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      Transformadores, a sonoridade do núcleo

      Autor Mensagem
      Ismah
      Veterano
      # mar/15
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      Matec

      Ácima, quando diz distorção, à quais efeitos se refere?

      Matec
      Membro
      # mar/15
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      Alex guitar man


      Existe cálculos que permitem medir a perda de frequências em transformadores?


      Sim, existem cálculos para isso. Com esses cálculos vc pode ter uma estimativa da resposta.
      Só que o transformador não é tão simples como aparente ser. Na prática os cálculos podem passar longe. O ideal é ter o componente pronto e fazer várias medições dos vários parâmetros que influenciam no comportamento e na resposta geral do transformador: A medida da indutância da bobina, a medida da indutância combinada da bobina e o núcleo, a capacitância que acaba existindo entre as camadas das bobinas, as perdas nas bobinas, as perdas no núcleo, etc.

      Porém o transformador somente não faz nada. Ele tem que estar ligado ao circuito específico que vc quer testar. E cada circuito acoplado a cada transformador cria um tipo de resposta único. Para se obter a curva de resposta de um transformador em determinado circuito, é mais prático fazer uma bateria de testes de resposta de frequências, com o próprio transformador já inserido no circuito.

      Existem sites que falam do assunto:Turneraudio .E livros também. Mas nenhum tão específico que eu possa dizer que trate profundamente do assunto.

      Ismah

      Acima, quando diz distorção, à quais efeitos se refere?


      O núcleo de ferro do transformador aumenta a indutância da bobina em centenas de vezes. Isso faz com que uma bobina com relativamente poucas espiras consiga trabalhar com frequências muito baixas. Pode-se dizer que aumenta a eficiência da bobina , em relação á resposta de frequência .
      Isso acontece porque o núcleo concentra as linhas do campo magnético, que foi gerado pela própria bobina. A bobina pode gerar um campo magnético, que cresce conforme a corrente que passa por ela, teóricamente sem limites. (é limitado pela capacidade física de suportar tanta corrente sem derreter).

      Já o núcleo não, ele suporta uma quantidade limitada de linhas de força. Acima desse limite ele não consegue manter a linearidade em relação ao aumento de corrente. Nesse estágio se diz que o núcleo está saturado. (Num trafo de força, é a hora em que o trafo aquece muito rapidamente e torra logo depois)

      Na prática isso vai significar um aumento de corrente, sem todavia, manter a resposta em frequência. Como num circuito valvulado, o transformador e a válvula de saída trabalham em conjunto, não se consegue saber seguramente o que é saturação do núcleo o que é saturação da válvula. Mas consegue-se perceber uma mudança no timbre da distorção com a troca do transformador, ou mesmo só a troca do núcleo. Não sei ainda definir matematicamente o ponto exato onde um ou outro atuam, mas nosso ouvido pode perceber algo.

      Abs

      A.Sim
      Membro Novato
      # 22/abr/16 20:17 · Editado por: A.Sim
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      Olá, Matec. Este assunto da "sonoridade do núcleo" ainda está em pauta ?

      Matec
      Membro
      # 22/abr/16 23:41
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      A.Sim

      Olá Alexandre!
      Como está vc?
      Sim ,o assunto ainda está em pauta.
      Infelizmente parou nesse ponto em que vc viu. Não consegui mais nenhum material de estudo para seguir em frente com o assunto, de uma maneira séria.
      Aguardo que algum especialista, assim como você, se pronuncie.

      Grande Abraço.
      Matec

      A.Sim
      Membro Novato
      # 23/abr/16 20:46 · Editado por: A.Sim
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      Olá, Matec. Como vai o colega ? Eu sigo fabricando transformadores de áudio e força...e fazendo o estágio do Doutorado. Por acaso, encontrei este tópico; vi teu nome e resolvi pedir minha filiação ao fórum para poder participar.

