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Capítulo 9 TRANSFORMADORES
Esta aula apresenta o princípio de funcionamento dos transformadores com base nas leis de Faraday e Lenz, mostra o papel dos transformadores em um sistema elétrico de corrente alternada, bem como deduz as relações fundamentais que constituem o modelo ideal de transformadores, tanto na versão monofásica quanto nas várias formas de conexão trifásicas.

Introdução
Comose sabe, a eletricidade é um excelente meio de transporte de energia de um ponto a outro, devido a:
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grande capacidade de transmissão (economia de escala); grande flexibilidade de distribuição na medida do consumo; rapidez; não-poluente; eficiente (poucas perdas); confiabilidade (exceto quando os governos falham no planejamento e operação do sistema elétrico, como acontece agora).A energia elétrica, produzida em grande quantidades nas usinas, precisa ser transmitida até os centros consumidores e, por sua vez, distribuída a cada consumidor. Portanto, em um sistema de geração, transmissão e distribuição costumam coexistir grandes e pequenos fluxos de energia. No transporte de energia elétrica existe uma relação direta entre o nível de tensão e a quantidade de potênciaativa transmitida, ou seja, quanto maior a tensão, maior a potência transmitida. Por exemplo, uma linha de transmissão trifásica de 230 kV é capaz de transmitir cerca de 200 MW, uma linha de 500kV tem capacidade para transmitir 1200 MW e uma linha de 750 kV cerca de 2200 MW. Isso então permite controlar a quantidade de potência transmitida simplesmente variando-se o nível de tensão ao longo dosistema, o que é facilmente realizado, em circuitos de corrente alternada, através de transformadores. Os transformadores somente funcionam em corrente alternada, como ficará evidente mais adiante. Veja na figura abaixo o desenho esquemático de um sistema de energia elétrica, mostrando como a energia gerada nas usinas passa pelos sistemas de transmissão, subtransmissão, distribuição primária esecundária até chegar aos consumidores finais. Note que o sistema é

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Capítulo 9 - Transformadores permeado de transformadores de tensão, que ora elevam a tensão, ora abaixam a tensão (mais comum), mas sempre estão interconectando duas partes da rede com tensões diferentes. Note ainda que, embora quase todo o sistema seja em corrente alternada, podem existiralgumas linhas de transmissão em corrente contínua, conectadas através de retificadores e inversores (é o caso das linhas CC do sistema Itaipu-Ibiúna).

A título de informação geral, os níveis de tensão mais usados em todo o mundo, e em particular no Brasil, estão discriminados em seguida, lembrando que se referem aos valores de tensão de linha no caso trifásico:
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Transmissão: 230 kV,440 kV, 500 kV, 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.

Conceitos básicos
Pode-se definir transformador de tensão como um dispositivo eletromagnético, constituído por enrolamentos em núcleos de materialferromagnético, que interconecta dois níveis de tensão em um circuito elétrico. Os transformadores podem ser monofásicos ou trifásicos, dependendo do tipo de circuito onde estão conectados. Um transformador monofásico é constituído por dois enrolamentos (bobinas) instalados em um mesmo núcleo de material ferromagnético, como ilustra o desenho esquemático abaixo. Note que um dos enrolamentos é chamadoprimário e o outro chamado secundário, sendo que cada um deles pode ter um número de espiras diferente.

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Capítulo 9 - Transformadores

Relação de monofásicos

transformação

em

transformadores

Considere um transformador monofásico como esquematizado abaixo.

Define-se relação de transformação (RT) em um transformador monofásico como:

onde...
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