Isolamento Elétrico com Transformadores: Análise SPICE e Aplicações Práticas

Análise SPICE de Isolamento Elétrico

Transformadores não apenas permitem conversão de tensão e corrente em circuitos AC e DC, mas também fornecem uma característica crítica conhecida como isolamento elétrico. Esta capacidade permite que dois circuitos sejam magneticamente acoplados sem conexões diretas de fio, protegendo componentes sensíveis e aumentando a segurança.

Para ilustrar este efeito, executamos uma simulação SPICE que impõe uma alta tensão DC no lado secundário enquanto aterramos os dois circuitos:

Transformador isola 10 Vac em V1 de 250 VDC em V2.

v1 1 0 ac 10 sin
rbogus1 1 2 1e-12
v2 5 0 dc 250
l1 2 0 10000
l2 3 5 100
k l1 l2 0.999
vi1 3 4 ac 0
rload 4 5 1k
.ac lin 1 60 60
.print ac v(2,0) i(v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
.end

Tensões DC referenciadas ao terra (nó 0):
(1) 0.0000 (2) 0.0000 (3) 250.0000 (4) 250.0000 (5) 250.0000
Tensões AC:
freq v(2) i(v1)
6.000E+01 1.000E+01 9.975E-05 Enrolamento primário
freq v(3,5) i(vi1)
6.000E+01 9.962E-01 9.962E-04 Enrolamento secundário

O SPICE mostra que os 250 VDC estão presentes no circuito secundário relativo ao terra, ainda assim o circuito primário registra tensão DC zero nos nós 1 e 2. A transformação AC permanece inalterada, confirmando que o transformador bloqueia efetivamente a tensão de modo comum do lado primário.

A tensão aplicada ao secundário é frequentemente chamada de tensão de modo comum porque é referenciada a um ponto comum (terra) e aparece em múltiplos nós. O isolamento do transformador impede que esta tensão influencie o circuito primário.

Esta propriedade de isolamento vale independentemente de a tensão de modo comum ser DC ou AC, mesmo em frequência diferente.

Em aplicações que requerem níveis idênticos de tensão e corrente em ambos os lados, transformadores de isolamento 1:1 são usados. Estes dispositivos mantêm a mesma tensão e corrente enquanto fornecem isolamento elétrico. Um transformador de isolamento de bancada típico é mostrado abaixo.

Transformador de isolamento isola potência da rede.

• Transformadores permitem transferência de potência entre circuitos sem condutores diretos, oferecendo isolamento elétrico.
• Transformadores de isolamento são especificamente projetados para fornecer este isolamento sem mudar razões de tensão ou corrente.

• Planilha de Transformadores Step-up, Step-down e de Isolamento