Como funciona um transformador de tensão
Um transformador de tensão é usado para converter uma tensão alternada de uma magnitude em uma tensão alternada de outra magnitude. O transformador de tensão funciona graças ao fenômeno da indução eletromagnética: o fluxo magnético variável no tempo gera um EMF na bobina (ou bobinas) por onde passa.
O enrolamento primário do transformador é conectado com seus terminais a uma fonte de tensão alternada, e aos terminais do enrolamento secundário é conectada uma carga que deve ser alimentada com uma tensão menor ou maior que a tensão da fonte da qual este transformador é alimentado.
Obrigado por comparecer núcleo (circuito magnético), o fluxo magnético criado pelo enrolamento primário do transformador não se espalha em nenhum lugar, mas se concentra principalmente no volume delimitado pelo núcleo. Corrente alternadaatuando no enrolamento primário magnetiza o núcleo em uma ou na direção oposta, enquanto a mudança no fluxo magnético não ocorre em surtos, mas harmonicamente, senoidal (se estivermos falando de um transformador de rede).
Pode-se dizer que o ferro do núcleo aumenta a indutância do enrolamento primário, ou seja, aumenta sua capacidade de criar um fluxo magnético quando a corrente passa e melhora a propriedade de impedir que a corrente aumente quando uma tensão é aplicada ao terminais do enrolamento. Portanto, em marcha lenta (no modo sem carga), o transformador consome apenas miliamperes, embora a tensão variável atue no enrolamento.
O enrolamento secundário é o lado receptor do transformador. Ele recebe o fluxo magnético variável gerado pela corrente no enrolamento primário e o envia através do circuito magnético através de suas espiras. O fluxo magnético, variando a uma certa taxa, penetrando nas voltas do enrolamento secundário, de acordo com a lei da indução eletromagnética induz um certo EMF em cada uma de suas voltas. Esses EMFs induzidos são adicionados a cada instante de tempo entre espiras, formando a tensão do enrolamento secundário (tensão de circuito aberto do transformador).
Será oportuno observar que quanto mais rápido o fluxo magnético muda no núcleo, maior a tensão induzida em cada volta do enrolamento secundário do transformador. E como os enrolamentos primário e secundário são permeados pelo mesmo fluxo magnético (criado pela corrente alternada do enrolamento primário), a tensão por volta dos enrolamentos primário e secundário é a mesma, com base na magnitude do fluxo magnético e sua taxa de variação.
Se você cavar mais fundo, a mudança do fluxo magnético no núcleo cria um campo elétrico no espaço ao seu redor, cuja intensidade é maior quanto maior a taxa de mudança do fluxo magnético e maior o valor dessa mudança é o fluxo magnético. Este campo elétrico parasita atua sobre os elétrons localizados no condutor do enrolamento secundário, empurrando-os em uma determinada direção, pelo que nas extremidades do enrolamento secundário é possível medir tensão.
Se uma carga estiver conectada ao enrolamento secundário do transformador, uma corrente fluirá através dela, o que significa que um fluxo magnético criado por essa corrente no enrolamento secundário aparecerá no núcleo.
O fluxo magnético gerado pela corrente do enrolamento secundário, ou seja, a corrente de carga, será direcionado (cf. regra de Lenz) contra o fluxo magnético do enrolamento primário e, portanto, induzirá um contra-CEM no enrolamento primário, o que levará a um aumento da corrente no enrolamento primário e, conseqüentemente, a um aumento da potência consumida por um transformador do enrolamento primário rede.
O aparecimento do inverso do fluxo magnético primário e secundário dentro do núcleo, como efeito da carga conectada, equivale a uma redução na indutância do enrolamento primário. É por isso que um transformador sob carga consome significativamente mais energia elétrica do que quando está ocioso.