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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
TRANSFORMADORES
Teoria, Prática e Dicas(para transformadores de pequena potência)
BiografiaEsta literatura foi elaborada a partir de experiências em
aulas com a produção de transformadores nos anos de 1988e 1989.
Parte deste material já compunha uma apostila, dopróprio autor, chamada: Apostila Prática SobreTransformadores de Núcleo de Ferro. Outras partes sãodicas dadas em aula de eletrônica.
Agradeço ao Engenheiro José Newton, meu ex-professore ex-colega de aulas, que me ensinou a persistir e tentarsempre aprender mais.
Autor:Luiz Antonio Bertini
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Índice
Capítulo 1
Teoria sobre Transformadores ........................................... 05
Considerações Gerais sobre Transformadores ................... 07
Cálculo dos Transformadores ............................................ 08
Cálculo de um Transformador ........................................... 10
Tabela de Equivalências e Escalas de Fios ........................ 15
Relações entre Medidas dos Núcleos ................................ 23
Capítulo 2
Dicas Práticas ..................................................................... 25
Capítulo 3
Usando Carretéis, Fazendo os Enrolamentos eMontando o Núcleo ........................................................... 35
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Capítulo 1Teoria sobre Transformadores
Transformadores ou trafos são dispositivos elétricos que têm afinalidade de isolar um circuito, elevar ou diminuir uma tensão.Servem também para casar impedância entre diferentes circuitos oucomo parte de filtros em circuitos de rádio freqüência.
Existem transformadores de diversos tipos, cada um com umafinalidade, construção e tamanho específicos.
Teoricamente, um transformador tem de transferir toda a potênciado primário para o secundário (primário e secundário sãoenrolamentos de entrada e saída, respectivamente).
Na prática, observa-se certa perda de potência nessa transferênciade potência, ocasionada por diversos motivos, como a resistência defio, correntes pelo núcleo, chamados de correntes de Foucault etc.Um transformador é constituído pelo menos por dois enrolamentos.Na maioria dos casos, esses enrolamentos são independentes, entresi, mas sofrem a ação do campo eletromagnético, que é mais intensoquanto esses transformadores que possuem um núcleo de materialferromagnético.
O enrolamento em que aplicamos a tensão que desejamostransformar chama-se primário e o enrolamento onde obtemos atensão desejada se chama secundário.
A tensão do secundário depende da relação de espiras entre oprimário e o secundário e da tensão aplicada no primário.
Embora esta literatura se resuma ao cálculo e dicas de trafosmonofásicos e bifásicos com núcleo de ferro, apresentamos, a seguir,alguns símbolos de outros tipos de transformadores e suas respectivasaplicações:
Figura 1
Trafo com núcleo de ferro. Utilizado em fontesconvencionais para a isolação de circuitos e para se ter atensão desejada.
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Figura 2
Figura 3
Figura 4
Figura 5
Figura 6
Observação:
Cabe lembrar que não foram citados todos os tipos detransformadores, muito menos as suas utilidades.
Trafo com núcleo de ferro com dois enrolamentosprimários. Utilizado quando há a necessidade daaplicação de diferentes tensões em seu primário, como127 ou 220VAC.
Trafo com núcleo de ferro com dois enrolamentossecundários. Empregado quando são necessárias duastensões de saída. Exemplo: 15VAC e 5 VAC.
Trafo com centro tap (tomada central ou apenas tap), nosecundário. Utilizado quando se deseja trabalhar comretificação em onda completa, porém com apenas doisdiodos.
tap
Trafo com núcleo de ferrite. Utilizado em fonteschaveadas.
Trafos sintonizados com núcleo de ferrite. Utilizados em
circuitos de RF (rádio freqüência).C
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Considerações Gerais sobre Transformadores
Todos os transformadores se aquecem durante o funcionamento,em virtude das perdas que existem em todos eles.
Quanto mais alta a potência retirada nos secundários de um trafo,maior será o aquecimento do mesmo.
Os núcleos devem ser feitos de chapas de ferro silício, nãoservindo para o mesmo fim, ferro doce ou outro ferro comum, assimcomo também não é possível um núcleo de ferro maciço.
A qualidade do ferro empregado é um fator que deve serconsiderado no projeto de um trafo. Em trafos de força, usamos chapade ferro silício de 1,7 ou 2 Watts/Kg.
Se o ferro for de qualidade inferior, a secção do núcleo deverá seraumentada para um mesmo transformador.
Para determinada tensão variável aplicada no primário dotransformador teremos uma tensão induzida no secundário.
Dado o esquema de um trafo, teremos:
Figura 7
I1 I2
N1 N2V1 V2
onde:V
1 = tensão no primário
V2 = tensão no secundário
I1 = corrente no primário
I2 = corrente no secundário
N1 = espiras do primário
N2 = espiras do secundário
Em um trafo ideal teremos:
V1 N
1 I
2
V2 N
2 I
1
= =
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Cálculo dos Transformadores
Para calcular um trafo, vamos fazer uso da expressão geral datensão alternada (E ou VAC).
E = 0,000.000.044 x N x B x S x F
em que:
E = tensão elétrica
N = núcleo de espiras do primário
B = densidade de fluxo magnético em Gauss
S = secção magnética eficaz do núcleo
F = freqüência da tensão alternada
Podemos reescrever a fórmula citada assim:
E x 108
4,44 x B x S x F
ou para simplificar os cálculos:
Dessa forma, encontramos uma relação chamada de espira porVolt, o que quer dizer que, o N encontrado deve ser multiplicadopela tensão do primário, para encontrarmos o número de espirasnecessário no primário
Obs.:
Cuidado, pois, 108 é igual a 100.000.000 e não a 1.000.000.000.
