M029 - O Transformador

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O Transformador

O Transformador é amplamente utilizado em eletrônica. As principais finalidades são a transformação de níveis de tensão e isolação de circuitos eletrônicos.


Fig 1


Basicamente, o transformador utiliza a energia acumulada em campo magnético para realizar sua função. Ele é composto por um enrrolamento primário e um (ou mais) enrrolamentos secundários. Normalmente deseja-se transferir potência entre o enrrolamento primário e o(s) enrrolamento(s) secundário(s).


Fig 2


O núcleo do transformador é composto de material Ferromagnético. Estes materiais tem a propriedade de concentrar e orientar o campo magnético que passa por eles, como vimos nos módulos anteriores. O parâmetro do núcleo, definido como Relutância (), indica a dificuldade que este núcleo impõe à passagem do fluxo magnético, de forma semelhante à dificuldade que a Resistência impõe à passagem da corrente elétrica.

Os enrrolamentos primário e secundários são bobinas e funcionam como Indutores.

Na figura 3, ao aplicarmos o sinal de tensão alternada VP ao enrrolamento primário, este induz no interior do núcleo o fluxo magnético Ø. Se o núcleo apresentar uma baixa relutância, as linhas de campo que formam o fluxo Ø vão "preferir" passar pelo núcleo, pois a relutância do ar é muito mais alta. Assim, poucas linhas de fluxo se dispersam para fora do núcleo. E quanto menos linhas se dispersarem melhor, pois melhora a eficiência do transformador.

Fig 3


Na figura 3, se considerarmos um núcleo ideal, com poucas perdas, o Fluxo Magnético Ø, produzido pelo primário, passa no interior do enrrolamento primário e também no interior dos enrrolamentos secundários S1 e S2. O fluxo é o mesmo. Sob o ponto de vista dos enrrolamentos secundários, a única coisa que eles percebem é o Fluxo Magnético Ø, passando em seu interior. Mas o efeito da passagem deste fluxo pelo interior do enrrolamento é multiplicado pelo número de espiras por se tratar de um fluxo concatenado, como voce pode ver em Indutores.

Se você aplica uma tensão alternada ao enrrolamento e isto causa a indução de fluxo concatenado em seu interior, a reciproca também é verdadeira. Ou seja, se passar um fluxo magnético pelo interior do enrrolamento vai aparecer uma tensão induzida nos extremos deste enrrolamento. O valor desta tensão é data por:

Vinduzida = n . dØ / dt;

Onde n é o número de espiras do enrrolamento.

A fórmula acima diz que a tensão induzida no enrrolamento é o produto de seu número de espiras pela derivada do fluxo. Se você não conhece o conceito de derivada, não se preocupe. O importante na fórmula anterior é que para haver tensão induzida tem de haver variação da intensidade do Fluxo. Além disto a tensão induzida é proporcional ao número de espiras do enrrolamento.

Pois bem. Se a tensão induzida é diretamente proporcional ao número de espiras e à variação do Fluxo ( dØ/dt) e se este mesmo Fluxo está passando no interior de S1 e S2, podemos concluir que as tensões induzidas nos 3 enrrolamentos do transformador da figura 3 são:

VP = NP . dØ / dt;

VS1 = NS1 . dØ / dt;

e

VS2 = NS2 . dØ / dt;

Assim:

VS1 = (NS1 / NP) . VP;

VS2 = (NS2 / NP) . VP;

A conclusão então é que podemos calcular a tensão de cada enrrolamento secundário, conhecendo a tensão aplicada ao primário e a relação do número de espiras.

Vejamos um exemplo:

1) Numa indústria o departamento comercial comprou uma máquina injetora cujo motor funciona em 220Vac. Mas a entrada de energia da empresa é em 380Vac. Dimensione o número de espiras do secundário de um transformador para adequar a tensão da entrada à injetora, sabendo que o enrrolamento primário tem 200 espiras.

Resposta:

NP = 200 espiras;

VS = (NS / NP) . VP Logo: NS = (VS / VP) . NP ;

então:

NS = (220Vac / 380Vac) . 200 espiras = 115,8 espiras;

Assim, precisamos enrrolar um secundário com 116 espiras para obter a tensão correta de 220Vac para a injetora.


Além das tensões de primário e secundário, é importante conhecer também a relação entre as correntes. O transformador não acumula energia. Ele apenas transfere a energia aplicada ao primário aos enrrolamentos secundários. No transformador da figura 3, a potência de entrada é dada por:

PP = VP . IP;

A potência entregue a cada secundário é dada por:

PS1 = VS1 . IS1;

PS2 = VS2 . IS2;

Então a potência total entregue ao secundário é dada por:

PS = PS1 + PS2;

Substituindo as tensões de secundário pela relação de espiras e tensão de primário chegamos a:

IP = (NS1 / NP) .IS1 + (NS2 / NP) .IS2 ;

Vejamos outro exemplo:

2) Você comprou uma televisão nova que funciona em 220Vac, mas a tensão que chega a sua casa é de 110Vac. Você resolve o problema (conforme visto no exemplo 1), colocando um transformador entre a tomada e a televisão com uma relação de espiras NS / NP = 2. Mas você quer colocar um fusível no circuito do primário para proteção em caso de curto. Sabendo que a potência total consumida pela televisão é de 300W, qual a capacidade mínima para o fusível de proteção?

Resposta:

IP = (NS / NP) .IS;

A corrente IS é dada por PS / VS = 300 / 220 = 1,36A;

Logo a corrente no primário é dada por:

IP = 2 . 1,36 = 2,72A;

Então você tem de utilizar um fusível com capacidade mínima de 2,72A.









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