Rebobinar Autotransformador para usar no Power

[xformer]

Transformador de estabilizadores/nobreaks tem primário e secundário, ou só um enrolamento como nos autotransformadores?

O nobreak necessariamente precisa de um transformador isolador, pois ele tem um circuito inversor que transforma a tensão contínua de uma bateria em tensão alternada para a saída.

Já o estabilizador pode ter um autotransformador (antigamente existiam estabilizadores para TV em que a tensão de saída era selecionada por uma chave que comutava várias tomadas no autotransformador, hoje é feito por relés e um circuito de controle) ou um transformador isolador.  

Você consegue diferenciar um transformador isolador de um autotransformador (desde que íntegros) medindo a resistência entre um fio de entrada (do primário ou secundário) e um de saída. Se for infinita, os enrolamentos estarão separados (isolados), se houver alguma resistência então é um autotransformador.

[Finck]

antigamente existiam estabilizadores para TV em que a tensão de saída era selecionada por uma chave que comutava várias tomadas no autotransformador

Em 1984, um dos projetos do colégio técnico foi um carregador de bateria com um transformador enrolado especialmente. Em casa tinha um estabilizador desses, que eu desmontei para usar as lâminas (meu pai só não me matou porque eu dei o carregador para ele...). Me lembro até hoje da marca do aparelho: Televolt.

[xformer]

Me lembro até hoje da marca do aparelho: Televolt.

Bingo ! Esse mesmo.   

[Romulo Almeida]

Pessoal, achei um transformador de tv antiga, medi a saída e deu 9,6+9,6v de fio awg25, então comercialmente falando ele é 9+9v x 1A ?

[xformer]

Pessoal, achei um transformador de tv antiga, medi a saída e deu 9,6+9,6v de fio awg25, então comercialmente falando ele é 9+9v x 1A ?

Deve ser isso mesmo (vai depender se a tensão no primário bate com a nominal do transformador).

[Finck]

Não, pela bitola do fio daria no máximo 400mA. Mas, sendo usado com o tap central, vai para 800mA. Em retificação com 2 diodos apenas um dos setores do secundário estará fornecendo corrente em cada ciclo (ou será semiciclo? não lembro mais...), por isso a capacidade dobra. Só que o resto no conjunto pode não aguentar isso tudo.

Você pode determinar a capacidade de corrente real usando uma carga resistiva variável (pode ser uma associação de resistores, mas é importante que a dissipação seja superior a 10W) e um multímetro (na escala Volts AC). Valores iniciais podem ficar na cara dos 200 ohms.

Ligue a(s) resistência(s) entre os extremos do secundário (19,2V). Se você baixa o valor da resistência, a corrente sobe (lei de Ohm), até o ponto em que o transformador começa a não conseguir mais segurar o tranco (**), a tensão cai abaixo de um valor admissível (vou chutar uns 10%) ao mesmo tempo em que o aquecimento fica acima do normal (para fins práticos, se der para colocar a mão em cima sem desconforto, está adequado) . A máxima corrente será aquela que o transformador pode fornecer sem que estas condições inadequadas ocorram.

Aumente um trocadinho no valor da última resistência usada antes da tensão cair. Usando Ohm, sabendo o valor da resistência no final do experimento (*)  e a tensão nominal entre os extremos do secundário (19,2V) você descobre a corrente máxima que o transformador será capaz de fornecer. Como o transformador tem tap central, a capacidade de corrente com retificação em onda completa com 2 diodos teoricamente será o dobro. Para uso prático com segurança, dê pelo menos uns 10% de desconto no valor obtido.

(*) se o transformador aguentar 400mA entre os extremos (lembrando da estória do tap central) a resistência estará na casa dos 50 ohms neste momento.

(**) corrigido com base em comentário do A.Sim. Segundo ele bem lembrou, a tensão irá começar a cair ligeiramente já a partir do primeiro momento em que se coloca o transformador sob carga; a queda de tensão e o aquecimento irão se intensificar à medida que a carga for exigindo mais corrente. Obrigado, A.Sim.

[A.Sim]

Olá.