A densidade do fluxo magnético B, que é dada em Gauss, terá oseu valor entre 8.000 a 14.000. Um valor de B baixo (próximo a8.000) deixará o transformador grande, enquanto que um B elevado(próximo a 14.000), fará com que o trafo fique menor. Nunca use omáximo valor de B, pois você irá saturar o núcleo.
N =
N =108
4,44 x B x S x F
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
A secção magnética do núcleo será calculada por:
Sm ≅≅≅≅≅ 7 P em que: Sm = secção magnética (cm2) F P = potências dos secundários somadas
F = freqüência
e a secção geométrica será calculada por:
Sg ≅≅≅≅≅ Sm 0,9
Agora que já vimos como calcular a secção e o número de espiraspor Volt, vamos saber que bitola deverá ter nosso fio. Paraencontrarmos essa bitola, basta aplicarmos a fórmula a seguir:
d = I em que: d = diâmetro do fio em mm δ I = corrente dos enrolamentos
δδδδδ = densidade de corrente, em ampére, por mm2
A densidade de corrente em ampère é dada pela tabela a seguir:
Potência de trafo (W) Densidade da corrente (δδδδδ)
Até 50W 3,5 A/mm2
50 � 100W 2,5 A/mm2
100 � 500W 2,2 A/mm2
500 � 1000W 2,0 A/mm2
Tabela 1
A finalidade de se definir a densidade de corrente em relação àpotência do trafo é para se evitar um aquecimento excessivo domesmo.
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Cálculo de um Transformador
Dados:
VpeFicaz = 127V
VseFicaz = 6V
Is = 0,5A
Desenho do trafo:
Figura 8
Primeiro vamos calcular a potência do transformador:
Pstrafo = VpeFicaz x Is
Pstrafo = 6 x 0,5 = 3W
Potência adotada = Pstrafo + 10% = 3,3W
à utilizamos um valor 10% maior prevendo perdas no núcleo
Agora vamos calcular a secção magnética:
Sm ≅≅≅≅≅ 7 P F
Sm ≅≅≅≅≅ 7 3,3 60
Sm ≅≅≅≅≅ 1,64 cm2
127VCA 6V
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Vamos calcular o número de espiras por Volt:
10δδδδδ
4,44 x B x S x F
100.000.000
4,44 x 8.000 x 1,57 x 60
100.000.000
3345.984
N = 29,88 ≅≅≅≅≅ 29,9 espiras por Volt.
Agora encontraremos o número de espiras para cada enrolamento:
Ns = 127 x 29,9 = 3.797 espiras no primário
Ns = 6 x 29,9 = 179,4 espiras no secundário
Agora encontraremos a bitola do fio a ser utilizado em cadaenrolamento. Para isto vamos à equação a seguir para calcular o fiodo secundário:
I em que: d = diâmetro do fio (mm)δδδδδ I = corrente no secundário
δδδδδ = densidade de corrente
0,53,5 à como a potência é menor do que 50W, veja
a Tabela 1
d = 0,3779 ≅ ≅ ≅ ≅ ≅ 0,38 mm que equivale ao fio nº. 26 AWG (vejaa Tabela 3 no final deste capítulo), que tem secção Sfio =0,129 mm2.
N =
N =
N =
d =
d =
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Agora encontraremos o fio a ser utilizado no primário, para istobasta fazer o seguinte:
Vp = IsVs Ip
127 = 0,5 6 Ip
Ip = 6 x 0,5 = 0,0233A 127
d = 0,0233 3,5
d = 0,0816 mm que equivale ao fio nº. 39 AWG, (veja a Tabela3) Sfio = 0,0064 mm
2.
Agora calcularemos a secção geométrica do núcleo:
Sg = Sm = 1,64 cm2 = 1,823 cm2 ou Sg = A x B 0,9 0,9
Usando-se núcleos de lâminas �E� e �I� de ferro silício esmaltadopadronizados, de acordo com a Tabela 2, e sabendo que Sg = A x B,adotaremos as lâminas para o núcleo nº. 01.
Veja as figuras 9 e 10, para uma melhor compreensão:
Lâminas padronizadasNº. A Seção da Peso do núcleo
cm janela mm2 kg/cm
0 1,5 168 0,095
1 2 300 0,170
2 2,5 468 0,273
3 3 675 0,380
4 3,5 900 0,516
5 4 1200 0,674
6 5 1880 1,053
Tabela 2
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Figura 9
Sabemos que a secção geométrica é o produto de A e B, ou seja,da largura de A pela quantidade de lâminas que dá a altura B. Paratermos noção de A e B, basta tirar a raiz quadrada da Sg calculada.
Como a secção geométricacalculada é de 1,823 cm2,podemos escolher aslâminas nº. 0, que tem umalargura de 1,5 cm e usaruma quantidade delâminas que dê 1,5 cm dealtura de empilhamento.
Figura 10
Largura da lâmina(sigua a tabela anterior)
Lâmina E
Janela
Altura (varia deacordo com o
número de lâminas)
Lâmina I
Janela
A
B
(Seção geométrica)
(Altura)
(Janela)
A
B
(Lâminas E)
(Largura)
Obs.:Ver carreteis padrões (Capítulo 3).
