O documento descreve os principais aspectos de transformadores elétricos, incluindo níveis de tensão no Brasil para transmissão, subtransmissão e distribuição de energia, aspectos construtivos de transformadores, o conceito de transformador ideal sem perdas e sua operação a vazio e com carga, além de conceitos como razão de transformação, polaridade, rendimento e regulação.

1. Transformadores Jim S. Naturesa

2. Sistema de geração, transmissão e distribuição.

3. Sistema de geração, transmissão e distribuição. Os níveis de tensão no Brasil são (tensões de linha): Transmissão: 230 kV; 440 kV; 500kV; 600 kV (CC), 750 kV. Subtransmissão: 69 kV; 138 kV. Distribuição primária: 11,9 kV; 13,8 kV; 23 kV; 34,5 kV. Distribuição secundária: 115 V; 127 V; 220 V. Sistemas industriais: 220 V; 380 V; 440 V; 2,3 kV, 4,16 kV e 6,6 kV.

4. Níveis de tensão e potência Os níveis de tensão e potência transmitida são: 230 kV – 200 MW; 500 kV – 1200 MW; 750 kV - 2200 MW.

5. Transformadores – aspectos construtivos

6. Transformadores – aspectos construtivos

7. Transformador ideal Considere um transformador com dois enrolamentos; o primário possui N 1 espiras e o secundário N 2 espiras. As condições ideais são: 1. As resistências dos enrolamentos são desconsideradas; 2. As perdas magnéticas também são desconsideradas; 3. A permeabilidade do núcleo magnético é infinita, ou seja, a relutância do núcleo é zero.

8. Transformador a vazio

9. Transformador ideal a vazio Se aplicarmos um tensão alternada no primário, um Φ fluxo é estabelecido no núcleo. Uma tensão e 1 será induzida no enrolamento primário e será igual a tensão aplicada (considerando a resistência do enrolamento nula). v 1 = e 1 = (N 1 )(d Φ /dt) O fluxo ao cruzar o enrolamento secundário induz uma tensão e 2 , ou: v 2 = e 2 = (N 2 )(d Φ /dt) Podemos escrever: v 1 / v 2 = N 1 / N 2 = a Onde a é a razão de transformação.

10. Transformador ideal com carga Agora fechamos a chave do circuito abaixo. Como o transformador é ideal não há perdas de potência, ou seja, toda a potência fornecida pela fonte é entregue à carga. A energia é transmitida através do acoplamento magnético entre os dois enrolamentos.

11. Transformador ideal com carga Logo: S 1 = S 2 (Potência aparente) V 1 I 1 * = V 2 I 2 * (I 1 / I 2 ) = V 2 / V 1 = N 2 / N 1 ou Onde a é a razão de transformação

12. Transformador ideal com carga A impedância do primário Z 1 (impedância vista pela fonte) pode ser calculada por: Z 1 = V 1 / I 1 A impedância do secundário Z 2 pode ser calculada por: Z 2 = V 2 / I 2 Dividindo Z 1 por Z 2 temos: Z 1 / Z 2 = (V 1 / I 1 ) / (V 2 / I 2 ) Mas V 1 / V 2 = a e I 1 / I 2 = 1 / a Logo Z 1 / Z 2 = a 2

13. Polaridade Normalmente utiliza-se pontos para indicar a polaridade de um transformador.

14. Transformador - rendimento Rendimento pode ser calculado por: Onde: P saída é a potência ativa do secundário, P entrada é a potência ativa do primário.

15. Transformador - regulação A regulação pode ser calculada por: Onde: V s * é a tensão do secundário a vazio, V s é a tensão do secundário a plena carga. Quanto maior for a regulação do transformador, pior é a máquina.

16. Referências Nasar, S. Electric Machines and Electromechanics . Schaum´s Outlines. 1997. Sen, P. C. Principles of Electric Machines and Power Electronics. John Wiley & Sons. 1997. Yamayee, Z. & Bala, J. Electromechanical Energy Devices and Power Systems. John Wiley & Sons. 1994.