Transformadores

Resumo

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Para que a energia chegue a nossa casa, todo um processo é feito antes. As usinas geradoras de energia geram tensões muito elevadas, em torno de $13,8~kV$. Essa tensão é ainda mais elevada, na transmissão, a níveis acima de $230~kV$ e depois é abaixada novamente para o nível de $13,8~kV$ e, por fim, é abaixada mais uma vez para $127/220~V$ para poder atender nós consumidores.

Processo de geração de energia até o abastecimento dos domicílios
Processo de geração de energia até o abastecimento dos domicílios

Então, desde a geração até chegar nas nossas casas a tensão fica se elevando e abaixando diversas vezes.

Os transformadores são os equipamentos responsáveis por essa transformação nos valores de tensão.

Com certeza você já viu um desses aqui pendurado nos postes na rua da sua casa:

Exemplo de transformador
Exemplo de transformador

Esse é um transformador trifásico de distribuição e é ele que abaixa a tensão de $13,8~kV$ para $120/220~V$.

Mas como é que um transformador consegue aumentar ou diminuir a tensão?

Para entender vamos começar com um transformador monofásico e ideal (sabemos que tudo na vida não é ideal, infelizmente hahaha, mas para efeitos de cálculos e compreenssão faz sentido considerarmos um transformador ideal, beleza?).

Esse transformador é, basicamente, formado por um núcleo, de material ferromagnético, e por dois enrolamentos de $N$ espiras, que chamamos de enrolamento do primário e enrolamento do secundário do transformador, como mostra a figura abaixo:

Esquema ilustrativo de um transformador
Esquema ilustrativo de um transformador

O fluxo que acontece dentro do transformador é o seguinte: O primário é alimentado com uma tensão, $V_1$, e uma corrente, $i_1$, passará pelo enrolamento do primário. A passagem da corrente $i_1$ no enrolamento do primário produz um fluxo que será transmitido para o enrolamento do secundário (todo o fluxo que passa no enrolamento do primário passa pelo secundário, pois estamos considerando trnasformador ideal e por isso não levamos em consideração perda envolvidas no processo).

Esse fluxo induz uma tensão, $V_2$, nos terminais do enrolamento do secundário e uma corrente, $i_2$.

Beleza, mas qual a relação entre a tensão $V_1$ e $V_2$?

Foi definida a relação de transformação do transformador, representada pela letra grega $\alpha$:

$$\frac{V_1}{V_2}=\frac{N_1}{N_2}=\alpha$$

Através dessa relação, sabendo o número de espiras em cada enrolamento e a tensão que é alimentada, descobrir qual tensão sai.

EXMEPLO: Um transformador, composto por $20$ espiras no enrolamento do primário e $10$ no enrolamento do secundário, é alimentada uma tensão de $220~V$. Qual será a tensão medida nos terminais do secundário?

RESOLUÇÃO:

Pelo enunciado sabemos que:

$$V_1=220~V$$
$$N_1=20 ~~espiras$$
$$N_2=10 ~~espiras$$

Utilizando a relação de transformação, obtemos:

$$\frac{V_1}{V_2}=\frac{N_1}{N_2}$$
$$\frac{220}{V_2}=\frac{20}{10}$$
$$220=2V_2$$
$$V_2=\frac{220}{2}=110~V$$

E prontinho... Esse transformador abaixa a tensão.

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