Em artigos anteriores, mostramos como a energia elétrica é gerada e distribuída, até chegar a nós, consumidores finais. Mostramos que qualquer aparelho elétrico, quando ligado à rede, funciona como uma carga elétrica, produzindo interferências (os harmônicos) na linha, em maior ou em menor escala. Vimos que, assim como a tensão elétrica, os harmônicos também são ondas senoidais, porém ondas que se apresentam em múltiplos ímpares da freqüência da rede. As várias cargas elétricas geram diferentes harmônicos em diferentes freqüências, com diferentes amplitudes. Por exemplo, aqui onde moro, no bairro das Perdizes em São Paulo, a décima primeira harmônica (11 x 60 Hz = 660 Hz) é bastante intensa. Mas se eu fizer uma medição a uns dois quilômetros daqui, ainda no meu bairro, descubro que a quinta harmônica (5 x 60 Hz = 300 Hz) é que se apresenta muito forte. Isto devido às diferentes cargas ligadas à rede elétrica, nas redondezas da região, no instante da medição. Provavelmente em cada bairro da cidade encontraremos uma nova situação. Na Fig. 1 abaixo mostramos o gráfico em barras que um analisador de redes elétricas (medidor de harmônicos) pode apresentar numa dada região da cidade ou inclusive do campo!

 
Fig 1. Gráfico de barras de harmônicos da rede elétrica em uma determinada região.

       No último artigo também falamos de outros tipos de interferência que podem ocorrer na rede elétrica como os “spikes” (também chamados de transientes ou transitórios e não confundir com os "spikes" cones antivibratórios), ou como o fator de potência (que está relacionado com uma defasagem entre a tensão e a corrente elétrica da rede). Vamos analisar agora as conseqüências que estas anomalias trazem à nossa reprodução sonora.
       Vocês já repararam que, à noitinha, após o serviço, quando nos sentamos nas nossas salas de som para ouvirmos um pouco de música e descontrair, como já estamos bem familiarizados com a reprodução do nosso sistema, muitas vezes notamos algumas diferenças sutis no som e não sabemos explicar a razão disso? Para trazer um pouco mais de luz a esta questão, vamos analisar as respostas a estas três perguntas fundamentais:

Ø      Qual a influência da tensão? Como devo ligar os aparelhos?

Ø      Quais as conseqüências dos harmônicos e “spikes” (transientes e transitórios) ?

Ø      O que o fator de potência causa ao nosso sistema? 

  As respostas a estas três perguntas vão com certeza esclarecer muitas dúvidas que vocês provavelmente tem e que ficaram sem explicação ao longo do tempo.
      Vamos lá:

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Qual a influência da tensão?  

À primeira vista esta pergunta parece sem nexo. Mas o que eu quero dizer é o seguinte: se a minha rede elétrica é de digamos, de 230V e eu tiver um aparelho de 110V (inglês ou americano) para ligar, o que devo fazer? Ou se eu estiver numa situação contrária a esta o que devo fazer? Muitos já me fizeram esta mesma pergunta e ela de fato é muito importante porque, se adotarmos uma solução correta, iremos conseguir um resultado sonoro muito melhor.
        Na verdade esta pergunta é básica pois, conforme a solução que escolhermos, muitas vezes sem nos dar conta, estaremos gerando harmônicos em maior ou em menor escala e interferindo negativamente na nossa reprodução sonora. Mas vamos deixar para analisar esta questão mais adiante.
       Voltando ao ponto que estamos querendo abordar: qual a melhor tensão de alimentação para o nosso sistema? Saibam que fácil é fazer esta pergunta, agora descascá-la é que é! Mas vamos lá! A resposta mais simples e sucinta seria a seguinte: a tensão de alimentação do sistema deve ser a mais adequada possível. Há, no entanto, muitos aspectos que devem ser considerados e vamos aqui analisá-los de forma detalhada.
       Antes de qualquer coisa, quero ressaltar que há também uma regrinha muito importante que deve ser observada. A chamaremos de primeira regra elétrica: todos os aparelhos eletrônicos do nosso sistema devem ser ligados sempre que possível, diretamente à rede elétrica. Lembre-se que tudo o que ligarmos entre os nossos equipamentos de som e a rede, como por exemplo: transformadores, filtros de linha comuns, etc, tudo irá atuar como carga elétrica e gerar harmônicos que irão prejudicar a nossa reprodução. Deveremos portanto, sempre que possível, ligar os equipamentos diretamente à rede elétrica e assim a tensão de cada equipamento será igual à tensão fornecida pela rede elétrica. Sempre que isto ocorre, temos uma situação ideal. Vamos porém nos aprofundar um pouco mais. Normalmente os equipamentos de som possuem basicamente duas tensões de alimentação:

            -22OV, 23OV ou mais recentemente 240V,

-110V, 115V, 12OV, 125V ou 127V.

Assim, aparelhos em 220/230V devem ser ligados a redes de 220/230V e aparelhos 115/120V devem ser ligados a redes de mesmo valor. E aqui tem um ponto muito importante, que chamaremos de segunda regra elétrica: os fios da rede elétrica, aos quais vamos ligar nossos equipamentos, devem ser fase/neutro, com o terceiro orifício de entrada o fio terra. Importante é que seja fase/neutro e não fase/fase. Sabem por que? No sistema fase/fase, quando desligarmos o aparelho, ainda haverá uma tensão entre fase e terra que evidentemente não será desligada, pois a chave principal do aparelho só desliga uma via, que é a via da fase, quando a tomada está corretamente faseada. A outra via (que deveria ser o neutro), que neste caso será a outra fase e esta, contra o terra (o qual evidentemente deveremos ter no sistema), manterá uma tensão da rede. Portanto, o aparelho não desliga, mesmo que não tivermos o terra ligado. Vejam o exemplo aqui de São Paulo: são dois grupos de tensões desta cidade, o 110V/115/120V/125V/127V e a 220/230V/240V. As tensões 110V/115/120V/125V/127V estão entre fase e neutro, enquanto que as 220/230V/240V estão entre fase e fase. Conclusão: na cidade de São Paulo devo evitar usar a rede 220/230V/240V. Por outro lado, em muitas cidades brasileiras, a tensão normal entre fase e neutro é a 220/230V/240V. Assim, nestas cidades, será esta a tensão que deveremos utilizar para o nosso sistema de som. Lembrem-se caros amigos que, olhando a tomada na parede, a fase deve ficar à direita, o neutro à esquerda e o terra no centro, abaixo dos dois, conforme indica a Fig 2. A norma brasileira NBR5410:1997 determina que o terceiro pino do plugue de um aparelho e o terceiro orifício da tomada onde for ligado, seja sempre o terra, e jamais o neutro, por motivos de segurança!! Terceira regra elétrica: polarize corretamente sua tomada! 

Fig 2. Vista de uma tomada na parede.  