      Lembro que tivemos uma discussão semelhante em outra oportunidade, onde, inclusive, escrevi um texto longo e em capítulos, no qual a ideia era discutir o tal do "grão orientado". Quem sabe, talvez possamos encerrar aquele texto aqui ?

      Eu gostaria de mencionar que o ferro é um material magneticamente muito não-linear e, se eu pudesse escolher, selecionaria outro material para usar como núcleo nos transformadores de áudio que fabrico. Infelizmente, a Natureza não proporciona muitos elementos magnéticos, e o único que possui intensas propriedades ferromagnéticas é o...ferro. Níquel, cobalto e manganês também são elementos magnéticos, mas suas permeabilidades são bastante inferiores ao ferro, sem considerar o custo. Alguns metais do grupo das terras-raras também são magnéticos mas, com certeza, o custo deve impedir o uso extensivo como núcleo de transformador, da forma como conhecemos. Mesmo em ligas especiais, como o AlNiCo e o Permalloy / MuMetal, o ferro ainda é o elemento que aparece em maior quantidade.

      O comportamento magnético do ferro é fortemente não-linear, e essa linearidade é facilmente observável através da curva de magnetização B-H. No transformador, a curva B-H relaciona o fluxo magnético final B com a excitação H criada pela corrente magnetizante ao circular pela bobina primária. A presença de não-linearidades em um amplificador significa geração de harmônicos e, consequentemente, distorção. Em palavras simples, o sinal que sai do amplificador contém, não só o sinal original, como uma série de sons/tons ( para deixar simples ) que não existiam inicialmente e que foram acrescentados pela presença das não-linearidades existentes no amplificador.

      Então, a questão é : como se pode usar de forma proveitosa um material essencialmente não-linear em um sistema amplificador que por natureza deveria ser perfeitamente linear ?

      Ismah
      Veterano
      # 23/abr/16 21:09 · Editado por: Ismah
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      Duplo.

      Ismah
      Veterano
      # 23/abr/16 21:09
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      Matec
      A.Sim

      Me senti um tanto culpado por não continuar a conversa, mas realmente abrir a boca aqui seria falar bobagem, de minha parte.

      Interessante essas colocações. Vamos a algumas perguntas que já me fiz várias vezes...

      A eficiência de um trafo em baixas frequências é menor por questão de amplitude (tensão), do fluxo de elétrons (corrente) ser maior, ou da combinação de ambos (potência) superar a capacidade máxima do trafo?

      Então... Para aumentara eficiência de um trafo nas baixas frequências teoricamente bastaria usar um fio de maior sessão, com núcleo maior, e mais espiras?

      A.Sim
      Membro Novato
      # 23/abr/16 21:34 · Editado por: A.Sim
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      Olá, Ismah :

      Vamos buscando esclarecer as dúvidas dentro das limitações que a distância impõe aos meus livros e ao meu laboratório...

      Por "eficiência", entende-se uma relação entre a potência de saída e a potência de entrada. Em outras palavras, é uma medida da potência que é dissipada em calor durante o funcionamento do transformador. Essa eficiência não "diminui " com a frequência ( a rigor, a eficiência deveria aumentar ).

      O colega não estaria falando de "resposta às baixas frequências" ?

      Ismah
      Veterano
      # 23/abr/16 21:55 · Editado por: Ismah
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      Me surpreendeu que tu é daqui - parece que aqui no sul se gosta de som mesmo...! Temos grandes nomes conhecidos e milhares de hobbystas com vasto conhecimento na área.

      Voltando ao assunto... Eficiência é a relação i/o que idealmente é 1:1 (100%), mas se atinge na prática valores bem abaixo disso. Pergunto então...

      O que torna um trafo ineficiente nas baixas frequências?

      Suponho que a potência que necessita ser transferida entre as bobinas muito alta (sendo muitas vezes, maior, que a capacidade máxima do trafo, saturando-o) uma vez que quando a frequência se divide pela metade, a potência necessária para um mesma magnitude/intensidade, precisa ser dobrada.

