de tensão ou de corrente em instrumentos de medida, a adaptação de
impedâncias em radiofrequências e frequência intermedia, ou simplesmente o isolamento
galvânico entre partes de um circuito.
Ricardo Santos
Março 2022 4
Generalidades

Constituição de um transformador:
 Enrolamento primário e secundário
constituídos por uma ou mais bobinas (1
monofásico, 2 bifásico ou 3 trifásico).
Normalmente são feitas de cobre
eletrolítico ou alumínio de formato circular
ou retangular ou chapa e recebem uma
camada de verniz sintético como isolante
 Núcleo – normalmente é feito de material
ferromagnético geralmente de aço silício ou
metal amorfo
Enrolamentos de cobre eletrolítico
Núcleo ferromagnético
Isolamento entre bobinas
5
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Generalidades

6
CA
Tensão do
primário (V)
CA Tensão do
secundário
(V)
Fluxo magnético
6
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Generalidades

7
7
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Março 2022
Generalidades

8
Relação de transformação
Relação entre as tensões no primário e no secundário
Relação entre o número de espiras do primário e no secundário
Relação entre intensidades no primário e no secundário
𝒓𝑻 =
𝑼𝒑
𝑼𝒔
=
𝑵𝒑
𝑵𝒔
=
𝑰𝒔
𝑰𝒑
rT – Relação de transformação
Up – Tensão do primário
Us – Tensão do secundário
Np – Nº de espiras do primário
Ns – Nº de espiras do secundário
Ip – Intensidade no primário
Is – Intensidade no secundário
Se: rT > 1 – transformador abaixador; rT < 1 – transformador elevador.
Também 4:1, 1:1, 1:100 …230:24, 230:110, 380:110…
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Março 2022
Generalidades

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No Transformador Isolador, a tensão que recebe no primário é idêntica à que sai no secundário.
O primário tem as mesmas caraterísticas do secundário e tem por função isolar circuitos.
𝑼𝒑 = 𝑼𝒔
Np = 𝑵𝒔
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Março 2022
Generalidades (cont.)

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O transformador elevador recebe a tensão no primário e eleva
a tensão no secundário
O primário tem menos espiras na bobina, já o secundário, tem
mais espiras na bobina e fio mais fino que no primário
Transformador abaixador recebe a tensão no primário e baixa a tensão
no secundário.
O primário tem mais espiras na bobina do primário, já o secundário
tem menos espiras na bobina
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Março 2022

Transformador com 2 secundários recebe a tensão no primário,
eleva ou baixa dependendo da finalidade e pode no secundário
ter vários secundários com tensões diferentes
Transformador com tomada intermédia no secundário recebe a
tensão no primário, eleva ou baixa dependendo da finalidade e
Possui no enrolamento do secundário um ponto intermédio
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Março 2022

Auto-transformador semelhante ao transformador convencional só que a bobina do
primário e do secundário é a mesma. É utilizado para pequenas potências como elevador ou abaixador.
O seu funcionamento está no fato de a bobina energizada induzir o campo magnético na outra bobina.
N
L1
N
Us ajustável
Up
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Outro tipo de transformador…

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Principio de funcionamento - Introdução

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Principio de funcionamento - Leis de eletromagnetismo envolvidas

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Principio de funcionamento - Leis de eletromagnetismo envolvidas (cont.)

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Principio de Funcionamento – Circuitos elétrico e magnético

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Principio de Funcionamento – Circuitos elétrico e magnético (cont.)

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Transformador Ideal

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Transformador Ideal (cont.)

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Transformador Real

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Transformador Real – Circuito Equivalente

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Transformador Real – Circuito Equivalente (cont.)

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Polaridade dos enrolamentos do transformador

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Polaridade dos enrolamentos do transformador (cont.)

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Rendimento de um transformador

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Rendimento de um transformador
Transformador

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Definição dos parâmetros do circuito equivalente através da
realização de ensaios (testes) ao transformador

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Ensaio em vazio (cont.)

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Exemplo

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Exemplo (cont.)

