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EEN DADOS PRÁTICOS Por WAGNER CAPANO Projeto e Construção de Transformadores Grande número de técnicos e montado- dor, com qualquer tensão de primário ou As Tórmulas foram simplificadas e a res adquirem transformadores prontos secundário. montagem foi bem detalhada, para que que são vendidos em praticamente todas lojas de componentes eletrônicos. Contudo, sempre há aquele projeto es- 1 pecial ou um equipamento em manu- tenção que precisará de um transforma- dor especial com característi própri- as. Seja pelo seu formato, dimensões, po- tência ou tensão de entrada/saída, este transformador provavelmente não seria encontrado pronto e portanto seria ne- cessário encomendá-lo a uma indústria ou a um enrolador. Nesle caso, Os prazos € principalmente os custos podem alterar nossos planos, Isso será fácil de entender se imaginar- Núcleo mos que uma fábrica ou um profissio- nal tem sua segiiência de trabalho bem El defimda, e alterá-la com a execução de uma só unidade, ainda mais com características especiais, elevam Blindagem astronomicamente os custos. No caso de uma indústria, por exemplo, a con- fecção de um só transformador especial pode levar quase o mesmo tempo que o dispendido na fabricação de 50 unida- des em série (some isto para ver quanto dá). + Chapate" se Carretel EA e aí pode ter-se uma idéia da dificulda- = Terminais de em encomendar um transformador especial, Isso sem mencionar o fato de que não é qualquer profissional ou in- dústria que aeeila este Lipo de enco- menda. -— Por isso, nesta edição estamos apresen- ENAFAAE tando ao leitor todas as informações técnicas necessárias para que ele mes- mo confeccione seu próprio transfonma- Vista explodida de um transformador comum g np paRate E SoE PENETRA AURni SRS SR ASR san AS PER Rs o leitor não encontre dificuldades no decorrer de seu trabalho. Com isso esperamos contribuir para O aprimoramento do nível técnico do lei- tor € também tomá-lo mais ativo na área, capacitando-o a realizar monta- gens mais complexas. TRANSFORMADOR O transformador é um componente muito usado em eletwônica, mas muito pouco compreendido, apesar de ser um dos mais fáceis de entender e fabricar. Sua constituição é vista na figura 1 onde podemos identificar, entre seus componentes, o núcleo, enrolamentos, carretel, blindagem e o caneco. Toma-se necessário a familiarização com estes componentes, pois O leitor que irá usá-los na montagem de seu próprio transformador, deverá adquiri- los em lojas especializadas de material para transformadores como a TRANCHAM (Tel: (011) 222-5711) e 08.0.8, TÉCNICO (Tel: (011) 958- 8627) ambos de São Paulo - SP, Há casos em que se pode utilizar um transformador em desuso, desmontan- do-o e desenrolando seus fios para o aproveitamento do carretel e núcleo, para o enrolamento novo. Para dominar as técnicas de construção de transformadores será necessário uma explanação sobre seus princípios bási- cos. TRANSFORMADOR O funcionamento de um transformador está baseado no princípio da indução eletromagnética. Quando temos uma corrente circulando por um condutor, como mostrado na figura 2, esta criará em tomo do condutor um campo ele- tromagnético de intensidade proporci- omal a intensidade da corrente e que se Corrente] Campo Condutor | magnético ã g indutido Condutor Corrente IL 2 (S Principio de indução elatromagnética propaga pelo espaço, induzindo em um outro condutor eletricamente isolado do primeiro, uma corrente proporcio- nal so 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 ferromagnéti- co para otimizar o efeito da indução eletromagnética. Um exemplo pode ser visto na figura 3, onde temos um transformador com- posto pelo núcleo magnético e com dois enrolamentos separados: primário, onde é ligada a fonte de tensão e secundário onde se obtém a tensão desejada, Como é possivel notar, o transforma- dor é construído a partir de bobinas. Estas devem ter um determinado nú- mero de espiras no seu primário e no seu secundário, A relação de espiras entre O primário c secundário determi- nará o fator multiplicativo do transfor- mador. Por exemplo, se um Wansiormador pos- Núciso Enrolomento Pá primaria Tensão obtido Enrolomento sequndório Exemplo típico de um transformador sui no primário 100 espiras e no secun- dário 50, o fator multiplicativo é: E2 so t= = D— =05 El 100 onde: r= Relação de espiras (fator multipli- cativo) Ei = Nº de espiras do primário E2= Nº de espiras do secundário Com este fator, uma tensão de 220 Volts ligada ao primário do transfor- mador induzirá uma tensão no secun- dário de aproximadamente 110 Volis (220 x 0,5 = 110). Modificando a relação de espiras po- deremos construir transformadores para elevar ou reduzir tensões conforme a necessidade. Transformadores com 1>1 elevarão a tensão € com r<1, a reduzi- Tão. Antes de executarmos os cálculos para o projeto de transformadores, é neces- sário ter conhecimento de alguns tópi- vos essenciais que ajudarão no enten- dimento do projeto e evitarão possível erros. TRANSFORMADOR A eficiência refere-se a uma grandeza indicada pela lewa grega 1) (eta), que expressa a relação (em %) entre a ener- gia aplicada ao transformador e a ener- gia retirada em seu enrolamehto secun- dário, Por exemplo, se apliçarmos 50 W em seu primário e retirarmos em seu se- cundário 42 W, teremos um ganho de: 4 n= Ps x 100 = 42x 100 = 84% Pe 50 onde: n = eficiência em % Ps = potência de saída (secundário) Pe = potência de entrada (primário) Os rendimentos mais comuns obtidos obter-se agora a seção transversal do núcleo. É chamada seção Úwansversal do núcleo, a área central das chapas que atravessam o centro do carretel ce um transformador. Na figura 4 mostramos esta área e 0 carretel para um melhor entendimento. As medidas internas do carretel devem ser iguais as da seção transversal do núcleo, pois na montagem, este é en- caixado no carretel, A área interna do carretel, assim como a seção transversal do núcleo podem ser obtidas através da fórmula: Vep, fm==D= O) 08 onde: S = área em cm? Pp = Potência do primário em Watts Obiendo-se à área, encontramos entre as medidas na tabela 2, um carrete] que disponha da área aproximada à cal- culada. As medidas se referem às cotas ilustradas na figura 5. De posse das medidas do carretel, é possível escolher as medidas das cha- pas “E” e “T” que irão constituir o nú- eleo do transformador. Geralmente es- tas são fornecidas nas medidas especi- ficas para cada tipo de carretel. O próximo passo será calcular a quan- tidade de espiras (voltas) de fio, neces- 5 L nov Enrolamentos primários separados sárias para a construção dos enrola- mentos primário € secundário, semen “CALCU poprseçe 'DO PRIMÁRIO: O número de espiras do enrolamento primário, que geralmente é aquele li- gado a rede elétrica, é calculado com a fórmula: e Np= Ex 0 (4) 4441 fxBxaS onde: Np=número de espiras do primário E= Tensão no primário em Volts E = Fregúência da rede em Hz Densidade de fluxo-magné- tico do ferro em Gauss S = Seção transversal do núclco em em? A densidade de fluxo magnético de um núcleo de transformador é fomecida pelo fabricante e varia de material para material. Na prática adote 10,000 Gauss para chapas de ferro doce comum (igual às usadas em transformadores conven- cionais) caso não obtenha o valor cor- reto com o fabricante. Para primário simples com dois fios, para por exemplo 110 V, a fórmula (4) é usada diretamente. Se você tiver um enrolamento primário como o mostra- do na figura 6, aplique a fórmula para cada tensão específica de cada seção, pois os enrolamentos são separados. TV 2204 op = 12zy 1Wio+s 37 -220w NIO+FS3FIT + 15=2354 Cotas para as medidas do carrete! Associação em séris de enrolamentos primários Este tipo de transformador é emprega- do onde combinações em série de seus enrolamentos se fazem necessárias, para suportar diferentes tensões de entrada. Por exemplo, ligando-se em série os enrolamentos AB + EF, a entrada do transformador suporta 127 V (110+ 17 Volts, veja a figura 7a), tensão dispo- nível em algumas cidades interioranas. Agora, combinando os enrolamentos AB + CD + EF, teremos 220 Volts (10 + 93417 W, veja a figura 7b). Com a hgação série de todos eles teri- amos 235 Volts (110+93+17+15 Volts, veja a figura 7c). Se usassemos só o enrolamento AB, este suportaria os TIO Volts usuais, € mudando-se para o enrolamento € teríamos uma entrada de 93 Volts, pró- pria para locais de rede sobrecarregada, como em alguns bairros das metrópo- les ou perto de indústrias. Em enrolamentos primários com deri- vações, será necessário obter o número de espiras para cada seção do enrola- mento. No exemplo mostrado na figura 8, 0 enrolamento inicia no terminal A (OW), Este terminal é comum a todas as ten- sões. Se ligarmos 110 Volts a este trans- formador, devemos usar Os terminais Ae Be assim por diante. Para executar o cálculo do número de espiras de cada seção, deve-se debitar a tensão presente na seção anterior, Por exemplo, a seção A-B suporta 110 Volts, 8 zzo a 127 Li no E portanto o cálculo deve ser feito a par- ur dessa tensão, usando a fórmula (4). A seção A-C suporta 127 Volts, mas como usa as espiras da seção A-B, deve-se debitar O valor da tensão ante- rior (127-110=17 Volts). O cálculo en- 1ão, deve usar como valor de tensão os 17 Volts. A seção CD terá então 83 Volts (220-127 V) De posse dos cálculos feitos para O primário, obtemos o valor do secundá- rio, com a fórmula: Us x Np Ng = Es (5 Up onde: Ns=nº de espiras do secundário Np=nº de espiras do primário Us= Tensão no secundário Up= Tensão no primário Para obter Up e Np, caso o leitor tenha