As lâminas de ferro silício EI padronizadas, essas que utilizamos para a construção de nossos transformadores, são estampadas a partir da chapa bruta fornecida pela usina. Aqui no Brasil, quem produz ferro silício ( de excelente qualidade, diga-se de passagem ) é a APERAM, ex-Arcelor Mittal, ex-Acesita.

A chapa GNO é fornecida pela Aperam com três revestimentos possíveis ( https://brasil.aperam.com/wp-content/uploads/2015/11/Encarte_HGO_english_v1.pdf , pág 14 ) e também na forma natural, sem revestimento ( C-0 ).  A chapa GO vem sempre revestida ( revestimento C-5, pág 7 do mesmo documento ), pois o revestimento é consequência do processo de transformação da chapa GNO em GO. Nosso fornecedor, um dos maiores do Brasil, compra a chapa GNO já pronta com revestimento C-4 e a estampa; não fazendo o revestimento "em casa".

A operação de estampagem introduz tensões mecânicas, deformações e quebra de domínios nas linhas de cizalhamento ( onde a chapa é cortada ). Essas imperfeições prejudicam as propriedades magnéticas do material. Para restaurar as propriedades da chapa, pode ser feito um recozimento APÓS a estampagem ( não antes ! ) aquecendo-se o material a cerca de 750º C por um prazo determinado. Após esse processo, a chapa tem suas propriedades magnéticas restauradas aos valores pré-estampagem e adquire uma coloração mais escura, conforme a foto abaixo :



À esquerda tem-se a chapa recozida enquanto que à direita tem-se a mesma chapa, sem recozimento. Em ambas, temos a camada de óxido que evita o curto-circuito transversal no pacote de lâminas, com um pequeno detalhe : o recozimento cria uma nova camada de óxido sobre a lâmina. A consequência disso é que as bordas da lâmina, que sem recozimento são condutoras, passam a ficar também isoladas. A foto abaixo mostra duas lâminas recozidas em meio a um pacote de lâminas não-recozidas - tentem achá-las...



O recozimento em chapas GNO é cobrado à parte pelo beneficiador, razão pela qual o material é utilizado apenas em produtos de maior qualidade. A Schatz, em sua política de contínuo aperfeiçoamento de seus produtos, passou, desde Janeiro passado, a utilizar chapa recozida em seus transformadores de saída e em breve vai utilizar exclusivamente esse material em toda a sua linha de produtos, incluindo os transformadores de força, os transformadores econômicos e os destinados a amplificadores para instrumentos. ( segue )

[kem]

Olá.

Recozido...não-recozido...óxido que descasca...quanta confusão, trazida por gente que deveria conhecer o assunto a fundo!

A chapa GNO é fornecida pela Aperam com três revestimentos possíveis ( https://brasil.aperam.com/wp-content/uploads/2015/11/Encarte_HGO_english_v1.pdf , pág 14 ) e também na forma natural, sem revestimento ( C-0 ).  A chapa GNO vem sempre revestida ( revestimento C-5, pág 7 do mesmo documento ), pois o revestimento é consequência do processo de transformação da chapa GNO em GO. ...

Deu confusão ai.. acho que em vermelho seria GO...

[A.Sim]

Seguindo :

O revestimento C-4 é "formado por um tratamento de fosfatização na superfície do aço" ( pag 14 ), sendo "resistente ao recozimento" e extremamente fino ( 0,6 um ) se comparado aos demais revestimentos com composição orgânica, possivelmente na forma de algum verniz. De nossa experiência, o revestimento C-4 é bastante resistente mecanicamente, inclusive deixando as lâminas resistentes à oxidação superficial quando estas estão armazenadas em atmosfera não-agressiva.

A existência desse revestimento pode ser relativamente recente; em 1982 eu bobinei o meu primeiro transformador e utilizei o núcleo de um transformador de força Philips do chassis KL-1, cuja produção iniciou-se em 1973. Logo, o núcleo não era muito antigo para a época. A Philips impregnava os transformadores com asfalto, assim, eu lavei as lâminas com solvente para removê-lo. Ao apresentar as lâminas na aula, o professor as olha e me diz que as lâminas estão com o óxido prejudicado e me sugere deixá-las pegando sereno, à noite, para oxidá-las um pouco. Dito e feito, no outro dia lá estavam todas elas enferrujadas, prontas para o uso... aparentemente o revestimento das lâminas melhorou bastante desde lá.