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Exemplo (cont.)

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1
2
5
6
3
4
7
8
Fase
Neutro
Primário
230V
50Hz
Secundários
7
1 5
6
2
230V AC 1A
15VA
Secun.
Primário
3
4 8
1
2
5
6
3
4
7
8
Fase
Neutro Primário
230V
50Hz
Secundários
7
1 5
6
2
30V AC 0,5A
15VA
Secun.
Primário
3
4 8
PARALELO
PRIMÁRIO SECUNDÁRIO
SÉRIE
PRIMÁRIO SECUNDÁRIO
Ligações em série e paralelo de transformadores monofásicos
[Tendo em atenção as polaridades (ponto ]
Quando os enrolamentos estão em paralelo, a intensidade da
corrente permissível duplica.
Quando os enrolamentos estão em série, a tensão duplica e a
intensidade da corrente passa a metade.
A polaridade de ponto errada na ligação em série a tensão será
“0” e permanece um pequeno desequilíbrio de tensão residual. Se
a conexão de polaridade errada for feita em paralelo, pode
ocorrer um curto-circuito ou sobrecarga.
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Ricardo Santos

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Condições para fazer o paralelo entre 2
transformadores:
• A mesma relação de transformação
• Os mesmos valores de tensões de curto-circuito
• Serem ligados ao mesmo condutor
• Tenham a mesma potência nominal
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Ricardo Santos
Paralelo de Transformadores Monofásicos
Antes de se pôr os transformadores em serviço é vulgar fazer-se o ensaio da figura abaixo para
confirmar se as ligações do paralelo estão corretas.

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS
High Voltage Power Transformer Banco De Imagens Royalty Free, Ilustrações, Imagens E Banco De Imagens..
Image 40954557. (123rf.com)
São utilizados para o fornecimento e transporte de energia
a grandes distâncias de sistemas de potência elétrica
Transformador
elevador
Transformador
abaixador
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Ricardo Santos

Existem dois tipos de transformadores trifásicos:
- Tipo núcleo,
- Tipo couraçado
Tipo núcleo Tipo couraçado
Diferenças:
A diferença entre o transformador trifásico do tipo
núcleo e outro do tipo couraçado está no fato de
num transformados trifásico do tipo couraçado as
tensões estão menos distorcidas nas saídas das fases
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Constituição
Tal comos transformadores monofásicos, são constituídos por núcleo
de ferro silício, 3 bobinas no primário e 3 bobinas no secundário
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Ricardo Santos
Transformador
Grande
potência:
>1 MVA
Media
potência:
10 kVA
-
700 kVA
Pequena
potência:
<1 kVA

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Relação de
Transformação simples
Tipo de ligações existentes
Estrela (Y)
Triângulo (Δ)
As fases (enrolamentos) de um
transformador, podem ser ligadas
de 3 formas:
Zig-zag (z)
Relação de Transformação
composta
Exemplo: Transformador Estrela (Y) – Triângulo (Δ)
Ricardo Santos

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Ricardo Santos

Os tipos de ligação em cada enrolamento, até mesmo da mesma
coluna podem ser feitos com vários arranjos, o que ocasionará
um desfasamento. Este desfasamento designa-se como índice horário.
O ângulo de desfasamento corresponde ao ângulo que formam o
ponteiros das horas e o ponteiro dos minutos de um relógio, tendo
como referências as 12 horas como 0º .
Exemplo:
Um transformador ligado em triângulo no primário e estrela no
secundário com desfasamento de -30º, pertence ao índice DY11
D –Triângulo
Y –Estrela
Z – Zig-zag
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Ricardo Santos

