Transformador

Como funciona?

O Transformador é um dispositivo que visa abaixar ou aumentar a tensão e a corrente elétrica de um sistema, por meio do princípio da indução eletromagnética. Tal equipamento consiste em duas bobinas (fios enrolados), envoltas em um núcleo metálico. Cada bobina corresponde a um circuito, sendo um deles o primário e o outro o secundário.

Ao haver a passagem de corrente elétrica no enrolamento primário, linhas de fluxo magnético deslocam-se em direção ao secundário, surgindo nele uma corrente induzida, diretamente relacionada àquela presente na bobina primária. Tal relação de proporcionalidade está associada ao número de espiras de cada bobina, ou seja, ao número de voltas presentes nos fios. Dessa forma, temos um equipamento que relaciona a tensão e a corrente de entrada com as suas respectivas na saída.

A partir dessa relação de proporcionalidade é possível classificar os transformadores como elevadores (tensão do secundário maior que do primário) ou abaixadores (tensão no secundário menor que no primário).

O princípio básico de funcionamento do transformador relaciona-se ao fenômeno de indução eletromagnética, conforme citado anteriormente. Assim, é possível representá-lo também como um circuito magnético, e desenvolver seu estudo através dos pilares do eletromagnetismo. Entretanto neste documento faremos a análise apenas relacionada ao circuito elétrico, devido às facilidades e finalidades do uso do equipamento.

Transformador Ideal

Como o próprio nome já diz, trata-se de um modelo teórico ideal para o dispositivo, mas muito importante para o entendimento do seu funcionamento real.

Para tanto, sua condição de idealidade está relacionada a: não há fluxo magnético disperso, ou seja todo o fluxo produzido pela bobina do primário percorre o núcleo até concatenar a bobina do secundário; não há perda de energia no transformador, ou seja, a potência de entrada é exatamente igual a potência de saída, garantindo uma eficiência de 100% ao equipamento; o núcleo funciona como um condutor ideal, ou seja o núcleo não se opõe à passagem do fluxo magnético.

Essas condições garantem o estabelecimento de uma relação entre as tensões e correntes das partes primária e secundária do transformador, em função do número de espiras de cada bobina.

A seguir temos o desenho esquemático do transformador ideal:

• Np corresponde ao número de espiras do primário, ao passo que Ns ao número de espiras do secundário;
• Vp = Ep, e Ip, correspondem, respectivamente ao conjunto tensão e corrente no primário;
• Vs = Es, e Is, correspondem, respectivamente ao conjunto tensão e corrente no secundário;

Para a tensão temos uma relação diretamente proporcional , dada pela seguinte equação:

Já para a corrente temos uma relação inversamente proporcional, dada pela seguinte equação:

Apesar de uma idealização, seu princípio de funcionamento é fundamentalmente aplicado no transformador ideal, como componente de seu circuito equivalente.

Transformador Real

O transformador real é aquele encontrado na prática. Dessa forma, ele não opera com eficiência de 100%, uma vez que as perdas, principalmente por Efeito Joule (aquecimento), reduzem a potência de saída, a qual é menor que a de entrada.

Com isso, podemos representar o modelo do transformador real pelo seguinte esquemático:

• A reatâncias X1 e X2 representam o fluxo disperso no transformador, no primário e secundário, respectivamente;
• A reatância Xm relaciona-se à corrente de magnetização, responsável pela energização do transformador;
• O resistor Rc representa as perdas que ocorrem no núcleo do transformador, seja pelo fenômeno da histerese, ou por correntes parasitas;
• Os resistores R1 e R2 representam as perdas por Efeito Joule, nas partes primária e secundária do transformador, respectivamente;

A porção central da imagem trata-se de um transformador ideal, cujo funcionamento já foi explicado no tópico anterior. Portanto, o transformador real também carrega a relação entre as tensões e correntes de sua parte primária e secundária, a qual está associada ao número de espiras de cada enrolamento.

É válido destacar que este circuito pode ser ainda mais simplificado, através de análises relacionadas à teoria de circuitos. Entretanto, como este documento visa explicar o funcionamento do transformador, sem aprofundar-se num estudo amplamente teórico, finalizam-se aqui os comentários relacionados ao seu modelo real.

Aplicações

De modo a reduzir a perda de potência por Efeito Joule, as correntes na linha de transmissão são reduzidas, o que implica em elevadas tensões. Assim, os transformadores mostram-se fundamentais para o processo de distribuição de energia, uma vez que, para circuitos residenciais é necessário a presença de baixas tensões, por questões de segurança. Dessa forma, os transformadores atuam abaixando as altas tensões de linha, fornecendo aos domicílios tensões de 110 e 220 V.

Outra aplicação interessante ocorre nos circuitos conversores (transformador corrente contínua em alternada ou vice-versa). Além de serem úteis para controlar os níveis de tensão, eles também servem como isoladores como por exemplo, eliminando ruídos.