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Sg = 1,5 x 1,5 = 2,25 cm2
podemos agora rever a secção magnética
Sm = Sg x 0,9 = 2,25 x 0,9
Sm = 2,025 cm2
Com esse núcleo conseguimos uma secção magnética próximaaos cálculos, o que permite montar o transformador.
Para termos certeza disso, basta calcular as secções dosenrolamentos, somá-las e verificar se cabem na janela das lâminas0, veja:
Senrolamentos = (Np x Sfio) + (Ns x Sfio)
Senrolamentos = (3,797 x 0,0064) + (179,4 x 0,129)
Senrolamentos = 24,3 mm2 + 23,09 mm2
Senrolamentos = 47,39 mm2
Pode-se perceber que a secção do cobre enrolado do primário équase igual ao do secundário, o que demonstra que a potência nosdois enrolamentos é praticamente igual.
Agora, sim, podemos ver se o trafo pode realmente ser montadoe se os enrolamentos cabem na janela.
Olhando a tabela de lâminas padronizadas, vemos que as lâminasde nº. 0 têm uma janela com secção de 168 mm2. Aplicando a relação:
Sjanela 168 mm2
Senrolamentos 47,39 mm2
Como 3,54 é maior do que 3, podemos montar o trafo. Caso oresultado fosse menor do que 3, deveríamos usar outro núcleo.
= = 3,54
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Tabela de equivalências e escala de fios
∅∅∅∅∅ = diâmetro S = isolação simples R = isolação reforçada
Tabela 3
Ø
(mm
)S
eçã
oØ
co
mis
ola
çã
o(m
m)
Esp
ira
s
po
r c
mE
sp
ira
s
p
or
cm
2M
etr
os
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r K
gK
g
p
or
Km
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oh
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al
(mm
2)
SR
SR
SR
SR
SR
po
r K
m (
oh
ms)
SR
2A
/m
m2
3A
/m
m2
4A
/m
m2
AW
G
3,2
60
8,3
50
xx
3,3
80
xx
2,9
7xx
8,8
4xx
13
,34
9xx
74
,91
42,0
67
0,0
28
0,0
28
16
,68
525
,028
32,3
60
8
2,9
10
6,6
50
xx
3,0
20
xx
3,3
3xx
11
,10
xx
16
,74
1xx
59
,73
52,5
94
0,0
44
0,0
43
13
,29
51
9,9
43
26
,59
09
2,5
90
5,2
70
xx
2,6
90
xx
3,7
3xx
13
,92
xx
21
,11
3xx
47
,36
43
,27
40,0
69
0,0
69
10,5
32
15
,79
821
,06
41
0
2,3
00
4,1
50
xx
2,4
10
xx
4,1
8xx
17
,48
xx
26
,51
6xx
37
,709
4,1
52
0,1
11
0,1
10
8,3
05
12,4
58
16
,61
01
1
2,0
50
3,3
00
xx
2,1
50
xx
4,6
8xx
21
,92
xx
33
,63
9xx
29
,728
5,2
26
0,1
76
0,1
76
6,5
98
9,8
97
13
,19
61
2
1,8
30
2,6
30
xx
1,9
20
xx
5,2
4xx
27
,41
xx
42,1
71
xx
23
,71
36
,55
80,2
79
0,2
77
5,2
58
7,8
87
10,5
16
13
1,6
30
2,0
90
1,6
90
1,7
30
5
,96
5,8
23
5,5
63
3,9
25
3,4
13
54
,08
81
8,7
22
18
,83
78
,26
60,4
42
0,4
39
4,1
71
6,2
57
8,3
42
14
1,4
50
1,6
50
1,5
10
1,5
50
6
,68
6,5
24
4,6
84
2,5
06
7,4
55
67
,006
14
,825
14
,924
10,4
46
0,7
05
0,7
00
3,3
01
4,9
52
6,6
02
15
1,2
90
1,3
10
1,3
50
1,3
80
7
,50
7,2
95
6,2
05
3,1
38
5,1
89
84
,54
31
1,7
38
11
,83
21
3,1
98
1,1
24
1,1
15
2,6
13
3,9
19
5,2
26
16
1,1
50
1,0
40
1,2
10
1,2
40
8
,39
8,1
57
0,3
86
6,4
21
07
,100
106
,19
79
,33
79
,41
61
6,6
07
1,7
79
1,7
64
2,0
76
3,1
15
4,1
52
17
1,0
20
0,8
20
1,0
80
1,1
10
9
,41
9,1
38
8,6
78
3,4
01
36
,07
81
34
,74
47
,34
87
,421
21
,11
12,8
73
2,8
45
1,6
33
2,4
50
3,2
66
18
0,9
12
0,6
50
0,9
63
0,9
93
1
0,5
61
0,1
91
11
,51
103
,92
17
0,7
46
16
9,0
25
5,8
46
5,9
16
26
,407
4,5
09
4,4
64
1,3
06
1,9
59
2,6
12
19
0,8
13
0,5
15
0,8
61
0,8
92
1
1,7
91
1,4
21
39
,06
13
0,3
321
5,3
43
21
3,0
53
4,6
43
4,6
93
33
,23
27
,15
77
,08
11
,03
81
,55
62,0
76
20
0,7
24
0,4
07
0,7
70
0,7
98
1
3,2
61
2,7
91
75
,90
16
3,5
327
2,1
11
26
9,0
61
3,6
75
3,7
17
41
,89
81
1,4
01
11
,27
20,8
23
1,2
35
1,6
46
21
0,6
43
0,3
22
0,6
86
0,7
14
1
4,8
61
4,3
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0205
,25
34
4,0
83
33
9,8
88
2,9
06
2,9
42
53
,13
11
8,2
83
