Projeto e Construção de Transformadores

Projeto e Construção de Transformadores

O transformador é um componente muito usado em eletrônica, mas muito pouco compreendido, apesar de se um dos mais fáceis de entender e fabricar.

Sua constituição é vista na foto abaixo, onde podemos identificar, entre seus componentes, o núcleo que é formado pelas chapas de ferro silício em forma de “I” e “E”, o carretel com os enrolamentos, e o caneco. Alguns possuem uma blindagem externa, que não é mostrada aqui.

Torna-se necessário a familiarização com esses componentes, pois caso você for montar seu próprio transformador, deverá adquiri-los em lojas especializadas de material para transformadores. Se bem que se pode também reaproveitar esses mesmos componentes de outros transformadores cuidadosamente desmontados. Só não é recomendável o reaproveitamento dos fios dos enrolamentos.

Para dominar as técnicas de construção de transformadores será necessário uma breve explanação sobre seus princípios básicos.

Funcionamento do Transformador:

Seu funcionamento está baseado no princípio da indução eletromagnética. Quando temos uma corrente circulando por um condutor, essa criará em torno do condutor um campo eletromagnético de intensidade proporcional à intensidade da corrente e que se propaga pelo espaço, induzindo em um outro condutor eletricamente isolado do primeiro, uma corrente proporcional ao campo recebido.

O transformador utiliza este princípio para manipular as tensões. Para isso ele é construído a partir de dois enrolamentos separados eletricamente e envolvendo um núcleo ferromagnético para otimizar o efeito da indução eletromagnética.

Um exemplo pode ser visto na figura abaixo, onde temos um transformador composto pelo núcleo magnético e com dois enrolamentos separados: primário, onde é aplicada a tensão, e secundário, onde se obtém a tensão desejada.

Como é possível notar, o transformador é construído a partir de bobinas. Estas devem ter um determinado número de espiras no seu primário e no seu secundário. A relação de espiras entre o primário e o secundário determinará o fator multiplicativo do transformador.

Por exemplo, se um transformador possui no primário 100 espiras e no secundário 50, o fator multiplicativo é:

r = E2 / E1 = 50 / 100 = 0,5

onde:

r = Relação de espiras (fator multiplicativo)

E1 = Nº de espiras do primário

E2 = Nº de espiras do secundário

Com este fator, uma tensão de 220 Volts ligada ao primário induzirá no secundário aproximadamente 110 Volts (220 x 0,5 = 110).

Modificando a relação de espiras podemos construir transformadores para elevar ou reduzir tensões conforme a necessidade. Transformadores com “r > 1” elevarão a tensão, e com “r < 1, a reduzirão.

Eficiência do Transformador

A eficiência refere-se a uma grandeza indicada pela letra grega η (eta) , que expressa a relação (em%) entre a energia aplicada ao enrolamento primário do transformador e a energia retirada em seu secundário.

Por exemplo, se aplicarmos 50W em seu primário e retiramos em seu secundário 42W, teremos um ganho de:

η= Ps x 100 / Pe

onde:

η= eficiência em %

Ps = potência de saída (secundário)

Pe = potência de entrada (primário)

O resultado da fórmula acima fica assim:

η= 42 x 100 / 50 = 84%.

Os rendimentos mais comuns obtidos na construção de transformadores por processo manual, são mostrados na tabela abaixo.

Regulação

Ao ligar um transformador, este apresenta uma tensão em seu secundário. Esta tensão, geralmente, é maior quando o secundário não está conectado a nenhuma carga (diz-se que ele está em vazio).

Logo que é conectado à uma carga, a tensão do secundário cai. Nesta situação diz-se que o transformador está em plena carga.

A regulação é a taxa de variação da tensão quando o transformador está em vazio e em plena carga. Para obter a taxa de variação fazemos:

R = (Uv – Uc) x 100 / Uv

Onde:

R = Regulação (em%)

Uv = Tensão em vazio (em Volts)

Uc = Tensão em plena carga (em Volts)

Assim, um transformador que proporcionar uma tensão em vazio de 14V e uma tensão em plena carga de 12V, possui uma regulação de:

R = (14 – 12) x 100 / 14 = 14,28%

Essa taxa não seria aceitável na prática, onde encontramos valores entre 5% e 10%. É visível que taxas de regulação menores indicam transformadores melhores.

Projeto de Transformadores

O cálculo de transformadores é relativamente fácil de ser realizado e é o primeiro passo para a execução do trabalho.

