Guia Completo: Transformadores em Sistemas AC e Aplicações

Os transformadores são componentes essenciais em sistemas de eletrônica de potênciaDimensionamento de Resistores em Projetos PráticosAprenda a dimensionar resistores com segurança e precisão. Tutorial prático sobre cálculos de resistência, potência, tolerância e coeficiente térmico. e em muitas outras aplicações que lidam com corrente alternadaCircuitos Retificadores: Meio Ciclo, Onda Completa e PonteConheça os principais circuitos retificadores e entenda como convertem AC em DC. Aprenda sobre meio ciclo, onda completa e ponte em aplicações reais. (AC). Eles permitem a variação de tensãoLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. (seja para mais ou para menos), o isolamento galvânico entre duas partes do circuito e até o acoplamentoCapacitores de Acoplamento e Desacoplamento: Princípios e AplicaçõesDescubra como os capacitores de acoplamento e desacoplamento atuam em circuitos, garantindo qualidade no sinal e estabilidade na alimentação. de sinais em sistemas de áudio e radiofrequência. Neste tutorial, vamos explorar como os transformadores funcionam, seus princípios básicos, características principais e aplicações práticasÁlgebra Booleana e Lógica Digital: Teoremas de De Morgan: demonstração e aplicação práticaDescubra como os Teoremas de De Morgan simplificam circuitos digitais. Entenda demonstrações, tabelas verdade e aplicações práticas. em circuitos AC.

Princípio de Funcionamento🔗

O funcionamento do transformador se baseia no fenômeno de indução eletromagnética. De forma geral:

1. Quando uma corrente alternadaCircuitos Retificadores: Meio Ciclo, Onda Completa e PonteConheça os principais circuitos retificadores e entenda como convertem AC em DC. Aprenda sobre meio ciclo, onda completa e ponte em aplicações reais. passa pelo enrolamento primário (primary winding), ela cria um campo magnéticoPrincípios de Eletromagnetismo: Funcionamento dos IndutoresAprenda os fundamentos dos indutores, eletromagnetismo e energia armazenada. Descubra como esses componentes influenciam circuitos em DC e AC. alternado no núcleo do transformador.

2. Esse campo magnéticoPrincípios de Eletromagnetismo: Funcionamento dos IndutoresAprenda os fundamentos dos indutores, eletromagnetismo e energia armazenada. Descubra como esses componentes influenciam circuitos em DC e AC. alternado induz uma tensãoLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. no enrolamento secundário (secondary winding), de acordo com a quantidade de espirasPrincípios de Eletromagnetismo: Funcionamento dos IndutoresAprenda os fundamentos dos indutores, eletromagnetismo e energia armazenada. Descubra como esses componentes influenciam circuitos em DC e AC. e a taxa de variação do fluxo magnético.

Como o transformador depende da variação do campo magnéticoPrincípios de Eletromagnetismo: Funcionamento dos IndutoresAprenda os fundamentos dos indutores, eletromagnetismo e energia armazenada. Descubra como esses componentes influenciam circuitos em DC e AC., ele não funciona em corrente contínuaCircuitos Retificadores: Meio Ciclo, Onda Completa e PonteConheça os principais circuitos retificadores e entenda como convertem AC em DC. Aprenda sobre meio ciclo, onda completa e ponte em aplicações reais. (DC), pois em DC não há variação de corrente que gere fluxo magnético alternado.

Partes Principais de um Transformador🔗

Um transformador típico contém:

Enrolamento Primário (Nₚ): conjunto de espirasPrincípios de Eletromagnetismo: Funcionamento dos IndutoresAprenda os fundamentos dos indutores, eletromagnetismo e energia armazenada. Descubra como esses componentes influenciam circuitos em DC e AC. onde se aplica a tensão de entrada (AC).
Enrolamento Secundário (Nₛ): conjunto de espirasPrincípios de Eletromagnetismo: Funcionamento dos IndutoresAprenda os fundamentos dos indutores, eletromagnetismo e energia armazenada. Descubra como esses componentes influenciam circuitos em DC e AC. onde se obtém a tensão de saída.
Núcleo Magnético: normalmente feito de chapas de aço silício ou outros materiais ferromagnéticos, projetado para guiar e concentrar o fluxo magnético com mínima perda.
Isolamento Elétrico: camadas de verniz ou fitas isolantes entre camadas e entre os enrolamentosCircuitos Retificadores: Meio Ciclo, Onda Completa e PonteConheça os principais circuitos retificadores e entenda como convertem AC em DC. Aprenda sobre meio ciclo, onda completa e ponte em aplicações reais., para garantir segurança e evitar curtos internos.

