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Montagem prototipo transformador

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FACULDADE ANHANGUERA DE TAUBATÉ 
ENG. CONTROLE E AUTOMAÇÃO 
Montagem de prototipo de transformador
TAUBATÉ - SP 
2014 
CARLA CLAUSILEN – RA 9297549731 
CARLOS HENRIQUE APOLINARIO DE CARVALHO – RA 5631114969 
ESTEVÃO CHRISTIANO GAYA – RA 3715653762 
JULIANA CARVALHO GABANA – RA 2916612251 
Montagem de prototipo de transformador
Relatorio sobre a montagem de um auto-trafo 
apresentada ao professor Enildo Dias como 
parte da avaliação da disciplina Materiais 
eletroeletronicos da turma ¨6A do Curso de 
Eng. Controle e automação da Faculdade 
Anhanguera - Unidade Taubaté 2. 
TAUBATÉ – SP 
2014 
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Tipo de transformador 
Optamos em nosso protótipo a construção de um autotransformador, ou autotrafo, que tem a 
mesma finalidade de um transformador comum, a diferença é que este tem um único 
enrolamento, conforme pode ser visto em seu diagrama de construção na figura a seguir: 
Onde: 
V1 = tensão de entrada 
V2 = Tensão de saída 
Devido ao facto do autotransformador ser um transformador real, todos os princípios 
Aplicados ao transformador multi-enrolamentos normalmente são aplicáveis aqui 
Autotrafos são amplamente usados em diversas aplicações, uma delas ´partida de motores 
síncronos de alta potencia, como motores de media tensão. Um caso típico são motores de 
grandes ventiladores e motores de moinhos de bola, estes que geralmente trabalham com 
tensões que vão desde 6,6Kv a 10Kv, recebendo em seu primário a tensão de 13,8KV. 
Na figura seguinte, podemos ver a imagem de um motor de media tensão, com potencia 
nominal de 1250KW, que é acionado por um autotrafo que recebe13,8KV em seu primário e 
tem 10KV em seu secundário, tensão essa necessária para correta energização deste motor. 
Figura 1 – simbologia auto-transformador 
Figura 2 - Motor de moinho de cimento 
Como montar um transformador monofásico 
Antes de iniciar a montagem, devemos definir: 
Qual a tensão de alimentação que o transformador irá receber em seu enrolamento primário? 
Qual a tensão que será fornecida pelo transformador em seu enrolamento secundário? 
Qual a potência máxima dissipada pelo transformador? 
A partir da identificação destes pontos começamos a estruturar o projeto. Usaremos como 
exemplo então a seguinte necessidade: 
Tensão do enrolamento primário: 220V 
Tensão do enrolamento secundário: 100V 
Potência máxima dissipada: 300W 
Com o auxílio do dimensionamento de transformador online fornecido pela ElectronCad 
obtemos as dimensões do núcleo e dimensões dos condutores a serem utilizados. 
Os cálculos de número de espiras, carretel, secção da área do núcleo, foi realizado com a 
ajuda do site da ElectronCad e da EDUFER. A ElectronCad fornece uma calculadora online, 
onde nos embasamos para enrolar nosso transformador, mas para confirmarmos os dados 
Figura 4 – Print da tela do site ElectronCad 
fornecidos consultamos o link da EDUFER, onde são apresentados os cálculos de forma 
bem didática e fácil compreensão. Segue links: 
http://www.electroncad.com.br/index.php/eletricidade/indutores-transformadores/46-calculo-
transformador-1 
http://www.edufer.com.br/formulario-de-calculo/ 
Iremos descrever passo a passo os cálculos. 
Definição da tensão de secundário. 
Para aplicações em aparelhos importados, principalmente do Japão, iremos enrolar um Trafo 
com o secundário com tensão de 100VAC, com uma potência de 300 Watts 
Definição da secção da janela (núcleo magnético) 
Com uma vista superior do núcleo, por cálculos de área 
experimentais, de A x B, concluímos que necessitaríamos para 
nosso transformador uma área de 12cm² no núcleo, por onde 
circulara o campo induzido entre as bobinas. 
Após definirmos a área necessária do núcleo, teremos que calcular a potência do Trafo e a 
bitola do fio para a potência requerida (300Watts), para assim determinarmos o número de 
espiras necessário. 
