Transformadores são dispositivos usados para abaixar ou aumentar a tensão e a corrente elétricas. Os transformadores consistem em dois enrolamentos de fios, primário e secundário, envolvidos em um núcleo metálico. A passagem de uma corrente elétrica alternada no enrolamento primário induz à formação de uma corrente elétrica alternada no enrolamento secundário. A proporção entre as correntes primária e secundária depende da relação entre o número de voltas em cada um dos enrolamentos.
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Como funcionam
Os transformadores são usados para abaixar ou aumentar as tensões e correntes elétricas em circuitos de consumo ou transmissão de energia elétrica. Se um transformador abaixa uma tensão elétrica, ele automaticamente aumenta a intensidade da corrente elétrica de saída e vice-versa, mantendo sempre constante a potência transmitida, dada pelo produto da corrente pela tensão.
P — potência elétrica
U — tensão elétrica
i — corrente elétrica
Por questões de eficiência, a transmissão de energia elétrica em grandes distâncias sempre ocorre em alta tensão e com baixa corrente elétrica, em resposta às perdas de energia ocasionadas pelo efeito Joule, uma vez que a energia dissipada nos fios é proporcional à corrente elétrica.
Para os circuitos de consumo de energia, como os residenciais, são utilizados baixos valores de tensão elétrica, por questões de segurança — potenciais elétricos muito elevados podem produzir descargas elétricas. É por essa razão que encontramos grandes transformadores nos postes, cuja função é a de abaixar o potencial elétrico da corrente que é conduzida pelos fios, levando-a para as residências com tensões de 110 V ou 220 V.
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Os transformadores comuns são construídos com dois enrolamentos de fios de cobre, chamados de primário e secundário. Esses enrolamentos sempre contam com diferentes números de voltas e encontram-se então torcidos em volta de um núcleo de ferro, sem que haja contato entre eles. Observe a figura a seguir:
Transformador com enrolamentos primário e secundário.
O enrolamento primário é ligado diretamente a um gerador de força eletromotriz alternada (transformadores não funcionam com corrente direta), ou seja, nele, forma-se uma corrente elétrica de intensidade e sentido variável, levando à geração de um campo magnético com as mesmas características.
Esse campo magnético é então concentrado e amplificado pelo núcleo férreo em direção ao enrolamento secundário. O campo magnético variável induz ao surgimento de uma corrente elétrica no secundário. A relação entre os potenciais elétricos entre os enrolamentos primário e secundário é dada pela fórmula seguinte:
VP — tensão no enrolamento primário
VS — tensão no enrolamento secundário
NP — número de espiras no enrolamento primário
NS — número de espiras no enrolamento secundário
Como sabemos, a tensão e a corrente elétricas são inversamente proporcionais, portanto, a relação para as correntes elétricas dos enrolamentos primário e secundário é invertida:
IP — corrente elétrica no enrolamento primário
IS — corrente elétrica no enrolamento secundário
NP — número de espiras no enrolamento primário
NS — número de espiras no enrolamento secundário
O fenômeno físico por trás do funcionamento dos transformadores é chamado de indução eletromagnética e é descrito pela lei de Faraday-Lenz. Essa lei informa que, ao produzirmos uma variação do fluxo magnético por alguma região do espaço, um campo magnético deverá surgir de modo a opor-se a essa variação. Quer saber mais sobre o assunto? Acesse o nosso texto: Lei de Faraday.
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Tipos de transformadores
Apesar de terem funções parecidas, existem diversos tipos de transformadores que atendem a diferentes necessidades. Confira alguns dos tipos mais comuns:
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Transformador de corrente: tem como principal finalidade abaixar a intensidade da corrente elétrica, a fim de transmiti-la para redes de transmissão ou para dispositivos que não suportem correntes elétricas altas.
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Transformador de potencial: é o tipo mais comum de transformador, pode abaixar ou aumentar o potencial elétrico de acordo com a demanda e com o número de enrolamentos na bobina primária e secundária.
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Transformador de distribuição: presente nas centrais de distribuição das usinas elétricas, é responsável por distribuir a corrente elétrica, para diferentes tipos de consumidores, por meio das linhas de transmissão.
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Transformador de força: opera com altíssimos níveis de potencial elétrico e corrente elétrica, é usado na geração de energia elétrica, mas também em aplicações que requeiram muita potência elétrica, como fornos industriais e fornos de indução.
Exercícios
1) Um transformador recebe uma tensão elétrica de 4400 V em seu enrolamento primário. Determine a quantidade de espiras no enrolamento primário para que a tensão de saída pelo enrolamento secundário, de 10 voltas, seja de 110 V.
Resolução:
Para resolver o exercício, basta utilizarmos a fórmula que relaciona as tensões e o número de voltas em cada espira:
2) Um transformador recebe 20 V de tensão em seu enrolamento principal, que contém N espiras. Se o enrolamento secundário desse transformador for formado por 3N espiras, qual será a tensão elétrica de saída?
Resolução:
Usando a fórmula para as tensões de entrada e saída no transformador, faremos o seguinte cálculo:
3) Em relação ao funcionamento dos transformadores, identifique as afirmações abaixo como verdadeira ou falsa:
I - Os transformadores são capazes de operar tanto com corrente elétrica direta quanto com corrente elétrica alternada.
II - Se o número de voltas do enrolamento secundário de um transformador é maior que o número de voltas do enrolamento primário, então a tensão de saída desse transformador será obrigatoriamente maior que a tensão de entrada.
III - Apesar das transformações sofridas pela tensão e corrente elétricas, a potência elétrica permanece constante em transformadores ideais.
IV - Os transformadores operam de acordo com um fenômeno chamado indução eletrostática, descoberto por Faraday.
São verdadeiras:
a) F, F, V, F
b) V, V, V, F
c) F, V, V, F
d) F, V, F, F
e) F, V, V, V
Gabarito:
Resposta: Letra C
I - Os transformadores só funcionam com correntes alternadas, uma vez que é necessário que surjam variações de fluxo de campo magnético para que se induzam correntes elétricas no enrolamento secundário.
II - A fórmula que relaciona as tensões de saída e o número de enrolamentos confirma essa afirmação.
III - Para os transformadores ideais, ou seja, que não dissipem energia elétrica, essa afirmação é verdadeira.
IV - O fenômeno que explica o funcionamento dos transformadores é o princípio da indução eletromagnética.
Por Me. Rafael Helerbrock