Transformadores

Os transformadores são dispositivos elétricos usados para alterar os níveis de tensão em circuitos elétricos, elevando ou reduzindo a voltagem conforme necessário. Operam com base no princípio da indução eletromagnética, utilizando duas bobinas conhecidas como enrolamento primário e enrolamento secundário. As bobinas são eletricamente independentes, mas conectadas magneticamente por um núcleo de ferro que guia o fluxo magnético.

Princípios de Funcionamento

Quando uma tensão alternada é aplicada ao enrolamento primário, um campo magnético variável é gerado.
Esse campo induz uma tensão alternada no enrolamento secundário, sem contato elétrico direto entre as bobinas.
Transformadores não funcionam com corrente contínua pura, pois o campo magnético deve ser variável para que ocorra a indução mútua.

Estrutura Básica

Núcleo de Ferro: Maximiza a eficiência magnética, guiando o fluxo entre os enrolamentos.
Enrolamento Primário: Recebe a energia elétrica da fonte.
Enrolamento Secundário: Fornece energia ao circuito de saída.

Classificação

1. Transformadores de Tensão

Projetados para aumentar ou reduzir tensões. Enrolamentos primários são ligados em paralelo com a fonte de energia. Exemplos incluem transformadores de elevação e de redução.

2. Transformadores de Corrente

Usados em medições e sistemas de proteção. Ligados em série no circuito primário.

Relação de Espiras

A razão entre o número de espiras do enrolamento primário (N₁) e do secundário (N₂) determina a relação de transformação de tensão.

A tensão de saída (E₂) pode ser calculada pela fórmula:

E₂ / E₁ = N₂ / N₁

Exemplos:

Transformador de redução (relação 5:1): 10V de entrada resultam em 2V de saída.
Transformador de elevação (relação 1:4): 10V de entrada resultam em 40V de saída.

Eficiência e Perdas

Devido a perdas como vazamento de fluxo e dissipação de calor, nenhum transformador atinge 100% de eficiência. O grau de eficiência é expresso pelo coeficiente de acoplamento, que mede a proporção do fluxo magnético aproveitado.

Aplicações Comuns

Transformadores de Potência: Usados para elevar ou reduzir tensões em fontes de força, como linhas de transmissão e eletrodomésticos.
Transformadores de Áudio e RF: Operam em faixas específicas de frequência, como sinais de áudio (20 Hz a 20 kHz) ou frequências de rádio.
Autotransformadores: Utilizam parte do mesmo enrolamento para o primário e secundário, otimizando custos e eficiência.

Observações de Projeto

Transformadores que elevam a tensão reduzem proporcionalmente a corrente, mantendo constante a potência (exceto pelas perdas). Por exemplo, ao elevar a tensão de 10V para 40V, a corrente reduz de 4A para 1A, mantendo a potência próxima de 40W.

Transformadores

Um transformador é um dispositivo usado para aumentar ou reduzir a tensão em um circuito de corrente alternada (CA). Uma das principais vantagens da CA é que ela pode ser transmitida em alta tensão com baixa perda de potência; em seguida, a tensão pode ser reduzida para qualquer valor desejado com o uso de um transformador. Assim, os transformadores são itens comuns em sistemas CA.

Princípios de Funcionamento

Como explicado na seção sobre indução eletromagnética, todo condutor de uma corrente elétrica possui um campo magnético. Se uma corrente alternada flui em um condutor, o campo magnético em torno do condutor se expande e se retrai rapidamente à medida que a corrente muda de magnitude e direção. Esse campo magnético que muda rapidamente permite o uso de transformadores.

Um transformador é composto por um enrolamento primário e um enrolamento secundário, normalmente ao redor de um núcleo laminado de ferro doce ou folha de aço recozido. A bobina secundária pode ser enrolada ao redor da primária ou de uma seção separada do mesmo núcleo. O núcleo laminado reduz os efeitos das correntes de Foucault, que gerariam calor e perdas de potência.

Teoria de Operação

À medida que uma corrente flui no enrolamento primário, o campo magnético se expande e se contrai. Uma segunda bobina (a secundária) próxima à primária recebe uma tensão induzida por esse campo magnético. Se conectada a um circuito, a tensão induzida gera uma corrente.

Transformadores que operam com frequências mais altas podem ser menores devido à eficiência da transformação de tensão em altas frequências. A reatância indutiva dos enrolamentos provoca uma defasagem quase de 180° entre as tensões primária e secundária.