18
,05
90,6
49
0,9
74
1,2
98
22
0,5
74
0,2
55
0,6
17
0,6
43
1
6,6
11
5,9
227
5,9
425
3,6
14
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,408
427
,45
92,3
07
2,3
39
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,67
128
,89
928
,504
0,5
17
0,7
76
1,0
34
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0,5
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0,2
04
0,5
51
0,5
77
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59
17
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5,5
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5,6
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0,6
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0,4
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0,4
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20,8
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,47
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,49
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,13
20,3
24
0,4
85
0,6
48
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0,4
04
0,1
29
0,4
39
0,4
62
23
,31
22,2
75
43
,49
49
6,0
38
55
,89
18
40,4
48
1,1
68
1,1
90
13
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90
11
5,2
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3,1
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56
0,3
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12
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61
0,1
02
0,3
96
0,4
17
26
,11
24
,75
68
2,1
36
12,7
51
.07
4,7
07
1.0
55
,47
00,9
30
0,9
47
16
9,5
28
18
2,2
88
17
9,0
16
0,2
03
0,3
05
0,4
06
27
0,3
20
0,0
80
0,3
56
0,3
73
29
,18
27
,47
84
9,2
07
55
,29
1.3
59
,25
21
.33
1,8
58
0,7
35
0,7
50
21
4,4
40
29
1,7
55
28
5,9
20
0,1
61
0,2
41
0,3
22
28
0,2
87
0,0
65
0,3
20
0,3
38
3
2,4
73
0,4
91
.05
4,8
59
30,2
31
.707
,73
21
.67
2,4
80
0,5
85
0,5
98
26
6,4
76
45
5,5
15
44
5,6
12
0,1
29
0,1
94
0,2
58
29
0,2
54
0,0
51
0,2
84
0,3
02
3
6,3
63
4,1
31
.322,7
51
.16
5,5
02.1
46
,71
02.0
99
,31
90,4
66
0,4
76
34
0,7
31
73
1,1
82
71
5,8
21
0,1
01
0,1
52
0,2
02
30
0,2
26
0,0
40
0,2
54
0,2
74
4
0,9
83
8,1
71
.68
0,6
71
.45
7,7
32.7
06
,323
2.6
40,9
61
0,3
69
0,3
79
429
,95
01
.16
5,1
76
1.1
37
,43
40,0
80
0,1
20
0,1
60
31
0,2
03
0,0
32
0,2
31
0,2
49
4
5,2
54
2,3
72.0
49
,18
1.7
98
,56
3.4
06
,48
23
.328
,15
30,2
93
0,3
00
53
3,7
77
1.8
21
,76
51
.77
9,2
57
0,0
65
0,0
97
0,1
30
32
0,1
80
0,0
25
0,2
06
0,2
24
5
1,0
24
7,3
92.6
04
,17
2.2
47
,19
4.2
88
,201
4.1
72,2
84
0,2
33
0,2
39
67
8,7
80
2.9
13
,21
92.8
40,0
84
0,0
51
0,0
76
0,1
02
33
0,1
60
0,0
20
0,1
83
0,1
98
5
6,8
25
3,1
93
.23
6,2
52.8
32,8
65
.41
6,2
97
5.2
87
,900
0,1
84
0,1
89
85
7,7
61
4.6
61
,74
54
.53
8,4
18
0,0
40
0,0
60
0,0
80
34
0,1
42
0,0
16
0,1
63
0,1
78
6
4,5
25
9,5
24
.16
6,6
73
.54
6,1
06
.79
5,6
48
6.6
01
,924
0,1
47
0,1
51
1.0
91
,203
7.4
23
,15
07
.226
,51
00,0
32
0,0
47
0,0
64
35
0,1
27
0,0
13
0,1
47
0,1
60
7
1,4
36
6,6
75
.102,4
44
.44
4,4
48
.58
3,1
75
8.3
65
,47
10,1
16
0,1
20
1.3
68
,33
31
1.7
95
,97
41
1.4
02,7
75
0,0
25
0,0
38
0,0
50
36
0,1
14
0,0
10
0,1
32
0,1
45
8
0,0
07
2,9
96
.41
0,2
65
.34
7,5
91
0.8
51
,63
61
0.5
13
,81
00,0
92
0,0
95
1.6
90,2
94
18
.37
2,7
61
17
.79
2,5
68
0,0
20
0,0
31
0,0
40
37
0,1
02
0,0
10,1
19
0,1
30
8
9,2
98
1,9
78
.000,0
06
.75
6,7
61
3.5
30,1
52
13
.13
4,9
09
0,0
73
0,0
76
2.1
02,5
61
28
.802,2
05
27
.66
5,2
76
0,0
16
0,0
25
0,0
32
38
0,0
89
0,0
06
40,1
04
0,1
14
1
04
,17
94
,34
10.8
69
,57
8.9
28
,57
17
.127
,100
16
.57
0,2
83
0,0
58
0,0
60
2.7
80,8
06
47
.94
4,9
31
46
.34
6,7
67
0,0
12
0,0
19
0,0
24
39
0,0
79
0,0
