Como calcular a potência de um transformador

rmlazzari58 · 30 de dezembro de 2024

Pessoal, gostaria de saber a corrente máxima aproximada que se pode exigir de um transformador EI sem usar multímetro e sem saber bitola dos fios dos enrolamentos, nada disso...

Serviria como base, por exemplo, para comprar (ou não) um trafo numa sucata.

Encontrei, na Internet, pessoas que calculam da seguinte forma:

P = 0,75 x (a x b)²

Mas como saber a medida a sem desmontar o trafo?

Nesse desenho vamos chamar o trafo, em vez de EI, de W (com uma barra em cima), pode ser?

Então, por exemplo, digamos que a largura de cada "perna" externa desse W seja de 1cm. Com isso a "perna" central (núcleo) teria obrigatoriamente 2cm.

E digamos que b tenha 6cm.

Aí ficaria

P = 0,75 x (2 x 6)²

P = 0,75 x 144

P = 108

uma potência de 108w.

Se a saída desse trafo for de 9vca (para 110vca no primário)

108w / 9vca = 12A

esse seria, então, um trafo de 9v para 12A.

Será que dá para confiar nessa aproximação?

MOR_AL · 31 de dezembro de 2024

Para um enrolamento primário e um secundário:

Pot(W) = Freq.(Hz) * { [ a(cm) * b(cm) ]^2 } / 51

Referência: (pg. 80).

Livro: Transformadores

Autor: Alfonso Martignoni

Editora: Globo

MOR_AL

rmlazzari58 · 31 de dezembro de 2024

Muito bom, esse livro! Baixei uma versão em pdf daqui , um site dedicado a rádios AM, e estou estudando.

E de cara tenho uma dúvida, se você puder ajudar...

Os transformadores todos do capítulo 2 - pequena potência monofásico, tem um único circuito no primário. Às vezes esse circuito tem um tap central, para que possa ser ligado em 110vca ou 220vca naquele esquema "para 110, use os terminais 1 e 2 OU 2 e 3; para 220, use os terminais 1 e 3."

Mas tenho uns transformadores aqui que tem 2 circuitos independentes no primário. Independentes e iguais. Sabe aquele esquema, "para 110 aplique a fase nos terminais 1 e 3 juntos e o neutro nos terminais 2 e 4 juntos; para 220, aplique uma fase no terminal 1, a outra fase no terminal 4 e una os terminais 2 e 3"?

Nesse caso, no chute (que quase nunca entra no gol, rs...), poderia calcular a potência do primário como se fosse apenas um desses 2 circuitos e multiplicá-la por 2? Ou é mais complicado que isso?

Renato.88 · 31 de dezembro de 2024

1 hora atrás, rmlazzari58 disse:

para 110, use os terminais 1 e 2 OU 2 e 3; para 220, use os terminais 1 e 3

Nem sempre (ou na maioria das vezes) podemos usar o 2 e 3 para 110V.

Isso acontece por causa das bitolas de fio usada.

O fio da parte 110V é grosso, calculado para a corrente que venha a consumir nessa tensão.

O outro enrolamento, tem a mesma quantidade de voltas mas com a bitola calculada com a corrente a ser consumida em 220V.

1 hora atrás, rmlazzari58 disse:

Mas tenho uns transformadores aqui que tem 2 circuitos independentes no primário. Independentes e iguais. Sabe aquele esquema, "para 110 aplique a fase nos terminais 1 e 3 juntos e o neutro nos terminais 2 e 4 juntos; para 220, aplique uma fase no terminal 1, a outra fase no terminal 4 e una os terminais 2 e 3"?

E aqui um caso que segue a mesma linha...

Temos dois enrolamentos iguais, mas com a bitola calculada para a corrente consumida em 220V.

Cada bobina tem a quantidade de voltas para 110V.

Portanto ligando em série dobramos a tensão, ligando em paralelo dobramos a corrente.

Enquanto que as tensões se dividem.

MOR_AL · 31 de dezembro de 2024

1 hora atrás, rmlazzari58 disse:

Os transformadores todos do capítulo 2 - pequena potência monofásico, tem um único circuito no primário. Às vezes esse circuito tem um tap central, para que possa ser ligado em 110vca ou 220vca naquele esquema "para 110, use os terminais 1 e 2 OU 2 e 3; para 220, use os terminais 1 e 3."

Não sei. Mas dê uma estudada naquele capítulo, que sua dúvida deve ser esclarecida.

Bons projetos.