      Retomando: vamos primeiro analisar a nossa rede elétrica, para verificar qual é a tensão entre fase e neutro. Nesta tensão é que deveremos colocar todos os nossos aparelhos, não nos esquecendo de ligar todos eles diretamente à rede, com a tomada corretamente polarizada. Mas, se isto não for possível, o que fazer? Bem, amigos, nesta hora estaremos comprando um belo problema! Vamos ver as várias situações que podem vir a ocorrer e a suas soluções:
      Primeira situação. Por exemplo, você está em São Paulo, tem um aparelho 230V e deseja ligá-lo à rede 230V, que nesta cidade é fase/fase. Você pode ligar o aparelho? Evidentemente que sim. Porém tem que estar consciente de que, mesmo com a chave liga-desliga do aparelho na posição desligada, ele nunca estará realmente desligado, ainda que o seu sistema não possua o terra! Vamos dizer que você, sem consciência de maiores riscos resolve conectar este seu aparelho à rede. Tudo está indo às mil maravilhas, mas num belo dia, desses com relâmpagos e trovoadas pra todo lado (lembre-se que os relâmpagos causam transientes na rede), você constata que o seu aparelho desligado, não liga mais e, como não poderia deixar de ser, você fica todo espantado, se perguntando como isto pôde acontecer... O que aconteceu é que o transiente entrou por aquela fase que não estava desligada e, contra a própria massa (carcaça) do aparelho fez queimar o aparelho. Pense agora: que solução você deveria ter empregado para evitar um dano como este? Na verdade este tipo de problema, aparentemente muito simples, vai precisar de uma proteção para que se possa ligar o aparelho diretamente à rede, ou então de uma chave de dois pólos. Mas a este respeito falaremos mais tarde, num dos próximos capítulos desta série, quando abordaremos a parte de filtragem da rede elétrica.
      Segunda situação. Digamos que você esteja na bela Maceió, onde a rede entre fase e neutro é de 230V, e você quer conectar um aparelho de 110V. Quem sabe você queira, por exemplo, conectar um “power” ou um pré-amplificador ou um “CD-player” ou mesmo um outro aparelho qualquer. O que você deverá fazer? Bem, neste caso não haverá outro jeito: para adequar a tensão, você terá que utilizar um autotransformador entre a rede e o aparelho. Terá que ser um transformador abaixador, de tensão de entrada 230V e de tensão de saída 115V. Mas, como já vimos, o transformador atua como uma carga elétrica e, por conseguinte, gera harmônicos e estes vão acabar interferindo negativamente no resultado sonoro final do sistema. Os harmônicos adicionais provenientes do autotransformador (que são muito menores do que no transformador isolador) vão dar ao som uma coloração no médio baixo que, à primeira vista, até parecerá muito agradável de se ouvir, dando aquela sensação característica de som valvulado, mas após uma análise auditiva mais acurada, vamos acabar percebendo que esta mudança, ou melhor dizendo, esta interferência, não foi correta. Inconformado, você há de me perguntar: mas o que poderíamos fazer para resolver esse problema da interferência? Resposta: este é um caso em que, além da cuidadosa fabricação do autotransformador para gerar a menor quantidade de harmônicos possível,  também terá que fazer uma filtragem da rede, após o transformador, para tirarmos estes harmônicos indesejados gerados por ele.
      Terceira situação. Muitas pessoas já me fizeram a seguinte pergunta: “Tenho um amplificador de potência em 120V. Se eu reduzir a corrente alternada, transformando o meu amplificador para 230V, obterei vantagens sonoras?” Bem, em princípio a resposta é sim, mas... só se a rede for 230V fase/neutro. Caso a rede seja 230V fase/fase, não valerá a pena utilizá-la, como já vimos anteriormente. Vamos dizer que a rede é 230V fase/neutro. Neste caso só teremos uma alternativa: a de utilizar um autotransformador elevador, de 120V para 230V. Mas esta situação também só valerá a pena se for feita uma excelente filtragem da rede após o transformador e antes dos aparelhos. Caso contrário, é melhor conectar o amplificador de potência em 120V mesmo.
      Quarta situação. Vamos supor que eu esteja em São Paulo (rede 127V fase/neutro) e que eu tenha um aparelho inglês em 110V, daqueles que não possuem chave comutadora de tensão da rede. Pergunto: posso ligar este meu aparelho diretamente à rede? A resposta a esta interessante pergunta de imediato já brota na ponta da nossa língua: “não é recomendável”. Mas você saberia me explicar o por quê? Vejamos. A tensão da rede elétrica é uma grandeza e, como todas as grandezas, possuem tolerâncias. As tolerâncias para as tensões da rede elétrica são fixadas agora pela ANEEL. Como aqui no Brasil existem várias tensões nominais, em estrêla e em triângulo, creio que será bom você consultar a concessionária de energia elétrica da sua região, para saber qual a tolerância local, ou seja, qual a variação máxima admissível para a tensão da rede elétrica aí na região onde você está. Recentemente várias concessionárias estão colocando as tolerâncias na conta de luz. Atualmente a regulamentação das tolerâncias é fixada pela ANEEL e o valor médio das tolerâncias foi alterado para algo em torno de +5% e -9%.
