Transformador monofásico

     O transformador é uma máquina elétrica estática, que altera a tensão e a corrente elétrica para valores adequados de acordo com a aplicação específica do projeto. Na figura 1, um transformador monofásico representado de maneira elementar.

Figura 1

     O enrolamento que recebe a tensão da rede é o enrolamento primário, e o que fornece tensão para a carga, o secundário. Os enrolamentos primário e secundário estão enrolados em um núcleo ferromagnético, porém eletricamente isolados.
     Essa separação entre o primário e o secundário está representada na figura 2.

Figura 2

     Na figura, as grandezas indicadas são:
         • U1, a tensão elétrica primária (V);
         • I1, a corrente elétrica primária (A);
         • N1, o número de espiras do enrolamento primário;
         • U2, a tensão elétrica secundária (V);
         • I2, a corrente elétrica secundária (A);
         • N2, o número de espiras do enrolamento secundário.
      Vamos analisar a figura 2a. Quando se aplica ao enrolamento primário uma tensão elétrica, cria-se uma corrente. Surge, então, um campo magnético, que alcança o enrolamento secundário, pois ambos compartilham o mesmo núcleo.
     Observando agora a figura 2b, percebemos que, ao inverter o sentido da tensão no primário, o campo magnético também inverte de sentido. A inversão de sentido pode ser interpretada como movimento, e, de acordo com o princípio da indução eletromagnética, magnetismo associado a movimento gera eletricidade.
     Portanto, no enrolamento secundário, gera-se uma tensão elétrica, que, ao ser aplicada em uma carga, fornece uma corrente elétrica.
     O transformador apresenta dispersão do fluxo magnético por correntes parasitas.
     Para minimizar essas perdas por histerese, seu núcleo é composto por lâminas, feitas de uma liga metálica especial.
     O transformador monofásico é construído de maneira diferente do transformador elementar (figura 3).

Figura 3

     Uma das aplicações dos transformadores é na alteração da tensão e da corrente elétrica nas usinas geradoras de energia elétrica, possibilitando que elas atendam o maior número possível de consumidores finais que utilizam a tensão em diferentes valores: industrial, comercial e residencial. As usinas hidroelétricas usam a água dos reservatórios de grandes lagos ou rios para mover as turbinas. Já as usinas termoelétricas empregam combustíveis fósseis ou energia nuclear, cujo vapor faz girar as turbinas. Em geral, as usinas hidroelétricas e termoelétricas ficam distantes dos grandes consumidores de energia elétrica, e esta chega até eles por meio de linhas de transmissão, estações e subestações. Durante o percurso, são utilizados inúmeros transformadores, que não apenas alteram o valor da tensão e controlam a corrente, como mantêm a potência elétrica estável e reduzem as perdas por efeito Joule. Outra vantagem dos transformadores é que os cabos usados na linha de transmissão não precisam ser muito grossos.
     Vamos acompanhar o percurso desde a usina de geração de energia até os consumidores.
     Normalmente, a usina gera tensão na ordem de 10 000 V, que o transformador elevador de tensão aumenta para 150 000 a 400 000 V. Não se eleva a tensão acima de 400 000 V para evitar o efeito corona (uma espécie de descarga elétrica através do ar), que causa perda de energia.
     Para ser transportada em grandes distâncias, a energia elétrica segue por cabos instalados em linhas de transmissão. Por ficarem suspensos, os cabos da linha de transmissão não oferecem risco às pessoas, motivo pelo qual não recebem revestimento isolante. Eles são compostos por um trançado de alumínio com aço que garante a condutibilidade e resistência mecânica para suportar o próprio peso, as mudanças climáticas e os fortes ventos.
     Durante a transmissão, ocorrem perdas de energia nos cabos, porque estes, apesar de apresentarem baixa resistência elétrica, são muito longos. Para amenizar as perdas, instalam-se subestações de energia. Assim, quando a tensão é mais uma vez elevada, as perdas são compensadas.
     Ao chegar próximo aos consumidores, a tensão deve ser reduzida, para não oferecer risco à vida e também para fazer funcionar os aparelhos elétricos, eletrônicos e eletroeletrônicos na tensão adequada.