MOR_AL

rmlazzari58 · 31 de dezembro de 2024

Uma última questão: digamos um transformador construído para fornecer até 1A no secundário. Se essa corrente for retificada e filtrada, quantos amperes de corrente contínua a gente pode tirar daí? Dá para usar o mesmo cálculo que se usa para a tensão, algo como 1,4241? Nesse caso, então, dá para esperar 1,4A em cc?

Sérgio Lembo · 31 de dezembro de 2024

32 minutos atrás, rmlazzari58 disse:

Uma última questão: digamos um transformador construído para fornecer até 1A no secundário. Se essa corrente for retificada e filtrada, quantos amperes de corrente contínua a gente pode tirar daí? Dá para usar o mesmo cálculo que se usa para a tensão, algo como 1,4241? Nesse caso, então, dá para esperar 1,4A em cc?

Nem pensar. Está querendo fazer a mágica de ganhar potência do nada?

Vamos falar de Eletrotécnica.

Sobre potência, entenda uma coisa: máquinas girantes e estáticas (geradores AC e transformadores AC) tem sua potência medidas em VA (Volt Ampere), que é diferente de W (Watt). Note que o anúncio de grandes geradores (ou hidrelétricas) são sempre dados em MVA (mega Volt Ampere)

Cálculos:

Potência consumida em W = U x I (W)

Potência consumida em VA = U x I / FP (VA)

onde

U = tensão

I = corrente

FP = fator de potência

Conclui-se que W e VA só são iguais quando o FP = 1.

Em uma fonte retificada sem capacitores e sem indutores o FP = 1.

Em uma fonte retificada com capacitores o FP = 0,7.

Dessa forma, um transformador de 100VA utilizado para uma fonte retificada com capacitores, conseguirá fornecer até 70W sem arrear.

rmlazzari58 · 31 de dezembro de 2024

2 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

Está querendo fazer a mágica de ganhar potência do nada?

rs... Querê Nós qué, né?

Mas acho que entendi... "nada de cria, nada se perde, tudo se transforma"...

Assim se a tensão retificada e filtrada tende a ser o resultado da multiplicação dela por 1,4241, a corrente, pelo inverso, tende a ser o resultado dela, corrente, dividida por 1,4241...

Isso é muito importante, caro, para o iniciante como eu. Aproximando os números, se um circuito em cc precisa de, digamos, 12w (12vcc e 1A), na saída do trafo que alimentará esse circuito a partir da corrente alternada, antes da retificação/filtragem portanto, pode haver apenas 8,5vca (12 / 1,4241), mas esse trafo terá que fornecer 1,4241A (1 x 1,4241)...

Na prática, dentro do que se encontra no comércio comum, se seu circuito pede 12vcc e 1A, melhor procurar um trafo de 9vca por 1,5A do que um outro, de 12vca por 1A, é isso?

MOR_AL · 31 de dezembro de 2024

Se você tem uma fonte senoidal e uma carda resistiva, a potência na carga valerá:

P1 = Vrms * Irms

Agora se você retifica, com 4 diodos ideais (Vd = 0 na condução), então a potência na resistência tem que valer a mesma potência P1.

Ocorre que na prática, a fonte de tensão não é ideal, tem sempre uma resistência. Seja ela proveniente da própria fonte, seja ela proveniente da resistência dos fios do trafo, ou dos diodos.

Se incluir um eletrolítico a forma de onda da corrente vai apresentar uma transição abrupta quando a tensão atingir quase o máximo da tensão. Vai depender do valor do capacitor, do resistor de carga e das resistências inerentes (já mencionadas).

Fora tudo isso, a especificação dos trafos vendidos no comércio, são sempre exageradas.

Somente calculando um trafo e montando é que você poderá chegar a um valor de potência suposta, na resistência de carga.

Tem o seguinte livro...

Livro: Transformer and Inductor Design Handbook

Autor: Colonel Wm. T. McLyman

Editora/Direitos: Marsel Dekker, Inc

Tem um capítulo "Power Transformer Design". Nele tem tudo, inclusive o cálculo completo do trafo.

Partindo da tensão, corrente na carga e frequência da onda da fonte, ele calcula o ferro, o número de espiras, o fio do trafo, a eficiência, a potência do trafo e outros parâmetros.

Confesso que o cálculo é bem trabalhoso, mas o autor faz dois exemplos com "receita de bolo".

Por outro lado, é quase certo que você encontre na net, um procedimento mais simples.