Ligação em estrela Ligação em triângulo
𝑈𝐶 = √3 × 𝑈𝑓 𝑈𝐶 = 𝑈𝑓
e e
𝐼𝐿 = 𝐼𝑓 𝐼𝐿 = √3 × 𝐼𝑓
Potência ativa Potência reativa
𝑃 = √3 × 𝑈𝐶 × 𝐼𝐿 × 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝑄 = √3 × 𝑈𝐶 × 𝐼𝐿 × 𝑠𝑒𝑛𝜑
Potência aparente Rendimento
Sabendo que 𝑆 = √3 × 𝑈𝐶 × 𝐼𝐿
Potência nominal
𝑺 = √𝟑 × 𝑼𝑰𝒏 × 𝑰𝑰𝒏 = √𝟑 × 𝑼𝟐𝟎 × 𝑰𝟐𝒏
𝜼 =
𝑷𝟐
𝑷𝟏
=
√𝟑 × 𝑼𝟐 × 𝑰𝟐 × 𝒄𝒐𝒔𝝋𝟐
√𝟑 × 𝑼𝟐 × 𝑰𝟐 × 𝒄𝒐𝒔𝝋𝟐 + 𝑷𝒇𝒆𝒓𝒓𝒐 + 𝑷𝒄𝒐𝒃𝒓𝒆
𝜂 =
𝐶 × √3 × 𝑈2 × 𝐼2 × 𝑐𝑜𝑠𝜑2
𝐶 × √3 × 𝑈2 × 𝐼2 × 𝑐𝑜𝑠𝜑2 + 𝑃𝑓𝑒𝑟𝑟𝑜 + 𝐶2 + 𝑃𝑐𝑜𝑏𝑟𝑒
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Ricardo Santos

Paralelo de transformadores trifásicos
Requisitos:
1 - Igualdade de tensões e relação de transformação.
2 – Igualdade de desfasamento dos diagramas vetoriais ( do secundário em relação ao primário).
3 – igualdade de sequência.
4 – Igualdade de tensões de curto circuito.
5 – Uma relação de potência compatível.
Cumprindo estas cinco condições, pode-se efetuar o paralelo de dois ou mais transformadores
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Ricardo Santos

U V W
U
V
W
U
V W
Igual desfasamento de diagramas vetoriais (secundário em relação ao primário)
Y = alta tensão
y = baixa tensão
D =“alta tensão”
d = “baixa tensão”
Z = ‘ alta tensão’
z =´’baixa tensão’
A condição fundamental para que os transformadores possam trabalhar em paralelo,
é que os terminais a juntar entre si se encontrem em todos os instantes ao mesmo potencial
0
1 1
1
2 2 2
0 0
0
2
2
2
1
1
1
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Ricardo Santos

Dada a existência de perdas por efeito de Joule, haverá
aquecimento no interior dos transformadores, aquecimento
esse que deverá ser dissipado.
Nos transformadores de pequena potência, essa dissipação
processa-se por convecção natural. Para os transformadores
de média potência, essa dissipação é realizada mergulhando o
corpo do transformador em óleo mineral que, para além de
melhorar o fator de dissipação, aumenta o Isolamento elétrico.
Para transformadores de elevada potência, adiciona-se a
convecção forçada de óleo.
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Ricardo Santos

Os transformadores “especiais”, apesar de observarem as mesmas condições e regras relativas aos transformadores
Comuns, são mais exemplos específicos de aplicações destes princípios do que propriamente transformadores
ditos diferentes.
É possível construir um transformador com um único enrolamento de N1 espiras do qual uma parte,
com N2 espiras, serve de enrolamento secundário.
U1
u2
i1
I2 – i1 Carga
i2
a
Ao ser alimentado o primário por uma tensão U1, aparece no secundário, por indução, uma f.e.m. E2, tal como
no transformador usual. Desprezando as perdas internas, isto é, considerando que o autotransformador é ideal,
temos como já vimos: S1 = S2 Û U1 I1 = U2 I2.
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Ricardo Santos
Autotransformador

É possível construir um transformador com um único enrolamento de N1 espiras do qual uma parte,
com N2 espiras, serve de enrolamento secundário.
Ao ser alimentado o primário por uma tensão U1, aparece no secundário, por indução, uma f.e.m. E2, tal como
no transformador usual. Desprezando as perdas internas, isto é, considerando que o autotransformador é ideal,
temos como já vimos: S1 = S2 Û U1 I1 = U2 I2.
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Ricardo Santos
Autotransformador (cont.)
Exemplos:
Pequena
potência:
<1 kVA
Grande
potência:
>1 MVA
Media
potência:
10 kVA
-
500 kVA

Um autotransformador variável muito vulgar, o "variac", consiste num enrolamento sobre um núcleo de ferro
toroidal tendo uma escova de carvão, solidária a um eixo rotativo que pode deslizar sobre as espiras do
enrolamento, conforme é indicado esquematicamente na figura
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Ricardo Santos
Autotransformador (cont.)

