Um pouco sobre transformadores

Um pouco sobre transformadores

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Um pouco sobre transformadores

Transformadores ou trafos são dispositivos elétricos que têm a finalidade de isolar um circuito, elevar ou diminuir uma tensão.

Servem também para casar impedância entre diferentes circuitos ou como parte de filtros em circuitos de rádio freqüência.

Existem transformadores de diversos tipos, cada um com uma finalidade, construção e tamanho específicos.

Teoricamente, um transformador tem de transferir toda a potência do ( primário e secundário são enrolamentos de entrada e saída, respectivamente).

Na prática, observa-se certa perda de potência nessa transferência de potência, ocasionada por motivos, como a resistência de fio, 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, entre si, mas sofrem a ação do campo eletromagnético, que é mais intenso quanto esses transformadores possuem um núcleo de material ferromagnético.

O enrolamento em que aplicamos a tensão que desejamos transformar chama-se primário e o enrolamento onde obtemos a tensão desejada se chama secundário.

A tensão do secundário depende da relação de espiras entre o primário e o secundário e de tensão aplicada no primário.

Embora esta literatura se resuma ao cálculo e dicas de trafos monofásicos e bifásicos com núcleo de ferro, apresentamos, a seguir, alguns símbolos de outros tipos de transformadores e suas respectivas aplicações.

Trafo com núcleo de ferro. Com um primário e um segundário. Utilizado em fontes convencionais para a isolação de circuitos e para se ter a tensão e a corrente desejada.

Utilizado quando há a necessidade da aplicação de diferentes tensões em seu primário, como 127 ou

Trafo com núcleo de ferro com dois enrolamentos primáriose um secundario 220VAC.

Trafo com núcleo de ferro com dois enrolamentos secundários. Empregado quando são necessárias duas tensões de saída.

Saída15VAC e 5 VAC.

Exemplo: Entrada 110VAC 1

Trafo com center tap, (tomada central ou apenas tap), no secundário.Utilizado quando se deseja trabalhar com retificação em onda completa, porém com apenas dois diodos.

Trafo com center tap nosecundário. Trafo com center tap no primário e secundário.
Trafo com núcleo de ferrite. Utilizado em fontes chaveadas, bobinas de pulso e filtros de linha.
Trafos sintonizados com núcleo de ferrite. Utilizados em circuitos de RF ( rádio freqüência).
Primário sintonizado Secundário sintonizado Primário e secundário sintonizado
Observação

Cabe lembrar que não foram citados todos tipos de transformadores, muito menos as suas utilidades.

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, não servindo para o mesmo fim, ferro doce ou outro ferro comum, assim como também não é possível um núcleo de ferro maciço.

A qualidade do ferro empregado é um fator que deve ser considerado no projeto de um trafo.Em trafos de forç ça, usamos chapa de ferro silício de 0,7/1,7/2 Watts/Kg e chapas de baixo carbono e 3,7Watts/Kg.

Se o ferro for de qualidade inferior, a secção do núcleo deverá ser aumentada para um mesmo transformador.

Para determinada tensão variável aplicada no primário do transformador teremos uma tensão

V1 = tensão no primário
V2 = tensão no secundário
I1 = corrente no primário
I2 = corrente no secundário
N 1= espiras do primário
N2 = espiras do secunário
CÁLCULO DOS TRANSFORMADORES
Para calcular um transformador, teremos que fazer uso da expressão geral da tensão alternada.
E = Tensão ou VAC = Tensão
E = 0,0.0.044 x N x B x S x F
Onde teremos:
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 então escrever a fórmula citada assim :

Dado o esquema de um transformador, teremos:

E = tensão elétrica alternada.
= uma constante e vale (100.0.0).
4.4 = uma constante.
N = núcleo de espiras do primário.
B = densidade de fluxo magnético em Gauss = 10.0 linha de força.
S = secção magnética eficaz do núcleo em centímetro, (lado x lado).
F = freqüência da tensão alternada, se for da rede elétrica será sempre 60Hz.
ou para simplificar os cálculos:

Onde teremos:

A V1 N1 N2

I1 I2 V2

4,4 x B x S x F N =

4,4 x B x S x F N =

S N =x 38

Dessa forma encontramos uma relação chamada de espira por Volt, o que quer dizer que, o N encontrado deve ser multiplicado pela tensão do primário; para encontrarmos o número de espiras necessário no primário.