05
00,0
94
0,1
02
1
16
,28
104
,17
13
.69
8,6
31
0.8
69
,57
21
.58
9,4
13
20.8
72,9
05
0,0
46
0,0
37
3.5
18
,57
17
6.4
90,6
74
73
.303
,56
30,0
10
0,0
15
0,0
20
40
0,0
71
0,0
04
00,0
84
0,0
91
1
26
,58
11
4,9
41
6.1
29
,03
13
.33
3,3
327
.506
,53
326
.59
6,8
67
0,0
36
0,0
30
4.4
72,7
69
122.7
99
,13
91
19
.48
0,2
43
0,0
09
0,0
13
0,0
18
41
0,0
63
0,0
03
10,0
76
0,0
81
1
40,8
51
31
,58
20.0
00,0
01
7.5
43
,86
34
.79
3,5
01
33
.81
5,7
72
0,0
29
0,0
23
5.5
87
,81
31
85
.78
6,6
55
17
9.5
93
,76
70,0
06
0,0
09
0,0
12
42
0,0
56
0,0
025
0,0
66
0,0
74
1
58
,73
14
7,0
625
.64
1,0
321
.73
9,1
34
4.0
56
,74
54
2.4
30,4
14
0,0
22
0,0
18
7.1
83
,75
03
26
.53
4,0
91
31
2.3
36
,95
70,0
05
0,0
07
0,0
10
43
0,0
51
0,0
020
0,0
61
0,0
69
1
78
,57
15
8,7
33
2.2
58
,06
25
.64
1,0
35
5.3
61
,78
95
2.7
39
,83
40,0
18
0.0
14
8.6
20,5
00
47
8.9
16
,66
74
53
.71
0,5
20
0,0
04
0,0
06
0,0
08
44
- 16 -
Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Vamos ver mais um exemplo:
à Construa um trafo com as seguintes características:
Primário � 127/220V
Secundário � 15V x 1 A
� 5V x 1 A
� 6V x 1 A
Vamos desenhar o trafo:
Figura 11
A potência desse trafo será a soma das potências do secundário,mais 10% relativos às perdas.
PS1 = 6 x 1 = 6W
PS2 = 5 x 1 = 5W
PS3 = 15 x 1 = 15W
PT = 6 + 5 + 15 = 26 + 10%
PTS = 28,6W ≅≅≅≅≅ 30W
Agora vamos encontrar a Sm:
Sm = 7 PTS
F
Sm = 7 30 60
Sm ≅≅≅≅≅ 4,95 cm2
220VAC
127VAC
NS3 = 15V x 1A
NS2 = 5V x 1A
NS1 = 6V x 1A
- 17 -
Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Agora a secção geométrica do núcleo:
Sg = Sm
0,9
4,95
0,9
Vamos calcular o núcleo de espiras por Volt:
1088888
4,44 x B x Sm x F
100.000.000
à 4,44 x 12.000 x 4,95 x 60
à Obs.: utilizamos um valor intermediário entre 8.000 e14.000 Gauss.
100.000.000
15.824.160
N ≅≅≅≅≅ 6,32 espiras/Volt
Agora calcularemos o núcleo de espiras do enrolamento primário.Para isto usaremos a tensão de 220VAC e faremos uma saída ou tapno meio do enrolamento que será a entrada para 127VAC.
Np = 220 x 6,32 = 1.390,4 espiras
Figura 12
Sg = = 5,5 cm2
N =
N =
N =
1390,4 espiras220VNp
127VAC 695,2espiras
- 18 -
Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Agora calcularemos as espiras dos enrolamentos secundários:
Ns1 = 6 x 6,32 = 37,92 espiras
Ns2 = 5 x 6.32 = 31,6 espiras
Ns3 = 15 x 6,32 = 94,8 espiras
Vamos calcular a bitola do fio para cada enrolamento. Iniciandopelos secundários. Mas para isso devemos ter a potência do trafo,que já calculamos anteriormente, e observar a tabela 1.
PT = 30W
δδδδδ = 3,5A/mm2 para trafo de até 50W.
dns1 = Ins
1
δ δ δ δ δ
dns1 = 1 1
3,5
dns1 = 0,534 mm o que equivale, observando a Tabela 3, ao fio
nº. 23 (secção de 0,255 mm2) AWG
dns2 = Ins
2 = 0,534 mm
δ δ δ δ δ
Fio nº. 23 AWG (secção de 0,255 mm2)
Dns3 = Ins3 = 0,534
δ δ δ δ δ
Fio nº. 23 AwG (secção de 0,255mm2)
Devemos sempre usar um fio com o diâmetro imediatamentemaior do que o calculado. A secção do fio será importante paracalcularmos a secção dos enrolamentos para ver se eles cabem nonúcleo. Para verificar isso, consulte a tabela 3.
- 19 -
Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Vamos ver agora, o fio do primário:
Como temos vários secundários e presumimos que a potênciadeles é igual à do primário, (levando-se em conta 10% de perdas)vamos usar a equação:
PT = Vp x Ip
30 = 127 x Ipà temos de usar 127VAC, pois é neste caso que
circulará mais corrente pelo enrolamento.
Ip = 30 127
Ip = 0,236 A
dp = Ip δ δ δ δ δ
dp = 0,236 3,5
dp = 0,26 mm o que equivale, veja a tabela 3, ao fio nº. 29AWG (secção de 0,065 mm2).