      A.Sim
      Membro Novato
      # 23/abr/16 22:22 · Editado por: A.Sim
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      Olá, Ismah :

      Sim, sou do RS...e no sul se gosta de som por que temos excelentes fabricantes de transformadores...deixa eu puxar a brasa...eheh.

      A questão que trazes não é de "eficiência"...é de "resposta".

      À medida que a frequência do sinal amplificado é reduzida, duas coisas acontecem no transformador de saída :

      a) a excursão de fluxo no núcleo do transformador aumenta. Quando o fluxo atinge valores de pico da ordem de, digamos, 10.000 Gauss, a distorção aumenta consideravelmente.

      b) a reatância de magnetização ( que é a reatância XL do primário, medida com o secundário aberto ) diminui. Uma redução de 30% ( -3dB ) no sinal de saída acontece quando a reatância primária fica igual à impedância secundária refletida ao primário.

      Essas duas situações podem ocorrer em momentos diferentes. Em nenhum caso se pode falar em eficiência, pois não há potência que, ao invés de ser direcionada à carga ( alto-falante ), esteja sendo dissipada no transformador como perda.

      O fenômeno a que o colega se refere é a incapacidade do transformador responder às frequências mais baixas do que um certo valor. Esse valor de frequência é determinado pelo tipo e tamanho do núcleo e pelo número de espiras primárias. A bitola do fio não influencia na frequência mínima de resposta do transformador. Dado que se necessita "mais núcleo" ( um núcleo de maior seção transversal ) e "mais espiras" no primário ( o que implica em usar lâminas maiores, com janelas maiores ), quanto menor a resposta pretendida, maior e mais caro o transformador resulta.

      Isso às vezes não é do conhecimento do potencial montador, que quer resposta à plena potência "de 20 Hz a 20 KHz" e 100 W...e se assusta com o tamanho ( e preço ) do transformador necessário para atender os tais 20 Hz...

      Não procede a afirmação "uma vez que quando a frequência se divide pela metade, a potência necessária para um mesma magnitude/intensidade, precisa ser dobrada".

      macaco veio
      Veterano
      # 23/abr/16 22:50
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      Ismah
      Voce faz muita confusao cara, vou te dar uma explicacao. Eficiencia de um trafo em termos de rendimento (perda de potencia) depende da qualidade da chapa, nao lembro exatamente mas por altos uma chapa GNO (tem varias com diferente quantidade de silicio) perda mais de 2 w por kilo, enquanto uma de GO perde menos de 1/2W (se nao me engano). Por isso num trafo de forca se faz uma compensacao com algumas espiras a mais. Num de audio nao da pra compensar muito nao (sai fora do ratio). Num trafo de forca a frequencia e a amplitude de tensao sao fixa, entao a saturacao nunca e' atiginda pois se calcula abaixo do ponto de saturacao. Num trafo de audio as vezes o ponto de saturacao pode ser atingido por que depende do volume de sinal que varia a amplitude da onda de sinal, da guitarra (o sinal e' variavel e nao tem uma forma de onda definida). Como num trafo de forca a frequencia mais baixa e' que define no calculo o ponto que se quer calcular antes de atingir a saturacao, (exemplo chapa de 14000 gauss se usa uns 10000 no calculo). Num de audio, se em determinado momento uma nota grave (portanto frequencia baixa) e' tocada muito forte pode atingir o ponto (ou ultrapassar) de saturacao, ai naquele momento o som racha (distorce de alguma forma) naquele breve momento o trafo entrou em curto. A eficiencia (como voce quer chamar de eficiencia) nas baixas frequencias depende da indutancia minima calculada para a minima frequencia. Essa indutancia minima depende do valor de Pi na formula (1 x pi ou 2 x pi etc ) que relaciona o nivel de volume sonoro que se quer na nota mais grave (ou seja frequencia minima). Enquanto maior a indutancia mais volume e maior o trafo (independente se e' Go ou Gno). Ai se joga a indutancia na formula e acha as espiras. O pessoal geralmente se perde porque calculam o trafo de audio como se fosse trafo de forca, a formula nao e' a mesma ( a formula universal da um pouco de erro). Tudo nao tem nada a ver com espessura do fio (a densidade). Logicamente se o trafo e' grande mas devido ao calculo poderia se usar um fio fino, as vezes tem que usar um grosso pra janela nao ficar vazia demais pois vai fazer o trafo perder muito rendimento. Um trafo de forca por exemplo, bem feito bem cheinho (sem vazio na janela) com lamina GO (M6) chega a render 98% , nao precisa compensar quase nada.