Nós utilizamos ferro silício GNO como material standard em nossos transformadores; sob pedido, fornecemos produtos com núcleo GO. Da existência de um produto de qualidade inferior - o aço de baixo carbono - só tomamos conhecimento há pouco tempo, quando os catálogos dos fabricantes passaram a estar disponíveis pela internet. O aço de baixo carbono é destinado à fabricação de MOTORES, e possui uma perda superior à do ferro silício GNO de qualidade inferior. Um excelente artigo sobre o assunto é Landgraf, F. J. G.; "Propriedades Magnéticas dos Aços para fins Elétricos" http://pmt.usp.br/ACADEMIC/landgraf/nossos%20artigos%20em%20pdf/02Lan%20%20recope%20.pdf, o qual declara à pág 110 :

"O material mais utilizado
nos motores elétricos continua sendo a chapa
de aço tipo ABNT 1006 sem recozimento, pelo
seu baixo custo"

"Os "aços ABNT 1006/1008", (que) não são produzidos
especialmente para fins eletromagnéticos,
mas são usados em larga escala até mesmo sem
recozimento, por serem os aços planos de mais
baixo custo (US 450 / tonelada)."

"A pressão por menores custos disseminou o uso
dos aços de baixo carbono em motores a partir
dos anos sessenta, substituindo os aços ao silício
de custo mais elevado."

A presença de carbono aumenta as perdas por histerese do material; por essa razão, o material utilizado nas laminações para transformador é praticamente ferro isento de carbono ( assim, não é "aço"... ), com a adição de silício para aumentar a resistividade elétrica e controlar a degradação das propriedades magnéticas do material que ocorre através da alteração do tamanho do grão com a idade ( envelhecimento da chapa ). No artigo citado, a figura 12 é muito elucidativa ao comparar as perdas entre o aço de baixo carbono, com diferentes composições e processamentos, com o ferro GO. A perda medida para uma chapa de aço 1006 de 0,5 mm, com recozimento, é de 10 W/kg a 1,5 T, 60 Hz; uma chapa GNO siliciosa M45 ( Aperam E230 ) tem uma perda típica de 4,3 W/kg ( pág 11 do catálogo Aperam ) nas mesmas condições.

Por que "dá" para se usar um material de perdas tão elevadas em motores ? Ora, porque um motor conta com um sistema de refrigeração mais otimizado do que um transformador. Poucos motores não contam com ventilação forçada ( interna ou externa ); possivelmente, só os de menor tamanho. O transformador, sendo uma máquina elétrica estática, não conta com a mesma facilidade em dissipar as suas perdas ao ambiente. Em transformadores de tamanho maior, nos quais a área externamente exposta do núcleo é pequena em relação ao seu volume, a perda da lâmina é crucial para que se obtenha uma unidade que não trabalhe a uma temperatura excessiva. Logo, se algum fabricante está usando lâmina de aço baixo carbono em transformadores, isso deve estar sendo feito em unidades de baixa potência, digamos, abaixo de 15 VA. A pressão por menores custos em um produto ( transformadores de força ) cujo mercado está fortemente comprometido pelo aparecimento de fontes chaveadas de baixo custo e alta confiabilidade tem feito os fabricantes se desesperarem atrás de paliativos que permitam a sua sustentação no mercado por mais algum tempo - e os lojistas também, com centenas de transformadores pequenos de 6+6, 9+9 e similares começando a mofar nas prateleiras e nos estoques.

[Finck]

Me chamou a atenção o comentário sobre a substituição dos pequenos transformadores  (leia-se fontes lineares) por fontes chaveadas. Realmente, hoje anda saindo mais barato comprar um fonte chaveada pronta do que comprar os componentes para montar uma linear.
Mas essas fontezinhas chaveadas baratas podem ser consideradas confiáveis? Em termos de segurança, desempenho, ruído...