Na prática usamos a fórmula abaixo.
Que simplificando ainda mais encontramos a fórmula abaixo com uma pequena margem de erro:
Cuidado, pois, é igual a 100.0.0 e não a 1.0.0.0, se preferir, é o numero 1 seguido

Atenção de 8 zeros.

A densidade do fluxo magnético B, que é dada em Gauss, terá o seu valor entre 8.0 a 12.0.

Um valor de B baixo (próximo a 8.0) deixará o transformador grande, enquanto que um B elevado próximo a 12.0 , fará com que o trafo fique menor.

Use um valor intermediário, por exemplo 10.0 Gaus. Nunca use valores acima do valor máximo de B, pois você irá saturar o núcleo.

Hoje em dia é mais comum encontramos chapas tipo gno ( grão não orientado) de 10.0 Gauss com perda de 1,7W/Kg, chapas tipo (grão orientado ou sinterizada) de 16.0 Gauss e perda de 0,7W/Kg.

Devido ao custo, muitos transformadores para aplicações onde as perdas no núcleo, que gerão calor, não são importantes se usam chapas de baixo carbono que chegam a ter uma perda de 3,7W/Kg.

Quanto maior o valor de Gauss, menor ficará fisicamente nosso transformador, pois menor será o número de espiras por Volts, e menos o transformador se aquecerá. - Quanto maior o valor de W/Kg, maior será a perda por aquecimento no transformador, na prática ele se aquecerá mais.

Sm= 1,2Ps

A secção magnética do núcleo será calculada por : onde : Sm = secção magnética (cm2)

Ps = potências dos secundários somadas x 1,15 = constante para minimizar perdas

E a secção geométrica (Sg) será calculada por:

Agora que já vimos como calcular a secção e o número de espiras por Volts, vamos saber secção deverá ter nosso fio.

Para encontrarmos essa secção, basta aplicarmos a fórmula a seguir:

onde :

D = secção do fio em mm2 I = corrente dos enrolamentos = densidade de corrente (A por mm2)

A densidade de corrente será dada pela tabela T1 abaixo:

Potência de trafo (W)Densidade da corrente ( )
0- 200W3,0A/mmE2 tabela T1
A finalidade de se definir a densidade de corrente é para se evitar um aquecimento excessivo do
trafo
Quanto mais potente o trafo, menor deve ser a densidade de corrente.

Vamos ao cálculo de um transformador

Dados:
Vp= 127V
Vs = 10V
Is = 1A
Diagrama do transformador :
Entrada 127V Saída 10V x 1A
Primeiro vamos calcular a potência do secundário do transformador:
Ps= (Vs x Is ) x 1,15 Para compensar as perdas nos
enrolamentos e perdas devido
a corrente de Foucault.

0,9 Sg =Sm

D = 1

Ps= 1,5 W
Agora precisamos calcular novamente a corrente no secundário.
Agora vamos calcular a secção magnética, (Sm), ou perna central do trafo.
Sm = 1,2Ps
Sm = 4,06 cm2Veja tabela 2.

Ps= (Vs x Is ) x 1,15 Ps= 10 x 1 x 1,15 Sm = 1,2 1,15

disto, usamos a formula da raiz quadrada () , para determinar as chapas (que definem A ) e o

Seria ideal já termos uma (área A x B ) próxima de uma figura de um quadrado, para nos aproximarmos empilhamento, definido B .

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