      Ismah
      Veterano
      # 23/abr/16 23:12 · Editado por: Ismah
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      A.Sim
      Puxando brasa pro nosso lado... rs

      Tu entendeu bem a minha dúvida. Agradecido!

      Por curiosidade... É possível afirmar que, se dependesse das válvulas, ainda não teríamos amplificadores de altíssima potência (mesmo que de valor questionável rs), empregados em PA's, nem teríamos como reproduzir sub-graves na casa dos 35Hz, pela inviabilidade do trafo exigido para isso?

      Não procede a afirmação "uma vez que quando a frequência se divide pela metade, a potência necessária para um mesma magnitude/intensidade, precisa ser dobrada".

      Bem o que me consta é que cada vez que a frequência dobra, a potência acústica necessária para manter-se um valor constante, cai pela metade (-3dB).
      Ficaria grato da explicação, é algo recorrente em meu dia-a-dia, mas quase ninguém se preocupa. Estou com planos de estudar no IGAP, e tudo que puder aprender, já me ajuda.

      macaco veio
      Voce faz muita confusao cara, vou te dar uma explicacao.

      Ainda estou tentando entender, então estou apenas supondo. :)
      Agradeço essa explicação digna de engenheiro, mas era bem mais básica a pergunta, como o colega respondeu.

      macaco veio
      Veterano
      # 23/abr/16 23:34
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      Me desculpe, enquanto eu digitava eu ainda nao tinha visto o post do colega A.sim. quando cliquei vi que ele ja havia respondido, de qualquer forma talvez sirva pra esclarecer pra algum outro interessado.

      Ismah
      Veterano
      # 24/abr/16 05:51
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      Não há do que se desculpar.

      Matec
      Membro
      # 24/abr/16 08:41 · Editado por: Matec
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      Por curiosidade... É possível afirmar que, se dependesse das válvulas, ainda não teríamos amplificadores de altíssima potência (mesmo que de valor questionável rs), empregados em PA's, nem teríamos como reproduzir sub-graves na casa dos 35Hz, pela inviabilidade do trafo exigido para isso?

      Ismah

      Em termos de funcionamento a válvula e o transístor conseguem facilmente trabalhar em qualquer frequência na faixa de áudio. Você poderia projetar um amplificador para subgraves com resposta abaixo de 20Hz e uns 5kw utilizando um banco de Kt88 ou KT90 (assim como os amplificadores lineares utilizam bancos de xxx5200 / xxx1493).
      O que deixaria o negócio complicado seria a baixa eficiência energética das válvulas , que precisariam de uma fonte realmente enorme, e o transformador de saída, que precisaria de kilos e kilos de núcleo para reproduzir os graves.

      O problema não seriam os componentes em si, mas o transporte.
      (O amplificador precisaria ter um motor acoplado para ser movido do lugar...rs)

      Abs

      Ismah
      Veterano
      # 24/abr/16 14:09
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      Matec

      Pois é, inviabilidade do projeto... Imagina regular BIAS de um BANCO de válvulas pra render sei lá, 8kW, 16kW kkk

      A.Sim
      Membro Novato
      # 24/abr/16 14:35
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      Olá.

      "Por curiosidade... É possível afirmar que, se dependesse das válvulas, ainda não teríamos amplificadores de altíssima potência (mesmo que de valor questionável rs), empregados em PA's, nem teríamos como reproduzir sub-graves na casa dos 35Hz, pela inviabilidade do trafo exigido para isso?"

