Transformadores são equipamentos utilizados na transformação de tensão e corrente, além de serem usados na modificação de impedâncias em circuitos elétricos.
O principio de funcionamento de um transformador é baseado nas leis de Faraday e Lenz, as leis do eletromagnetismo e da indução eletromagnética, respectivamente. Estes equipamentos possuem mais de um enrolamento, sendo que estas partes são chamadas de primário e secundário em casos de transformadores com dois enrolamentos, e em transformadores que possuem três enrolamentos, além dos dois nomes já citados, o terceiro enrolamento é denominado terciário.
O transformador é um dispositivo que não tem partes móveis, utiliza a lei de indução de Faraday e não funciona com corrente contínua.
O transformador funciona através da indutância mútua entre duas bobinas ou circuitos indutivamente acoplados.
Os circuitos não são ligados eletricamente.
Transformador de núcleo de ar, indutivamente acoplado com os símbolos.
- Opera segundo o princípio da indução mútua(m), entre duas ou mais bobinas, ou circuitos indutivamente acoplados;
- No transformador os circuitos são acoplados por indução magnética, não são ligados eletricamente;
- Circuito ligado à fonte alternativa, V1, é chamado primário;
- A energia é transferida do circuito primário ao secundário de acordo com o grau de acoplamento magnético entre os dois;
- Trafo com núcleo de ar e frouxamente acoplado, transfere pequena quantidade de energia;
- Trafo enrolado sobre um núcleo comum de ferro e fortemente acoplado. Neste, quase toda energia do primário é transferida ao secundário;
- Quando V1 é instantaneamente positivo uma tensão E1 é induzida ao enrolamento primário, com polaridade tal que se oponha a V1, conforme a lei de lens;
- Uma vez que I1 produz φm, Iz deve circular numa direção tal que seu efeito magnético oponha a I1;
- A polaridade instantânea de Ez e I2 deve estabelecer a polaridade instantânea de V2.
LEGENDA:
V1- Tensão suprida ao circuito 1, (Primário);
R1- Resistência do Enrolamento Primário;
L1- Indutância do Enrolamento Primário;
XL1- Reatância Indutiva do Primário;
Z1- Impedância do Enrolamento Primário;
I1- Corrente do Primário (Irms);
E1- Tensão induzida no Enrolamento Primário;
E2- Tensão induzida no Enrolamento Secundário;
I2- Corrente média quadrática do Secundário (Irms);
R2- Resistência do Enrolamento Secundário;
V2- Tensão nos terminais do Enrolamento Secundário;
L2- Indutância do Enrolamento secundário (Henry);
XL2- Reatância do Secundário (Ohm);
Z2- Impedância do Secundário (Ohm);
φ1- Componente de dispersão do fluxo que concatena apenas a bobina Primária;
φ2- Componente de dispersão do fluxo que concatena apenas a bobina Secundária;
φm- Fluxo Mútuo, compartilhado por ambos os circuitos, concatenando a bobina Primária e Secundária;
M-Indutância mútua (uma medida do acoplamento magnético) entre as bobinas produzida pelo fluxo mútuo (φm) em henries.
O coeficiente de acoplamento, K, entre duas bobinas é a relação do fluxo mútuo para o fluxo total:
Onde Em é a força eletromotriz desenvolvida na bobina secundária pela porção do fluxo que é comum, as bobinas primárias e secundárias, φm (fluxo mútuo), de acordo com a lei de Faraday.
O coeficiente de acoplamento K é:
- se as duas bobinas estão frouxamente acopladas, os termos φm e φ2 são pequenos comparados a φ1 e o termo L2 é pequeno comparado a L1, o que leva a um coeficiente K pequeno;
- com K pequeno tem-se E2 e V2 pequeno, comparados a E1 e V1;
- um pequeno valor de V2 leva a uma pequena corrente I2;
- com acoplamento frouxo, a potência transferida ao secundário E2I2 é pequena.
- trafo com acoplamento frouxo são usados em comunicação em alta frequência (RF);
- trafos utilizados em máquinas e potências são transformadores de núcleo de ferro, fortemente acoplados;
- se o acoplamento é forte, os fluxos φ1 e φ2 são pequenos comparados a φm e são grandes os termos, E2, I2 e V2;
- neste caso, a energia transferida E2I2 é praticamento igual E1I1;
- o acoplamento aumenta se ambas as bobinas são colocadas no mesmo núcleo magnético de baixa reatância, isto tende a reduzir φ1 e φ2;
- mesmo em ótimos projetos de trafos é impossível φ1 e φ2=0;
CARACTERÍSTICAS GERAIS:
Pode ser monofásico ou trifásico;
Só funciona em CA;
Para ser utilizado em CC, é preciso um circuito inversor;
Não possui partes móveis;
Possui enrolamento primário (entrada de corrente) e secundário (saída de corrente), isolados eletricamente entre si;
Auto transformadores possem um só enrolamento.
O transformador que se vê na rua é um típico transformador de potencia trifásico, este recebe a tensão que vem da estação de distribuição, que está no nível de 13,8 KV (13800 Volts) e transforma em 127V e 220V.
Maria Sabrina Pereira / Engenheira Eletricista
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