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Os transformadores trifásicos ou de potência são destinados a rebaixar ou elevar a tensão e consequentemente elevar ou reduzir a corrente de um circuito, de modo que não se altere a potência do circuito.[1] Esses transformadores podem ser divididos em dois grupos:

Transformador de força - esses transformadores são utilizados para gerar, transmitir e distribuir energia em subestações e concessionárias. Possuem potência de 5 até 300 MVA. Quando operam em alta tensão têm até 550 kV.[4]

Transformador de distribuição - esses transformadores são utilizados para rebaixar a tensão para ser entregue aos clientes finais das empresas de distribuição de energia. São normalmente instalados em postes ou em câmaras subterrâneas. Possuem potência de 15 a 300 kVA; o enrolamento de alta tensão têm tensão de 15, 24,2 ou 36,2 kV, já o enrolamento de baixa tensão tem 380/220 ou 220/127 V

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Os transformadores são classificados de acordo com vários critérios. As classificações de acordo com a finalidade, o tipo, o material do núcleo e o número de fases são algumas das mais importantes.[3]

Quanto à finalidade

Transformadores de corrente

Transformadores de potência

Transformadores de distribuição

Transformadores de força

Quanto ao tipo

Dois ou mais enrolamentos

Autotransformador

Quanto ao material do núcleo

Ferromagnético

Núcleo de ar

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Um transformador é um dispositivo destinado a transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro, induzindo tensões, correntes e/ou de modificar os valores das impedâncias elétricas de um circuito elétrico.[1]

Inventado em 1831 por Michael Faraday,[2] os transformadores são dispositivos que funcionam através da indução de corrente de acordo com os princípios do eletromagnetismo, ou seja, ele funciona baseado nos princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday-Neumann-Lenz e da Lei de Lenz,[1] onde se afirma que é possível criar uma corrente elétrica em um circuito uma vez que esse seja submetido a um campo magnético variável, e é por necessitar dessa variação no fluxo magnético que os transformadores só funcionam em corrente alternada.

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O fluxo magnético, representado pela letra grega Φ ou ΦB, é análogo ao fluxo elétrico. [1] A unidade no SI é o weber, unidade equivalente ao tesla-metro quadrado (Tm²), [2] dado que o campo magnético mede-se em tesla (T) e a área em metro quadrado (m²).

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Campos magnéticos cercam materiais em correntes elétricas e são detectados pela força que exercem sobre materiais magnéticos ou cargas elétricas em movimento. O campo magnético em qualquer lugar possui tanto uma direção quanto uma magnitude (ou força), por tanto é um campo vetorial.[1]

À luz da relatividade especial, os campos elétrico e magnético são dois aspectos inter-relacionados de um mesmo objeto, chamado de campo eletromagnético. Um campo elétrico puro em um sistema de referência é observado como uma combinação de um campo elétrico e um campo magnético em um sistema de referência em movimento em relação ao primeiro.

Na física moderna, o campo magnético e o campo elétrico são entendidos como sendo um campo fotônico. Na linguagem do Modelo Padrão a força magnética é mediada por fótons. Frequentemente esta descrição microscópica não é necessária por que a teoria clássica, mais simples e coberta neste artigo, é suficiente. A diferença é desprezível na maioria das circunstâncias.

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A força magnética é um tipo de força entre objetos ferromagneticos, que atua mesmo que não estejam em contato, tal como a força gravitacional e a força elétrica. Pode ser atrativa ou repulsiva, o que fez com que fosse confundida com a força elétrica anteriormente a 1600.[1]

Existem ímanes naturais ; na Grécia antiga, as rochas extraídas nas minas da região da Magnesia eram ímanes naturais que deram origem ao termo magnetismo. Um ímã tem sempre um polo norte e um polo sul. Aproximando dois polos opostos de dois ímanes, surge uma força atrativa entre os ímanes; e entre polos semelhantes a força é repulsiva.

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A indução electromagnética é o fenômeno que origina a produção de uma força electromotriz (f.e.m. ou tensão) num meio ou corpo exposto a um campo magnético variável, ou bem num meio móvel exposto a um campo magnético estático. É assim que, quando o dito corpo é um condutor, produz-se uma corrente induzida. Este fenómeno foi descoberto por Michael Faraday que o expressou indicando que a magnitude da tensão induzida é proporcional à variação do fluxo magnético (Lei de Faraday).

