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7/26/2019 Aula Trafo

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Carlos Roberto P. Oliboni

www.ifc-videira.edu.br [email protected]

Elementos de Projeto para

Transformadores Monofsicos

Transformadores
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Introduo

Em geral no Brasil, as usinas geradoras de energia estoafastadas dos grandes centros consumidores, pois devemutilizar a energia hidrulica dos grandes rios e lagos.

Por exigncias tcnicas e econmicas, existe anecessidade de transformao dos nveis de tenso daenergia eltrica;

Essa transformao da energia alternada possvelusando uma mquina esttica, construo simples e de altorendimento, que o transformador;

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3


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Princpio de Construo de um

Transformador Monofsico Um transformador consiste em dois ou mais enrolamentos

acoplados por meio de um fluxo magntico comum;

Se um desses enrolamentos, o primrio, for conectado a umafonte de tenso alternada, ento produzir um fluxo alternadocuja amplitude depender da tenso do primrio, da frequncia e

do nmero de espiras; O fluxo comum estabelece um enlace com o outro enrolamento,

o secundrio, induzindo neste uma tenso cujo valor depende donmero de espiras do secundrio, assim como da magnitude dofluxo comum e da frequncia.

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Consideraes e Dados para o Projeto dos

Transformadores de Pequena Potncia

Monofsicos

Condutores e Isolamento Os condutores empregados nos transformadores so decobre, isolados com esmalte;

O esmalte tem resistncia ao calor e elasticidade, pois deveresistir a temperaturas de aproximadamente 80C e deve

manter seu poder isolante mesmo quando o condutor dobrado com raios de curvatura pequenos;

Para pequenos transformadores, usam-se fios redondos at10 AWG. Acima dessa bitola, se prefere o uso decondutores retangulares ou quadrados. Em certos casos,

para tornar mais fcil o enrolamento, substituem-se oscondutores de elevada seo por dois condutoresagrupados em paralelo.

O carretel sobre o qual so enroladas as bobinas constitudo de papelo ou de plstico.

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Bobinas do Transformador

O enrolamento das bobinas sobre o carretel se processaatravs de camadas, sendo que em alguns casos sejanecessria a utilizao de uma folha de papel isolante entreuma camada e outra;

A separao entre a bobina do primrio e a do secundrio feita com uma camada de cartolina grossa ou vriascamadas de cartolina fina, com espessura proporcional tenso do enrolamento A.T.

aconselhvel enrolar primeiro a bobina AT do

transformador, uma vez q a seo do condutor menor ese molda melhor cantos do carretel.

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Dados Para o Projeto

Em geral, os dados necessrios para o clculo detransformadores so:

P2= Potncia de sada ou potncia secundria, medidaem VA;

V2= Tenso de sada ou tenso secundria, medida emvolts;

V1= Tenso de entrada ou tenso primria, medida emvolts.

Clculo das correntes primrias e secundrias A corrente secundria obtida diretamente pela relao:

72

2

V

PI

IVP


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Para calcular a corrente primria, necessrio avaliar apotncia primria. Para isso, acrescentado 10% dapotncia secundria, afim de levar em considerao asperdas no transformador. Ento:

Agora, pode-se calcular a corrente do primrio dotransformador, sendo:

8

Dados Para o Projeto

)(1,1 21 WPP

)(1

11 AV

PI


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Clculo da Seo dos Condutores

Para se calcular a seo dos condutores preciso fixar adensidade de corrente. Em geral, com o aumentar do volume dotransformador, aumentam as dificuldades de irradiao do calor.Dessa forma, preciso diminuir a densidade de corrente doscondutores ao aumentar a potncia do transformador.

Uma vez determinada a densidade de corrente, a seo doscondutores ser:

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Potncia(VA)

Densidade de Corrente(A/mm)

500 3

500 at 1000 2,5

1001 at 3000 2

22

2

21

1

; mmemd

ISmmem

d

IS


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Para fazer a converso dopadro mtrico brasileiro(mm) para o americano(AWG), usa-se a tabela deequivalncias.