      Como afirmou o Matec, a resposta em graves não é limitada pelas válvulas. Tecnicamente não há impedimento para a construção de amplificadores de áudio de alta potência com resposta em sub-graves; o tamanho e peso do transformador de saída necessário seriam grandes, com certeza, mas o transformador seria exequível certamente. Mas, considerando o seu custo, eu preferiria utilizar uma etapa de potência sem transformador, que é difícil de fazer com válvulas mas é perfeitamente possível.

      A.Sim
      Membro Novato
      # 24/abr/16 15:13 · Editado por: A.Sim
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      Seguindo com o assunto "núcleo", observo que existem quatro materiais que são extensivamente utilizados na confecção de núcleos laminados para transformador :

      a) ferro-silício de grão não-orientado;
      b) ferro-silício de grão orientado;
      c) ferro amorfo;
      d) Permalloy / MuMetal.

      O ferro-silício de grão não orientado é o mais antigo material utilizado como núcleo magnético em transformadores. Ao ferro de alta pureza, contendo mínimas quantidades de carbono e outras impurezas, adiciona-se até 4% de sílício para controlar o tamanho do grão ( cristal ) de ferro e, como vantagem adicional, aumentar a resistividade da chapa e reduzir a perda por corrente parasita. Veja que o termo "aço-silício"não é apropriado, pois "aço" é uma liga de ferro com carbono. A presença de carbono gera um material que apresenta remanência, ou seja, a propriedade de reter magnetismo permanentemente, tal como um ímã. Essa propriedade é indesejável em um material destinado a ser submetido a um campo magnético alternado, gerando uma perda conhecida por "perda por histerese".

      As lâminas de ferro de grão não-orientado ( GNO ) têm uma curva de magnetização B-H bastante não-linear. Eu acredito que todos conheçam a Teoria dos Domínios Magnéticos, utilizada para explicar o comportamento fortemente magnético do ferro e demais elementos magnéticos. De forma simples, postula-se que os átomos dos materiais magnéticos são naturalmente magnéticos e se agrupam formando pequenos ímãs elementares - os domínios. Em um material não-magnetizado, esses domínios orientam-se de forma aleatória, de forma que seus campos se anulam mutuamente.

      Submetendo-se o material a um campo magnético externo H - como o gerado por uma bobina na qual passa corrente - os domínios tenderão a se alinhar com esse campo externo. O resultado líquido é um "fluxo" magnético maior do que o produzido pelo campo inicial, composto pela soma do fluxo gerado pelo "bobina" mais o fluxo gerado pelos "ímãs" ( domínios ) que foram orientados pelo campo H.

      É interessante observar que, fisicamente, não há "multiplicação" do fluxo criado pelo campo magnetizante H, como alguns textos simplificadamente declaram. Todo o fluxo extra que aparece quando um núcleo é magnetizado, na verdade, já pertencia ao material...só não estava "orientado".

      Orientar os domínios não é fácil...os domínios têm tamanhos diferentes e orientações diferentes...imagine-se os domínios na perna central de uma lâmina E. Alguns são pequenos, outros são grandes. Alguns já estão quase no sentido do fluxo, outros estão a 90 graus...e orientar domínio significa mover átomos de suas posições. Ferro é um material "duro" ! Isso explica por que os domínios não se orientam todos de uma vez quando a lâmina é submetida a qualquer "campinho" externo. Se o campo externo é fraco, poucos domínios vão se orientar e pouco fluxo extra vai aparecer. À medida que o campo magnetizante vai aumentando de intensidade, mais domínios vão sendo orientados, e existe uma faixa na qual se estabelece uma relação praticamente linear entre campo magnetizante H e fluxo magnético resultante.

      Evidentemente, existe um ponto a partir do qual o fluxo magnético não mais aumenta com o aumento de H, que ocorre quando todos os domínios estão orientados. Nesse momento, diz-se que o material encontra-se "saturado" e todo aumento de fluxo a partir desse ponto é proporcionado exclusivamente pelo campo externo H.