Por outro lado, Heinrich Lenz comprovou que a corrente devida à f.e.m. induzida se opõe à mudança de fluxo magnético, de tal forma que a corrente tende a manter o fluxo. Isto é válido tanto para o caso em que a intensidade do fluxo varie, ou que o corpo condutor se mova em relação a ele.

Indução electromagnética é o princípio fundamental sobre o qual operam transformadores, geradores, motores elétricos e a maioria das demais máquinas eléctricas.

Independentemente do tipo de combustível ou fonte de energia usada para gerar energia elétrica, em quase todos os casos é gerada energia mecânica de rotação que é logo usada para gerar eletricidade.

Um exemplo é a energia eólica, uma das fontes de energia renováveis que estão a ser utilizadas para reduzir a contaminação produzida pelos combustíveis fósseis. Portugal é um dos países em que a energia eólica corresponde a uma percentagem mais elevada da energia elétrica total, com aproximadamente 9%.[1]

O princípio que permite transformar a energia mecânica de rotação em eletricidade é a indução eletromagnética.

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A passagem da corrente elétrica num condutor provoca o aumento de temperatura liberando calor.[3] A energia elétrica que se transforma em energia calorífica num receptor ou condutor, é diretamente proporcional à resistência elétrica, ao quadrado da intensidade da corrente que o percorre e ao tempo de passagem da corrente

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A lei de Joule (também conhecida como efeito Joule ou efeito térmico) é uma lei física que expressa a relação entre o calor gerado e a corrente elétrica que percorre um condutor em determinado tempo. Um resistor é um dispositivo que transforma a energia elétrica integralmente em calor.[1] O nome é devido a James Prescott Joule (1818-1889) que estudou o fenômeno em 1840 e, um ano mais tarde, publicada na Philosophical Magazine, pela Royal Society.

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Circuito elétricoCircuitos de corrente contínua

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Circuito elétricoCircuitos de corrente contínua

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Os elementos de circuitos são produzidos com um tamanho padrão para facilitar sua montagem. Uma forma rápida de montar circuitos é usar uma placa de teste. Para construir circuitos mais duradouros, pode-se usar uma placa de circuito (Protoboard), que é constituída de um material isolador com furos e com pistas paralelas de cobre em um dos lados; o contato entre diferentes componentes é feito inserindo os terminais em furos que estejam na mesma pista, tal como na placa de teste, mas é preciso soldar os terminais sobre o cobre. Outro método que permite construir circuitos mais compactos, são as placas de circuito impresso (PCB). Um PCB é semelhante a uma placa de circuito, mas as pistas de cobre e os furos são desenhados sob medida para cada circuito específico.

Um circuito de corrente contínua, ou circuito c.c. (em inglês, Direct Current, d.c.), é um circuito em que todas as fontes de tensão têm força eletromotriz constante e todas as resistências são constantes. Caso se ligue condensadores no circuito, a corrente mudará em função do tempo (resposta transitória do circuito), mas passado algum tempo a carga e tensão nos condensadores atingirão os seus valores finais.

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Circuito elétricoCircuitos em Paralelo: No circuito elétrico paralelo todos os elementos se encontram em paralelo com a fonte de energia. O circuito paralelo apresenta vários caminhos para a corrente.Em um circuito em paralelo a tensão é a mesma em todos os pontos do circuito. Porém a corrente varia de acordo com a resistência.

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Circuito elétricoCircuitos em Paralelo: No circuito elétrico paralelo todos os elementos se encontram em paralelo com a fonte de energia. O circuito paralelo apresenta vários caminhos para a corrente.Em um circuito em paralelo a tensão é a mesma em todos os pontos do circuito. Porém a corrente varia de acordo com a resistência.

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Circuito em Série: É o circuito onde todos os elementos se encontram interligados em série com a fonte de energia. No circuito em série a corrente elétrica é a mesma em todos os pontos do circuito e a tensão é dividida proporcionalmente.