Calculemos, então, a secção geométrica do núcleo, e ver quelâmina deveremos usar observando a tabela 2.
Sg = Sm ou Sg = A x B 0,9
Sg = 4,95 = 5,5 cm2
0,9
- 20 -
Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Com a tabela 2 escolheremos o núcleo sabendo que A x B deveser maior ou igual a Sg.
Sg = A x B
Sg = 2,5 x 2,5
Sg = 6,25 cm2
Vamos agora rever a secção magnética:
Sm = Sg x 0,9
Sm = 6,25 x 0,9
Sm = 5,625 cm2
Com esse núcleo conseguimos uma secção magnética maior doque a calculada, e isto nos permite construir o trafo. Mas para termoscerteza disto, basta calcular as secções dos enrolamentos, somá-los,e verificar se cabem na janela das lâminas 02, veja a seguir:
Senrolamentos = (Np x Sfio) + (Ns1 x Sfio) + (Ns
2 x Sfio) + (Ns
3 + Sfio)
Senrolamentos = (1390,4 x 0,065) + (37,92 x 0,255) + (31,6 x 0,255) + (94,8 x 0,255)
Senrolamentos = 90,376 mm2 + 9,7 mm2 + 8,06 mm2 + 24,2 mm2
Senrolamentos = 132,336 ≅≅≅≅≅ 133 mm2
Os enrolamentos primário e secundário não tiveram secçõessemelhantes, pois usamos a mesma bitola de fio para o primário de127 VAC e 220VAC.
Agora veremos se os enrolamentos caberão na janela do núcleodas lâminas 02.
(para termos noção de que valorutilizar, basta tirarmos a raiz quadrada da Sgcalculada. Exemplo: 35,5 = 2,346 cm.Percebemos que teremos de usar uma lâminacom mais de 2,346 cm de largura e colocarlâminas até termos uma altura superior a 2,346cm.)
Lâmina 02 da tabela 2
Altura B
- 21 -
Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
A secção das janelas é igual a 468 mm2, aplicando a relação:
Sjanela 468 mm2
Senrolamentos 133 mm2
Como 3,5 é maior do que 3, podemos montar o trafo. Caso oresultado fosse menor do que 3 teríamos de usar um núcleo maior.
Observações:
Esses cálculos têm alguns de seus valores aproximados eservem para transformadores simples com 2 enrolamentosprimários e no máximo 3 enrolamentos secundários.
Transformadores baseados nesses cálculos deram bonsresultados quando construídos e testados em aula.
A tabela 4 é semelhante à tabela 3, porém mais simples, massuficiente para sabermos a secção de um fio a partir do seudiâmetro ou nº. AWG. A capacidade de corrente nos fios serefere a uma densidade de corrente de 3 A/mm2.
= = 3,5
- 22 -
Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Número Diâmetro Secção Número de Kg por Resistência Capacidade
AWG (mm) (mm2) espiras por Km (ohms/Km) (A)cm
0000 11,86 107,2 0,158 319
000 10,40 85,3 0,197 240
00 9,226 67,43 0,252 190
0 8,252 53,48 0,317 150
1 7,348 42,41 375 1,40 120
2 6,544 33,63 295 1,50 96
3 5,827 26,67 237 1,63 78
4 5,189 21,15 188 0,80 60
5 4,621 16,77 149 1,01 48
6 4,115 13,30 118 1,27 38
7 3,665 10,55 94 1,70 30
8 3,264 8,36 74 2,03 24
9 2,906 6,63 58,9 2,56 19
10 2,588 5,26 46,8 3,23 15
11 2,305 4,17 32,1 4,07 12
12 2,053 3,31 29,4 5,13 9,5
13 1,828 2,63 23,3 6,49 7,5
14 1,628 2,08 5,6 18,5 8,17 6,0
15 1,450 1,65 6,4 14,7 10,3 4,8
16 1,291 1,31 7,2 11,6 12,9 3,7
17 1,150 1,04 8,4 9,26 16,34 3,2
18 1,024 0,82 9,2 7,3 20,73 2,5
19 0,9116 0,65 10,2 5,79 26,15 2,0
20 0,8118 0,52 11,6 4,61 32,69 1,6
21 0,7230 0,41 12,8 3,64 41,46 1,2
22 0,6438 0,33 14,4 2,89 51,5 0,92
23 0,5733 0,26 16,0 2,29 56,4 0,73
24 0,5106 0,20 18,0 1,82 85,0 0,58
25 0,4547 0,16 20,0 1,44 106,2 0,46
26 0,4049 0,13 22,8 1,14 130,7 0,37
27 0,3606 0,10 25,6 0,91 170,0 0,29
28 0,3211 0,08 28,4 0,72 212,5 0,23
29 0,2859 0,064 32,4 0,57 265,6 0,18
30 0,2546 0,051 35,6 0,45 333,3 0,15
31 0,2268 0,040 39,8 0,36 425,0 0,11
32 0,2019 0,032 44,5 0,28 531,2 0,09
33 0,1798 0,0254 56,0 0,23 669,3 0,072
34 0,1601 0,0201 56,0 0,18 845,8 0,057
35 0,1426 0,0159 62,3 0,14 1069,0 0,045
36 0,1270 0,0127 69,0 0,10 1338,0 0,036
37 0,1131 00100 78,0 0,089 1700,0 0,028
38 0,1007 0,0079 82,3 0,070 2152,0 0,022
39 0,0897 0,0063 97,5 0,056 2696,0 0,017
40 0,0799 0,0050 111,0 0,044 3400,0 0,014
41 00711 0,0040 126,8 0,035 4250,0 0,011
42 0,0633 0,0032 138,9 0,028 5312,0 0,009
43 0,0564 0,0025 156,4 0,022 6800,0 0,007
44 0,0503 0,0020 169,7 0,018 8500,0 0,005
Para uma densidade de corrente de 3 A/mm2
Tabela 4
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Relações entre as Medidas dos Núcleos
Figura 13
Linhas de força
a 2a3a
a
5a
6a
Janela Janela
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Capítulo 2Dicas Práticas
Um transformador tem enrolamentos primários e secundários. Oprimário é a entrada do transformador e o secundário é a saída.Quando o transformador eleva a tensão presente em sua entrada,dizemos que ele é um transformador �elevador� de tensão, caso otransformador baixe a tensão da entrada o chamamos detransformador �abaixador�.
