Aula 06 - Projeto de Pequenos Transformadores Monofásicos

Figura 01 - Transformador Monofásico

Transformador Monofásico é um equipamento elétrico usado em transformar correntes, impedâncias e tensões. Transforma o valor da tensão, por exemplo, de 110 Volt para 24 Volt, ou vice-versa. 

Esta capacidade do transformador permitiu a  grande expansão no transporte, distribuição e utilização da energia  elétrica e, juntamente com o motor de corrente alternada, mostrou o grande interesse da utilização da corrente alternada, numa época em que se confrontavam idéias sobre a melhor maneira de usar a energia elétrica, se sob a forma de corrente contínua ou sob a forma de corrente alternada.

No transformador  monofásico existe um núcleo de ferro em torno do qual estão montadas duas bobinas, uma para receber a tensão (o primário) e outra para fornecer a tensão (o secundário).

Para projetarmos um transformador, é necessário primeiro definir o tipo e a finalidade do mesmo, se é para uso como estabilizador, isolador de corrente ou simplesmente como transformador de voltagem.

Figura 02 - Núcleo de Transformador

Definindo o seu uso, vamos definir as voltagens dos enrolamentos, se os mesmos serão de uso contínuo ou intermitente e qual a potencia que necessitamos. 
Vamos fazer nosso projeto calculando a bitola do  fio, numero de espiras de cada bobina, sessão em mm² do ferro silício etc.

Neste material concentraremos o procedimento de cálculo de um transformador abaixador com tensão de entrada de 220V, tensão de saída 24V e corrente de saída 4A e freqüência de operação 60 hz. .

Devemos calcular a ferragem de chapas de ferro silício para transformador  do tipo encouraçado definindo as medidas da perna central (Seção Bruta = 2a x b) que é a área do núcleo, e o numero de chapas, geralmente é 0,3556 mm. Continuamos o cálculo passo a passo.

Figura 03 - Carretel em bobinadeira manual

Na figura 02 são determinadas as medidas proporcionais do ferro silício, no transformador. Tanto as parte laterais quanto as superiores e inferiores (a) devem ter as mesmas medidas, a parte central deve ter o dobro da medida (2a).
Calculamos também as espiras do enrolamentos primários sendo de fio esmaltado derivado em duas seções (110 + 110). As espiras do enrolamentos secundário são de fio esmaltado derivado em duas seções (12 + 12). 
Os carretéis comerciais (Tabela 01) utilizados na montagem de transformadores têm dimensões padronizadas.

A densidade de corrente que iremos trabalhar é de 4A/mm2. 

Para melhorar a qualidade deste transformador, daremos uma demão de esmalte isolante em todas as chapas de ferro silício e isolaremos cada camada dos enrolamentos com um papel isolante de 0,1mm sendo que entre o primário e o secundário uma camada isolante de 0,2mm.

Figura 04 - Isolação entre Bobinas

No acabamento final de todos os enrolamentos, para proteger as pontas dos mesmos que ficarão externas, passaremos uma fita auto-adesiva de papel isolante de 0,4mm. Podemos dar um banho de esmalte isolante no transformador depois de pronto.
Para enrolarmos transformadores, devemos separar tiras de papel isolante, cola branca, cadarço, carretel e chapas de aço silício.
Devemos enrolar uma espira do lado da outra, bem organizada, esta organização é extremamente importante para caber as laminas no carretel após tudo feito. 

Para iniciar o enrolamento de um transformador , o carretel deve ter um orifício na aba lateral, rente ao fundo do carretel, verificando o lado que permanece fora do núcleo; as espiras devem ficar unidas, tanto quanto possível, uma das outras para otimizar do espaço existente; o isolamento entre camadas é feito com uma fibra de papel impermeável de baixa espessura. 
A inserção de uma fibra isolante entre o final do enrolamento primário e o início do enrolamento secundário é fundamental devido a maior diferença de potencial existente. Use uma tensão mecânica adequada nos condutores, durante a colocação dos enrolamentos. Esforços maiores poderão romper o fio, ou em caso contrário, as espiras ficarão frouxas dificultando a sua acomodação.

Tabela 01 - Roteiro de Cálculo.

A saída do terminal do enrolamento deve ser feita ao lado da extremidade onde ocorreu a entrada do enrolamento. Coloque um espaguete fino para isolar o condutor da camada inferior. O restante da última camada, quando não tiver o total das espiras, poderá ser preenchida por uma fibra isolante cuja espessura deverá ser a mais próxima possível do diâmetro do fio. Desta forma a camada ficará bem nivelada, permitindo um melhor acabamento. 
O enrolamento secundário deverá ter seus terminais, no lado oposto ao do enrolamento primário. Use uma fibra isolante final para o encerramento dos enrolamentos e proteção do conjunto. Efetue a secagem em estufa com temperatura controlada para retirar a umidade e providencie a impregnação com verniz apropriado a fim de aumentar o poder de isolação, evitando a penetração de umidade e reduzindo os efeitos da vibração entre espiras e das chapas do núcleo. Faça uma avaliação da performace do transformador construído efetuando os testes de resistência do isolamento, continuidade dos circuitos, corrente a vazio, perdas no cobre e no ferro.

O roteiro para cálculo de transformadores pode ser baixado em: Aula 01 - Projeto de pequenos Transformadores  Monofásicos.

Aplicativo para cálculo de transformadores pode ser acessado em: Aplicativo - Cálculo de transformador.

© Direitos de autor. 2017: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 21/01/2017