Inicialmente será necessário saber a corrente e a tensão que o transformador deverá fornecer em seu secundário. A partir daí, calcula-se a potência no enrolamento secundário através da expressão:

Ps = Us x Is

Onde:

Ps = Potência do secundário (Watts)

Us = Tensão do secundário (Volts)

Is = Corrente do secundário (Ampares)

Se o transformador possuir mais de um enrolamento secundário, será necessário aplicar a fórmula (Is) para cada um deles. A potência do secundário será então, a soma das potências de todos os seus enrolamentos.

Em seguida, calcula-se a potência do transformador, usando o fator de eficiência (η). Para transformadores feitos manualmente poderemos assumir a eficiência da tabela de rendimento, mostrada acima.

Sua potência será:

Pp = Ps x 100 / η

Onde:

Pp = Potência no primário (Watts)

Ps = Potência no secundário (Watts)

η = Eficiência em %.

Conhecendo-se a potência, é possível obter-se agora a seção transversal do núcleo.

É chamada seção transversal do núcleo, a área central das chapas que atravessam o centro do carretel do transformador.

Na figura abaixo, é mostrada esta área e o carretel para um melhor entendimento.

As medidas do carretel devem ser iguais as da sação transversal do núcleo, pois na montagem, este é encaixado no carretel.

A área interna do carretel, assim como a seção transversal do núcleo podem ser obtidas através da formula:

Onde:

S = área do núcleo em (cm²)

Pp = potência do primário (Watts)

De posse dos resultados, teremos a ideia do quanto de chapas precisaremos e do tamanho do carretel.

O próximo passo será calcular a quantidade de espiras (voltas) de fio, necessárias para a construção dos respectivos enrolamentos.

Cálculo do Primário

O número de espiras do enrolamento primário, que geralmente é aquele ligado à rede elétrica, é calculado com a fórmula:

Np = E x 100.000.000 /4,44 x f x B x S

Onde:

Np = Número de espiras do primário.

E = Tensão que será aplicada ao primário.

f = Freqüência da rede em Hz.

B = Densidade de fluxo magnético do ferro em Gauss

S = Seção transversal do núcleo em cm²

A densidade do fluxo magnético de um núcleo de transformador é fornecida pelo fabricante, e varia de material para material. Na prática podemos adotar 10.000 Gauss para chapas de ferro doce comum (igual as utilizadas em transformadores convencionais) caso não obtenha o valor correto com o vendedor.

Para enrolamento simples, por exemplo 110 V, a formula acima é usada diretamente. Caso for feito enrolamentos adicionais, aplique a fórmula para cada tensão específica.

Enrolamento Secundário.

De posse dos cálculos feitos para o primário, obtemos p valor do secundário com a seguinte fórmula:

Ns = Us x Np / Up

Onde:

Ns = Nº de espiras do secundário

Np = Nº de espiras do primário

Us = Tensão do secundário

Up = Tensão do primário.

Para se obter Up e Np, caso tenha um primário de várias seções, escolha uma e adote sua tensão e seu número de espiras. Isso é possível pois como o transformador trabalha com relações proporcionais, um enrolamento para 220V teria o dobro de espiras que para um de 110V.

A partir daí, a formula acima deve ser aplicada para cada seção do secundário, como ocorreu com os exemplos anteriormente, referentes ao primário.

Escolha do fio.

Antes de escolher o fio com que irá ser enrolado o transformador, é secessário definir a densidade de corrente com que o fio deverá trabalhar.

Esta densidade refere-se à corrente que circula em determinada área do condutor.

Densidades maiores geram um aquecimento maior, e expõe o transformador a falhas, como queima e curto-cicuito entre espiras. Contudo há uma diminuição no tamanho do transformador e redução de custo.

As densidades mais usadas estão entre 1A / mm² e 2A / mm², sendo que a média 1,5A / mm² é a mais usada.

N prática, deve-se ter em mente que 1A / mm² é uma densidade que torna o transformador muito confiável, fazendo-o trabalhar monos aquecido. Isso o tornará mais caro também, pois dispenderá bem maior quantidade de material.

A bitola do fio que deve ser empregado em cada enrolamento é calculada, então, pela fórmula:

Onde:

d = diâmetro do fio em mm

I = corrente nominal do enrolamento

J = densidade de corrente em A/mm²

Com o resultado, escolhe-se na tabela que pode ser baixada aqui,

http://www.pcproject.com.br/forum/showthread.php?p=68874#post68874

um fio que apresente o diâmetro equivalente ou aproximado ao calculado. Por exemplo, se o resultado for 0,2345, poderia optar-se pelo fio 30, cujo diâmetro é 0,2546. Note que o arredondamento é sempre feito para um valor imediatamente superior.