Quando vamos comprar um transformador, ele provavelmentevirá com uma descrição semelhante ao nosso exemplo:
Trafo 127/220V � 12+12 x 500mA
ou
Trafo 12 + 12 x 500mA � 127/220
Mas o que isto quer dizer?
Isto significa que o primário do transformador pode ser ligadoem 110 ou 220V e que ele tem dois enrolamentos no secundário quefornecem 12 Volts. Esses dois enrolamentos podem ser um só, comuma divisão ou tap central, como mostra a figura a seguir:
Figura 14
A máxima corrente que o secundário pode fornecercorrespondente a 500mA que é igual a 0,5A.
SecundárioPrimário220
127
0
12V
0V (tap central)
12V
trafo 12 + 12 x 500mA - 127/220V
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Podemos ter outras configurações para transformadores:
à Trafo 12V x 1 A � 127V
Figura 15
à Trafo 9 + 9 x 3 A � 127/220V
Perceba que sempre que existe(+) o trafo tem um tap central
Figura 16
12V
0V
127V
0V
9V
9V
127V
0V
127V
0V0V (tap central)
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
à Trafo 9 + 9 x 500mA/25V x 1 A � 127/220V
Figura 17
Mas como ligar o enrolamento primário de um trafo em 127 ou220V?
Assim:
Figura 18
à este enrolamento é de 9+9Vxo5A
à este enrolamento é de 25Vx1A
9V
9V
127V
0V
127V
0V
25V
0V
0V
Ch1 é uma chave, 1 pólo x 2
posições. Na posição decima podemos ligar o trafoem 220V, na posição debaixo ligamos em 127V.
127V
220V
0V
Rede elétrica
Ch1
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Mas e se o trafo tiver dois enrolamentos primários separados?
Figura 19
ou assim para 127V
Figura 20
Perceba que para 220V, ligamos os dois enrolamentos em série,e para 127V ligamos os dois enrolamentos em paralelo.
Mas como fazer essa ligação com uma chave?
Para isto precisaremos de uma chave com 2 pólos x 2 posições.
Uma chave desta terá seis contatos.A linha tracejada indica que as �duas chaves�são controladas pelo mesmo eixo ou comando.
Figura 21
127V
0V
0V
127V
ligamos assim para 220V
220V
127V
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Figura 22
Figura 23
Com essas simples explicações e figuras já apresentadas,percebemos que temos trafos de diferentes modelos e para diversostipos de usos, vejamos mais alguns:
Figura 24
Eixo da chave
Contatos
Chave
podemos usar uma chave H-H de 2pólos x 2 posições para ligá-lo.
220V 127V
0V
127V
0V127V
Rede elétrica
Ligação com uma chave
trafo elevador de tensão
127V 470V
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Figura 25
Figura 26
Quando compramos um trafo, os enrolamentos podem estarindicados em sua embalagem, em uma etiqueta no corpo do trafo ealguns, principalmente transformadores com poucos enrolamentos,não têm uma indicação ou descrição muito clara.
Figura 27
trafo isolador
127V 127V
trafo adaptador de tensão da rede
127V 220V
220V
127V
0VPreto
Primário Secundário
Fio pretoFio do meioQualquer cor
Fio daextremidade
Qualquer cor
estes dois fiostem a mesma
cor
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Alguns trafos não tem fios de saídas, mais apresentam algunsterminais para soldagem.
127V 9V0V
127V0V
9V0V
Fio daextremidade 220V
Fios decores iguaisFio preto
Núcleo de chapas de ferro-silício
Fio domeio 127V
Fio preto
Primário Secundário
Figura 30
Figura 29
Figura 28
Fio da extremidade220V
Fio do meio 127V
Fio preto 0V
Fios de cores iguais
Fio preto
Primário Secundário
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Observação:
à Nunca podemos ligar o primário de um trafo em contrafase.
Mas o que é isto?
Um trafo com dois enrolamentos no primário pode ser ligadoem fase, 127V com 127V e 0V com 0V, para ligação em 127V.
Figura 31
Não podemos ligar assim
Figura 32
à ligação correta
127V
0V
127V
0V
127V
à Ligação errada, fazendo isto otrafo queimará e colocaremos em�curto� a rede elétrica
127V
0V
127V
0V
127V
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
O mesmo conceito deve ser adotado para as ligações em 220V,veja:
Figura 33
Figura 34
É sempre aconselhável a ligação de um fusível na entrada dotrafo para proteção dele e da rede elétrica.
