Como enrolar transformadores

[PauloC81]

Caros... peço desculpas pelo "para o alto e avante!"() no tópico antigo mas acredito seja de longe o mais apropriado (bem como desnecessário abrir outro dado a congruência do assunto).

Outros colegas devem ter tido a mesma experiência que eu no uso da calculadora do site do Luciano Sturaro (P2YBBS), baseada no livro do Martignoni, quanto à escolha da largura da perna central versus um fator de forma do enrolamento que seja executável. Olhando os catálogos de injetoras de carretéis é recorrente encontrar fatores de forma como 32x52 (com o "pente" onde iriam os terminais ou fios flexíveis integrados ao enrolamento na face dos 32); a calculadora é useira e vezeira em apontar o inverso, carretéis mais largos que profundos, maior largura de perna e pouca altura de pilha, embora acima na própria página indique preencher todo o carretel com a ferragem.

A minha dúvida é: nestas hipóteses, esta ferragem excedente traria alguma modificação nos valores dos cálculos? Intuitivamente mais ferro significaria maior indutância, isto equivaleria a uma maior indução magnética no núcleo? Na prática a turma de linha de produção se utiliza desse expediente pra "simular" ferro melhor?

Tentativas minhas de engenharia reversa de transformadores por exemplo da Hammond Mfg., Mojotone, e outros engenharia-revertidos (eg. https://www.tdpri.com/threads/transformers-the-how-why-when-and-where.1064569/post-10519874) usando os dados de dimensões por eles fornecidos parecem sempre indicar uma altura de pilha maior que a calculada. Se o tanto a mais de cobre necessário pra completar a volta "mais profunda", mais o tanto a mais de ferro mais barato, e considerando economia de escala, ainda saírem mais barato que chapas de melhor qualidade, a opção parece fazer sentido. Achei curioso e pra ser sincero não tenho com quem tirar esta dúvida...

[xformer]

Pelo o que eu percebo nos cálculos de transformadores, a área da secção (corte) do núcleo é dependente da potência do transformador (VA) e quanto mais potência o transformador utilizar, maior deve ser o núcleo.  Eu prefiro sempre que possível, usar núcleos com secção transversal quadrada (ou seja, largura da perna central igual ao valor do empilhamento).

Minha preocupação ao enrolar um transformador é fazer com que os fios enrolados caibam no carretel, o que é preocupante em transformadores que tem muitos secundários ou primário com vários enrolamentos. É frustrante começar a enrolar um carretel e perto do fim perceber que não vai dar pra enrolar todas espiras ou até mesmo todos enrolamentos secundários, por falta de espaço no carretel. Todo o trabalho e fio é perdido.

Se a secção do núcleo for retangular, eu acho melhor ter mais largura da perna central do que empilhamento, isso porque a largura da perna central é que define praticamente a janela (espaço no carretel) para caber os fios de cobre que serão bobinados. Mas a escolha de usar mais ou menos empilhamento do que a largura central do núcleo pode depender de outras restrições de espaço onde o transformador vai ser colocado.

[PauloC81]

Turma, matutei bastante sobre o assunto (mais de um mês!) e acho que cheguei a uma conclusão.

O formato do cálculo do aplicativo da página força a gente a "pedalar" o cálculo em função das variáveis que disponibiliza pra gente executá-lo. Sendo assim, ajustar a indução magnética do núcleo é o único meio que temos pra forçar o cálculo a refletir uma maior altura de pilha (e portanto área do núcleo) do que a determinada e invariável pela mecânica da calculadora.

Isso tem um reflexo no que o xformer escreveu acima: na equação fundamental, as grandezas de espiras por volt e área do núcleo são inversamente proporcionais (maior área do núcleo, menor quantidade de espiras por volt), então um enrolamento que não caiba na janela de uma área de núcleo estabelecida pela calculadora pode bem vir a caber se ajustada a indução magnética pelo múltiplo que a altura de pilha visada seja em relação à calculada.