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Um circuito elétrico é a ligação de elementos elétricos,[1] tais como resistores, indutores, capacitores, diodos, linhas de transmissão, fontes de tensão, fontes de corrente e interruptores, de modo que formem pelo menos um caminho fechado para a corrente elétrica.[2] Um circuito elétrico simples, alimentado por pilhas, baterias ou tomadas, sempre apresenta uma fonte de energia elétrica, um aparelho elétrico, fios ou placas de ligação e um interruptor para ligar e desligar o aparelho. Estando ligado, o circuito elétrico está fechado e uma corrente elétrica passa por ele. Esta corrente pode produzir vários efeitos: óticos, cinéticos, térmicos, acústicos, mecânicos, etc. Circuitos elétricos são conjuntos formados por um gerador elétrico, um condutor em circuito fechado e um elemento capaz de utilizar a energia produzida pelo gerador

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As linhas de campo elétrico apontam na direção em que o potencial decresce. Consequentemente, num ponto onde o potencial tiver um valor máximo local, existirão linhas a apontar para fora desse ponto (nó repulsivo); o fluxo numa superfície fechada à volta desse ponto será positivo. Isso implica que na região onde o potencial é máximo deverá existir carga positiva.

Num ponto onde o potencial tiver um valor mínimo local, as linhas de campo apontarão na direção desse ponto (nó atrativo). O fluxo numa superfície fechada à volta do ponto será negativo. Assim, deverá existir carga negativa nesse ponto.[1]

Os pontos máximos e mínimos do potencial podem ser pontos onde o potencial aproxima-se de {\displaystyle +\infty } ou {\displaystyle -\infty }, no caso de cargas pontuais, ou pontos de equilíbrio, onde as derivadas do potencial são todas nulas. Existe um terceiro tipo de ponto crítico, ponto de sela, em que o potencial é máximo em algumas direções e mínimo em outras. Portanto, em algumas direções entram linhas de campo e em outras direções saem; o fluxo numa superfície fechada à volta do ponto deverá ser nulo e, assim, nesse ponto o campo será nulo. Os pontos de sela são pontos de equilíbrio instável.[1]

Como nos pontos máximos e mínimos do potencial há linhas de campo a sair ou entrar em todas as direções, esses pontos encontram-se dentro de superfícies equipotenciais fechadas, umas dentro das outras, aproximando-se do ponto mínimo ou máximo. Nos pontos de sela há sempre um cruzamento das superfícies equipotenciais.

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No eletromagnetismo, potencial elétrico ou potencial eletrostático é um campo equivalente à energia potencial associada a um campo elétrico estático dividida pela carga elétrica de uma partícula-teste. A unidade de medida do SI para o potencial é o volt. Apenas diferenças de potencial elétrico possuem significado físico.

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Quando uma carga puntiforme está isolada no espaço, ela gera um campo elétrico em sua volta. Qualquer ponto que estiver a uma mesma distância dessa carga possuirá o mesmo potencial elétrico. Portanto, aparece ai uma superfície equipotencial esférica. Podemos também encontrar superfícies equipotenciais no campo elétrico uniforme, onde as linhas de força são paralelas e equidistantes. Nesse caso, as superfícies equipotenciais localizam-se perpendicularmente às linhas de força (mesma distância do referencial). O potencial elétrico e distância são inversamente proporcionais, portanto o gráfico cartesiano V x d é uma assíntota.

Nota-se que, percorrendo uma linha de força no seu sentido, encontramos potenciais elétricos cada vez menores.

Vale ainda lembrar que o vetor campo elétrico é sempre perpendicular à superfície equipotencial, e consequentemente a linha de força que o tangencia também.

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Potencial elétrico devido a uma carga puntiforme

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Potencial elétrico devido a uma carga puntiforme

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Para calcular o potencial elétrico devido a uma carga puntiforme usa-se a fórmula:

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Potencial elétrico é a capacidade que um corpo energizado tem de realizar trabalho, ou seja, atrair ou repelir outras cargas elétricas. Com relação a um campo elétrico, interessa-nos a capacidade de realizar trabalho, associada ao campo em si, independentemente do valor da carga q colocada num ponto desse campo. Para medir essa capacidade, utiliza-se a grandeza potencial elétrico.

Para obter o potencial elétrico de um ponto, coloca-se nele uma carga de prova q e mede-se a energia potencial adquirida por ela. Essa energia potencial é proporcional ao valor de q. Portanto, o quociente entre a energia potencial e a carga é constante. Esse quociente chama-se potencial elétrico do ponto. Ele pode ser calculado pela expressão:

{\displaystyle V={\frac {E_{p}}{q}}\,} , onde

{\displaystyle V\,} é o potencial elétrico,

{\displaystyle E_{p}\,} a energia potencial elétrica

{\displaystyle q\,} a carga.