Relação de Espiras e Tensão🔗

Uma das características mais marcantes do transformador é a proporção de tensõesLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. entre primário e secundário, que depende diretamente da relação de espirasPrincípios de Eletromagnetismo: Funcionamento dos IndutoresAprenda os fundamentos dos indutores, eletromagnetismo e energia armazenada. Descubra como esses componentes influenciam circuitos em DC e AC.. Em termos matemáticos:

$$ \frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s} $$

Onde:

$ V_p $ é a tensãoLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. no enrolamento primário;
$ V_s $ é a tensãoLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. no enrolamento secundário;
$ N_p $ é o número de espirasPrincípios de Eletromagnetismo: Funcionamento dos IndutoresAprenda os fundamentos dos indutores, eletromagnetismo e energia armazenada. Descubra como esses componentes influenciam circuitos em DC e AC. do primário;
$ N_s $ é o número de espirasPrincípios de Eletromagnetismo: Funcionamento dos IndutoresAprenda os fundamentos dos indutores, eletromagnetismo e energia armazenada. Descubra como esses componentes influenciam circuitos em DC e AC. do secundário.

Por essa razão, se o transformador tiver mais espirasPrincípios de Eletromagnetismo: Funcionamento dos IndutoresAprenda os fundamentos dos indutores, eletromagnetismo e energia armazenada. Descubra como esses componentes influenciam circuitos em DC e AC. no secundário do que no primário, a tensãoLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. de saída será maior que a de entrada (transformador elevador). Se tiver menos espirasPrincípios de Eletromagnetismo: Funcionamento dos IndutoresAprenda os fundamentos dos indutores, eletromagnetismo e energia armazenada. Descubra como esses componentes influenciam circuitos em DC e AC. no secundário, a tensãoLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. de saída será menor que a de entrada (transformador abaixador).

Relação de Correntes🔗

Além da tensãoLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza., outro conceito importante é o princípio de conservação de potênciaDimensionamento de Resistores em Projetos PráticosAprenda a dimensionar resistores com segurança e precisão. Tutorial prático sobre cálculos de resistência, potência, tolerância e coeficiente térmico. (desconsiderando perdas). Isso significa que, aproximadamente,

A potência de entrada é igual à potência de saída.

Logo, se a tensão de saída $ V_s $ é menor que $ V_p $, a corrente na saída $ I_s $ tende a ser maior que a correnteLei de Ohm e Leis de Kirchhoff: Aplicações PráticasExplore os fundamentos da eletricidade: aprenda a aplicar a Lei de Ohm e as Leis de Kirchhoff para analisar circuitos simples e complexos com clareza. de entrada $ I_p $, e vice-versa. Em termos matemáticos, podemos escrever:

$$ V_p \times I_p \approx V_s \times I_s $$

(As perdas e fatores de eficiência são considerados em projetos reais, mas, para simplificar, assume-se perdas nulas neste exemplo teórico.)

Núcleo do Transformador e Materiais🔗

O núcleo é uma das partes mais importantes, pois influencia a quantidade de fluxo magnético que efetivamente passa de um enrolamento para o outro. O núcleo é feito com materiais ferromagnéticos de alta permeabilidade magnética e baixa perda (histerese). Os mais comuns são:

Material de Núcleo	Propriedade Principal	Aplicações Comuns
Aço Silício	Baixo custo, baixa perda em baixa frequência	Transformadores de rede (50/60 Hz)
Ferrite	Excelente em frequências mais altas	Fontes chaveadas, transformadores de RF
Pós de Ferro e Ligas	Menos comum em transformadores de potência	Aplicações específicas, filtragem e RF