Transformadores

Introdução Técnica

Transformadores

Os transformadores são dispositivos destinados a transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro, transformando tensões, correntes, modificando os valores da Impedância elétrica de um determinado circuito elétrico. Trata-se de um dispositivo de corrente alternada que opera baseado nos princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz.

Existem diversos modelos de transformadores, mas todos adotam o mesmo princípio que é a utilização do campo magnético como forma de acoplamento.

Devido a exigências técnicas e econômicas impostas à construção de grandes usinas elétricas, localizadas fora dos centros de aproveitamento urbano, onde utilizam a energia hidráulica dos rios e lagos com desníveis considerados, surge a necessidade de transporte da energia elétrica produzida nessas grandes usinas, por meio de linhas de comprimento notável.

O transporte inicialmente é feito por redes de alta tensão transportando em alguns casos centenas de milhares de volts. Isso tudo é possível pelo fato de a corrente alternada poder ser transformada facilmente de alta para baixa tensão, por meio de uma máquina estática, de construção simples e ótimo rendimento, é o que chamamos de transformador.

Funcionamento

Seu funcionamento está baseado no princípio da indução eletromagnética. Quando temos uma corrente circulando por um condutor, essa criará em torno do condutor um campo eletromagnético de intensidade proporcional à intensidade da corrente e que se propaga pelo espaço, induzindo em outro condutor eletricamente isolado do primeiro, uma corrente proporcional ao campo recebido.

O transformador utiliza este princípio para manipular as tensões. Para isso ele é construído a partir de dois enrolamentos separados eletricamente e envolvendo um núcleo ferromagnético para aperfeiçoar o efeito da indução eletromagnética. O transformador é construído a partir de bobinas. Estas devem ter um determinado número de espiras no seu primário e no seu secundário. A relação de espiras entre o primário e o secundário determinará o fator multiplicativo do transformador.

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Quando o indutor é conectado a uma fonte de alimentação em corrente alternada ocorre o surgimento de um campo magnético induzido. Quando um segundo indutor é imerso sobre esse campo magnético, ocorre o processo de indução, onde o campo magnético é convertido pelo indutor em forma de tensão induzida.

Os transformadores são constituídos de duas ou mais bobinas ou enrolamentos e um "caminho", ou circuito magnético, que "acopla" essas bobinas. Há uma variedade de transformadores com diferentes tipos de circuito, mas em geral todos operam sobre o mesmo princípio de indução eletromagnética.

Levando em consideração os transformadores de dois enrolamentos, é comum denominá-los como enrolamento primário e secundário, existem transformadores de três enrolamentos sendo que o terceiro é chamado de terciário. Existe também um tipo de transformador denominado Autotransformador, no qual o enrolamento secundário possui uma conexão elétrica com o enrolamento do primário.

Os transformadores de potência são destinados primariamente à transformação da tensão e das correntes operando com altos valores de potência, de forma a elevar o valor da tensão e conseqüentemente reduzir o valor da corrente. Este procedimento é utilizado, pois ao se reduzir o valor das correntes reduz-se as perdas por efeito Joule nos condutores.

O núcleo dos transformadores

Os transformadores usados em baixa freqüência são constituídos de um núcleo de material ferromagnético, como aço, a fim de produzir um caminho de baixa relutância para o fluxo gerado.

Em geral o núcleo de aço dos transformadores é laminado para reduzir a indução de correntes parasitas ou de corrente de Foucault no próprio núcleo, já que essas correntes contribuem para o surgimento de perdas por aquecimento devido ao efeito Joule. Geralmente utiliza-se aço-silício com o intuito de se aumentar a resistividade e diminuir ainda mais essas correntes parasitas.

Os núcleos dos transformadores usados em altas freqüências são feitos de pó de ferro e cerâmica ou de materiais não magnéticos.

Se considerarmos que um transformador funcione sobre condições ideais, a transferência de energia de uma tensão para outra se faz sem nenhuma perda.

Os transformadores também podem ser utilizados para o casamento de impedâncias, que consiste em modificar o valor da impedância vista pelo lado primário do transformador, é em geral de baixa potência. Há outros tipos de transformadores, alguns com núcleo ferromagnético, outros sem núcleo, ditos transformadores com núcleo de ar, e ainda aqueles com núcleo de ferrite.

Existem diversos tipos de núcleos para transformadores perante o aspecto construtivo, falaremos sobre transformadores com núcleo ferromagnético e transformadores com núcleo de ar.

1. Transformadores com núcleo ferromagnético

Os transformadores de potência são invariavelmente construidos com núcleo de material ferromagnético. Esses materiais devem possuir, além de alta permeabilidade magnética, uma resistividade eletrica relativamente elevada e uma indução residual relativamente baixa quando submetido a uma magnetização cíclica.

Essas propriedades implicarão em baixa relutância e, portanto, em pequena absorção de corrente magnetizante e de potência relativa de magnetização, baixas perdas por correntes parasitas e baixa perda por histerese magnética.

Os aços-silício (ligas de ferro, carbono, silício) são os materiais ferromagnéticos que satisfazem as exigências dos núcleos desses transformadores. Nos transformadores maiores, onde se exige bom rendimento, as laminas são de aço-silício de grãos orientados, que além de alta permeabilidade quando excitados no sentido da laminação, apresentam baixíssimas perdas magnéticas específicas. Os transformadores de medida, bem como muitos do tipo de controle, também são constituídos com núcleo ferromagnético, seja laminado ou sintetizado, com a intenção de diminuir as perdas e a corrente magnetizante e melhorar o acoplamento magnético.

2. Transformadores com núcleo de ar

O núcleo de ar confere