       Voltando agora à nossa questão, vamos nos reportar à rede elétrica aqui da cidade de São Paulo, que é bifásica e em muitas regiões de 127V, cujo valor mínimo é 115,6V (-9,0%) e o valor máximo. que a concessionária deverá manter, o de 133,4V (+5,0%). Digamos que o meu aparelho inglês de 110V tenha uma tolerância na tensão de entrada de mais ou menos 10%, pois é isto o que normalmente costuma ocorrer, portanto o valor mínimo da tensão de entrada vai ser 99V e o valor máximo vai ser 121V. Mas como a tensão da rede pode chegar a 133,4V, quando não chega a valores mais altos, devo concluir que, se este meu aparelho vier a ser ligado diretamente à rede, estará correndo o grande perigo de algum dia se queimar. Isto é até mais comum do que se pode imaginar!!! Infelizmente não tem outro jeito, este caso também vai exigir, além da utilização de um autotransformador abaixador de 127V/130V para 110V/115V (nominal 130V/115V), uma filtragem de harmônicos e aí sim, eu poderei conectar com tranqüilidade este meu aparelho à rede.
      Quinta situação. Pergunto: como a tensão da rede onde moro varia muito, é aconselhável que eu use um estabilizador de tensão? O que vocês acham? A resposta aqui é um trágico e muito importante não! Evite a estabilização da tensão! Por que? Porque os estabilizadores de tensão são um dos aparelhos que mais coloração introduzem no nosso som e imagem! Eles geram tantos harmônicos, devido a alta impedância que introduzem na rede elétrica, que qualquer pessoa, com um pouco de experiência, percebe uma grande alteração no equilíbrio tonal e no corpo harmônico. Como devo então contornar o problema da variação da tensão? Há aparelhos que filtram a tensão da rede elétrica. Normalmente, eles possuem circuitos de supervisão de tensão, ou seja, quando a tensão quiser passar dos limites admissíveis, para mais ou para menos, ele desliga os equipamentos. Infelizmente não existem estabilizadores ou reguladores que sejam neutros para com o resultado sonoro final de um sistema de áudio/vídeo. São componentes em série com a rede elétrica e pioram em muito a qualidade do som e da imagem..
      Sexta situação. Você está em São Paulo (230V, fase/fase) e possui um aparelho em 220V. Pergunto: como você deverá ligar este aparelho à rede? Você vai ligá-lo diretamente ou acha melhor utilizar um transformador de 110V para 220V? A resposta correta aqui vai depender daquilo que você considerar mais importante, isto é, você dá mais valor à segurança do seu aparelho ou à qualidade do seu som? Se for à segurança do aparelho, então você deverá utilizar um autotransformador elevador de 115V/120V para 220V e colocar uma boa filtragem de harmônicos em seguida. Mas se você der mais valor à qualidade sonora, então deverá ligar o aparelho diretamente à rede de 230V, sabendo que estará correndo o risco de queimá-lo, caso algum transiente vier a atingi-lo. Mas vamos ser otimistas, pois há também uma saída para esta última opção: você poderá ligar alguns condicionadores de energia, que não geram harmônicos na rede e que dão a necessária proteção ao seu aparelho. Mas isso veremos mais adiante!!
      Sétima situação. Você tem um aparelho europeu em 50 Hz. O que você deve fazer? A resposta vai depender do aparelho em questão. Em primeiro lugar, sugiro que você pegue o manual e verifique se o fabricante menciona a possibilidade de utilizá-lo também na freqüência de 60 Hz, fato que nos dias de hoje é cada vez mais comum. Os aparelhos modernos costumam ter bifrequências, ou seja, podem ser utilizados tanto em 50 quanto em 60 Hz. Se este não for o caso do seu aparelho, você precisará ter um certo cuidado. Por exemplo, em amplificadores de potência, onde as fontes de tensão de saída normalmente não são reguladas podem ocorrer alterações que, ao longo do tempo, acabam por danificar o aparelho. Portanto é sempre melhor consultar o fabricante. No caso de pré-amplificadores. amplificadores integrados e cd-players, normalmente não há problema algum em ligá-los diretamente à nossa rede. Mas em alguns conversores digitais/analógicos mais antigos, daqueles que utilizam a freqüência da rede como clock (sincronismo), podem surgir problemas mais sérios. Todavia, em caso de dúvida, quando não houver uma indicação clara quanto às freqüências admissíveis ao aparelho, nem no manual nem no próprio aparelho, consulte o revendedor, ou melhor ainda, consulte o fabricante.

