Transformadores calculo1
- 1. Curso: Técnico de Instalações Elétricas 04 CFPVC UFCD/Módulo: 6033 – Transformadores 2012 Transformadores Os transformadores 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 frequência. Existem transformadores de diversos tipos, cada um com uma finalidade, construção e tamanho específicos. Teóricamente, um transformador tem de transferir toda a potência do primário para o secundário, da entrada para a saída . Na prática, observa-se uma certa perda de potência nessa transferência de potência, ocasionada por motivos, como a resistência do fio, correntes no 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 quando esses transformadores possuem um núcleo de material ferromagnético. O enrolamento onde aplicamos a tensão que desejamos transformar chama-se primário e o enrolamento onde obtemos a tensão desejada, chama-se 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 enrolamentos monofásicos e bifásicos com núcleo de ferro, apresentamos, a seguir, alguns símbolos de outros tipos de transformadores e suas respectivas aplicações. Enrolamento com núcleo de ferro. Com um primário e um secundário. Utilizado em fontes convencionais para a isolamento de circuitos e para se obter a tensão e a corrente desejada. Enrolamento com núcleo de ferro com dois enrolamentos primário e um secundário. É utilizado quando há a necessidade da aplicação de diferentes tensões no primário, como 230VAC ou 110VAC. Enrolamento com núcleo de ferro com dois enrolamentos secundários. Empregue quando são necessárias duas tensões de saída.
- 2. Curso: Técnico de Instalações Elétricas 04 CFPVC UFCD/Módulo: 6033 – Transformadores 2012 Exemplo: Entrada 230VAC Saída 15VAC e 5 VAC. Enrolamento 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. Enrolamento com center tap no secundário. Enrolamento com center tap no primário e secundário. Enrolamento com núcleo de ferrite. Utilizado em fontes comutadas, bobinas de i m pulso e filtros de linha. Enrolamentos sintonizados com núcleo de ferrite. Utilizados em circuitos de RF ( rádio frequência). Primário sintonizado Secundário sintonizado sintonizado Primário e secundário
- 3. Curso: Técnico de Instalações Elétricas 04 CFPVC UFCD/Módulo: 6033 – Transformadores 2012 Observação Cabe lembrar que não foram citados todos tipos de transformadores, muito menos as suas utilidades. CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE TRANSFORMADORES Todos os transformadores aquecem durante o funcionamento, em virtude das perdas que existem em todos eles. Quanto mais alta a potência retirada nos secundários, 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 empregue é um fator que deve ser considerado no projeto de um transfor mador. Em enrolamentos de grande potência, 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. Dado o esquema de um transformador, teremos: I1 I2 A V1 N N2 V2 V1 = tensão no primário V2 = tensão no secundário I1 = corrente no primário I2 = corrente no secundário N 1= espiras do primário N2 = espiras do secundário
- 4. Curso: Técnico de Instalações Elétricas 04 CFPVC UFCD/Módulo: 6033 – Transformadores 2012 CÁLCULO DOS TRANSFORMADORES Para calcular um transformador, teremos que fazer uso da expressão geral da tensão alternada. N= E x 108 4,44 x B x Sm x F Onde teremos: E = tensão elétrica alternada. 10 8 = uma constante e vale (100.000.000). 4.44 = uma constante. N = núcleo de espiras do primário. B = densidade de fluxo magnético em Gauss = 10.000 linha de força. S = secção magnética eficaz do núcleo em centímetro, (lado x lado). F = frequência da tensão alternada, se for da rede elétrica será sempre 50Hz. Sm= Secção magnética do núcelo, em cm2. ou para simplificar os cálculos: N= 10 8 4,44 x B x Sm x F 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. Atenção Cuidado, pois, 10 8é igual a 100.000.000 e não a 1.000.000.000, se preferir, é o número 1 seguido de 8 zeros. A densidade do fluxo magnético B, que é dada em Gauss, terá o seu valor entre 8.000 a 12.000.
