Transformador

O que é um transformador elétrico ?

O transformador é uma "máquina" estática (sem peças em movimento), cuja finalidade é a de transmitir, por meio de um campo magnético, energia eléctrica de um circuito para outro sem ligação directa, com um nível tensão desejado sem alteração da frequência.

O transformador é um dispositivo electromagnético constituído por duas bobinas acopladas através de um núcleo magnético de elevada permeabilidade magnética. O princípio de funcionamento do transformador baseia-se no fenómeno da indução electromagnética, e em particular da indução electromagnética mútua entre bobinas. A principal função de um transformador é elevar ou reduzir as amplitudes da tensão ou da corrente entre as bobinas do primário e do secundário. O transformador caracteriza-se pela relação de transformação de tensão entre o primário e o secundário, rT=N2/N1.

Os transformadores são utilizados numa gama muito variada de aplicações de processamento de informação e de energia eléctrica. Salientam-se, entre outras, a elevação e a redução da tensão e do número de fases em redes de transporte e distribuição de energia eléctrica, a redução da tensão ou da corrente em instrumentos de medida, a adaptação de impedâncias em amplificadores sintonizados em aplicações de rádio-frequência e frequência intermédia, a adaptação de resistências em aplicações audio, ou simplesmente o isolamento galvânico entre partes de um mesmo circuito eléctrico.


Indução Mútua


Se próximo se encontra um segundo indutor, o campo magnético variável INDUZ no segundo indutor uma tensão alternada que se denomina por indução mútua.

A energia elétrica transforma-se em energia magnética e posteriormente em energia elétrica na segunda bobina.


A indução mútua permite transferir energia sem um contato físico direto aproveitando o campo magnético sempre que a tensão seja alternada.

Para além de outros, é possível identificar os seguintes tipos de transformadores: auto-transformadores, transformadores com múltiplos enrolamentos no secundário, transformadores com ponto médio, transformadores de medida ou de protecção, transformadores de sinal e transformadores de potência.

Existem diversos sensores que exploram o fenómeno da indução mútua entre bobinas, ou electromagnética. Estes transdutores são designados relutivos e electromagnéticos, e são utilizados na medição de grandezas não-eléctricas, tais como deslocamento, velocidade, aceleração, binário, força, pressão, etc.

O funcionamento dos transformadores é explicado através das Leis de Faraday, que nos diz que quando um circuito sofre uma corrente variável produz um campo magnético, e quando um circuito é sujeito a um campo magnético variável é gerada uma corrente electrica.
Tipos de transformadores

Transformador de alimentação:

O transformador de alimentação convencional é usado na conversão da tensão da rede para a tensão de funcionamento dos circuitos electrónicos. O rendimento é muito elevado, pois funciona com frequências muito baixas, é feito normalmente com chapas de aço no núcleo, possuindo algumas vezes blindagens metálicas para evitar interferências e blindagens de resina para evitar vibrações mecânicas.
Transformador de áudio:

Usado em aparelhos de áudio com válvula e em algumas configurações com transistores, no acoplamento entre etapas amplificadoras e na saída para os altifalantes (altofalantes). Geralmente é semelhante ao transformador de alimentação na sua forma pode usar núcleo de aço ou ferrite. A resposta dentro da gama de de frequências de áudio, 20 a 20000 Hz, não é perfeitamente linear, mesmo usando materiais de alta qualidade no núcleo, esta variação de eficiência ao longo da faixa de áudio limita o seu uso.
Transformador de corrente:

É usado sobretudo para efectuar medições, em cabines e painéis de controle de máquinas e motores. Consiste num anel circular ou quadrado, com núcleo de chapas de aço e enrolamento com poucas espiras, que se instala passando o cabo dentro do furo, este actua como o primário. A corrente é medida por um amperímetro ligado ao secundário.
Transformador de RF:

Os circuitos de rádio-frequência (RF, acima de 30kHz), usam transformadores no acoplamento entre etapas dos circuitos de rádio e TV. Sua potência em geral é baixa, e os enrolamentos têm poucas espiras, utilizando sobretudo núcleo de ferrite. Costumam ter blindagem de alumínio, para dispersar interferências no circuito onde estão inseridos e nos equipamentos circundantes.
Transformadores de pulso:

São usados para acoplamento e separação entre circuitos, isolando o circuito de controle, de baixa tensão e potência. Têm geralmente núcleo de ferrite e invólucro plástico.
Autotransformadores

Se aplicarmos uma tensão a uma parte de um enrolamento (uma derivação) , o campo induzirá uma tensão maior nos extremos do enrolamento. Este é o princípio do autotransformador.
Uma característica importante dele é o menor tamanho, para certa potência, que um transformador. Isto não se deve apenas ao uso de uma só bobina, mas ao facto da corrente de saída ser parte fornecida pelo lado alimentado, parte induzida pelo campo, o que reduz este, permitindo um núcleo menor, mais leve e mais barato. A desvantagem é não ter isolamento entre a entrada e a saída, limitando as aplicações.
Transformadores Simbologia
Descrição ----------------------------- Simbolo----------------------Imagem
Transformador com núcleo de ar ----- ------

Transformador com núcleo de ferrite ---- ------

Transformador com núcleo de ferro ----- -----

Características de um transformador

Tensões nominais;
Potência nominal ( S ) : S = U*I, trata-se da potência aparente, expressa em VA;
Correntes nominais;
Corrente em vazio ( I0 ) diferença entre as tensões no secundário, em vazio e em carga;
Rendimento;
Queda de Tensão - Diferença entre as tensões no secundário, em vazio e em carga;
Frequência.

Cálculo de um transformador
-Calculo da potencia total dos secundários.
-Divide-se a potência do secundário pelo rendimento, para transformadores construídos manualmente pode-se arbitrar o rendimento em 0,8.
-Calcula-se a secção do núcleo pela formula:


- Determina-se o número de espiras do primário pela fórmula:


Onde:

V1 = Tensão do primário
B = fluxo em linhas por centímetro quadrado
S = Área do núcleo
f = frequência em hertz

5) Sabendo que:
http://www.electronica-pt.com/imagens/trafo/trafo-calculo.gif

temos
http://www.electronica-pt.com/imagens/trafo/transformador-calculo.gif

Onde:

E1 = voltagem do primário
N1 = número de espiras do primário

Isto é um exemplo do processo de cálculo de um transformador, não é aconselhável construir um transformador baseado apenas nas informações aqui existentes.

Fórmulas utilizadas

Potência total secundário

Potencia_VA= Volts_VA*Corrente_IA
Potencia_PB = Volts_VB*Corrente_IB

Potência total secundário

Potencia_PS = (Potencia_PA +Potencia_PB)

Potência primário

Potencia_PP = PS/rendimento

Área do núcleo

S = 1.2* raiz(Potencia_PP)

Número de espiras primário

Espiras_Primário = (Volts_VP*100e+6)/(4.44*B*S*F)

Relação espiras por volt

r = Espiras_Primário/Volts_VP

Espiras_Secundário_VA= r*Volts_VA
Espiras_Secundário_VB = r*Volts_VB

SP = (Potencia_PP/Volts_VP)/densidade
SA = Corrente_IA/densidade
SB = Corrente_IB/densidade
Corrente Primário = Potencia_PP/Volts_VP
Relação Correntes Transformadores



/I2 = N2/N1

N1 número de espiras do enrolamento primário
N2 número de espiras do enrolamento secundário
I1 corrente no enrolamento primário em amperes (A)
I2 corrente no enrolamento secundário em amperes (A)

Relação Tensão Transformadores



V1/V2 = N1/N2

N1 número de espiras do enrolamento primário
N2 número de espiras do enrolamento secundário
V1 tensão no enrolamento primário em volt (V)
V2 tensão no enrolamento secundário em volt (V)



abraco a todos