[A.Sim]

Seguindo :

Uma das coisas boas em ser professor é que recebo, todo semestre, uma leva de cerca de 30 alunos novos. Isso faz com que 30 novas pessoas que trabalham nas mais variadas funções ( técnicas e não-técnicas ) possam trazer, à sala de aula, as suas experiências profissionais, e com elas, uma série de dúvidas a serem respondidas. Claro que eu não tenho resposta imediata para tudo o que o pessoal pergunta; via de regra, alguns trazem dúvidas que me exigem pesquisar o assunto antes de poder dar uma resposta. Isso é muito bom ao meu ver, pois me leva a pesquisar assuntos que normalmente estão fora do meu foco imediato de trabalho.

A Schatz não fabrica motores elétricos ( pelo menos, ainda não... ), assim, chapas para a produção de motores estão fora do meu cotidiano. Acontece que, ao escrever as duas últimas postagens, notei que o texto do artigo citado em certo ponto declara :

 " O Brasil consome hoje aproximadamente... 300.000t anuais de aços da família dos
aços de grão não-orientado (produzidos pela
Acesita, Usiminas, CSN e Cosipa)"

A Cosipa foi " integrada ao sistema Usiminas " em 2005 e encerrou as atividades em 2015 ( Wiki ) e a Acesita passou a chamar-se Aperam. Mas, como assim, há mais alguma empresa fabricando aço elétrico no Brasil, além da Aperam ? Essa eu não sabia; vamos lá ver...

Bom, sim e não. Ferro-silício " de verdade " parece que é fabricado apenas pela Aperam. CSN e Usiminas fabricam a " lâmina de baixo carbono " ! Aqui estão os catálogos :

http://www.usiminas.com/wp-content/uploads/2013/11/us-0073-15b-laminados-a-frio.pdf

http://www.mzweb.com.br/csn2016inst/web/default_download.asp?NArquivo=Catalogo%20Laminados%20a%20Frio.pdf&arquivo=20307CB7-D438-4259-9CC6-DECB70499500

A Usiminas declara, à pág 22 : " As propriedades magnéticas dos aços de grão não orientado semiprocessados (GNO-SP) são otimizadas
durante tratamento térmico realizado pelos clientes, que reduz as perdas magnéticas e melhora a
permeabilidade. ... Esses aços são destinados às aplicações eletromagnéticas em núcleos de pequenos motores industriais, aparelhos
domésticos, transformadores ( ! ) e compressores herméticos para refrigeração."

A CSN declara praticamente a mesma coisa, à pág 19 : " Os aços para fins elétricos são materiais utilizados na fabricação de núcleos de
equipamentos elétricos com o objetivo de aumentar o seu rendimento ( ?? ) e a sua vida
útil ( ?? )... São utilizados em motores de corrente contínua e alternada de pequeno
e médio porte (...), núcleo de compressores herméticos (de geladeira, freezer, ar-condicionado, por exemplo),
pequenos e médios transformadores para a indústria de eletroeletrônicos ( ! ),
reatores para iluminação, dentre outros."

Embora o foco de aplicação do produto seja visivelmente o uso em motores, os " pequenos e médios transformadores, bem como reatores para iluminação " estão elencados como possíveis aplicações. Logo, pode ser FATO que o aço de baixo carbono, mesmo com sua perda significativa, esteja sendo usado na fabricação dos nossos preciosos transformadores de força - quem sabe lá, os de saída ??

Para facilitar a comparação entre os materiais, eu compilei a tabela abaixo :



Note-se que a perda da lâmina de baixo carbono é sensivelmente maior do que a ferro-silício de grau mais inferior fabricado pela Aperam ( E230 ) SEM TRATAMENTO térmico, e que a perda da lâmina é fortemente influenciada pelo teor de carbono. Pelo menos uma liga seria competitiva com o ferro-silício ( Usicore 230 ) pois sua perda é apenas 25% superior ao E230; resta saber se a redução no custo do material ( que exige recozimento ) é vantajosa frente ao problema de lidar com uma perda maior no núcleo.

