O que é um transformador?

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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Tópicos deste artigo

• 1 - Como funcionam
• 2 - Tipos de transformadores
• 3 - Exercícios

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:

V_P — tensão no enrolamento primário

V_S — tensão no enrolamento secundário

N_P — número de espiras no enrolamento primário

N_S — 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:

I_P — corrente elétrica no enrolamento primário

I_S — corrente elétrica no enrolamento secundário

N_P — número de espiras no enrolamento primário

N_S — 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:

• 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.

• 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.

• 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.

• 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