Pesquise!

MOR_AL

MOR_AL · 2 de janeiro

Acabei tirando um tempinho para pesquisar no Google, sobre cálculo de trafos para fontes, que invariavelmente me levou ao YouTube.

A maioria dos vídeos que assisti, foram feitos por cerca de 3 autores. Nenhum deles trata o assunto considerando as perdas (eficiência). Todos partem de regras e fórmulas obtidas ao longo de sua carreira, mas que algumas vezes diferem um pouco entre si.

Conclusão:

1 - É válido pesquisar no Google, para se ter uma ideia inicial do assunto. O tempo usado é breve, o que é um ponto positivo.

2 - Algumas vezes o resultado da pesquisa é suficiente para tirar as nossas dúvidas.

3 - Mas se você quer se aprofundar no assunto, tem que pesquisar por livros. No Google tem como encontrar livros, que mostram o índice e alguns até mostram um pouco do conteúdo.

MOR_AL

rmlazzari58 · 2 de janeiro

Obrigado, @MOR_AL. Encontrei os dois livros que você indicou para baixar no formato pdf.

O "Transformadores" do Alfonso Martignoni aqui (clique), e o "Transformer and Inductor Design Handbook" do Cel. Wm. T. McLyman aqui (clique). Não há nada que indique ter algum problema com direitos autorais, já que quando há restrições elas estão explícitas nos sites ou tem algum recurso como o que você disse, mostrar apenas o índice. A propósito e segundo meu Kaspersky, não parecem ter nenhum problema de malwares...

De qualquer forma ambos os livros em dpf podem ser facilmente encontrados numa busca pelo Google, e os dois, pelo que estou acompanhando, são bons, bem didáticos, apesar de trazerem fórmulas que abrangem TODAS as possibilidades, o que as torna complexas, com muitas variáveis. Mas nada que um pouco de lógica e perseverança não consiga resolver...

Por exemplo o segundo livro especifica todas as possibilidades de granulação das lâminas de um EI, das diferente ligas usadas. O primeiro passa menos aprofundado nesses padrões mas também traz tabelas, creio que mais comuns ao nosso mercado, brasileiro...

Já os vídeos que encontrei no Youtube, talvez os mesmos que você encontrou, todos eles baseados em experiência prática e com muito menos necessidade de fórmulas complexas e teoria - as fórmulas nesses vídeos são simplificadas e a teoria aparece embarcada, embasando a prática - também ajudam bastante.

Gratíssimo, @MOR_AL!

MOR_AL · 2 de janeiro

Olha!

Fiquei encucado com o tal cálculo.

Fiz um resumo, que pode conter algum erro, mas segue assim mesmo.

A figura seguinte contém algumas informações.

1 - Você parte da tensão V0 e da corrente na resistência IRes. São valores conhecidos, pois você escolhe.

2 - Você calcula a potência no resistor (P0 = V0 * IRes).

3 - Mas I1 não é só IRes e sim IRes + ICap. Então I1 = IRes + ICap = Icc + Ica, pois Icc é (quase) a corrente no resistor (ainda tem uma pequena componente ca). Icc é o cálculo de a0/2 na fórmula e Ica é o restante. As integrais de seno e de coseno devem ter no Google. L é o período. Primeiro calcula a0, an e bn, para depois calcular Ica. Por padrão, costuma-se calcular o eletrolítico para dar cerca de 15% de ripple, ou Vca (em V0) = 0,15V0 (em cc.) O valor de V0(cc) = (VCap máx + Vcap mín) / 2. É o valor médio.

4 - Se ainda me lembro, o valor do eletrolítico, para 15% de ripple é C(uF) 52 * IRes(mA) / V0(Vcc).

5 - VSec(Pk) = VCap máx + 2 * Vd. VSec(rms) = Raiz de 2 de (VGSec(Pk)). Agora você já tem o valor da tensão secundária do trafo.

6 - O fator do trafo (N/1) é função das perdas no trafo. O livro do Colonel apresenta o valor comum para perdas e o cálculo do trafo.

7 - Um detalhe. O ripple de 15% em V0 é derivado do seguinte caso. Se escolher um ripple menor, o capacitor fica muito grande. Se escolher um capacitor menor, o ripple fica muito grande. Os 15% foi um compromisso, baseado nestas hipóteses.

Em tempo:

1 - Para você saber usar o cálculo do trafo do livro do Colonel, terá que ler alguns outros capítulos. Dá muito trabalho.

