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Tutorial 001 - Projetando um transformador monofásico de 1500VA - 110V - 220V / 12V - 24V no SISREC-WEB

Solução

Projetando um transformador monofásico de 1500VA - 110V - 220V / 12V - 24V no SISREC WEB

Abaixo temos um exemplo do transformador que desejamos construir:

O SISREC-WEB foi projetado para executar qualquer arranjo de enrolamentos desde os mais simples até os mais complexos. Para este exemplo, iremos demonstrar como configurar arranjo de complexidade intermediária, fazendo ligações série e paralelo a fim de economizar material.

Lembrando mais uma vez que este é apenas um exemplo sugerido, uma vez que o SISREC é capaz de calcular os arranjos da forma que o projetista preferir, então vamos aos passos!

1. Comece acessando o menu "Criar Projeto"

2. Selecione o tipo de transformador. Neste caso, o "Baixa Tensão", que é o módulo disponível no momento:

3. Entre com os dados do seu projeto finalizando com o botão "salvar" quando tudo estiver preenchido.

4. Se tudo deu certo, após salvar, você será direcionado automaticamente para sua lista de projetos, utilize a opção abrir para iniciar seu projeto:

5. Com o projeto aberto, daremos início à primeira etapa, onde devemos informar a quantidade de bobinas que nosso transformador terá. Como exemplo, faremos um transformador 110V-220V (entrada) e 12V-24V (saída).

Como o intuito deste tutorial é apenas apresentar as possibilidades do sistema, faremos um transformador que trabalhará as ligações série e paralelo, para se atingir a tensão desejada. Assim, economizaremos um pouco de material das bobinas.

Definiremos para este caso 2 enrolamentos no primário e 2 enrolamentos no secundário, em seguida utilize o botão próximo para prosseguir.

6. Na etapa de tensão, informaremos:

6.1. Tipo da montagem das bobinas:

Nesta opção, temos o secundário como sendo o enrolamento mais interno, o primeiro a ser enrolado sobre o núcleo.

Nesta montagem temos o inverso da primeira opção, sendo o enrolamento primário o mais interno e primeiro a ser enrolado.

A última opção é enrolarmos o primário e o secundário lado a lado, tendo um aspecto final da montagem parecido com a imagem a seguir:

Para o nosso caso usaremos a opção 1 onde o enrolamento secundário será o mais interno.

6.2. Também definiremos nossos enrolamentos como sendo 2 (dois) de 110V cada no primário e 2 (dois) de 12V cada no secundário, utilizando o botão próximo quando tudo estiver pronto.

7. Nesta etapa, chamada de Configurações, é onde definiremos os arranjos entre os enrolamentos, isto é, podemos fazer diferentes combinações/técnicas de série (soma das tensões) e paralelo (conservação das tensões e divisão das correntes) entre os enrolamentos com a intenção de economizar material e obtendo assim as variações de tensão apenas mudando as ligações. 

Para esse exemplo, montaremos um arranjo paralelo 110V-110V e um arranjo série 110V-110V no primário, para atender as tensões de 110V (paralelo) e 220V (série) conforme especificado no início do nosso exemplo.

No lado secundário, faremos algo semelhante. Teremos um arranjo 12V-12V (paralelo) para se atender os 12V requeridos e outro arranjo 12V-12V (série) para atendermos os 24V que também são requeridos neste exemplo.

Começaremos então definindo nossas ligações no primário. Como estamos trabalhando com arranjos entre enrolamentos, selecionaremos esta opção e faremos dois arranjos no lado primário, utilizando o botão salvar quando estiver pronto.

7.1. Primário Paralelo:

Se tudo deu certo, após salvar teremos registrado nosso enrolamento e inclusive poderemos checar a ligação entre os enrolamentos, conforme a tela a seguir:

7.2. Primário Série:

Se tudo deu certo, após salvar teremos registrado nosso enrolamento e inclusive poderemos checar a ligação entre os enrolamentos, conforme a tela a seguir:

7.3. Agora que já temos nossos dois arranjos do primário criados, faremos uma operação semelhante no secundário, criando uma ligação paralelo (12V-12V) conforme a tela a seguir:

7.4. E também criaremos mais uma ligação série (12V-12V) conforme a tela a seguir:

Com as ligações definidas utilizaremos o botão próximo para definir as temperaturas de funcionamento do equipamento, acessando então a tela a seguir:

8. Para nosso exemplo, definiremos a temperatura ambiente a que o equipamento será submetido como sendo 30°C e temperatura máxima em regime funcional como sendo de 115°C. Se tudo estiver preenchido utilize novamente o botão próximo para avançar para a próxima etapa do projeto.