A unidade no SI é J/C = V (volt)

Portanto, quando se fala que o potencial elétrico de um ponto L é VL = 10 V, entende-se que este ponto consegue dotar de 10J de energia cada unidade de carga de 1C. Se a carga elétrica for 3C por exemplo, ela será dotada de uma energia de 30J, obedecendo à proporção. Vale lembrar que é preciso adotar um referencial para tal potencial elétrico. Ele é uma região que se encontra muito distante da carga, teoricamente localizado no infinito.

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São aqueles capazes de converter energia térmica em energia elétrica, diretamente.

Quando associados dois, ou mais geradores como pilhas, por exemplo, a tensão e a corrente se comportam da mesma forma como nas associações de resistores, ou seja:

Associação em série: corrente nominal e tensão é somada.

Associação em paralelo: corrente é somada e tensão nominal.

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São construídos de forma capaz de converter energia potencial química em energia elétrica (contínua apenas). Este tipo de gerador é muito encontrado como baterias e pilhas.

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São os geradores mais comuns e com maior capacidade de criação de energia. Transformam energia mecânica em energia elétrica, principalmente através de magnetismo. É o caso dos geradores encontrados em usinas hidroelétricas, termoelétricas e termonucleares

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São sistemas de geração de energia construídos de modo a transformar energia luminosa em energia elétrica, como por exemplo, as placas solares feitas de um composto de silício que converte a energia luminosa do sol em energia elétrica.

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A corrente sempre existe enquanto há diferença de potencial entre dois corpos ligados, por um condutor, por exemplo, mas esta tem pequena duração quando estes corpos são eletrizados pelos métodos vistos em eletrostática, pois entram rapidamente em equilíbrio.

A forma encontrada para que haja uma diferença de potencial mais duradoura é a criação de geradores elétricos, que são construídos de modo que haja tensão por um intervalo maior de tempo.

Existem diversos tipos de geradores elétricos, que são caracterizados por seu princípio de funcionamento, alguns deles são:

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Corrente alternada (CA ou AC - do inglês alternating current) é uma corrente elétrica cujo sentido varia no tempo, ao contrário da corrente contínua cujo sentido permanece constante ao longo do tempo. A forma de onda usual em um circuito de potência CA é senoidal por ser a forma de transmissão de energia mais eficiente. Entretanto, em certas aplicações, diferentes formas de ondas são utilizadas, tais como triangular ou ondas quadradas. Enquanto a fonte de corrente contínua é constituída pelos pólos positivo e negativo, a de corrente alternada é composta por fases (e, muitas vezes, pelo fio neutro).

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Corrente contínua (CC ou DC - do inglês direct current) é o fluxo ordenado de cargas elétricas no mesmo sentido. Esse tipo de corrente é gerado por baterias de automóveis ou de motos (6, 12 ou 24V), pequenas baterias (geralmente de 9V), pilhas (1,2V e 1,5V), dínamos, células solares e fontes de alimentação de várias tecnologias, que retificam a corrente alternada para produzir corrente contínua.

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Corrente elétrica é o fluxo ordenado de partículas portadora
de carga elétrica ou o deslocamento de cargas dentro de um condutor, quando existe uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades. Tal deslocamento procura restabelecer o equilíbrio desfeito pela ação de um campo elétrico ou outros meios (reações químicas, atrito, luz, etc.).

Sabe-se que, microscopicamente, as cargas livres estão em movimento aleatório devido à agitação térmica. Apesar desse movimento desordenado, ao estabelecermos um campo elétrico na região das cargas, verifica-se um movimento ordenado que se apresenta superposto ao primeiro. Esse movimento recebe o nome de movimento de deriva das cargas livres.

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1. A corrente eléctrica como forma de transferência de energia
1.1 Geradores de corrente eléctrica
1.2 Potencial eléctrico
1.3 Circuitos eléctricos
1.4 Lei de Joule
2. Indução electromagnética
2.1 Força magnética 2.2 Campo magnético
2.3 Fluxo do campo magnético
2.4 Corrente eléctrica induzida
2.5 Corrente eléctrica alternada 2.6 Transformadores