Esse artigo mostra os princípios gerais do funcionamento de transformadores.
Transformadores
O transformador é um dispositivo elétrico que transfere a energia entre dois ou mais circuitos através de indução magnética. Os diferentes circuitos são ligados às bobinas do transformador, e quando uma corrente alternada é aplicada em uma dessas bobinas, é gerado um campo magnético variável, que por sua ver induz tensão nas outras bobinas.
O efeito de tensão induzida por campo magnético variável é chamado de lei da indução de Faraday, e foi descoberto pelo inglês Michael Faraday em 1831. Essa lei afirma o seguinte: “A força eletromotriz induzida em qualquer circuito fechado é igual ao negativo da variação do fluxo magnético com o tempo na área delimitada pelo circuito.”
Como a variação do campo magnético gera tensão (força eletromotriz), um campo magnético constante não gera tensão e por isso que os transformadores funcionam somente com corrente alternada.
Para possibilitar uma melhor eficiência os transformadores são construídos com núcleos de ligas de ferro que tem a função de intensificar o campo magnético. Assim cada bobina é colocada em volta do núcleo onde fica concentrado o campo magnético.
Normalmente identificamos a bobina do circuito do gerador como “primário” e a bobina do circuito da carga como “secundário”.
Vamos considerar um caso de um transformador com uma tensão Vp e corrente Ip aplicados no primário, que tem Np voltas. O secundário tem Ns voltas e gera uma tensão Vs e corrente Is.
Através da lei de faraday podemos deduzir que a tensão no secundário, Vs, é uma função da tensão no primário, Vp, e do número de voltas das duas bobinas.
Em um transformador ideal, com 100% de eficiência, a potência aplicada no primário é igual à potência fornecida no secundário. Dessa forma podemos calcular a relação entre as correntes e o número de voltas de cada bobina.
Transformadores ideais não existem, os transformadores reais tem perdas, porém, como a eficiencia normalmente é bastante alta, a aproximadação feita acima não acarreta em erros significaticos.
Com as duas equações acima percebemos que se a bobina do secundário tiver menos voltas que a bobina do primário, teremos no secundário, em relação ao primário, uma tensão menor e corrente maior. Mas se a bobina do secundário tiver mais voltas que a bobina do primário, teremos no secundário, em relação ao primário, uma tensão maior e corrente menor.
Transformadores monofásicos
Transformadores monofásicos possuem somente uma bobina ligada ao circuito primário (gerador). Esse é o tipo mais comum de transformador usado em equipamentos eletro-eletrônicos, eletrodomésticos e máquinas de pequeno porte.
Um exemplo de transformador monofásico seria um transformador cujo primário é ligado à rede de 127V e o secundário gera 12V para alimentar uma lâmpada incandescente 12V 50W.
Transformadores trifásicos
Transformadores monofásicos possuem três bobinas ligadas ao circuito primário (gerador). Esse é o tipo mais comum de transformador usado na rede de transmissão e distribuição de energia e em máquinas de grande porte.
Nos transformadores trifásicos, o núcleo tem três segmentos, um para cada fase. Em cada segmento fica um enrolamento primário e um ou mais enrolamento secundários.
No transformador trifásico, desde que as tensões em nas fases do primário tenham igual magnitude de desfasamento de 120°, as mesmas relações entre tensões, número de voltas e corrente valem.
Um exemplo de transformador trifásico seria um transformador cujo primário é ligado à rede de 220V (tensão entre fases) e o secundário gera 380V para alimentar um motor de 10kVA numa ligação estrela-estrela.
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