2 - O valor de I1 é o valor rms de I1(t) calculado.

3 - Não tenho certeza do que expus, vamos esperar que alguém possa acrescentar algo (ou contestar tudo ).

4 - É por isso que o povo usa as fórmulas práticas. Parece que algum louco calculou e as fórmulas foram passando de geração a geração.

MOR_AL

rmlazzari58 · 3 de janeiro

Nossa! Aí já é trafo para estação espacial chinesa, hein?

Bem... humildemente, só estou encontrando aproximações, caro MOR...

Testei na prática, com um trafo que tem aqui e com material bem amador:

Mas vamos lá...

Método do Cel. William

Mesmo baseando-se nos exemplos práticos das páginas 237-252, 250w e 38w, não foi possível porque não há informações do trafo que tem aqui, por exemplo sobre o fio usado nos enrolamentos ou da chapa, variáveis que entram na fórmulas.

Na verdade, MOR, esse livro, até onde xeretei, é focado mais em como projetar um trafo e menos em como verificar um trafo já existente. Mas como não xeretei o livro todo, pode ser que haja uma forma de fazer a engenharia reversa, usando como chute talvez os materiais mais comumente encontrados.

Método do 1o. post, vários tutoriais na Internet, exemplos aqui

P = 0,75 x (2,6cm x 3,3cm)² = 55,2w
A = 55,2 / 45vac = 1,23A

Esse segundo vídeo não usa a margem de segurança de 0,25%.

P = (2,6cm x 3,3cm)² = 73,6W
A = 73,6 / 43vac = 1,6A

Método do Alfonso

P = 60Hz x ((2,6cm x 3,3cm)²) / 51 = 86w
A = 86 / 45 = 1,92A

Medição usando resistência de chuveiro, vários tutoriais, um exemplo

Sem carga

prim ... 118,5vca .... 0,072A
sec ....  44,9vca ....   --

Com carga de 34,4Ω

prim ... 117,5vca .... 0,489A
sec ....  40,8vca .... 1,245A

Com carga de 20Ω

prim ... 117,9vca .... 0,893A
sec ....  37,6vca .... 1,9A

Usando o padrão de verificar que corrente provoca queda de 10% tensão no secundário (45 - 4,5 = 40,5),
esse trafo deve fornecer sem esforço 1,2A, 1,3A no máximo, o que "bate" aproximadamente com o método de calcular a área do núcleo e dar uma desconto de 25%...

Será que tá certo, isso?

MOR_AL · 3 de janeiro

@rmlazzari58

Ok.

Você chegou a um bom procedimento.

Agora. Sobre a relação espiras por volt.

Vi em um vídeo, que o autor faz o que você fez.

Mediu a corrente sem carga, que é a corrente de magnetização da bobina do primário.

Medir com um amperímetro não te mostra tudo. Serve para você obter uma boa noção.

Se observar a corrente com o auxílio de um osciloscópio, tomando os devidos cuidados para não provocar um curto e queimar o osciloscópio, você começa a notar um aumento na crista da corrente senoidal. É quando o ponto máximo chega no joelho da curva BxH do trafo. O núcleo começa a ficar saturado e o valor do indutor de primário cai.

Se for fazer um trafo com 110Vca de rede, tem que considerar a máxima tensão fornecida pela concessionária.

Por exemplo.

Rede com 110Vrms. Na verdade pode ser 127Vrms. Tem que consultar o fornecedor. A concessionária tem uma faixa, permitida pela ANEEL. Se for + ou - 10% a faixa pode ir até 110V * 1,1 e 110V * 0,9. Se for 127Vrms, a mesma percentagem se aplica.

Já viu como a tensão de entrada pode variar.

Há muitos anos, fui responsável por um projeto, em que era um super dimmer (13Kv * 600A). Esse dimmer precisava ser alimentado pela tensão e pela corrente, que ele fornecia. Como você sabe, um dimmer tem tensão e corrente truncada.

Como era um grande projeto, a fonte de alimentação para alimentar o circuito de controle deste dimmer tinha um trafo de tensão e outro de corrente. Além disso, Devido as variações de tensão e de corrente, tinha que ser regulada para toda a faixa de atuação do dimmer. Na época as fontes chaveadas estavam no início do seu desenvolvimento. Elas ainda não eram 100% confiáveis. Conclusão. Os dois trafos tinham que ser super dimensionados, mesmo que a carga do circuito de controle solicitasse poucos amperes.

MOR_AL