:::::::::::::::: Bobinas Acopladas e Transformadores :::::::::::::::::::::
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O transformador é um componente de circuito constituído por duas bobinas acopladas magneticamente (ver Figura 13.1). O facto de ambas as bobinas partilharem o mesmo núcleo, em geral de elevada permeabilidade magnética, faz com que a ligação seja quase perfeita e as linhas de força sejam quase na totalidade partilhadas por ambos os enrolamentos. Uma relação corrente eléctrica, fluxo magnético e força electro-motriz induzida, e entre estas e o número de espiras em cada um dos enrolamentos, permite elevar ou reduzir a amplitude da tensão ou da corrente nas duas bobinas.


As bobinas acopladas e os transformadores são utilizadas em variadíssimas aplicações. Alguns exemplos são a elevação e a redução da amplitude da tensão ou da corrente e a conversão do número de fases em redes de transporte de energia eléctrica, a redução da amplitude da tensão ou da corrente eléctrica em instrumentos de medida, a contagem de energia eléctrica, a implementação de mecanismos de protecção, a rectificação de sinais, a adaptação de impedâncias em aplicações audio e rádio-frequência, o isolamento galvânico entre partes de um circuito eléctrico, etc.



Um dos exemplos mais elucidativos da utilidade do transformador é o transporte de energia eléctrica entre as centrais de produção e os centros consumidores. Admita-se então que se pretende transportar uma potência nominal aparente de 1 MVA entre uma central e uma cidade localizada a uma distância de 100 km (200 km de fios eléctricos condutores), e que a tensão de alimentação a fornecer à cidade é de Vcid=200 V (valor eficaz; veja-se a Figura 13.2.a). A amplitude da corrente (eficaz) a fornecer à cidade pela central é neste caso I=S/Vcid=5000 A, corrente cujo transporte exige fios condutores de secção mínima s=1000 mm2, admitindo assim que a linha de cobre suporta uma densidade de corrente máxima de 5 A/mm2. A linha apresenta uma resistência eléctrica de Rlinha=rl/s=4 W, admitindo que a resistividade do cobre é r=0.02 Wmm2/m, sendo responsável por uma queda de tensão Vlinha=RlinhaI=20 kV e por uma dissipação de energia por efeito de Joule, cuja potência é Plinha=RlinhaI2=100 MW. Estes resultados indicam que a queda de tensão e a potência dissipada na linha são ordens de grandeza superiores àquelas efectivamente utilizadas pelos consumidores.

Uma das alternativas para reduzir as perdas por efeito de Joule no transporte de energia eléctrica, implementada na prática, consiste em elevar drasticamente o valor da tensão de transporte (reduzir drasticamente a corrente na linha), reduzindo-a depois progressivamente junto aos grandes centros consumidores, às povoações, aos bairros, aos grandes edifícios, etc. As alternativas a esta solução seriam basicamente três (todas elas impraticáveis): aproximar a central dos consumidores, aproximar os consumidores da central, ou então aumentar drasticamente a secção das linhas de transporte.

Admita-se agora que através de um qualquer mecanismo se eleva a tensão de transporte da energia de, por exemplo, 200 V para 400 kV, e que depois, junto ao centro consumidor, se opera à sua redução (Figura 13.2.b). Neste caso, o valor eficaz da corrente na linha é de apenas I=S/Vcid=2.5 A, a secção exigida para o condutor e a respectiva resistência são s=1 mm2 e Rlinha=4 kW, e a queda de tensão e as perdas na linha são, respectivamente, Vlinha=10 kV e Plinha=25 kW. Como se vê, o simples facto de se ter elevado a tensão de transporte de 200 V para 400 kV conduz a uma apreciável redução da potência dissipada na linha, com perdas que são apenas 2.5% dos valores de tensão e de potência efectivamente transportados para o centro consumidor.