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Clculo da Seo dos Condutores


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Clculo da Seo Geomtrica do

Ncleo

O produto da largura (h) da coluna central do transformadorpelo comprimento (H) do pacote laminado fornece a seogeomtrica do ncleo, sendo:

Esta seo no representa a real seo do ncleo, pois

existe uma espessura de material isolante nas chapas. Aseo magntica do transformador definida reduzindo10% da seo geomtrica:

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)(cmHhSg

mg

g

m SSou

S

S 1,11,1


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Clculo da Seo Magntica do

Ncleo

Num circuito eltrico enrolado sobre ferroexiste uma relao de dependncia entre aseo do ncleo magntico e o nmero deespiras dos enrolamentos, isto :

Aumentando a seo magntica doncleo, diminui o nmero de espiras;

Menor seo magntica do ncleo,maior o nmero de espiras doenrolamento.

Para transformadores de at 800VA, usa-se Lminas padronizadas; Paratransformadores com potncia superior a800 VA, usa-se lminas compridas.

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Ncleo

Lminas Padronizadas

N a (cm) Seo da

Janela (mm)

0 1,5 168

1 2,0 300

2 2,5 468

3 3,0 675

4 3,5 900

5 4,0 1200

6 5,0 1880

Lminas Compridas

5 4,0 2400

6 5,0 3750


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Ncleo

A seo magntica dos transformadores calculada comas seguintes frmulas:

Transformador com um primrio e um secundrio:

Transformador de dois primrios e um secundrio ou um

primrio e dois secundrios;

compridasaslparacmf

PS

aspadronizadaslparacm

f

PS

m

m

min)(6

min)(5,7

2

2

compridasaslparacmf

P

S

aspadronizadaslparacmf

PS

m

m

min)(

25,1

6

min)(25,1

5,7

2

2


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Transformador com dois primrios e dois secundrios

Uma vez calculada a seo magntica do ncleo, oprximo passo determinar a seo geomtrica, ou:

Construtivamente, vantajoso que a forma do ncleoseja o mais quadrada possvel, por isso a largura dacoluna central do ncleo obtida por:

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Ncleo

compridasaslparacmf

P

S

aspadronizadaslparacmf

PS

m

m

min)(

5,1

6

min)(5,1

5,7

2

2

mg SS

1,1

gSa ~ baSg


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Clculo do Nmero de Espiras

Para o clculo do nmero de espiras primrias dotransformador, usa a seguinte equao:

Onde: N1=Nmero de espiras do primrio; V1=Tenso do circuito primrio, em volts (V);

BM=Induo mxima no ferro ( para lminas de ao-silcio, de boa

qualidade e resfriamento natural, BM=11300);

Dm=Seo magntica em cm;

f=frequncia.

Para o clculo das espiras do secundrio, usa-se a mesmafrmula, porm com o aumento de 10% do resultado,procurando compensar a queda de tenso.

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fBS

VNou

fSB

VN

MmmM

44,4

10

44,4

10 811

8

11


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Possibilidade de Execuo

Uma vez calculado o nmero de espiras do bobinamentoprimrio (N1), do secundrio (N2) e a suas seo doscondutores, possvel calcular a seo do cobre enrolado.

Para que a montagem do transformador seja possvel, preciso que se verifique:

Se esta relao menor que 3 preciso recalcular otransformador com um ncleo maior.

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2211 mmemSNSNScu

3

)(

)(

cu

j

S

S

mmcobredoSeo

mmjaneladaSeo


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Exemplo de Projeto

Ex.1) Transformador monofsico de 60Hz,P2=300W, V1=220V, V2=127.

Ex.2)Transformador monofsico de 50Hz,

P2=1000W, V1=220V; V2=75V.

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