      A forma em S da curva de magnetização, enfim, é resultante da forma como os domínios são orientados nessas três regiões distintas - magnetização inicial, rotação de domínios e saturação.

      A.Sim
      Membro Novato
      # 24/abr/16 16:06
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      O campo magnético H de uma bobina depende do número de espiras, da corrente circulante e do comprimento da bobina, sendo medido em ampéres-espira por centímetro. Veja que a seção transversal da bobina não é levada em conta. Já o fluxo magnético é medido em "linhas", e quanto maior a seção transversal do núcleo, mais linhas são produzidas. Imagine-se uma bobina construída com um carretel de 1" x 1" ( 26 mm x 26 mm ) com 100 espiras e percorrida por uma corrente de, digamos, 10 mA. Preenchendo-se totalmente esse carretel com lâminas de 1" teremos uma certa quantidade de linhas magnéticas "fluindo" pelo núcleo. Se, agora, retirarmos metade das lâminas, teremos somente metade das linhas que tínhamos antes.

      Matec
      Membro
      # 24/abr/16 16:17
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      Estaremos todos seguindo esse texto.
      Está ótimo!

      Abs

      A.Sim
      Membro Novato
      # 24/abr/16 16:40 · Editado por: A.Sim
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      Eheh...segue o baile...

      A fim de retirar a variável "seção do núcleo", define-se uma grandeza " indução magnética B " como sendo o fluxo dividido pela seção transversal, em linhas/cm2. Com isso, consegue-se traçar a curva de magnetização B-H, onde as dimensões do núcleo magnético não precisam ser levadas em conta. A curva B-H, por fim, relaciona uma grandeza magnética B em linhas/cm2 ( "consequência" ) com uma grandeza elétrica H em Ae/cm ( "causa" ). Vamos falar mais disso depois.

      Conforme vimos antes, todo aumento de fluxo magnético após a saturação é devido unicamente ao aumento de H. Isso equivale a dizer que, uma vez que o núcleo sature, ele passa a não ter mais função. Essa é uma das razões pela qual um transformador de força queima quando é ligado em tensão superior à nominal - dentro de certos limites, é como se ele estivesse sem o núcleo...a indutância primária cai a "quase zero" e a corrente magnetizante sobe excessivamente, sobreaquecendo o fio do primário. Assim, se quisermos aproveitar o fluxo extra que o núcleo pode proporcionar, ao ser excitado por uma bobina percorrida por corrente, devemos limitar a magnetização a um ponto abaixo da saturação. Para lâminas de ferro silício GNO, esse ponto é atingido com cerca de 12000 linhas/cm2, ou Gauss ( G ).

      A.Sim
      Membro Novato
      # 24/abr/16 17:32 · Editado por: A.Sim
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      O ferro-silício de grão orientado ( GO ) foi inventado em 1933 por Norman P. Goss. Curiosamente, GOSS é a abreviatura de "Grain Oriented Silicon Steel"...Eu encontrei a patente original; nela, o inventor narra com detalhes o motivo da sua invenção, descrevendo os problemas existentes até então com as chapas de aço da época e o porquê da adição de silício...a invenção da chapa de grão orientado visava exclusivamente reduzir as perdas magnéticas, permitindo construir transformadores DE FORÇA com maior rendimento ( notadamente, transformadores de distribuição ).

      A produção da chapa GO não envolve nenhum processo tecnologicamente extraordinário...partindo-se da chapa GNO, ela é primeiramente recozida para alívio de tensões. Em seguida, é laminada a frio e novamente recozida, sendo que essas duas operações são repetidas por mais uma vez. É um processo metalúrgico simples, que ao final faz com que os domínios magnéticos fiquem todos orientados na direção da laminação. Assim, embora, num material não-magnetizado, os domínios continuem se anulando mutuamente devido à distribuição aleatória de seus "polos", todos já estarão orientados em uma direção pré-determinada. Com isso, fica "fácil" orientar domínios quando se aplica um campo externo que esteja alinhado a essa direção "preferencial". O resultado é que se necessita um campo H menos intenso para se levar o material à saturação.