O Transformador

      Como vimos em várias situações anteriores, para adequarmos a tensão da rede a um aparelho qualquer que queremos vir a utilizar, muitas vezes se torna necessário o uso de um transformador. Mas para podermos fazer a escolha correta do tipo de transformador que deveremos empregar precisaremos nos aprofundar um pouco mais no conceito do que vem a ser um transformador. De fato, o transformador sempre será visto como um mal necessário, porém a nossa pergunta é: dentre todos, qual o que nos trará menor prejuízo sonoro em cada caso específico?
      Existem quatro aspectos que deveremos considerar em um transformador, a saber:

-           tensão de entrada e tensão de saída

-           tipo de enrolamento

-           potência e

-           forma do núcleo do transformador. 

       Quanto à tensão de entrada e à tensão de saída, o transformador pode ser:

-           abaixador de tensão ou

-           elevador de tensão.

      O transformador será abaixador de tensão quando a tensão de entrada for maior que a tensão de saída, e será elevador de tensão quando a situação for inversa. Voltando a recordar: o importante aqui é que a tensão de entrada seja utilizada sempre entre a fase e o neutro.
      Quanto ao tipo de enrolamento, vamos analisar aqui apenas os transformadores monofásicos. Estes transformadores nada mais são do que: um circuito magnético, constituído de um núcleo de chapas de aço especiais, e mais um ou dois enrolamentos. Quando o transformador tiver dois enrolamentos, vai receber o nome de transformador isolador. Veja a Fig. 3 que lhe dará uma boa idéia de como ele é:

Fig 3. Esquema de um transformador isolador.  

Este transformador se chama isolador porque separa totalmente a tensão de entrada da tensão de saída, através de dois enrolamentos totalmente separados, colocados em volta de um núcleo magnético que realiza a transferência de energia. O enrolamento da tensão de entrada é chamado de primário e o da tensão de saída, secundário. Contrário a que muitos pensam, e como o nome contudo indica, ele não isola os aparelhos ligados ao seu secundário dos problemas que possam existir no primário como raios, relâmpagos e transientes. Ele não oferece proteção!! Ele apenas faz uma separação galvânica entre primário e secundário sem oferecer, como muitos imaginam, qualquer proteção! Esta separação galvânica  não trás nenhum benefício para nossos sistemas, bem ao contrário, gera mais harmônicos, como vamos ver!
       O transformador que só apresenta um enrolamento é chamado de auto-transformador e você poderá ver o seu esquema na Fig 4:

 
Fig 4. Esquema de um auto-transformador.  

