Transformadores: Definição, Estrutura e Funcionamento

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TRANSFORMADORES
Definição
Segundo a Apostila de Transformadores da FAG (Faculdade Assis Gurgacz), 2010, transformadores são aparelhos designados a transformar correntes e tensões, e até mesmo mudar os valores da impedância de um circuito, com o objetivo de transferir energia ou potência elétrica entre circuitos.
“Inventado em 1831 por Michael Faraday, os transformadores são dispositivos que funcionam através da indução de corrente de acordo com os princípios do eletromagnetismo, ou seja, ele funciona baseado nos princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday-Neumann-Lenz e da Lei de Lenz, onde se afirma que é possível criar uma corrente elétrica em um circuito uma vez que esse seja submetido a um campo magnético variável, e é por necessitar dessa variação no fluxo magnético que os transformadores só funcionam em corrente alternada.”
Ou seja, pode haver corrente em um circuito se este estiver um campo magnético variável. Assim, para que um transformador funcione é necessária uma variação do fluxo magnético para que dessa maneira exista uma corrente alternada, concluindo assim que um transformador não funciona com uma corrente continua.
Estrutura
Os transformadores basicamente são formados por duas partes, o enrolamento e o núcleo. Segundo a Wikipédia, 2012, o enrolamento e o núcleo são as partes principais, o restante é acessório do transformador, um enrolamento é composto de bobinas, que são constituídas por espiras, e o núcleo é normalmente constituído de ferromagnético e é o elemento responsável por transmitir a corrente entre os enrolamentos.
Transformadores que possuem só um enrolamento são denominados de autotransformadores. Segundo a Wikipédia, 2012, um autotransformador possui o enrolamento secundário também, mas existe uma conexão com o enrolamento secundário, não há isolamento entre os dois enrolamentos, eles se encontram perfeitamente. Em transformadores de dois enrolamentos, há o enrolamento primário e o secundário, e em transformadores de três enrolamentos, encontra-se o primário, o secundário e o terciário.
E segundo a Apostila de Transformadores da FAG, 2010, em transformadores de dois enrolamentos, o enrolamento que obtêm tensão de uma fonte, é chamado de enrolamento primário, já o enrolamento que transforma a tensão e cede para uma carga, é chamado de enrolamento secundário.
Funcionamento
“O transformador é baseado em dois princípios: o primeiro, descrito via lei de Briot-Savart, afirma que corrente elétrica produz campo magnético (eletromagnetismo); o segundo, descrito via lei da indução de Faraday, implica que um campo magnético variável no interior de uma bobina ou enrolamento de fio induz uma tensão elétrica nas extremidades desse enrolamento (indução eletromagnética). A tensão induzida é diretamente proporcional à taxa temporal de variação do fluxo magnético no circuito. A alteração na corrente presente na bobina do circuito primário altera o fluxo magnético nesse circuito e também na bobina do circuito secundário, esta última montada de forma a encontrar-se sob influência direta do campo magnético gerado no circuito primário. A mudança no fluxo magnético na bobina secundária induz uma tensão elétrica na bonina secundária.” 
Ou seja, em um transformador, quando o enrolamento primário recebe a tensão ele cria um campo magnético de acordo com o número de voltas e a proporção da tensão recebida, fluxo magnético vai para o núcleo e vai para o enrolamento secundário, uma tensão é criada de acordo com o fluxo magnético que chegou e o número de espiras do enrolamento.
Classificação
Há vários tipos de transformadores, segundo Wikipédia, 2012, os transformadores podem ser classificados em relação a sua finalidade, como transformador de corrente (baixa ou aumenta a corrente do circuito), de potencial (baixa ou aumenta a tensão, que acaba provocando um aumento ou uma diminuição da corrente), de distribuição (diminui a tensão para distribuir para os “clientes finais”) e de força (gerar, transmitir, distribuir energia para subestações). Na verdade, transformadores de distribuição e de força são uma subdivisão do transformador potencial.
Em relação ao material do núcleo, pode ser núcleo ferromagnético e núcleo de ar (enrolamento em contato com o ar). E em relação as fases, o transformador pode se monofásica e polifásica.
Segundo Info Escola, 2012, transformadores monofásicos funciona no máximo com duas fases (127V – 220V), é o transformador usado em casa, onde transforma 127V em 220V e vice-versa. Já os polifásicos trabalham com mais de um fase, são os que vemos nas ruas, que transforma a tensão, que vem em altos níveis, em 127V e 220V para ao transformadores de casa.
Relação de Transformação
Segundo a Apostila de Transformadores da FAG, 2010, em um transformador ideal, onde não há nenhuma perda, não há fluxos dispersos e a permeabilidade do núcleo é infinita, o fluxo total, Ф, e o mesmo em ambos os enrolamentos, logo podemos escrever em relação as f.e.m’s dos enrolamentos:
Assim, podemos obter a relação de tensão entre os enrolamentos, onde Rt é chamado de relação de espiras ou de transformação:
Onde:
N1 é o número de espiras do enrolamento primário.
