Saiba como enrolar pequenos transformadores e bobinas. Esta atividade pode ser de grande importância, dada a necessidade em oficinas de reposição de componentes que não podem ser encontrados com facilidade, especificamente transformadores de alimentação de relógios digitais e outros aparelhos, choques de filtro, transformadores de saída e força de pequenas potências. Neste artigo falamos um pouco sobre o assunto dando indicações de como enrolar este componentes.
Obs. O artigo é de 1987, mas totalmente atual no sentido de que as bobinadeiras podem ser encontradas com facilidade (veja internet) e, além disso, os componentes indutivos ainda continuam sendo um problema de reposição.
Transformadores e choques de filtros são formados por um ou mais enrolamentos de fios esmaltados em núcleos de ferro laminado, que podem ter diversas aparências, conforme mostra a figura 1.
A finalidade do núcleo é concentrar as linhas de força do campo magnético obtendo-se assim maior indutância no caso dos filtros ou maior transferência de energia no caso dos transformadores.
O cálculo do fio a ser usado em cada enrolamento assim como do número de espiras depende de diversos fatores, como por exemplo a tensão do primário e a potência do secundário.
Quanto maior a potência que deve ser transferida para o enrolamento secundário, maior deve ser c componente.
Como fazer o cálculo de um pequeno transformador de alimentação ou então de um choque de filtro é algo que poucos técnicos dominam.
A BOBINADEIRA
A principal dificuldade que os técnicos ou hobistas que desejam enrolar um pequeno transformador ou choque de filtro não é propriamente o cálculo, mas sim o trabalho cansativo de enrolar milhares de voltas de fio num carretel de plástico ou outro material (figura 2).
Um transformador típico de saída pode chegar a ter mais de 10 000 voltas de fio fino como o 32, que além de ser difícil de trabalhar é extremamente delicado podendo arrebentar ao menor descuido.
Para facilitar o trabalho dos enroladores de transformadores e bobinas existem máquinas simples como a bobinadeira, figura 3, que além de proporcionar um movimento seguro do carretel, possibilitando assim a obtenção de bobinas sem encavalamento de fios, ainda tem como recurso adicional um contador mecânico de voltas.
O contador mecânico impede que o leitor se perca na contagem das voltas ou tenha dificuldades em caso de paradas para descanso.
A máquina bobinadeira tem, além disso, como Vantagem a possibilidade de admitir carretéis de diversas dimensões, o que significa que praticamente qualquer tipo de bobina pode ser enrolada.
Se você pretende acrescentar um serviço adicional de enrolamento de transformadores em sua oficina, deve pensar seriamente em adquirir sua bobinadeira.
O projeto de um pequeno transformador pode ser divido em três fases que são:
a) Escolha do núcleo
b) Determinação do número de espiras de cada enrolamento
c) Determinação do tipo de fio de cada enrolamento.
a) ESCOLHA DO NÚCLEO
Partimos nos nossos cálculos do núcleo em "F" ou ainda "E" e "l" mostrados na figura 4 que são os mais comuns, com lâminas de ferro doce (ferro-silício).
A seção do núcleo, dada por S na figura 4, é determinada pela potência dor transformador, ou seja, o valor resultante do produto da tensão pela corrente do enrolamento secundário.
Se tivermos mais de um enrolamento secundário devemos considerar a soma das potências.
Assim, um transformador de 12 V x 2 A terá uma potência de 12 x 2 = 24 VA ou 24 W. (figura 5)
A seção pode ser calculada com aproximação pela fórmula:
S = 1,1 x W
Onde:
S é a seção do núcleo em centímetros quadrados
P é a potência em volts x ampères (watts)
Observe que a seção S é dada pelo produto a x b na própria figura 4.
Partindo do exemplo que seria um transformador de 12 V x 2 A a seção seria de:
P = 1,1 x m
P = 1,1 x 4,9
P = 5,39 cm2
Levando-se em conta que as chapas do transformador são finas e que na aglomeração para formação do núcleo existe um espaço perdido entre elas, é preciso compensar isso com um certo acréscimo no valor encontrado.
Recomendamos um acréscimo de 15 a 20%, o que nos possibilita "arredondar" o valor encontrado para 6 cm2.
