Transformador

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, r_T=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

Indução Mútua

Quando uma corrente alternada circula por uma bobina, cria um campo magnético que é continuamente variável.

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.

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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.

Transformadores Simbologia

Transformador com núcleo de ar
Transformador com núcleo de ferrite
Transformador com núcleo de ferro

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:

temos:

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

I1/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)