AULA 13 - Circuitos 2 - Engenharia

Transformadores

Conceitos

O transformador, ou trafo, é um dispositivo que converte a energia elétrica de um nível de tensão e corrente, a outro.

O transformador está baseado no principio de que a energia elétrica pode se transportar de uma bobina para outra, por meio de indução eletromagnética.

O transformador é constituído de duas ou mais bobinas, ou enrolamentos, e um “caminho”, ou circuito magnético, que “acopla” essas bobinas.

Bobina, nada mais é do que um fio enrolado sobre ele mesmo, reduzindo espaço e concentrando os campos eletro-magnéticos. Ao enrolarmos, chamamos cada “volta” de espira.

Existe diversos tipos de transformadores com diferentes tipos de construção, mas todos funcionam com o mesmo princípio: indução eletromagnética.

• Enrolamento primário é no qual entra a energia que vai ser transformada, lado esquerdo

do desenho.

• Enrolamento secundário é onde sai a energia que foi transformada, lado direito.
• O caminho, nesse caso, é um núcleo metálico que concentra os campos eletro-magnéticos,

o quadrado onde estão enroladas as bobinas.

Um transformador é um dispositivo utilizado para:

• transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro,
• transformar tensões ou correntes,
• isolar partes do circuito,
• além de outras funções.

Trata-se de um dispositivo de corrente alternada que opera com base nos princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz, que resumidamente, dizem:

"Todo condutor quando percorrido por energia elétrica gera em torno de si, campo eletromagnético proporcional ao comprimento do condutor ou ao valor da energia utilizada."

e

"Todo condutor quando inserido em um campo eletro-magnético sofre a indução de energia
elétrica proporcional ao comprimento do condutor ou à intensidade desse campo."

Observe que o gerador fornece corrente elétrica para um enrolamento, o primário, e a variação desta corrente gera o campo eletro-magnético, representado pelas setas vermelhas.

Nesse campo, e sem nenhum contato físico com o primário, introduzimos outro enrolamento, o secundário, no qual será induzida outra corrente (e outra tensão) por esse campo, que pode ser medida pelo multímetro.

Embora o fluxo magnético seja conveniente para se entender o funcionamento do transformador, ele não é usado na análise dos circuitos dos transformadores. Ao contrário, ou são usada as relações das espiras, ou as indutâncias, como será explicado.

Tipos de trafos

Existe uma infinidade de tipo e modelos de transformadores. Eles estão presentes na maioria dos aparelhos elétricos e eletrônicos encontrados normalmente em casa, tais como, por exemplo, computador, aparelho de som e televisor. Cabe-lhes abaixar ou aumentar a tensão da rede elétrica, de forma a alimentar de modo conveniente os vários circuitos que necessitam dela.

O mais comum é o redutor, que abaixa o valor da tensão da tomada para utilização em equipamentos de baixa potência como celulares, aparelhos de som, rádios, tv entre outros.

Com já vimos acima, o princípio básico de funcionamento de um transformador é o fenômeno conhecido como indução eletromagnética: quando um condutor é submetido a um campo magnético variável, seja pela ação de movimento mecânico de um imã permanente ou quando ligado em corrente alternada, aparece nele uma corrente elétrica cuja intensidade é proporcional ao valor desse campo magnético, também chamado fluxo magnético.

A relação entre as tensões no primário e no secundário, bem como as correntes, pode ser facilmente obtida: se o primário tem Np espiras e o secundário Ns, a tensão no primário (Vp) está relacionada à tensão no secundário (Vs) por:

Vp/Vs = Np/Ns

, e as correntes por Ip/Is = Ns/Np.

Desse modo um transformador ideal (que não dissipa energia), com cem espiras no primário e cinqüenta no secundário, percorrido por uma corrente de 1 ampère, sob 110 volts, fornece no secundário, uma corrente de 2 ampères sob 55 volts. Entendeu? Nada, não é? Resumindo: em um transformador onde a quantidade de fio do primário é maior que a do secundário, a tensão de saída será menor do que a entrada e vice-versa. Ao final, a potência deve ser igual. Basta lembrar que P=V.i e no caso acima teremos: No primário: 1A x 110V=110W. No secundário: 2A x 55V=110W Perdas no transformador Graças às técnicas com que são fabricados, os transformadores modernos apresentam grande eficiência, permitindo transferir ao secundário cerca de 98% da energia aplicada no primário. As perdas são devidas, entre outras coisas, às resistências dos fios de cobre nas espiras primárias e secundárias, são sob a forma de calor e não podem ser evitadas.