Pra exemplificar... estou com um Crate "valvestate" que derreteu secundário de alta do transformador de força, ao que tudo indica a alta tensão venceu o isolamento do fio fino. Desmontei o transformador contando espiras do primário e secundário de baixa e não tinha maneira de fazer as contagens baterem, nem do fio caber... eu só pensava, mas que raios de material de núcleo de Adamantium que esses americanos usaram aqui?!? Foi só quando aumentei o valor da indução magnética que os números coincidiram. Na prática, a altura de pilha do cálculo tinha dado 56% menor que a do transformador falecido (3.32 calculado, 5cm de pilha)... ajustado, a possibilidade de execução foi de menor que 3 pra 7 e uns quebrados. 

Acaba virando conta de chegar, precisa ajustar até chegar no que se tem ou visa, mas é de se pensar a respeito. Isso que ainda não consegui matutar a consequência dessa redução de espiras por volt na eficiência do transformador, indutância resultante, gama de reprodução de frequência de áudio no caso de transformadores de saída... etc etc etc. Enfim. Queimei um tanto de neurônio pra chegar nessa conclusão e queria submetê-la a quem sabe de verdade do assunto.

[xformer]

Paulo, você chegou a usar os programas destes tópicos ?

http://www.handmades.com.br/forum/index.php?topic=12812.0

http://www.handmades.com.br/forum/index.php?topic=11647.0

[PauloC81]

xformer, ainda não tinha usado, sou uma negação em programação... mas achei um compilador de Python online (aqui) e consegui rodar nele. Gostei que qualquer combinação de área de núcleo que dê abaixo da exigida/recomendada não te deixa progredir.

Deu mais subsídio pro que escrevi sobre as grandezas da calculadora do Sturaro de fato. Sem poder pedalar a área ajustamos multiplicando a indução magnética e no final tudo bate.

Agora preciso matutar as outras questões de proporções entre outras grandezas: aumento de área de núcleo resulta menos espiras por volt, reduzindo resistência e quantidade de cobre, melhorando possibilidade de execução (o que pode até o limite desta última fazer ciclo virtuoso com aumento de calibre do cobre: menos resistência ainda); indutância de cada bobina aumentaria por mais material no núcleo mas diminuiria por menos voltas - há um ponto ótimo?... pra não falar em custo do ferro que pelo que tenho visto não aumenta linearmente mas não chega a exponencial.

[xformer]

Agora preciso matutar as outras questões de proporções entre outras grandezas: aumento de área de núcleo resulta menos espiras por volt, reduzindo resistência e quantidade de cobre, melhorando possibilidade de execução (o que pode até o limite desta última fazer ciclo virtuoso com aumento de calibre do cobre: menos resistência ainda);

Apesar de o aumento da secção do núcleo resultar em diminuição do valor de espiras do enrolamento, tem de lembrar que o comprimento de fio por cada espira também aumenta, o que anularia um pouco o efeito de diminuição de resistência elétrica do enrolamento, bem como a quantidade de material de fio de cobre.

indutância de cada bobina aumentaria por mais material no núcleo mas diminuiria por menos voltas - há um ponto ótimo?... pra não falar em custo do ferro que pelo que tenho visto não aumenta linearmente mas não chega a exponencial.

Olhando para as fórmulas de bobinas, elas dão a entender que a indutância do enrolamento tem relação proporcional e linear com a área que a espira envolve e relação quadrática com o número de espiras. Logo o número de espiras tem efeito maior na indutância do enrolamento do que o aumento do núcleo.

[Matec]

Pra quem já ouviu falar, já comentou sobre, e já recomendou sem nunca ter lido, aqui vai o Capítulo 5 do Radiotron Designer's Handbook 4
ou simplesmente RDH4 traduzido para o português.

https://drive.google.com/file/d/1ThO72Ed1WGC9t7R9sIywuGzZsasEOtPC/view?usp=sharing

Ele tem boas dicas sobre transformadores e sua teoria. Acho que vale a pena ler.

Abraços.