Da tabela retirada do site temos: 
Figura 5 – Formulario dos primeiros dados para confecção do trasformador – fonte 
EDUFER
 Então: 
Potencia primaria = PP = PS x 1.1 = 300 x 1.1 = 330 Watts 
Corrente primaria = IP = PP / UP = 330 / 220 = 1,5 A 
Corrente secundaria = IS = PS / US = 300 / 100 = 3 A 
Considerando D como 4A\mm², situação de má ventilação, temos: 
Secção dos fios do primário = SP = IP / D = 1,5 / 4 = 0,375mm² 
Secção dos fios do secundário = SS = IS / D = 3 / 4 = 0,75mm² 
Como nosso Trafo se trata de um auto Trafo teremos que manter a bitola do fio constante, e 
para isso considerar a maior bitola, ou seja 0,75mm² ou consultando a tabela de mm² para 
AWG, usaremos o AWG18 
Agora que sabemos a bitola do fio, iremos calcular o número máximo de espiras que nosso 
carretel aceita, também seguindo a tabela fornecido pela EDUFER 
Figura 6 – Formulario dos primeiros dados para confecção do trasformador – fonte 
EDUFER
Então Usando a formula da tabela: 
Onde NP = Numero de espiras do primário e NS = número de espiras secundário: 
NP = UP x 37,537 / SL = 220 x 37,537 / 12 = ~688 espiras 
NS = US x 37,537 / SL x 1, 1 = 100 x 37,537 / 12 = ~312 espiras 
Lembrando que esse é o número máximo de espiras que podemos ter no carretel devido a área 
escolhida 
Material necessário para a montagem: 
Fio de cobre esmaltado 
Este tipo de fio é aplicado em enrolamento de motores, 
bobinamento de transformadores entre outros. Possui um 
revestimento de verniz que garante a isolação do condutor e a 
capacidade de suportar temperaturas elevadas cerca de 200°C (A 
Temperatura suportada varia em função do tipo: HS – Camada 
Simples ou HD – Dupla Camada), possui capacidade de resistir a 
umidade e proporciona ao condutor resistência a produtos abrasivos, características dielétricas 
e choque térmico. Este tipo de condutor pode se apresentar em formato redondo, quadrado ou 
retangular para diferentes aplicações e potências. 
Lâmina de ferro silício para o núcleo 
Construído de material ferromagnético, o núcleo do transformadoré 
construído por lâminas/chapas de ferro silício. Cada uma das 
lâminas são isoladas com uma espécie de verniz, este verniz vai 
evitar o contato elétrico entre as placas prevenindo o transformador 
de perdas por Histerese e Foucault. Diferentes modelos de núcleos 
podem ser encontrados, em nosso protótipo trabalharemos com o 
núcleo do tipo E+I que tradicionalmente é o mais utilizado em transformadores monofásicos 
de baixa potência. 
Papel Isolante Parafinado 
Como sabemos o transformador, no mínimo, possuirá dois 
enrolamentos, o primário e o secundário, podendo ainda existir 
transformadores com múltiplos enrolamentos secundários para 
diferentes tensões de saída. É fato que estes enrolamentos distintos 
não poderão, de forma alguma, entrar em contato elétrico uns com 
os outros (mais precisamente: curto-circuito), para evitar isto 
fazemos uso de um papel especial que realiza a isolação das 
bobinas, este papel é o papel parafinado. Este papel recebe um banho de parafina para auxiliar 
na eliminação da umidade causadora de baixa isolação do transformador. 
Termocontratil 
É muito importante garantir uma excelente isolação nos terminais 
que serão disponibilizados no transformador, uma boa maneira de 
realizar a isolação é fazer uso do Termocontrátil nestas conexões. 
Todas as conexões ente o fio magnético esmaltado e os cabos que 
serão os terminais dos enrolamentos devem, sem exceção, ser 
devidamente soldados para um melhor desempenho, ou seja, com os 
terminais soldados teremos uma melhor resistência mecânica e também a eliminação do 
aquecimento por mal contato. Além de garantir o isolamento ideal para o transformador, o 
Termocontrátil dará a seu transformador um excelente acabamento. 
Então com os dados e material em mãos iniciamos a montagem de nosso protótipo. 