Figura 35
à Ligação correta
127V
127V
0V
0V
220V
à Ligação errada, o trafo queimaráe a rede entrará em curto
127V
127V
0V
0V
220V
Fusível
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BRANCA
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Capítulo 3Usando Carretéis,
Fazendo os Enrolamentos e Montando o Núcleo
Hoje em dia existem carretéis padrão para a confecção detransformadores de chapas de ferro silício. O ideal é adaptarmosnossos transformadores calculados a estes carretéis, para facilitar amontagem dos trafos.
Neste literatura estaremos trabalhando com núcleos E I, a medidapara a escolha do tamanho do carretel é feita pela medida A, dadapela tabela 2 (e vista nas figuras 9 e 10). A altura ou empilhamentodas chapas, que chamamos de B, será calculada levando-se em contaa seção geométrica (Sg) do núcleo. Devemos adotar um carretel quetenha uma seção geométrica mais próxima da calculada. No exemploem que dimensionamos um transformador de 127 Volts de entradapara 6 Volts de saída e com uma capacidade de corrente de 500mA,a seção geométrica calculada foi de 1,823 cm2, mas o carretel padrão,mais próximo que encontramos a isto foi, o de 1,5 cm por 1,5 cm oque dá uma seção de 2,25 cm2. Para preenchermos toda esta seçãoprecisaremos de mais chapas e nosso trafo ficará maior, porémfuncionará. Para termos noção do tamanho de A basta tirarmos araiz quadrada da seção geométrica calculada.
Normalmente um carretel que tenha um A, que corresponde alargura da �perna� central da chapa E, terá um empilhamentomínimo, que chamamos de B, igual a este A.
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Exemplo:
Um carretel com um A de 2 cm terá um empilhamento mínimo de2 cm.
O núcleo no meio deste carretel será quadrado.
Encontramos carretéis para núcleos de:
A = 1,5 cm e B = 1,5 ou 2 ou 2,5 ou 3,0 ou 3,5 ou 4 ou 5 cm ou etc...;
A = 2,0 cm e B = 2,0 ou 2,5 ou 4 ou 5 ou etc;
A = 2,5 e B = 2,5 e diversos outros tamanhos;
A = 3,0 e B = 3,0 e diversos outros tamanhos.
E assim por diante, lembrando que a medida B será dada pelotamanho do empilhamento das chapas para uma determinada seçãogeométrica.
Estes são apenas alguns exemplos de carretéis.
Um enrolamento deve ser isolado do outro com um papelãopróprio que é vendido em casas que trabalham com materiais paratransformadores. Para fixarmos o papelão usamos um vernizapropriado, também vendido em casas que revendem materiais paratrafos, ou goma laca. Se for usar goma laca, lembre-se que ela podeatacar a isolação do fio de cobre esmaltado, fazendo com que os fiosde um enrolamento entrem em curto.
O trafo deve ser envolvido por uma abraçadeira metálica. Tantoa abraçadeira como as chapas de ferro silício são esmaltadas paraminimizarem as correntes de Foucalt e o aquecimento indesejadodo trafo.
Caso o carretel necessário ou disponível tenha uma seçãogeométrica maior do que a calculada, podemos colocar mais chapasempilhadas (aumentando B) para que o núcleo fique bem fixo nocarretel. Mas sempre use o menor carretel possível.
Para montar o trafo enrolamos primeiro o enrolamento primário
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
e em seguida o enrolamento secundário (ou secundários). Cadaenrolamento deve ser isolado por papelão, mesmo os diferentessecundários. Podemos prender o papelão com verniz. Depois determinados os enrolamentos, devem colocar uma folha de papelão.
Neste ponto seria ideal a ligação de um fio mais grosso e comcapa nos fios dos enrolamentos. Estes fios é que seriam as entradase saídas do trafo. Isto é fundamental quando o fio do enrolamento ébem fino. Depois de feito isto, prende-se com verniz as emendas ecolocamos mais uma folha de papelão.
Montamos o núcleo com as chapas E e I e, depois de montado, oprendemos com a abraçadeira. A abraçadeira deve ser comprada deacordo com o tamanho do núcleo.
Está pronto o nosso transformador.
Para encontramos os materiais necessários para se enrolar umtransformador devemos procurar por casas que vendamtransformadores.
O necessário para se enrolar um trafo é:
- fio de cobre esmaltado (normalmente vendido por quilo ou porcarretel)
- núcleo de chapas de ferro silício (normalmente vendido porquilo)
- abraçadeira
- papelão (normalmente vendido por folha).
- verniz
- carretel
Podemos indicar dois fornecedores:
Transformadores Líder
Fone: (11) 221-1211
Ficael
Fone: (11) 5667-2022
Porem você pode procurar outros fornecedores, próximos asua região.
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Outras Publicações do AutorPublicadas pela Eltec Editora
Cod. 600Eletricidade e
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Cod. 576108 CircuitosEletrônicos
Cod. 591Circuito Fechado
de TelevisãoCFTV/CCTV
Cod. 608270 Dicas de Consertos
em TV e Som(Para Principiantes)
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Energia Elétrico
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Transformadores, Teorias, Práticas e Dicas
Título:
TransformadoresTeorias, Práticas e Dicas(para transformadores de pequena potência)
Autor:
Luiz Antonio Bertini
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