9. Núcleo (Dimensões):

Nesta etapa, entraremos com as informações construtivas do núcleo, como por exemplo, tipo de chapa magnética, além das medidas construtivas que desejarmos.

Após preenchida as informações utilize o botão adicionar para salvar as medidas. Após salvar as medidas, se preferir utilize uma das opções de visualização (frontal, lateral ou superior) para observar o desenho gerado segundo as medidas que foram informadas.

Utilize o botão próximo quando tudo estiver pronto.

10. Núcleo (Relação de espiras):

Nesta etapa, o sistema irá fazer um pré-cálculo das espiras necessárias para atender os requisitos de tensão do nosso transformador. Por segurança o sistema calcula o transformador com uma tolerância aproximada de 11% a menos da capacidade total de saturação do núcleo, afim de impedir problemas como excesso de temperatura, ruído ou ultrapassagem do ponto máximo histerese magnética onde o transformador passa a não funcionar mais adequadamente.

Mesmo fazendo um pré-cálculo se for de desejo do projetista, pode ser alterada a relação de espiras dos enrolamentos, aumentando ou diminuindo a saturação do núcleo.

O sistema se encarregará de informar nos indicadores laterais de os níveis são críticos, utilizando laranja para um nível tolerável e vermelho para um nível crítico caso as alterações não sejam satisfatórias para o projeto.

Para o nosso projeto utilizaremos o nível sugerido pelo programa com uma margem de segurança de 11% onde temos todos nossos indicadores em verde, utilizaremos o botão próximo para avançar para a próxima etapa.

11. Núcleo (resultados):

Esta etapa apenas serve para conferir as informações, para o projetista analisar se a relação de peso, custo, indução e temperatura são satisfatórias. Se algum resultado não estiver de acordo com o desejado, pode-se voltar nas etapas anteriores e interferir nos parâmetros.  Se tudo estiver correto, podemos seguir através do botão próximo.

12. Secundário (dimensões):

Como definimos que o secundário seria o enrolamento mais interno, logo após as definições de núcleo o sistema criará então um pré-cálculo do primeiro trecho deste enrolamento, sendo necessário fazermos os ajustes necessários conforme os resultados apresentados em tela.

Segundo a classe de tensão que definimos no cadastro, o sistema calcula os parâmetros da bobina com valores padrões a classe, mas que podemos ser modificados se o projetista desejar.

Os parâmetros desta etapa são:

  • Isolação de camada: Espessura da isolação se para cada camada enrolada será adicionado um isolamento, prevenindo assim contato entre as camadas sobrepostas no enrolamento;
  • Calço ou aba do molde (superior e inferior): Espaçamento entre o núcleo e a bobina nas partes superiores e inferiores;
  • Espaçamento em X: Distância da bobina para a coluna do núcleo no sentido longitudinal (do comprimento do transformador);
  • Espaçamento em Y: Distância da bobina para a coluna do núcleo no sentido da espessura do núcleo;
  • Cabeceiras (superior e inferior): Dimensão das bordas da bobina que o projetista pretende reservar;

Observe que o trecho selecionado neste caso é o trecho 1.

13. Secundário (condutor):

Inicialmente o sistema define um condutor que fique dentro de uma temperatura razoável ao equipamento. Como podemos ver nesta etapa foi encontrado um condutor que atende os requisitos térmicos, porém se faz necessário alguns ajustes para que o enrolamento caiba na janela do núcleo que definimos.

Para isso selecionar a opção condutor no menu lateral e em seguida selecionar o primeiro trecho e definir um condutor mais adequado que caiba em nosso núcleo.

Os parâmetros nesta etapa são:

  • Paralelos axiais: quantidade de condutores que você deseja enrolar simultaneamente (lado a lado);
  • Paralelos radiais: quantidade de condutores que você deseja enrolar simultaneamente (sobrepostos);
  • Dimensão axial e radial do fio: usados para definir um condutor especifico ou retangular;
  • Fio AWG: usado para definir um condutor circular da tabela padrão AWG;
  • Material: material usado no enrolamento (cobre ou alumínio);

Para nosso exemplo o fio que definiremos será o 7 AWG que atende aos requisitos térmicos e ao mesmo tempo ficou bem acomodado na bobina, deixando espaço suficiente para os demais enrolamentos.

Após definido o condutor do primeiro trecho do primário, faremos o mesmo com nosso segundo trecho.  Por ambos terem a mesma relação de tensão e correntes exigidas no projeto, usaremos o mesmo condutor no segundo trecho. Para fazer os ajustes no segundo trecho do primário voltaremos para a etapa de bobina utilizando o menu lateral, após definido as dimensões da bobina avançaremos para o condutor e em seguida faremos as mudanças necessárias na área de parâmetros.

Estas são etapas recursivas do projeto, ou seja, para cada trecho que tivermos começaremos pelas definições de bobina, em seguida condutor e por fim analisaremos o resultado.

