Um transformador é um daqueles componentes que encontramos em inúmeros equipamentos elétricos e eletrônicos. Ele pode ser usado para reduzir uma tensão, proporcionar isolamento entre circuitos ou, como veremos neste artigo, elevar uma tensão.
No vídeo que acompanha este artigo faço uma experiência bastante visual: utilizo um transformador elevador de tensão para conseguir acender uma pequena lâmpada fluorescente de 6 W.
Além do efeito interessante da experiência, ela ajuda a compreender alguns conceitos fundamentais de eletricidade e eletromagnetismo.
O que é um transformador?
Um transformador é um dispositivo que permite transferir energia elétrica entre enrolamentos através de indução eletromagnética.
Em sua forma mais básica temos:
enrolamento primário → núcleo magnético → enrolamento secundário
Quando aplicamos uma tensão alternada ao enrolamento primário, surge um fluxo magnético variável no núcleo. Esse fluxo também atravessa o enrolamento secundário e induz nele uma tensão elétrica.
Portanto, não existe uma ligação elétrica direta obrigatória entre os dois enrolamentos. A transferência de energia ocorre através do campo magnético.
O que é um transformador elevador de tensão?
Um transformador elevador, também chamado de step-up transformer, possui uma tensão no secundário superior à aplicada ao primário.
Em um transformador convencional, isso é obtido utilizando mais espiras no secundário do que no primário.
Podemos imaginar:
primário: poucas espiras
↓
campo magnético variável
↓
secundário: muitas espiras
↓
tensão maior
Essa relação entre o número de espiras e as tensões é uma das propriedades fundamentais do transformador.
O número de espiras determina a elevação da tensão
Em um transformador ideal, a relação entre as tensões acompanha a relação entre o número de espiras dos enrolamentos.
Por exemplo, imagine apenas para facilitar o entendimento que temos:
primário = 100 espiras
secundário = 1.000 espiras
Temos uma relação de 1:10.
Idealmente, se aplicássemos 12 V AC ao primário, esperaríamos aproximadamente:
12 V × 10 = 120 V AC
no secundário.
Na prática, transformadores apresentam perdas no cobre, no núcleo e outros efeitos, de modo que o comportamento real não é perfeitamente ideal.
O transformador aumenta a tensão, mas não cria energia
Esse ponto é fundamental.
Se conseguimos transformar 12 V em 120 V, poderíamos pensar:
“Então o transformador multiplicou a energia por dez?”
Não.
Um transformador não cria potência.
Em um transformador ideal, a potência de entrada seria igual à potência de saída. Em um transformador real, a potência de saída é um pouco menor devido às perdas.
Assim, quando aumentamos bastante a tensão disponível no secundário, a corrente disponível diminui proporcionalmente no modelo ideal.
Simplificando:
menor tensão + maior corrente
pode ser transformada em:
maior tensão + menor corrente
É uma troca entre tensão e corrente, não uma criação gratuita de energia.
Por que o transformador precisa de corrente alternada?
Esse também é um ponto muito importante.
Para induzir continuamente uma tensão no segundo enrolamento, precisamos de um campo magnético variável.
Uma corrente alternada muda continuamente e, consequentemente, produz o fluxo magnético variável necessário ao funcionamento do transformador.
Uma tensão DC constante aplicada diretamente a um transformador convencional não produz a mesma ação contínua de transformação. Para trabalhar a partir de DC, seria necessário algum circuito de chaveamento que produzisse uma tensão variável ou pulsada.
Por isso:
transformador convencional → trabalha com tensão/corrente variável, tipicamente AC
E onde entra a lâmpada fluorescente de 6 W?
No experimento do vídeo utilizo justamente uma pequena lâmpada fluorescente de 6 W para demonstrar o resultado da elevação de tensão.
Isso torna a experiência muito interessante visualmente.
Em vez de simplesmente colocar as pontas de um multímetro no secundário e observar um número, temos um efeito concreto:
tensão aplicada → transformador → tensão elevada → lâmpada acende
Para quem está aprendendo eletrônica, observar um fenômeno acontecendo muitas vezes torna o conceito muito mais fácil de compreender.
Por que uma fluorescente precisa de uma tensão relativamente elevada?
Uma lâmpada fluorescente tradicional funciona através de uma descarga elétrica em um gás, e seu circuito de alimentação precisa fornecer condições adequadas para iniciar e depois manter essa descarga.
Por isso, fluorescentes tradicionais utilizam algum tipo de reator (ballast), e diferentes circuitos podem produzir as condições de partida e funcionamento de maneiras distintas.
Portanto, o experimento não deve ser entendido simplesmente como:
“qualquer transformador + qualquer fluorescente = lâmpada funcionando normalmente”.
A proposta é demonstrar o princípio do circuito utilizado no vídeo e a capacidade de elevar tensão.
Um transformador também pode funcionar ao contrário?
Em muitos casos, sim.
Um transformador originalmente utilizado para reduzir tensão pode funcionar como elevador quando os enrolamentos são utilizados de maneira inversa, desde que sejam respeitados seus limites elétricos e magnéticos.
Imagine um transformador:
120 V → 12 V
Se utilizarmos adequadamente o enrolamento de 12 V como entrada AC, o outro enrolamento poderá apresentar uma tensão muito maior.
Mas isso exige cuidado.
O fato de utilizarmos uma baixa tensão na entrada não significa que a saída também seja segura.
Cuidado: a saída pode ser perigosa
Esse ponto merece destaque.
Um circuito elevador pode partir de uma tensão aparentemente inofensiva e produzir na saída dezenas ou centenas de volts.
Portanto, não devemos avaliar o risco olhando apenas para a alimentação de entrada.
Se você estiver estudando esse circuito, trate a saída como potencialmente perigosa. Não toque nos terminais energizados e não reproduza a experiência sem conhecimento adequado das tensões e correntes envolvidas.
O objetivo aqui é compreender o princípio de funcionamento, e não incentivar experimentos improvisados com alta tensão.
Onde encontramos transformadores elevadores?
O princípio aparece em diversas aplicações.
Um exemplo clássico está na própria distribuição de energia elétrica.
Para transmitir determinada potência por grandes distâncias, elevar a tensão permite reduzir a corrente e, consequentemente, diminuir as perdas resistivas nos condutores. Depois, transformadores reduzem novamente a tensão para níveis apropriados aos consumidores.
Transformadores e circuitos magnéticos também aparecem em fontes, equipamentos eletrônicos e diversas outras aplicações.
Veja o transformador elevador acendendo a lâmpada
No vídeo abaixo mostro na prática como funciona o transformador elevador de tensão, utilizando o circuito para acender uma pequena lâmpada fluorescente de 6 W.
Uma experiência simples para compreender um conceito importante
O interessante dessa experiência é que podemos visualizar uma sequência completa:
tensão alternada no primário
↓
corrente produz fluxo magnético variável
↓
fluxo atravessa o núcleo
↓
tensão é induzida no secundário
↓
relação de espiras eleva a tensão
↓
a tensão elevada é utilizada no circuito da lâmpada
Em poucos minutos conseguimos observar conceitos como indução eletromagnética, transformadores, tensão, corrente, potência e relação de espiras.
E esse é exatamente o tipo de experiência que ajuda a transformar a eletrônica de algo abstrato em algo que podemos observar na prática.