Para confecção de nosso transformador utilizamos o núcleo de ferro silício, facilmente 
encontrado em lojas do ramo, utilizamos um carretel plástico, também comprado em lojas do 
Após termos enrolado o Trafo, partimos para as medições de tensão, para verificar se as 
tensões de saída estão de acordo com o dimensionado. 
Figura 7 - Chapas de ferro Figura 8- Bobina sendo enrolada 
Figura 9 - Soldagem dos terminais 
Com o auxílio de um multímetro conectado ao PC, utilizando o software do mesmo 
obtivemos as seguintes medidas em VAC: 
Com esse valor de tensão para uma entrada em 220vac, chegamos à conclusão que obtivemos 
sucesso em nossos cálculos. 
Com o auxílio da função osciloscópio deste mesmo multímetro, realizamos as medidas das 
amplitudes das senoides, para checar se o valor de tensão eficaz (RMS), estava de acordo com 
a tensão medida em AC. 
Figura 10 - Medidas de tensão realizadas com multímetro digital 
Habilitando a função osciloscópio, conseguimos as seguintes leituras: 
Como pode ser visto na imagem acima, o valor de tensão RMS foi de 105 VAC, e o valor de 
pico a pico foi de 296 VAC, valor este que deve ser tratado com a formula (VPP/2) /��, 
chegando ao valor em RMS, que é o que nos interessa, próximo aos 104VAC. 
Nosso transformador teve portanto um desvio de aproximadamente 4%, o que é um valor 
aceitável dentro desta faixa de tensão, oscilação esta que acompanha oscilações na rede 
primaria, podendo estar influenciando no momento desta medição. 
Figura 11 – Sinal senoidal na saída do transformador com amplitude de 105V RMS 
Laços de histerese 
Histerese magnética 
Quando o campo magnético aplicado 
em um material ferromagnético for 
aumentado até sua saturação e em 
seguida for diminuído, a densidade 
de fluxo, B, não diminui tão 
rapidamente quanto o campo H. 
Dessa forma quando H chega a zero, 
ainda existe uma densidade de fluxo 
remanescente, Br. Para que B chegue a 
zero, é necessário aplicar um campo 
negativo, chamado de força coercitiva. 
Se H continuar aumentando no sentido negativo, o material é magnetizado com polaridade 
oposta. Desse modo, a magnetização inicialmente será fácil, até quando se aproxima da 
saturação, passando a ser difícil. A redução do campo novamente a zero deixa uma densidade 
de fluxo remanescente, -Br, e, para reduzir B a zero, deve-se aplicar uma força coercitiva no 
sentido positivo. Aumentando-se mais ainda o campo, o material fica novamente saturado, 
com a polaridade inicial. 
Esse fenômeno que causa o atraso entre densidade de fluxo e campo magnético é chamado de 
histerese magnética, enquanto que o ciclo traçado pela curva de magnetização é chamado 
de ciclo de histerese.
Exemplo de histerese com metais 
Quando o ferro não está magnetizado, seus domínios magnéticos estão dispostos de maneira 
desordenada e aleatória. Porém, ao aplicar uma força magnetizante, os domínios se alinham 
com o campo aplicado. Se invertemos o sentido do campo, os domínios também inverterão 
sua orientação. 
Uma família de curvas de histerese medida com uma 
densidade de fluxo modulada sinusoidalmente com 
frequência de 50 Hz e campo magnético variável de 0,3 T a 
1,7 T.
Observar a figura seguinte. 
 Em um transformador, o campo magnético muda de sentido muitas vezes por segundo, de 
acordo com o sinal alternado aplicado. E o mesmo ocorre com os domínios do material do 
núcleo. Ao inverter sua orientação, os domínios precisam superar o atrito e a inércia. Ao fazer 
isso, dissipam uma certa quantidade de potência na forma de calor, que é chamada de perda 
por histerese. 
Em determinados materiais, a perda por histerese é muito grande. O ferro doce um exemplo. 
Já no aço, esse tipo de perda é menor. Por isso, alguns transformadores de grande potência 
utilizam um tipo de liga especial de ferrosilício, que apresenta uma perda por histerese 
reduzida. Esse tipo de problema também aumenta junto com a frequência do sinal. Um 
transformador que apresenta baixa perda nas frequências menores, pode ter uma grande perda 
por histerese ao ser usado com sinais de frequências mais altas. 