VANTAGENS
Aparelho económico - o autotransformador, tendo apenas um enrolamento torna-se mais económico porque
exige menos condutor e tem um volume total inferior (para a mesma potência).
Bom rendimento - as perdas por efeito de Joule são inferiores visto ter apenas um enrolamento, pelo que o
rendimento é superior.
Menor queda de tensão - as quedas de tensão, resistiva e indutiva, são inferiores, pelos motivos apontados,
pelo que mantém uma tensão mais constante com as flutuações da carga.
DESVANTAGENS
Isolamento da B.T. e dos enrolamentos, em relação à massa - o primário e o secundário não estão isolados
eletricamente entre si como acontece no transformador, pelo que no autotransformador há um ponto comum.
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Ricardo Santos

APLICAÇÕES
É principalmente devido aos problemas de isolamento entre o primário e o secundário e entre estes e a
"massa" que o autotransformador não pode substituir o transformador na grande maioria das aplicações.
Por isso o autotransformador é geralmente utilizado ou com tensões baixas ou quando os níveis de tensão no
primário e no secundário são muito próximos.
O autotransformador trifásico também é utilizado no arranque de motores assíncronos de elevada potência.
Por intermédio do autotransformador começa por aplicar-se ao motor uma tensão reduzida no arranque, de
forma a reduzir a corrente de arranque; quando o motor atingiu já uma velocidade próxima da nominal
aplica-se-lhe finalmente a tensão total, manual ou automaticamente.
Outra das várias aplicações do autotransformador é no arranque das lâmpadas de vapor de sódio de baixa
pressão. Aqui a sua função é a de proporcionar no arranque uma tensão superior à da rede, provocando a
descarga no tubo.
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Ricardo Santos

TRANSFORMADORES DE MEDIDA INTRODUÇÃO
A ligação direta de aparelhos de medida num circuito de alta tensão além de perigosa obrigaria a construir estes
aparelhos com enormes dimensões dada a necessidade de elevado nível de isolamento e grandes secções para as
bobinas. Assim, os aparelhos de medida são ligados ao secundário de um transformador de medida no qual se obtêm
as grandezas a medir já reduzidas a valores convenientes e sem perigo.
O transformador de medida, para além da segurança, tem ainda a função de aumentar o campo de medida (apenas em
corrente alternada) do aparelho a utilizar, tal como os "shunts" e as resistências adicionais respetivamente para os
amperímetros e voltímetros.
Assim se quisermos medir uma corrente até 50 A (alta ou baixa tensão) e tivermos apenas um amperímetro de 5 A
podemos usar um transformador de Intensidade (T.I.) de relação de transformação 50/5 A, ao secundário do qual
ligamos o amperímetro.
O transformador de tensão (T.T.) permite fazer a extensão do campo de medida dos voltímetros para tensões acima de
500 V.
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Ricardo Santos

TRANSFORMADORES DE TENSÃO (T.T.)
Dado que no primário a tensão é mais elevada, este tem mais
espiras do que o secundário e tem também um nível de
isolamento mais elevado.
Em virtude de a resistência interna do voltímetro ser bastante
elevada, a corrente no secundário, e portanto no primário, é
baixa, pelo que a secção dos condutores é reduzida. O facto de
a corrente ser bastante reduzida tem como consequência que o
T.T. funciona em regime próximo do ensaio em vazio.
Por conseguinte a tensão U2 lida pelo voltímetro depois de
multiplicada pela relação de transformação rt=N1/N2 traduz
quase fielmente a tensão a medir U1.
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Ricardo Santos

