Transformadores Elétricos: Estrutura, Construção, Aplicações

by

Conteúdo

O que é transformador elétrico?

Como o nome sugere, um transformador elétrico transfere energia. Uma definição formal de transformador será -

“É um dispositivo que transfere energia elétrica entre circuitos elétricos.”

É um dispositivo passivo. Ele usa a lei de Faraday para transferir energia sem nenhum contato metálico. Os transformadores elétricos são um dos dispositivos úteis e necessários para a distribuição de energia.

História relacionada a transformadores

Miksa Deri, Otto Blathy e Karoly Zipernowsky são considerados os primeiros projetistas do primeiro transformador. Eles também implementaram transformadores para sistemas comerciais. Embora a Lei da indução tenha sido dada por Faraday em 1830 e o Rev. A bobina de indução foi inventada por Nicholas Callan no ano de 1836. Nesse ínterim, Thomas Alva Edison teve a ideia da lâmpada elétrica no ano de 1882.

Estrutura básica do transformador elétricos

Um transformador elétrico monofásico consiste em três componentes principais. Eles são - enrolamentos primários, enrolamentos secundários e núcleo magnético.

  • Enrolamentos primários - É a parte que está conectada com a fonte. É constituído por bobinas de arame. Fluxo magnético inicialmente produz aqui.
  • Enrolamentos Secundários - É a parte que está conectada com a carga. Também é feito de bobinas. Existe uma relação de espiras que define o número de voltas do fio para formar as duas bobinas dos enrolamentos. Não há conexão metálica entre os enrolamentos primários e os enrolamentos secundários, conforme mencionado anteriormente.
  • Núcleo magnético - É a estrutura de ferro que envolve os enrolamentos primário e secundário. É um núcleo de ferro macio, composto por pequenos elementos para reduzir as perdas do núcleo.
660px Transformador Flux.svg 1
Origem da imagem - Fred a ostra, Fluxo do Transformador, CC BY-SA 4.0

Construção de transformadores elétricos

A construção de transformadores elétricos depende de como os enrolamentos primário e secundário são enrolados em torno da estrutura do núcleo de ferro.

Existem duas categorias de transformadores. Um é do tipo Closed-core e outro é do tipo Shell-core.

A. Transformador de núcleo fechado -

  • Aqui, ambos os enrolamentos são enrolados de fora do núcleo. (Ambos os enrolamentos significam - enrolamentos primários e enrolamentos secundários). Nesta construção, os enrolamentos envolvem todas as pernas do núcleo. Metade dos enrolamentos primários e metade dos enrolamentos secundários são mantidos sobre os outros densamente em cada perna. O fluxo magnético passa por este processo e aumenta o acoplamento magnético. Este tipo de transformador tem uma desvantagem, conhecida como - 'fluxo de vazamento. '
Núcleo do Transformer
Estruturas de transformadores do tipo núcleo

B. Shell Core Transformer -

  • Nesse tipo, os enrolamentos primário e secundário estão dentro do núcleo de ferro. Aqui, o núcleo de ferro forma uma estrutura semelhante a uma concha para os enrolamentos, por isso é conhecido como Transformador de núcleo de concha. Os enrolamentos compartilham a mesma perna central, que tem uma área de seção transversal duas vezes maior que as pernas externas. Este tipo de transformador supera o problema de 'fluxo de fuga'.
Transformador ideal.svg
Transformadores do tipo Shell, fonte de imagem - !Original:Constante314Vetor: Wikimpane, Transformador ideal, CC0 1.0
  • Enrolamentos: Os enrolamentos são a parte portadora de corrente do transformador. Principalmente fio de cobre ou alumínio é usado para fazer a bobina dos enrolamentos. As bobinas e enrolamentos do transformador podem ser classificados em duas categorias principais. Eles são - Bobinas concêntricas e Bobinas de sanduíche. Bobinas sanduíche são geralmente usadas em transformadores do tipo Shell. Os discos alternativos são feitos em forma de espiral.
  • Existem também Enrolamentos Helicoidal, que são usados ​​em aplicações de baixa tensão e alta potência. Existem alguns isoladores dentro de cada tipo de enrolamento. Os isoladores são um dos elementos importantes para transformadores elétricos.
  • Refrigeração:  O resfriamento de um dispositivo ajuda a máquina a operar por mais anos sem falhas. Alguns transformadores elétricos precisam de resfriamento forçado e alguns são do tipo com resfriamento automático. O resfriamento forçado inclui resfriamento por óleo, água ou ambos. Transformadores grandes com classificações de alta potência são preenchidos com óleos de transformador, que resfriam e isolam os enrolamentos. Alguns transformadores são preenchidos com gases para resfriamento.
  • Isolamento: O isolamento é necessário entre voltas de enrolamentos, entre dois enrolamentos, entre núcleo e enrolamentos. Camadas de papéis e filmes de polímero são usados ​​como isolantes. Isoladores grandes usam óleo de transformador como fins de isolamento.
  • Casquilho: A bucha é um isolador elétrico oco que permite que um condutor passe por uma barreira. Transformadores grandes e de alta classificação têm bashings feitos de porcelana ou polímeros.