A histerese produz-se devido ao gasto de energia para inverter os dipolos durante uma 
mudança de campo magnético. 
Figura 12 – Curva de histerese e comportamento magnetico de ferromagneticos 
Em nossa aplicação, transformador, o tipo de material que apresenta a melhor curva de 
histerese, foram os materiais magnéticos macios (doces) selecionando assim o ferro silício. 
Materiais Magnéticos Macios 
(Doces) São usados em campos 
magnéticos alternados com perda de 
energia baixa (núcleos de 
transformadores) Saturação em 
campos baixos (facilmente 
magnetizado e desmagnetizado) com 
baixa perda de energia, área do laço 
de histerese pequena, laço estreito e 
alongado, como mostra a figura ao 
lado.
Materiais magnéticos usados em transformadores e indutores de baixa e alta frequência. 
O indutor é um componente que se opõe a variações de corrente elétrica. Ele é composto por 
um enrolamento de fio em torno de um núcleo que pode ser feito de material magnético ou 
não-magnético. O transformador é um dispositivo constituído por dois ou mais enrolamento 
magneticamente acoplados. Estes enrolamento são similares a indutores. Os núcleos 
Magnéticos ajudam na diminuição das perdas do transformador. 
Uma das principais características do uso de materiais magnéticos no núcleo é aumento de 
fluxo devido ao abaixamento da relutância do meio a ser percorrido 
Pelo fluxo magnético. Os núcleos são constituídos dos seguintes elementos: 
1. Ferro e silício 
2. Ferrites 
3. Epóxi com esmalte vinilico 
4. Ligas amorfas 
Para altas frequências é utilizado o ferrites. Em dispositivos de frequência acima de 10 kHz as 
perdas por correntes parasitas não permitem o uso de aços e ligas metálicas. São então 
‘’’utilizados ferrites diversos como os hexagonais (estrutura do BaFeO19), os espinélios 
Figura 13 – Curva de histerese de acordo com o 
tipo de material
(MFe2O4) e as granadas (do tipo do YIG - Y3Fe5O12), nos quais ainda hoje há atividades de 
pesquisa básica. 
Para baixas frequências é utilizadoferro silício e ligas amorfas. Núcleos de Ferrosilício: são 
constituídos de Si 0,25% a 4,75% e o restante de Ferro. O ferro possuí as características 
magnéticas, que ajudam no desempenho e o silício atua como um isolante do núcleo. 
Ligas amorfas 
Os materiais amorfos possuem propriedades únicas. Feitos a partir da rápida solidificação de 
ligas metálicas, apresentam fácil magnetização devida ao fato de seus átomos se encontrarem 
arranjados de maneira aleatória, facilitando a orientação dos domínios magnéticos. 
Atualmente são formadas por Fe78 B13Si9. 
Ligas amorfas X Aço silício 
As ligas Amorfas apresentam algumas vantagens em relação as ligas de ferro silício, contudo 
ainda não são largamente utilizadas. Algumas características são que núcleos formados com 
ligas amorfas, apresentam perdas totais 60% menores dos constituídos por ferro silício e tais 
ligas podem ser laminadas 10 vezes mais finas e terem uma indução de saturação 20% menor. 
Porém para manter o mesmo fluxo magnético é necessário uma área maior, elevando o peso 
em cerca de 15%, ligas amorfas possuem alto grau de dureza dificultando na laminação, e 
possuem um custo de emprego 20% a 25% maior. Portanto, O material magnético mais 
utilizado na construção de núcleos tanto de indutores quanto de transformadores é a liga de 
ferrosilício. Os mesmos são laminados, (cerca de 0,3 mm de espessura por lâmina), e cada 
lâmina é isolada de outra, assim cria-se um resistência diminuindo as perda pela corrente de 
Foucault ou corrente induzida. Os núcleos possuem uma região de atuação linear, conforme o 
campo magnético (H) aumenta a densidade de fluxo magnético (B) também aumenta. 
Contudo acima da temperatura de Curie, a região não é mais linear, e o aumento de (B) não é 
mais tão relevante quanto o de (H), saturando o núcleo e prejudicando seu funcionamento.

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