Com isso temos tanto a visão elétrica quanto geométrica individual de cada trecho que nos permite analisar individualmente cada trecho e tomar decisões em relação a qualquer ajuste necessário. Abaixo faremos os mesmos ajustes no condutor do segundo trecho conforme usado no primeiro trecho:

Quando tudo estiver pronto usaremos o botão próximo para avançar.

14. Resultados do Secundário:

Nesta etapa o sistema apresentará ao projetista os resultados de peso, custo, espaçamento além dos resultados elétricos para o secundário, dando a visibilidade ao projetista para que se faça ajustes caso necessário.

Observe que a vista da montagem dos enrolamentos no núcleo se modifica à medida que selecionamos diferentes trechos nesta etapa. Isso se deve ao fato de o sistema oferecer uma análise individual de cada trecho para que se possa fazer uma análise mais detalhada do nosso arranjo de enrolamentos.

É possível nesta etapa também gerarmos a visualização superior das bobinas montadas no núcleo utilizando a opção de visualização disponível, que trará uma vista em corte do arranjo de bobinas calculados até aqui.

Se tudo estiver correto, podemos avançar no projeto utilizando o botão próximo.

15. Dimensões do Primário:

Assim como nas etapas que executamos para o secundário (enrolamento mais interno segundo nossas definições de projeto), faremos as mesmas definições em nosso enrolamento primário.

Começaremos definindo os parâmetros de bobina para o nosso primeiro trecho, em seguida usaremos o menu lateral acessando a opção condutor para definirmos o nosso fio desejado.

Após definido os parâmetros de bobina acessaremos o condutor através do menu lateral ou botão próximo.

Usaremos em nosso projeto o fio AWG 13 e após as mudanças de fio podemos observar que nosso espaço na janela agora encontra-se suficiente para acomodar o trecho seguinte.

Para calcularmos então nosso segundo trecho do enrolamento primário, faremos a seleção do menu bobina, definindo os parâmetros de bobina desejados em seguida acessaremos novamente o menu condutor para então ajustar o fio.

Como trata-se das mesmas exigências elétricas para o segundo trecho, usaremos os mesmos parâmetros.

Estamos nos aproximando da análise final do nosso projeto, fazendo uma breve recapitulação dos passos que executamos até aqui temos então:

  1. Definições das tensões e temperaturas do projeto;
  2. Definições das dimensões e indução do núcleo;
  3. Definições das dimensões da bobina, condutor e análise do resultado para cada trecho do secundário (enrolamento interno);
  4. Definições das dimensões da bobina, condutor e análise do resultado para cada trecho do primário (enrolamento externo);

Com todos estes passos executados podemos então utilizar o botão próximo e finalmente partir para análise final do nosso projeto.

Se tudo deu certo chegaremos à última tela onde o sistema mostrará os resultados obtidos.

É possível nesta etapa fazermos a mudança na visualização do nosso projeto, podendo analisar a acomodação das bobinas também na vista superior.

RESULTADOS

O SISREC-WEB foi projetado com alertas de semáforo, sendo o laranja para andamento ou valores em tolerância, vermelho para valores fora dos níveis máximos admitidos e verde para valores dentro dos limites.

RESULTADOS ELÉTRICOS E GEOMÉTRICOS

Observando nosso projeto, podemos ver que a dissipação necessária para a potência do nosso projeto, não foram suficientes, mas ao mesmo tempo ficaram dentro da faixa de tolerância uma vez que o calor em excesso gerado pela falta de dissipação não ultrapassou a temperatura final estabelecida atendendo desta forma os requisitos do projeto.

CUSTO TOTAL

O sistema também apresenta na lateral os pesos e custos do núcleo, primário e secundário, ajudando o projetista a melhorar o seu projeto se tiver trabalhando com folgas muito grandes em relação aos índices definidos para o projeto.

Provavelmente, você projetista pode não estar familiarizado a seqüência de cálculo que o SISREC oferece, no entanto, depois de muito estudo e esforço para oferecer ao mesmo tempo uma seqüência simples e produtiva, estabelecemos estes passos para a criação de cálculos.

Nosso objetivo com o SISREC é sempre oferecer o projeto mais rápido, fácil e eficiente em relação aos aspectos elétricos e ao mesmo tempo o mais barato possível, usando a quantidade de material ideal para equacionar este balanço.

Por tratar-se de um projeto exemplo, os valores utilizados aqui não tiveram como objetivo direto enxugar custos ou trabalhar um equipamento extremamente enxuto e eficiente.

Dicas de otimização de projetos com exemplos detalhados de cada etapa serão vistas em outros artigos disponíveis em nossa área de artigos no canal de suporte.

 

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