um primário de varias seções, escolha uma & adote sua Lensão € seu número de espiras, Isso é passível pois como o transformador tabalha com relações proporcionais, um enrolamento para 220 Volts teria o dobro de espiras que um para 110 Volts. A partir daí, a fórmula (5) deve ser empregada para cada seção do secun- dário, como ocorreu com os cxemplos dados anteriormente, referentes ao pri- mário, prio Pede “ESCOLHA DO FIO — Antes de escolher o fio com que irá ser enrolado o transformador, é necessário defirir a densidade de corrente com que o fio deverá trabalhar. Esta densidade refere-se a corrente que circula em determinada área do condu- tor. Densidades maiores geram um aqueci- mento maior, é expõe o transformador à falhas, como queima e curto-gireuito entre espiras. Contudo há uma dimi- ruição no tamanho do transformador & redução no custo, pois emprega menor quantidade de material. As densidades mais usadas estão entre 1. A/mm? é 2 Afmmê, sendo que a mé- dia (1,5 Amm?) é a mais comum. Na prática, deve-se ter em mente que 1 Almm? é uma densidade que torna o transformador muito confiável, fazen- do-o trabalhar menos aquecido. Isso o tornará caro também, pois dispenderá bem mais quantidade de material. A densidade de 2 A/mmsó é recomen- dada se o transformador não for usado continuamente, tendo períodos de uso inferiores a uma hora é com períodos de descanso aproximadamente iguais. Uma densidade limite de 3 A/mm? só é aceitável em casos de economia extre- ma, tanto de espaço como de material. Caso opte por esta densidade, pense em resfriar o transformador, usando por exemplo um ventilador. A bitola do fio que deve ser emprega- do em cada enrolamento é calculada, então, pela expressão: ] d=24)— (6 Jr aonde: d=diâmetro do fio em mm I=corrente nominal do enrolamento J=densidade de comente em Ajmm? Com o resultado, escolhe-se na tabela 3, um fio que apresente o diâmetro equivalente ou aproximado ao calcula- do. 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. A construção inicia-se com a bobina- gem do entolamento primário no car- retel. Esta bobinagem pode ser feita manualmente, espira por espira, ou com bobinadora automática. Lembre-se que o fio usado deve ser de cobre esmaltado arc c mm 10 SECUNDÁRIO PRIMÁRIO ma Espitas de tia tado o lado 2000000D00000 e rerenad Isolação entre comados Lpreapent ! Corretel Isolação entre enrojomento Conte de um carreta! mostrando o aspecto do enrolamento em andamento com furos nas pontas, que servem para a passagem de parafusos, para a fixa- ção dos canecos de blindagem e sus- tentação € para a própria amarração das chapas. A boa amarração das cha- pas irá impedí-las de se soltarem e pro- vocarem vibrações. Costuma-se dar um banho de vormiz especial para transformadores após fixação das chapas El, Este vemiz, que: pode ser adquirido no mesmo fornece: dor dos outros materiais, penctrará nos fios do enrolamento e entre as chap: Tixando-os, reduzindo as vibrações e proporcionando uma boa isola trica do conjunto. À alta resistência ao calor também é um ponto positivo da aplicação deste verniz, que torna O enrolamento mais resistente a sobre- cargas eléricas. Para proceder o banho de vemiz, aque- 11 Deixor terminais no horitontol Deixar tias na horizontal Montagem das chapas E e! no carretel qu-o em uma lata até aproximadamen- te 60) graus centigrados, mergulhando totalmente o transformador nele por pelo menos 2 horas. Deve-se sacudir o transformador de vez em quando para melhor penetração do verniz, O passo final será a colocação do caneco ou blindagem no transforma- dor. Se ele for grande com parafusos nas extremidades, como mostrado ma figura 12, poderá ser fixado através de pés de sustentação. Ao contrário dos pequenos que devem ser fixados pelo caneco (figura 13) Iê Pês de sostentação “Blindagem Acabamento com pês de sustentação Após a colocação das tampas, O trans- formador estará pronto para O uso. tudo foi feito corretamente, ele deverá funcionar perfeitamente durante muito tempo e o leitor poderá se orgulhar do wabalho realizado e da economia obtida. ss Os cálculos apresentados são em sua maioria, reduções de fórmulas comple- xas, usadas por grandes indús não quer dizer que o transform jetado com estas fórmulas não tenha um bom funcionamento (alias cle é exi no para O uso a que se destina), mas sim, que à indústria se vale daque las Iórmula, para racionalizar o uso malgriais & processos, obtendo um bom transformador a custos mais baixos, Assim procuramos proporcionar ao lei- tor, dados técnicos para que cle agora possa ser auto suficiente também neste sentido, não precisando mais, depen- der de terceiros para realizar seus pro- Jetos e trabalhos, principalmente nas regiões do pais, com menos recursos técnicos. 13 5 Blingagem Acabamento com caneco de sustentação pesos te Dana 