Para facilitar os cálculos do transformador, disponibilizei um pequeno programa que fiz em Delphi para esta finalidade. Este programa vai calcular o número de espiras, a potência e a área do núcleo, sendo que o calculo da densidade de corrente, deverá ser feito manualmente. Ainda acrescentarei este recurso ao programa, e assim que o fizer, disponibilizarei aqui também.

http://www.pcproject.com.br/forum/showthread.php?p=68874#post68874

O programa não necessita de instalação, bastando descompactar o arquivo e utilizar.

Conclusão:

Os cálculos aqui apresentados, são reduções de fórmulas mais complexas utilizadas na industria. Isso não quer dizer que o transformador projetado com estas fórmulas não terá bom desempenho, (alias ele é excelente para o uso a que se destina), mas sim, que na indústria se vale daquelas fórmulas, para racionalizar o uso de materiais e processos, obtendo um bom transformador a custos mais baixos.

Senhores

Peço desculpa se estou a prevaricar. Sou novo neste forun, mas na verdade estava interessado em que me ajudassem a conhecer os calculos para fabricar transformadores trifásicos. Sou Portugu~es e estou a falar desde a cidade do Porto. Se alguem me puder ajudar, ficarei agradecido.

Manuel Marques

Caramba, merece virar fixo!

Só uma observação: as imagens aqui não estão aparecendo, é só comigo?

Pegando o embalo a gente podia ir discutindo sobre os toroidais, postar umas fórmulas e por aí vai.

Eu tava pensando em construir uma bobinadeira de toroidais, usando aro de bicicleta infantil e alguns motores de impressora. Ia ficar "filé" como diria um amigo meu hehehe.

Se eu for montar um toroidal pretendo comprar os núcleos desta empresa: http://www.magmattec.com

Realmente as imagens não estão aparecendo.

Muito bom o topico. Merece FIXO mesmo!

Sim, o tópico é bom, vale até mesmo para construção de transformadores para fontes chaveadas ou indutores para tanques ressonantes, ja que o principio de construção é quase o mesmo!

abs.

Poxa! Muito bom mesmo!! merece fixo! explica tudo, e com todos os detalhes possiveis!

Parabens!

Caramba, merece virar fixo!

Só uma observação: as imagens aqui não estão aparecendo, é só comigo?

Pegando o embalo a gente podia ir discutindo sobre os toroidais, postar umas fórmulas e por aí vai.

Eu tava pensando em construir uma bobinadeira de toroidais, usando aro de bicicleta infantil e alguns motores de impressora. Ia ficar "filé" como diria um amigo meu hehehe.

Se eu for montar um toroidal pretendo comprar os núcleos desta empresa: http://www.magmattec.com

Amigo, motor de impressora não é motor de passo?

Tem motor de passo e motor DC. Quando eu desmontei a Deskjet 670C tinha um motor DC grandão, deve ter um torque do caramba.

Sera que o amigo almeida filho vai fazer up das imagens em outro server para disponibilizar para nós, mais necessitados?

Opa galera, trouxe uma coisa que acho que vai animalos, hehehe.

Procurando pela net sobre os transformadores, achei o que me parece o artigo "original" dessa mensagem postada pelo AlmeidaFilho (que por sinal já vi este topico em mais 2 foruns..)

Olhem o PDF:

http://www.813am.qsl.br/artigos/teoria/ProjetoTrafos.pdf

Só é um pouco embaralhado esse PDF, mas da pra entender bem...

Logo vou testar os calculos passados nesse artigo, hehehe.

Espero que ajude.

ao caro almeida trabalho em uma empresa de montagem de transformadores eletricos no rio lhe queria te perguntar se você trabalha com calculo de transformadores e calculo de núcleos se sim me mande uma resposta...

gustavo você trabalha com calculo de transformadores e núcleos

gustavo você trabalha com calculo de transformadores e núcleos

Colega nivian, infelizmente não trabalho com esses calculos não, bem que gostaria, mas não trabalho...

Abraço.

Pessoal, estou querendo fazer um transformador para um amplificador de áudio que estou montando. O problema é que não estou encontrando as chapas E+I para fazer o núcleo do transformador. Alguém conhece algum lugar, no Rio, que eu possa encontrar as chapas? Só encontrei em empresas de São Paulo que vendem caixas fechadas de aprox. 27kg!

Obrigado.

danielivo só por curiosidade, qual seria a saída de corrente / tensão desse trafo?

Primário 127V/220V e secundário 22+22V com 15A (660VA).

Parabéns a todos pela disposição na troca de conhecimento que tanto nos auxilia!

Se alguém tiver a imagem da máquina de bobinar um trafo toroidal, favor postar aqui. Deve ser interessante esse processo.