Com efeito, tomemos um transformador Schatz TF 200.A, de 200 VA. Esse transformador tem um aquecimento de 45º C acima da temperatura ambiente, e é um dos maiores que fabricamos ainda com núcleo GNO. O simulador indica que o aquecimento passa para 56º C ( +11º C ) com o aço Usicore 230; para o aço CSN 55700II, 58º C ( +13º C ) e para o Usicore 260, 60º C ( +15º C ). Com efeito, o transformador vai trabalhar bastante aquecido, necessitando isolantes de classe adequada e todo um reprojeto para manter a confiabilidade do produto - sem contar o aquecimento dos componentes vizinhos ao transformador, quando esse for montado. A título de curiosidade, vou cotar o preço desses aços para fazer um comparativo final.

[Finck]

Postagem tão profundamente esclarecedora merecia estar pinada.

[Romulo Almeida]

Senhores, parabéns!

Com tanto conhecimento compartilhado, uma coisa que pensei que era simples, um monte de chapa de aço empilhada, virou uma verdadeira aula sobre transformadores e seus tipos de núcleos.

Como não fazia idéia dessa variedade de materiais para núcleo, fiquei com dúvida sobre os fios, sei que existe os de cobre e os de alumínio usados em motores vagabundos, digo isso por que dificilmente queimam sempre arrebentam no meio da bobina, existem variações para os fios de cobre também?

[Finck]

Sim, basicamente no tipo de esmalte e em sua espessura.

Quanto ao alumínio, não é necessariamente "coisa vagabunda". Se os fios forem corretamente dimensionados e a liga adequada for usada, os resultados são muito bons. Infelizmente não é o que acontece com frequência. O alumínio é menos dúctil que o cobre, então fabricar fios muito finos se torna complicado e a resistência mecânica fica comprometida. Também,  sua condutividade é 40 % menor que o cobre,  exigindo bitolas maiores. Em compensação,  é 3 vezes mais leve e custa menos de 50% que o cobre (ligas aquém do ideal custam até 70% menos).

[A.Sim]

Olá.

Como bem disse o colega Finck, fio de alumínio não significa material de baixa qualidade. O material é mais leve e mais barato do que o cobre, mas sua resistividade é maior, de forma que é necessário usar uma seção de fio maior para se obter a mesma resistência num enrolamento. Isso não parece ser problema em motores de indução, onde o uso de condutores de alumínio parece ser regra há bastante tempo. Entretanto, em transformadores de força e saída, um enrolamento de alumínio exigiria maior espaço de janela, o que levaria ao uso de uma lâmina de bitola maior para a mesma potência. A soldagem de condutores de alumínio é difícil, exigindo produtos especiais para se efetuar a estanhagem do alumínio e possibilitar sua soldagem aos cabos terminais, que são de cobre.

Os fios de cobre disponíveis no mercado são feitos de cobre eletrolítico, cerca de 99,95% de pureza, conforme os fabricantes. O material precisa ser extremamente puro, pois a presença de contaminantes não só aumenta significativamente a resistividade elétrica do material, como dificulta a trefilação do fio.

O que diferencia os fios esmaltados entre si, isso sim, é o esmalte isolante, hoje havendo havendo oferta de uma plêiade de tipos, cada um para uma aplicação e uma faixa de temperatura. E o poder de isolação dos esmaltes melhorou muito nos últimos 50 anos, digamos, possibilitando a fabricação de bobinados sem isolação entre camadas. Nos tempos do Martignoni, o esmalte isolante tinha um poder isolante muito limitado, suficiente apenas para isolar uma espira da outra, lado a lado. Em algum ponto do livro ( Transformadores ) é mencionado o valor de 50 V como o limite para a isolação do fio ( sujeito a confirmação ! ). Com um isolamento tão fraco, era mandatório isolar-se o enrolamento, camada a camada. Os esmaltes modernos permitem enrolar um bobinado para 220 V diretamente no carretel, sem isolação entre camadas ( embora nós continuemos a isolá-las... ). Não fosse dessa forma, não se teria transformadores de força ao preço que se vende nas lojas !