Determinado o tamanho do transformador, sempre existe a possibilidade de termos na sucata um transformador velho que tenha lâminas nas dimensões indicadas do qual podemos aproveitá-las.
b) DETERMINAÇÂO DO NÚMERO DE ESPIRAS DE CADA CADA ENROLAMENTO
Para o cálculo das espiras partimos de duas fórmulas iniciais:
N1= V1/(f x S x 4,4 x B x10-8)
N2 = V2/(fo x 4,4 x B x10-8)
Onde:
N1 = número de espiras do enrolamento primário
N2 = número de espiras do enrolamento secundário
V1 = tensão do enrolamento primário
V2 = tensão do enrolamento secundário (volts)
f = frequência da rede em Hertz (6oHz)
B = indução magnética em Gauss
S = seção do núcleo em centímetros quadrados.
A indução em Gauss é uma indicação do fluxo magnético por centímetro quadrado no núcleo.
Este valor é determinado pela permeabilidade do ferro usado através da fórmula:
B=pH
Onde:
p é a permeabilidade do ferro usado no núcleo
H é o campo magnético
Se você possuir um manual de fabricante de chapas para transformadores, poderá facilmente ter as tabelas para cada tipo os valores adotados de pB.
No entanto, o que se sabe para o caso de aproveitamento de chapas comuns é que teremos um cálculo com boa precisão com valores em torno de 12 000 Gauss.
Isso ocorre porque os núcleos comuns possuem coeficientes de indução entre 8 000 e 14 000 Gauss, sendo os maiores os mais comuns.
Se o valor adotado for muito alto, o que ocorre é uma possível saturação do núcleo com absorção indevida de energia e perda de rendimento quando a corrente cresce.
Sugerimos que, na dúvida, adote valores de 10 000 ou 12 000 na fórmula.
Valores menores resultarão em transformadores volumosos.
Apliquemos estes valores no nosso fransformador-exemplo de 12 V x 2 A.
N1=110/(60 x 6 x 4,4 x12 000 x 10-8)
N1 = 110/0,19
N1 = 578 espiras
Este será o enrolamento primário.
Para o secundário teremos:
N2 =12/(6O x 6 x 4,4 x12 000 x 10-8)
N2 = 12/0,19
N2 = 63 espiras
Obtidas as espiras dos dois enrolamentos devemos pensar na sua espessura.
c) TIPO DE FIO (ESPESSURA)
A espessura dos fios usados depende diretamente da intensidade da corrente que os percorre.
Esta corrente pode ser calculada facilmente a partir da tensão e da potência, caso não a tenhamos.
Veja que o fio de cobre admite uma densidade máxima de corrente dada a sua própria resistividade. Assim, se tal densidade for superada, existe o perigo de sobreaquecimento com a consequente queima do componente.
Do mesmo modo, devemos considerar que a espessura do fio mais o comprimento do enrolamento, dada pelo número de espiras são responsáveis por uma resistência, a resistência do enrolamento na qual pode haver a perda de potência. .
Podemos elaborar uma tabela aproximada em que a densidade de corrente máxima é determinada pela potência do transformador:
Aplicamos então a seguinte fórmula para determinar a seção dos fios que devem ser usado em cada enrolamento:
S = I/D
Onde:
S é a seção do fio em mm2
I é a intensidade da corrente em A
D é a densidade de corrente (segundo tabela) em A/mm2
Para o nosso transformador, levando em conta primeiramente o enrolamento secundário, temos:
I = 2 A
D = 4 A/mm2 (da tabela)
S = 2/4
S = 0,5 mm2
Para o enrolamento primário temos de calcular a corrente. Partimos então da fórmula:
P = V x l
24 = 110 x I
I = 24/11O
l= 0,218 A
A seção do fio deve ser então:
S = I/D
S = 0,218/4
S = 0,05mm2
A tabela abaixo nos permite escolher os fios que deverão ser usados a partir da numeração AWG.
Temos então que o fio de seção é 0,5mm2 mais próxima é o de número 20. Já o fio de 0,05 para o enrolamento primário é o 30.
Tudo isso nos permite estabelecer exatamente as condições de enrolamento do transformador:
TRANSFORMADOR DE 110 V x12 V x 2 A
Enrolamento primário: 578 espiras de fio 30
Enrolamento secundárlo: 63 espiras de fio 20
Seção do núcleo:6 cm2
Potência: 24 watts
CONCLUSÃO
O que vimos foram apenas os pormenores do cálculo das espiras de cada enrolamento. Na prática existem ainda algumas dificuldades que o montador ou recuperador de transformadores irá enfrentar.
Dentre elas destacamos o cálculo do tamanho do carretel, para que todas as voltas de fio caibam, o modo de prender cada extremo do enrolamento, o isolamento entre as camadas de fio etc.
Tudo isso exige uma habilidade que o enrolador de transformadores e bobinas só vai adquirir com experiência, devendo para isso enrolar diversos destes componentes antes de adquirir a segurança e a perfeição exigidas para um profissional.