Obrigado

Ola pesoal,

Neste site ai tem um projeto de uma bobinadeira artesanal pra trafo toroidal.

http://waterfuelcell.org/phpBB2/viewtopic.php?t=1034

Estou tentando fazer uma igual, ainda esta na fase do prototipo,se alguem se interesar podemos trocar experiencias.

abraços

jfeliciano

Srs, realmente existem os cálculos exatos para trafos porém eles podem ser resumidos pela experiência prática seguem alguns cálculos praticos;

Cálculo de potencia em Watts

A potência depende do tamanho do núcleo e da qualidade do ferro mas podemos resumila e servirá de base para o resto dos calculos

P = Area do núcleo em cm ao quadrado

Exemplo: um trafo de núcleo com 2,1 por 2,6 cm

Area = 5,46 cm

P = 5.46 x 5.46 = 29,8116 ou seja aproximadamente 300 wats

Cálculo de epv ( espiras por volt)

epv=Ax26/1000

epv=5,46x26 = 141,96 => 1000/141,96 = 7,04

Ou seja a cada 7 voltas de fio corresponde a 1 volt assim para um trafo com primario 110/220 e secundário 24 v teremos

7 x 127 = 889 espiras para o primeiro 110

mais 889 para o segundo

7 x 24 = 168 espiras

e finalmente para calcular a corrente e consequentemente o fio a ser utilizado em cada enrolamento

P = I x V logo 300/220 = 1.36A para o primário em 220 e em 110 , 2,7 Ampéres

300/24 = 12,5 A já dá pra carregar uma bateria

Espero ter somado conhecimentos

Abraços

Pessoal, estou querendo fazer um transformador para um amplificador de áudio que estou montando. O problema é que não estou encontrando as chapas E+I para fazer o núcleo do transformador. Alguém conhece algum lugar, no Rio, que eu possa encontrar as chapas? Só encontrei em empresas de São Paulo que vendem caixas fechadas de aprox. 27kg!

Obrigado.

mande seu contato posso lhe passar um forncedor de chapa em baixa qtdade

Abraços

Srs, realmente existem os cálculos exatos para trafos porém eles podem ser resumidos pela experiência prática seguem alguns cálculos praticos;

Cálculo de potencia em Watts

A potência depende do tamanho do núcleo e da qualidade do ferro mas podemos resumila e servirá de base para o resto dos calculos

P = Area do núcleo em cm ao quadrado

Exemplo: um trafo de núcleo com 2,1 por 2,6 cm

Area = 5,46 cm

P = 5.46 x 5.46 = 29,8116 ou seja aproximadamente 300 wats

Cálculo de epv ( espiras por volt)

epv=Ax26/1000

epv=5,46x26 = 141,96 => 1000/141,96 = 7,04

Ou seja a cada 7 voltas de fio corresponde a 1 volt assim para um trafo com primario 110/220 e secundário 24 v teremos

7 x 127 = 889 espiras para o primeiro 110

mais 889 para o segundo

7 x 24 = 168 espiras

e finalmente para calcular a corrente e consequentemente o fio a ser utilizado em cada enrolamento

P = I x V logo 300/220 = 1.36A para o primário em 220 e em 110 , 2,7 Ampéres

300/24 = 12,5 A já dá pra carregar uma bateria

Espero ter somado conhecimentos

Abraços

estas expresoes nao me parecem correctas

"

Cálculo de epv ( espiras por volt)

epv=Ax26/1000

epv=5,46x26 = 141,96 => 1000/141,96 = 7,04

"

nao seria :

Cálculo de epv ( espiras por volt)

epv=1000 / (Ax26)

epv=1000 / (5,46x26) = 1000/ 141,96 = 7,04

to querendo montar um transformador, as informaçoes deste topico me animo.

mas nao acho as peças, alguem sabe um site que vende os componentes para o transformador, pelo google ta difícil

Estou enrolando um toroidal primário 110/220v e gostaria de saber qual a quantidade de voltas para o primário.

Eu li em uma mataria e não encontro mais, que a relação de voltas do primário tinha uma "variável" relacionada a ferragem que influenciava na qualidade final.

Portanto eu não quero fazer economias e pretendo colocar a maior quantidade de voltas possível no primário.

Ele será utilizado em um amplificador estéreo de 120W+120W RMS.

Qual o fio para 5A. e para 7A. ?

Olá, eu tenho uma carcaça de trafo de micro ondas, ela tem 35 mm núcleo e 52 de espessura, poderia eu usar algum cálculo para fazer uma fonte ?  220v no primário , e 14v 6A no secundário ?Teria uma fórmula ?

Ensina do começo ao fim