N2 é o número de espiras do enrolamento secundário.
V1 é a tensão do enrolamento primário.
V2 é a tensão do enrolamento secundário.
ε1 é a f.e.m. do enrolamento primário.
ε2 é a f.e.m. do enrolamento secundário.
“Esta é a primeira propriedade do transformador que é a de transferir ou refletir as tensões de um lado para o outro segundo uma constante Rt.”(FAG, 2010, p. 8 e 9)
Segundo a Apostila de Transformadores da FAG, 2010, os transformadores podem ser classificados em 3 tipos atribuindo a relação de transformação. Caso o número de espiras do enrolamento primário for menor que a do secundário o transformador é caracterizado como elevador já que a tensão no secundário é elevada. Já quando o número de espiras do primário for maior que a do secundário, o transformador é nomeado rebaixador, pois a tensão no secundário é menor do que a do primário. E por fim o transformador isolador onde o número de espiras do enrolamento primário é igual a do secundário, esse tipo de transformador é muito usado em laboratórios de eletrônica, isolando duas redes.
Transformador Ideal x Transformador Real
Em um transformador ideal o rendimento é de 100% não há perdas, não tem resistências, pois o agrupamento dos enrolamentos é preciso, é ideal, além do circuito magnético ser fechado e adotando uma suposição de que a permeabilidade magnética do núcleo é alta, é ideal.
Já em um transformador real há perdas na potência, a potência que entra no enrolamento primário não é a mesma que sai do secundário, seja pelo aquecimento ou pela resistência do material do circuito, assim o rendimento não é de 100%.
Relação de potência
Segundo a Apostila de Transformadores da FAG, 2010, quando se trata de um transformador ideal, quando não há perdas, a potência no enrolamento primário será a mesma no secundário. (O Rendimento é 100% tratando de um transformador ideal.)
P2 / P1 = Rendimento
P2 / P1 = 1
P1 = P2 logo, V1i1 = V2i2
Assim:
 V1 i2=
 	 V2 i1
Onde:
P1 é potência do enrolamento primário.
P2 é potência do enrolamento secundário.
V1 é a tensão do enrolamento primário.
V2 é a tensão do enrolamento secundário.
i1 é a corrente do enrolamento primário.
i2 é a corrente do enrolamento secundário.
A unidade de P é W (Watts), V é V (Volts) e i é A (Ampère)
EXERCÍCIOS
Marque a alternativa ERRADA.
Transformadores são dispositivos eletromagnéticos que transformam o valor da tensão elétrica alternada, aplicada em sua entrada, para uma tensão alternada diferente na saída.
Os transformadores podem ser usados tanto para aumentar quanto para diminuir o valor da tensão.
Um transformador consiste em duas bobinas enroladas no mesmo núcleo de ferro.
Um transformador consiste em uma bobina enrolada em dois núcleos de ferro.
Em transformadores com dois enrolamentos, é comum denomina-los de enrolamento primário e enrolamento secundário.Seja considerado um transformador monofásico, ideal, cuja potência seja de 1000VA, tensão do seu circuito primário de 220 Volts e a do seu circuito secundário de 110 Volts, determine:
Sua relação de transformação;
Considerando-o com o rendimento igual a um, quais os valores das correntes do seu circuito primário e secundário, respectivamente?
Este transformador é elevador, abaixador ou isolador?
Se o número de espiras do seu secundário Ns for de 400 espiras, qual será o número de espiras do seu circuito primário Np?
Um transformador e alimentado no circuito primário com 110V e corrente de 6 A. O primário possui 300 espiras; o secundário, 600 espiras.
Qual e a tensão obtida no secundário?
Qual a intensidade da corrente no secundário?
Se o secundário fosse ligado a uma fonte de tensão de 180V, que tensão teríamos no primário?
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BRASIL ESCOLA – Exercícios sobre transformadores - http://exercicios.brasilescola.com/ fisica/exercicios-sobre-transformadores.htm - acessado em 11/2012
BRASIL ESCOLA – Transformadores - http://www.brasilescola.com/fisica/transformadores. htm - acessado em 11/2012.
CARRON, Wilson, GUIMARÃES, Osvaldo. - As Faces da Física – 2ª edição, Editora Moderna – São Paulo, SP - 2003.
EXERCÍCIOS DE PORTUGUES – Exercícios de Transformadores - http://exercicios-de-portugues.blogspot.com.br/2011/10/exercicios-de-transformadores-com.html - acessado em 11/2012.
FAG – Transformadores Elétricos - http://www.fag.edu.br/professores/ederson/Eletr%F4ni ca/Transformadores%20El%E9tricos.pdf – acessado em 10/2012.
INFOESCOLA – Transformadores - http://www.infoescola.com/eletricidade/transformadore s/ - acessado em 10/2012.
SÓ FÍSICA - Transformadores - http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/In ducaoMagnetica/transformadores.php - acessado em 10/2012.
WIKIPÉDIA – Transformador - http://pt.wikipedia.org/wiki/Transformador - acessado em 10/2012.