Estrutura do transformador

Um transformador é constituído por um circuito magnético, conhecido como núcleo. O núcleo tem dois enrolamentos através dos quais a corrente flui, o chamado enrolamento primário e o enrolamento secundário. Se for aplicada uma tensão eléctrica alternada ao enrolamento primário, começa a fluir uma corrente alternada através do enrolamento primário. Esta corrente alternada gera um campo magnético no enrolamento, que altera a sua intensidade e frequência com a fonte de corrente alternada. O fluxo magnético do transformador muda com a frequência da tensão CA.

Um verdadeiro transformador é constituído essencialmente por duas ou mais bobinas e um núcleo de ferro comum. Os enrolamentos de um transformador são geralmente feitos de fio de cobre isolado e são enrolados no núcleo de ferro.

A tensão de entrada é aplicada ao enrolamento primário do transformador. É por esta razão que a bobina no lado primário é frequentemente designada por bobina primária. A tensão alternada na bobina primária cria um campo magnético alternado devido à indutividade. O fluxo magnético passa através da bobina secundária com a ajuda do núcleo de ferro. A tensão de saída pode, por conseguinte, ser obtida a partir do lado secundário do transformador. Correspondendo ao lado primário, a bobina do lado secundário é designada por bobina secundária. A relação de enrolamento das bobinas primária e secundária define se a tensão de saída é inferior ou superior à tensão de entrada. Se o número de espiras da bobina secundária for superior ao da bobina primária, a tensão de saída é superior à tensão de entrada. No entanto, se o número de espiras da bobina secundária for inferior, a tensão de saída é inferior à tensão de entrada. Se ambas as bobinas tiverem o mesmo número de voltas de fio à volta, a tensão de saída é igual à tensão de entrada. Um transformador funciona principalmente com tensão alternada. A relação do número de enrolamentos é decisiva para a alteração da potência, tensão ou corrente. É importante notar que o transformador pode aumentar ou diminuir a tensão ou a corrente. A respectiva contrapartida diminuirá ou aumentará na mesma medida.

Para além das bobinas, o núcleo de ferro é um componente importante de um transformador. Um núcleo de ferro é frequentemente constituído por pó de ferro, ferrite ou ligas de aço-silício. As bobinas são enroladas no núcleo de ferro com fio para criar uma ligação magnética entre elas. Muitos transformadores são também sujeitos a arrefecimento. Os transformadores são arrefecidos num e por um banho de óleo. Para além do arrefecimento, o óleo também actua como isolante e isola melhor do que o ar. Também podem ser instalados sistemas de arrefecimento adicionais para potências muito elevadas e/ou tensões de rede.

A tecnologia de fabrico do núcleo e a qualidade do núcleo do transformador utilizado têm um efeito no circuito magnético. Idealmente, o circuito magnético de um transformador (campo magnético) deve gerar baixas perdas por correntes de Foucault e ter baixas perdas por remagnetização (perdas por histerese). Outro aspeto são as resistências no enrolamento de um transformador. As perdas por enrolamento só podem ser reduzidas com enrolamentos em camadas e ordenados nas bobinas primária e secundária e com o melhor metal de enrolamento. A tensão é regulada pelo número de voltas da bobina. A intensidade da corrente determina o diâmetro do metal do enrolamento.
A potência nominal de um transformador é expressa em VA ou kVA (VA significa volt-ampere e é a unidade de medida da potência eléctrica aparente, kVA significa kilovolt-ampere).

Com exceção da prata, o cobre tem o melhor valor de condutividade com γ = 56, enquanto o alumínio tem apenas γ = 36. O alumínio segue-se com uma diferença de cerca de 35 por cento. O cobre é, portanto, o melhor metal e o alumínio “apenas” o segundo melhor dos materiais condutores técnica e economicamente utilizáveis para a energia eléctrica. Todos os outros metais não podem ser considerados condutores, e as ligas têm geralmente uma condutividade consideravelmente mais baixa do que os metais puros. A prata e o ouro estão completamente excluídos devido ao seu elevado preço.