A verificação de polaridade de transformadores elétricos

A polaridade de um transformador elétrico é definida como a direção da fem induzida nos enrolamentos primário e secundário. É de dois tipos -

  • A. Polaridade Aditiva
  • B. Polaridade Subtrativa

A. Polaridade Aditiva

-Neste tipo de polaridade, os mesmos terminais de polaridade são conectados em ambos os enrolamentos.

B. Polaridade Subtrativa

- Neste tipo de polaridade, terminais de polaridade diferentes são conectados em ambos os enrolamentos.

O que o transformador faz?

Os transformadores elétricos aumentam ou diminuem a tensão e a corrente fornecidas. Não altera a frequência ou a potência do sinal elétrico fornecido. A necessidade de usar um transformador é que os aparelhos elétricos precisam de uma certa tensão, que é menor ou maior do que a potência fornecida. Por exemplo, um LED que funciona com 1.5 volts - 2 volts explodirá se o conectarmos a uma fonte de alimentação doméstica normal. Portanto, precisamos usar um transformador redutor para usar o LED.

640px Transformador de corrente 17 hg
Transformador de corrente, crédito de imagem - Hannes Grobe, Transformador de corrente-17 hg, CC BY-SA 4.0

Clique SUA PARTICIPAÇÃO FAZ A DIFERENÇA saber sobre Princípios de Funcionamento, Eficiência e Perdas de um transformador.

Aplicação de um transformador

Transformers tem muitas aplicações no mundo de hoje. Alguns deles são -

i) Distribuição de energia:

  • Uma grande quantidade de tensão é produzida nas usinas. Mas não podemos usar essa tensão diretamente para nossas aplicações domésticas. Nesse momento, um transformador entra em ação. Os transformadores reduziram a tensão para nossa tensão necessária. Este tipo de transformador é conhecido como transformadores de potência. Existem também transformadores que aumentam a tensão. Por causa desse tipo de transformador, é possível fornecer eletricidade às residências.
Transformador de pilão de 640px na Síria 1
Transformadores na distribuição de energia, fonte de imagem - Alto contraste, Transformador de pilão na Síria, CC POR 3.0 DE

ii) Dispositivos Eletrônicos:

  • Muitos dispositivos eletrônicos e eletrodomésticos usam transformadores para aumentar as tensões ou diminuir as tensões de acordo com os requisitos.
Transformador Elétrico
Transformadores para uso eletrônico, fonte da imagem - Eletricista aposentado, Transformadores SMPS (Coreia, por volta de 2000) - vista inferior, CC0 1.0

iii) Transformadores de áudio:

  • Este tipo de transformador permite que os circuitos telefônicos possibilitem uma conversação bidirecional em um único par de fios. Eles também interconexões entre sistemas de áudio. Pode ser usado para combinar impedância como alto-falante de baixa impedância pode ser combinado com amplificadores de alta impedância.
  • Transformadores trifásicos têm ampla utilização em fins industriais onde os transformadores monofásicos não podem atender aos propósitos.
  • Transformadores de instrumento pode isolar dois dispositivos ou sistemas usando suas propriedades.
  • Transformadores de radiofrequência ou transformadores de RF são usados ​​em dispositivos do tipo radar e têm aplicação no domínio da radiofrequência.
  • Transformadores de pulso são usados ​​para transferir pulsos elétricos em circuitos eletrônicos, circuitos digitais e em distribuição de energia e sistema de controle.

Vantagens e desvantagens de usar um transformador

Vantagens dos transformadores elétricos

Os transformadores são usados ​​para vários fins devido às suas vantagens. Algumas das vantagens são -

  • Transmite potência: Os transformadores permitem a transmissão de sinal elétrico a longa distância. A resistência da linha de transmissão diminui com o aumento da tensão e isso só é possível por meio de transformadores. Assim, a perda de energia é menor e a eletricidade pode ser fornecida para todas as residências. Caso contrário, a resistência seria tão alta que seria quase impossível fornecer.
  • Funcionamento contínuo: Os transformadores podem funcionar continuamente por longos períodos. Não precisa desligar em um dia ou dar descanso.
  • Baixa manutenção: Os transformadores não só funcionam continuamente, mas também não precisam de muita manutenção. Verificar o óleo, limpar as peças é a única manutenção que um transformador precisa. Além disso, a manutenção não custa muito e também não é demorada.
  • Sem demora: Transformers não tem demora ao iniciar. Ele inicia a operação imediatamente. Depois que um transformador é implementado, ele é iniciado imediatamente.
  • Eficiente: Embora os transformadores sofram perdas, eles são eficientes o suficiente para distribuição econômica. Quase 95% de eficiência é alcançável.

Desvantagens de usar transformadores elétricos

Algumas desvantagens são -

  • Maior em tamanho: Embora existam transistores de tamanho pequeno, à medida que a voltagem aumenta, o tamanho do transformador também aumenta. Não apenas a estrutura básica aumenta, o tamanho do sistema de refrigeração também aumenta. Portanto, é preciso muito espaço para acomodar.
  • Requer um sistema de refrigeração: Os transformadores operam continuamente e produzem muito calor. Portanto, para operar de maneira eficiente, um transformador precisa de um sistema de refrigeração acoplado a ele.
  • AC funcionando apenas: O transformador funciona apenas com corrente alternada ou voltagens CA, pois precisa de corrente variável com o tempo para produzir fluxo magnético. Conectar com uma tensão DC queimará o transformador.

Para saber mais sobre eletrônica clique aqui