Os dois transformadores mostrados nos esquemas são abaixadores de tensão, porém ambos, ou seja, os transformadores isoladores e os autotransformadores, podem ser abaixadores ou elevadores de tensão. Os dois traços paralelos e verticais em ambos os esquemas representam o núcleo magnético de cada transformador.
         Veja que no autotransformador, só existe o enrolamento da tensão maior (de entrada ou de saída), e a tensão menor é obtida através de uma derivação do mesmo enrolamento. Não existe neste autotransformador separação galvânica que não trás nenhuma vantagem para nossos sistemas. O importante é que a entrada e a saída possuem um terminal em comum, que será o neutro. Este transformador é especialmente indicado para redes fase-neutro e, é o transformador que apresenta o menor índice de distorção harmônica total.
       Embora o transformador isolador seja o mais comercializado e portanto o mais utilizado, para a nossa aplicação no áudio, ele não é o mais indicado e adequado, pois é o que gera a maior quantidade de harmônicos e, em conseqüência, a maior coloração nas freqüências médias baixas. Ele deve ser usado em redes fase-fase. A agradável impressão auditiva inicial logo dá lugar a um desconforto, com a percepção de que a música está sendo reproduzida com um corpo harmônico maior do que o que realmente deveria ter. O autotransformador também apresenta esta característica, porém já em nível bem inferior. Na verdade, ambos são geradores de harmônicos, mas o menos prejudicial é sem dúvida o autotransformador. Portanto, sempre que tivermos que utilizar um transformador no nosso sistema, deveremos dar preferência ao autotransformador, também pela razão que ele mantêm o neutro da rede original.
       Os transformadores atuam como filtros nas  altas freqüências, dando uma impressão aparente de uma melhora sonora nas altas, que porém, no conjunto todo, não é real, devido a geração de harmônicos nas freqüências médias baixas. Infelizmente os malefícios destes componentes elétricos são maiores do que os seus benefícios. Portanto, você só deve utilizar um transformador se isso for mesmo absolutamente necessário.
        Com relação à potência dos transformadores, existem os seguintes valores padronizados: 1KVA, 2KVA, 3KVA, 5KVA e 7,5KVA. Para determinar que potência você deverá utilizar, veja qual é a soma das potências dos aparelhos que você vai ligar ao transformador, mesmo que todos não sejam usados simultaneamente. Agora a potência do transformador que você eventualmente irá encomendar depende do fabricante. Fabricantes que seguem as normas internacionais e brasileiras, aplicando-se uma carga com a potência indicada na placa do transformador a sua temperatura (delta T) não deve ultrapassar 70 graus Celsius. Neste caso você pode aplicar um fator de segurança de 1 (um). Ou seja, a soma de potência dos seus aparelhos será um pouco menor, a menos de arredondamento, do que a potência de placa do transformador. Para outros fabricantes, você pode chegar a aplicar um fator de segurança, entre 3 e 5 vezes.
        Para sistemas bem pequenos, com amplificadores integrados, um transformador de 1KVA pode ser suficiente. Já num sistema onde os amplificadores de potência são aparelhos separados dos pré-amplificadores, e esses amplificadores de potência são de classe AB, um transformador de 2KVA ou de 3KVA será suficiente. Porém, quando você tiver amplificadores de potência em classe A, deverá utilizar um transformador de 5KVA ou um de 7,5KVA. Nesse caso seria bom verificar a fiação elétrica da residência. Poderá ser necessária a colocação de uma fiação mais grossa (sempre com fios sólidos) ou mesmo de uma nova fiação, exclusiva para o seu equipamento.
       Vamos ver um pouco mais sobre as formas dos núcleos que são utilizados nos transformadores. Basicamente existem três tipos de núcleos:

-           núcleos E/I

-           núcleos C e

-           núcleos toroidais.

      Os núcleos E/I são formados por uma certa quantidade de chapas de aço-silício, sobrepostas umas às outras, nos formatos de um E e de um I, conforme a Fig. 5:

 
Fig. 5. Chapas Magnéticas de um Núcleo E/I