Transformadores

Transformadores são dispositivos que operam exclusivamente com corrente alternada e que podem elevar e abaixar tensões ou correntes elétricas. São constituídos de um núcleo de ferro, geralmente em forma de U, e enrolados em fios condutores. A corrente elétrica que passa em um dos enrolamentos produz um campo magnético oscilante, que induz o surgimento de uma corrente elétrica no segundo enrolamento, graças a um fenômeno conhecido como indução eletromagnética.

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Como os transformadores funcionam?

Os transformadores são dispositivos que fazem uso do princípio da indução eletromagnética, descoberto por Michael Faraday. Se quiser saber mais sobre o assunto, sugerimos que acesse o nosso texto Lei de Faraday. A principal função dos transformadores é a de mudar o valor da tensão elétrica e da corrente elétrica, elevando-os ou diminuindo-os.

A estrutura básica dos transformadores consiste em dois enrolamentos de fios condutores, chamados de primário e secundário, enrolados em volta de uma barra de ferro, que geralmente tem o formato de um U.

Quando uma corrente alternada atravessa um dos enrolamentos, ela produz um campo magnético oscilante, que é transmitido ao longo da barra de ferro. Esse campo magnético causa uma variação no fluxo magnético no segundo enrolamento de fios, que, por sua vez, faz surgir uma corrente elétrica induzida nesse enrolamento. Na figura a seguir, mostramos um esquema de um transformador elétrico simples:

Os transformadores podem ser usados tanto como elevadores como abaixadores de tensão. No primeiro caso, a tensão elétrica de saída, no enrolamento secundário, é maior que a tensão de entrada, aplicada sobre o enrolamento primário. Para que isso aconteça, é necessário que o enrolamento secundário tenha um maior número de espiras.

Como consequência do aumento de tensão, os transformadores que elevam a tensão fazem com que a corrente elétrica de saída seja reduzida na mesma medida em que a tensão elétrica é aumentada, ou seja, se a tensão elétrica for dobrada, a corrente elétrica será dividida pela metade.

Em razão do efeito Joule, sabemos que a dissipação de energia elétrica é proporcional à intensidade da corrente elétrica: quanto maior ela for, mais energia será perdida em forma de calor. E é por isso que os transformadores que elevam a tensão elétrica são especialmente úteis para a distribuição de energia elétrica, já que, após ter passado por um transformador desse tipo, a energia tem sua tensão elétrica elevada e, consequentemente, a corrente elétrica que percorre os fios é diminuída.

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Fórmulas dos transformadores

Nos transformadores ideais, todo o fluxo de campo magnético é retido no interior da barra de ferro e as resistências elétricas dos fios são desprezíveis, de modo que não haja dissipação de energia durante o seu funcionamento. Por esse motivo, a potência que atravessa os enrolamentos primário e secundário deve ser igual, o que nos leva à seguinte identidade:

A fórmula mostrada acima nos mostra que a razão entre as tensões elétricas é inversamente proporcional à razão entre as correntes elétricas nos enrolamentos do transformador, por isso, se uma aumenta, a outra deve diminuir. Vale ressaltar que essa fórmula só é completamente válida para os transformadores ideais. Nos transformadores reais, há perdas de energia em forma de calor – é por isso que, nos transformadores reais, é comum que as espiras fiquem imersas em óleo, usado para refrigerá-las.

Há também outra fórmula usada para o estudo dos transformadores. Essa fórmula relaciona as tensões elétricas de entrada e saída com o número de enrolamentos:

U_P e U_S – tensões primária e secundária

N_P e N_S – número de espiras nos enrolamentos primário e secundário

Outra fórmula bastante útil é a que relaciona as correntes elétricas de entrada e saída com o número de espiras nos enrolamentos primário e secundário. Observe:

i_P e i_S – correntes elétricas primária e secundária

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Exercícios resolvidos sobre transformadores

Questão 1) Determine a tensão de saída de um transformador cujo enrolamento primário, de 20 espiras, recebe 220 V de tensão. Saiba que o enrolamento secundário desse transformador é formado por 10 espiras.

a) 440 V

b) 220 V

c) 110 V

d) 660 V

e) 880 V

Gabarito: letra c.

Resolução:

De acordo com o exercício, a tensão de entrada é igual a 220 V e o número de espiras do enrolamento primário é 20, logo devemos fazer o seguinte cálculo:

De acordo com o cálculo, a tensão de saída nesse transformador é de 110 V.

Questão 2) Um transformador tem dois enrolamentos, primário e secundário, de 50 e 150 espiras, respectivamente. Sabendo que a corrente elétrica formada no enrolamento primário é de 1,00 A, qual será a corrente elétrica de saída formada no enrolamento secundário?

a) 3,00 A

b) 3,50 A

c) 110,00 A

d) 0,33 A

e) 0,50 A

Gabarito: letra d.

Resolução:

Vamos usar a fórmula que relaciona a corrente elétrica e o número de espiras em cada enrolamento:

Com base em nossos cálculos, a corrente elétrica que deve ser formada na segunda espira é igual a 0,33 A.