Bloco 1 · Princípios

Indução electromagnética

Lei de Faraday: variação do fluxo magnético induz f.e.m. numa bobina:

ε = -N × dΦ/dt

Transformador explora isto: 2 bobinas no mesmo núcleo, corrente alternada na primeira → fluxo variável → tensão induzida na segunda.

Não funciona com CC porque CC não cria fluxo variável.

Princípio do transformador

       Primário (N1 espiras)        Secundário (N2 espiras)
         │     │                       │     │
         │     │                       │     │
       U1↓    │       ╔══════════╗    │    ↑U2
              ▼       ║          ║    ▼
              ┌───────╫──Núcleo──╫─────┐
              │       ║ ferromag.║      │
              └───────╫──────────╫──────┘
                      ╚══════════╝
              
Φ = fluxo magnético (variável) liga ambas as bobinas

Relação fundamental:

U1 / U2 = N1 / N2 = a (relação de transformação)
I1 / I2 = N2 / N1 = 1/a

(Potência conservada: P1 ≈ P2, descontando perdas.)

Cálculos básicos

Transformador 230 V / 24 V, S = 100 VA:

N1 / N2 = 230 / 24 ≈ 9,58
Se N1 = 1000 espiras → N2 ≈ 104 espiras

Correntes:
I1 = S / U1 = 100 / 230 = 0,43 A
I2 = S / U2 = 100 / 24 = 4,17 A

Tensão sobe, corrente desce (e vice-versa). Conservação aproximada de S = U × I.

Bloco 2 · Transformador monofásico

Construção

Núcleo: chapas de aço silicioso laminadas (reduz correntes parasitas/Foucault).

Tipos de núcleo:

• Coluna (core type): bobinas em volta de 2 colunas.
• Encurralado (shell type): bobinas em torno de 1 coluna central, com retornos laterais. Menor dispersão magnética.
• Toroidal: núcleo em anel. Compacto, baixa interferência. Mais caro.

Bobinas: cobre esmaltado, geralmente concêntricas (baixa tensão dentro, alta fora) ou alternadas.

Perdas

No ferro (núcleo):

• Histerese: energia dissipada na inversão magnética.
• Foucault: correntes parasitas nas chapas (mitigadas com chapas finas isoladas).
• Constantes com a carga (existem sempre que ligado).

No cobre (bobinas):

• I² × R: resistência das bobinas.
• Variam com o quadrado da carga.

Rendimento típico:

• Pequeno (< 1 kVA): 85-92%.
• Médio (1-1000 kVA): 95-98%.
• Grande (MVA): 99%+.

Aplicações

• Adaptação de tensão: 230V → 12V/24V (campainhas, comando, fontes).
• Isolamento galvânico: separa circuitos sem ligação eléctrica directa.
• Adaptação de impedância: áudio, RF.
• Medição (transformadores de corrente, TC; transformadores de tensão, TT).

Bloco 3 · Transformador trifásico

Construção

3 transformadores monofásicos num único núcleo com 3 colunas:

       Coluna A    Coluna B    Coluna C
          │           │           │
        Bob A1      Bob B1      Bob C1     (primário)
        Bob A2      Bob B2      Bob C2     (secundário)
          │           │           │
          └──────Cubas/comum──────┘

Vantagens vs 3 monofásicos:

• Menor volume e peso.
• Maior eficiência.
• Custo menor.

Ligações trifásicas

Designação Yd11, Dy5, etc.:

• Primeira letra (Y, D, Z): primário (estrela, triângulo, zig-zag).
• Segunda letra: secundário.
• Número: índice de desfasamento (× 30°).

Tipos comuns:

• Yyn0: estrela-estrela com neutro à terra. Distribuição com neutro.
• Dyn11: triângulo-estrela com neutro. Mais comum em distribuição (centrais → cidade).
• Yd11: estrela-triângulo. Usado em centrais → linha de transporte.

Tensões standard

Bloco 4 · Tipos especiais

Auto-transformador

Uma única bobina com derivação:

    A ────┬───────┬────
          │       │
        N1    N2 (com derivação)
          │       │
    B ────┴───────┴────

Vantagens: menos cobre, menos perdas, mais barato (relação 1:1 a 1:3 típico).
Desvantagens: sem isolamento galvânico.
Aplicações: estabilizadores de tensão, arrancadores de motor (compensador).

Transformador de corrente (TC)

Mede correntes elevadas convertendo para escala pequena (5 A standard):

1000 A na rede → TC 1000/5 → 5 A na saída para amperímetro

Cuidados:

• Nunca abrir o secundário com primário ligado (tensão induzida pode atingir kV → arco eléctrico).
• Sempre curto-circuitar o secundário ao tirar/montar amperímetro.

Transformador de tensão (TT)

Mede tensões elevadas convertendo para 100 V standard:

15 kV → TT 15kV/100V → 100 V para voltímetro

Usado em quadros de média tensão, contadores fiscais.

Transformador de isolamento

Relação 1:1 sem alterar tensão; objectivo é separar galvânicamente primário e secundário.

Aplicações:

• Hospitais (zona médica deve estar isolada da rede para evitar correntes de fuga em paciente).
• Bancadas de laboratório.
• Audio (eliminar loops de massa).

Transformador toroidal

Núcleo em anel; bobina enrolada à volta. Vantagens: pequeno, leve, baixa dispersão magnética (menos EMI).

Aplicações: equipamentos electrónicos sensíveis (áudio Hi-Fi, instrumentação médica).

Bloco 5 · Ensaios e manutenção

Ensaios principais

Ensaio em vazio:

• Secundário aberto.
• Mede perdas no ferro.
• Tensão nominal aplicada ao primário.

Ensaio em curto-circuito:

• Secundário curto-circuitado.
• Tensão reduzida no primário (~5-10% nominal) para obter corrente nominal.
• Mede perdas no cobre + impedância.

Estes 2 ensaios caracterizam o transformador completamente.

Manutenção (transformador seco BT)

• Mensal: inspecção visual, ruído anormal (50 Hz normal, 100 Hz indica problema).
• Trimestral: termografia em carga.
• Anual:
  • Apertar bornes.
  • Limpar pó (pano seco).
  • Medir isolamento (megger 1000V): > 100 MΩ.
  • Medir continuidade dos enrolamentos.
• 5 anos: revisão profunda (apertar laminação, vernizar enrolamentos se necessário).

Manutenção (transformador em óleo)

Mais complexa:

• Análise periódica do óleo (cromatografia de gases dissolvidos — detecta arco interno, sobrecarga, deterioração).
• Rigidez dieléctrica do óleo: > 30 kV (entre eléctrodos a 2,5 mm).
• Substituição do óleo a cada 10-20 anos consoante análise.
• Sílicagel no respirador (azul → cor-de-rosa = saturada, substituir).
• Termómetros e protecções (Buchholz, sobrepressão) verificados anualmente.

Bloco 6 · Segurança

Riscos

Tensão: transformadores de potência têm tensões letais.

• BT: 230-400 V CA.
• MT: 6-30 kV.
• AT: 60-400 kV.

Cuidados:

• 5 regras de ouro sempre.
• Despressurizar / desligar / bloquear / etiquetar.
• Distância de segurança (1 m em BT, 5 m em MT).
• Resgate: nunca tocar diretamente — usar bastão isolante.

EPI específico

• Luvas isolantes com categoria de tensão (Classe 0 = 1kV, Classe 2 = 17 kV, etc.).
• Calçado isolante.
• Capacete dieléctrico.
• Viseira face protecção contra arco.
• Roupa anti-arco em zonas de MT.