- 5. Curso: Técnico de Instalações Elétricas 04 CFPVC UFCD/Módulo: 6033 – Transformadores 2012 Um valor de B baixo (próximo a 8.000) implicará um o transformador de maiores dimensões, enquanto que um B elevado próximo a 12.000 , fará com que mesmo fique menor. Use um valor intermédio, por exemplo 10.000 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 10.000 Gauss com perda de 1,7W/Kg, chapas tipo (grão orientado ou sintetizadas) de 16.000 Gauss e perda de0,7W/Kg. Devido ao custo, muitos transformadores para aplicações onde as perdas no núcleo, que gerarão calor, não são importantes usam-se chapas de baixo carbono que chegam a ter uma perda de 3,7W/Kg. Quanto maior o valor de Gauss, menor ficará fisicamente o transformador, pois menor será o número de espiras por Volt, e menos o transformador aquecerá. - Quanto maior o valor de W/Kg, maior será a perda por aquecimento no transformador. Na prática ele aquecerá mais. A secção magnética do núcleo será calculada por : Sm= 1,2x Ps onde : Sm = secção magnética (cm2) Ps = Potência dos secundários somadas x 1,15 (para compensar as perdas) E a secção geométrica (Sg) será calculada por: Sg = Sm 0,9 Agora que já vimos como calcular a secção e o número de espiras por Volt, vamos saber a secção que deverá ter o fio. Para encontrarmos essa secção, basta aplicarmos a fórmula a seguir: D= I onde : D = secção do fio em mm2 = corrente dos enrolamentos = densidade de corrente (A/mm2)
- 6. Curso: Técnico de Instalações Elétricas 04 CFPVC UFCD/Módulo: 6033 – Transformadores 2012 A densidade de corrente será dada pela tabela T1 abaixo: Potência do enrolamento (W) 0- 200W Densidade da corrente ( δ ) 3,0A/mmE2 A finalidade de se definir a densidade de corrente é para evitar um aquecimento excessivo do enrolamento. Quanto mais potente o enrolamento, menor deve ser a densidade de corrente. Lâminas padronizadas N° da chapa Largura (A) em cm Seção da Janela mm2 Peso do núcleo 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
- 7. Curso: Técnico de Instalações Elétricas 04 CFPVC UFCD/Módulo: 6033 – Transformadores 2012 Obs: Ver carretéis padrão nas últimas páginas. Lâminas E Janela “B” Empilhamento de chapas A Carretel B “A” Largura da perna central
- 8. Curso: Técnico de Instalações Elétricas 04 CFPVC UFCD/Módulo: 6033 – Transformadores 2012 Relações entre as Medidas dos Núcleos de um transformador Lâminas E x 2x x janela x 3x Varias lâminas E Várias chapas formam a perna central formam o núcleo 5x 6x Figura 16 Formador: Fernando Oliveira Pág: 8/11
- 9. Curso: Técnico de Instalações Elétricas 04 CFPVC UFCD/Módulo: 6033 – Transformadores 2012 MEDIDAS DOS CARRETÉIS MAIS COMUNS, ( em milímetros ) TABELA DE CARRETÉIS T3. 6 X6 6 X9 10,2 X 10 10,2 X 15 13,0 X 13 13,0 X 20 16,0 X 16 16,0 X 22 16,0 X 30 16,0 X 40 19,0 X 41 20,0 X 19 20,0 X 22 20,0 X 30 20,5 X 30 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 25,4 25,4 25,4 25,4 25,4 25,4 25,4 25,4 28,6 28,6 X 22 X 24 X 26 X 30 X 45 X 19 X 20 X 25 X 32 X 35 X 42 X 50 X 60 X 29 X 33 28,6 28,6 28,6 28,6 28,6 32,0 32,0 32,0 32,0 32,0 32,0 32,0 32,0 32,0 32,0 X 38 X 42 X 43 X 50 X 60 X 22 X 28 X 32 X 38 X 40 X 42 X 45 X 52 X 55 X 60 32,0 32,0 35,0 35,0 38,0 38,0 38,0 38,0 38,0 38,0 38,0 38,0 38,0 38,0 38,0 X 66 X 69 X 40 X 45 X 40 X 45 X 50 X 55 X 60 X 63 X 66 X 75 X 80 X 90 X 94 38,0 40,0 40,0 40,0 40,0 42,0 42,0 42,0 42,0 42,0 45,0 45,0 45,0 45,0 45,0 X 105 X 40 X 44 X 55 X 65 X 44 X 53 X 60 X 65 X 70 X 45 X 56 X 65 X 70 X 75 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 55,0 55,0 55,0 60,8 60,8 60,8 60,8 60,8 60,8 X 51 X 60 X 70 X 80 X 95 X 105 X 65 X 70 X 80 X 70 X 75 X 80 X 90 X 95 X 105 Exemplo: Carretel de medidas 6 x 9 : “B” Empilhamento de chapas Figura 36 Carretel “A” Largura da perna central Para montar o enrolamento, enrolamos primeiro o enrolamento primário, que normalmente se localiza na primeira camada do carretel e em seguida o enrolamento secundário. Cada enrolamento deve ser isolado com papel para transformadores, mesmo os diferentes secundários. Podemos prender o papel com, cola, fita adesiva ou com verniz. Depois de terminados os enrolamentos, devem colocar uma folha de papel especial de transformador.
- 10. Curso: Técnico de Instalações Elétricas 04 CFPVC UFCD/Módulo: 6033 – Transformadores 2012 Neste ponto seria ideal a ligação dos fios coloridos e com manga nos fios dos enrolamentos. Estes fios é que seriam as entradas e saídas dos enrolamento. Isto é fundamental quando o fio de cobre esmaltado do enrolamento é bem fino. Depois de feito isto, prender com verniz ou fita adesiva as emendas e colocamos mais uma folha de pape para o acabamentol. Abraçadeira Figura 38 Figura 37 Montamos o núcleo com chapas “ E ” e “ I ” e depois de montado mergulhamos o transformador no verniz para que não vibre ou gere algum ruído desnecessário ao seu bom funcionamento, agora prendemos com a abraçadeira. A abraçadeira deve ser comprada de acordo com o tamanho do núcleo. Está pronto o nosso transformador. Para encontrarmos os materiais necessários para se enrolar um transformador devemos procurar por casas que vendam transformadores.
- 11. Curso: Técnico de Instalações Elétricas 04 CFPVC UFCD/Módulo: 6033 – Transformadores 2012 Material necessário para a confeção de transformadores O necessário para se enrolar um transformador: - Fio de cobre esmaltado ( normalmente vendido ao quilo ou por carretel ). - Núcleo de chapas de ferro silício “ E ” e “ I ”, (normalmente vendido ao quilo ). - Abraçadeira, de acordo com a medida do núcleo. - Papel, ( normalmente vendido por folha ). - Verniz de secagem ao ar e uma cuba para mergulhar o transformador depois de pronto. - Carretel - Bobinadeira, pode ser manual. - Fio coloridos para ligação externa determinando primário (s) e secundário (s). - Lâmpada série de pelo menos 100 Watts para teste do transformador.