TRANSFORMADORES DE INTENSIDADE (T.l.)
O primário do transformador de intensidade é ligado em série ao circuito cuja intensidade de corrente se quer
medir O enrolamento secundário fecha-se sobre o aparelho de medida (amperímetro, bobina amperimétrica de
wattímetro, etc.). Na figura é exemplificado este tipo de ligação.
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Ricardo Santos

TRANSFORMADORES DE NÚMERO DE FASES
Além das potencialidades já apontadas, o transformador tem ainda uma bastante importante: permite, através de
uma montagem conveniente de enrolamentos, a transformação de um sistema polifásico (n fases) num outro
sistema também polifásico mas com um número de fases diferente.
Podemos obter, entre outras, as seguintes transformações:
Ø Trifásico em monofásico e Trifásico em bifásico
Ø Trifásico em hexafásico (6 fases)
Ø Trifásico em dodecafásico (12 fases)
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Ricardo Santos

TRANSFORMAÇÃO TRIFÁSICO - BIFÁSICO
A transformação mais utilizada é, sem dúvida, a transformação de trifásico em bifásico. O sistema bifásico é metade
de um sistema tetrafásico, conforme representamos na figura
Interessa ter uma alimentação com duas fases quando se pretende alimentar 2 recetores monofásicos de elevada
potência, os quais introduziriam um desequilíbrio inaceitável se fossem ligados diretamente à rede trifásica. Como
exemplo temos o caso de duas máquinas de soldar ou de uma rede de tração elétrica.
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Ricardo Santos

Os dispositivos de proteção são complementados nessa tarefa por disjuntores que desligam o elemento
defeituoso isolando completamente a área sob defeito
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Ricardo Santos

Proteção diferencial
Baseia-se na leitura do primário e do secundário de um transformador
É capaz não só de eliminar todos os tipos de curto-circuitos internos
do transfromador, inclusive entre espiras
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Ricardo Santos

Proteção de máxima corrente
É instalada porque a proteção de fase não consegue ser
disparada em sistemas com alta impedância de terra (as
correntes são demasiado pequenas) ou mesmo por falta
de3 impedância. Assim, pode ser complementarizada com
os relés 50N/51N.
A logação do transformador define também a
possibilidade de instalar o relé de sobre corrente de terra
no lugar do de sobre corrente de neutro quando temos um
transformador de corrente instalado no ponto de terra do
transformador (lado estrela)
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Ricardo Santos

Proteção de massa
Verifica o isolamento do transformador à terra
Proteção Térmica
Um transformador pode elevar a temperatura do núcleo devido ao aumento de fluxo magnético. Para
transformadores de grande porte deve haver cuidados acrescidos no sentido de controle de temperatura. O relé de
controlo de temperatura deve ser devidamente regulado para tal, tendo atenção à curvatura de dano especificada
para o tipo de transformador.
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Ricardo Santos

Dimensionamento de um transformador
O dimensionamento de um transformador é um assunto bastante amplo para ser abordado de forma breve,
contudo, para situações que não possua requisitos especiais, o vulgar transformador com núcleo em forma de
“8” (chapas metálicas em forma de “E” e “I” é suficiente).
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Ricardo Santos

Para a nossa construção vamos aceder aos “sítios”
PY2BBS - Hamradio Page
Calculo de Transformadores II (physika.info)
Ambos possibilitam o cálculo de transformadores online, mediante a inserção dos dados relativos aos
Transformadores pretendidos
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Ricardo Santos

PY2BBS - Hamradio Page
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Ricardo Santos

Calculo de Transformadores II (physika.info)
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https://eletrofisica1.blogspot.com/2016/10/transformadores.html?showComment=1605698410452#c8915916
758426867489
TransfEsp2 (ipv.pt)
Bibliografia
Marques Afonso, ELETRÓNICA XXI, Publindustria, Edições Técnicas 2011
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS - ppt carregar (slideplayer.com.br)
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