      Nesse momento é conveniente explicar o que se chama de "perda por histerese". Voltemos à bobina 1" x 1" com lâminas de 1" citada anteriormente. Supondo que as lâminas estejam desmagnetizadas, vamos magnetizá-las fazendo circular uma corrente contínua na bobina. Vamos aumentando a corrente aos poucos; com isso, H vai subindo e também B. Ao atingirmos um B de, digamos, 8000 G, começamos a reduzir a corrente lentamente, até chegarmos a zero. Nesse ponto, se desmontarmos o núcleo e testarmos as lâminas, vamos observar que elas agora estão magnetizadas. Isso acontece por que, ao retirarmos a excitação H, muitos domínios permanecem orientados, não retornando às suas posições originais. Se quisermos desmagnetizar totalmente o núcleo, é necessário forçar os domínios, que renitentemente teimaram em permanecer orientados, a voltar para a sua posição inicial impondo um campo no sentido oposto ao inicial. Isso implica em aplicar uma certa corrente na bobina com a polaridade inversa à que utilizamos inicialmente. Visto que estamos, agora, fornecendo corrente à bobina para desmagnetizar o núcleo, isso significa que estamos gastando uma certa energia para desmagnetizá-lo.

      Se alimentarmos a bobina com corrente alternada, veremos que o núcleo aquece e que certa potência é consumida da fonte. Esse aquecimento é devido à necessidade de forçar os domínios a retornar às suas posições cada vez que a corrente na bobina inverte. Essa perda de energia é chamada "perda por histerese" e é proporcional à massa de núcleo sujeita ao campo magnético alternado. A perda por histerese é tanto menor quanto mais fácil for orientar e reorientar os domínios, pelo que se conclui que a perda por histerese em lâminas GO é menor do que em lâminas GNO.

      Matec
      Membro
      # 24/abr/16 18:45 · Editado por: Matec
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      Tenho algumas questões pertinentes aos textos acima:
      Conforme vimos antes, todo aumento de fluxo magnético após a saturação é devido unicamente ao aumento de H. Isso equivale a dizer que, uma vez que o núcleo sature, ele passa a não ter mais função.

      Talvez exista nesse trecho, um ponto que deva ser esclarecido.
      Quando se diz que o núcleo não tem mais função, não deve ser totalmente verdade. O núcleo perde a função com, a corrente acima do ponto de saturação, porém se ela volta para um ponto abaixo do ponto de saturação, vai voltar a haver linearidade no sistema. Creio que isso é importante para não haver a ideia de que após o núcleo estar saturado, ele ficaria inoperante e o transformador não serviria mais para nada.
      Concorda?

      Outra questão é bem mais simples , porém para mim é intrigante:

      No processo de recozimento, há como saber se os domínios estão na posição correta. Melhor dizendo, é possível posicionar tanto quanto quisermos os domínios de determinada chapa? É um processo de simples aquecimento, ou envolve alta frequência e campos magnéticos?

      Abs

      A.Sim
      Membro Novato
      # 24/abr/16 20:07 · Editado por: A.Sim
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      Olá, Matec:

      "Quando se diz que o núcleo não tem mais função, não deve ser totalmente verdade. O núcleo perde a função com, a corrente acima do ponto de saturação, porém se ela volta para um ponto abaixo do ponto de saturação, vai voltar a haver linearidade no sistema. Creio que isso é importante para não haver a ideia de que após o núcleo estar saturado, ele ficaria inoperante e o transformador não serviria mais para nada."

      Sim, sua interpretação está correta. Quando a corrente magnetizante cai abaixo do ponto de saturação, ela volta a controlar a orientação dos domínios e o núcleo retoma a sua "função". Infelizmente, não cabe dizer que volta a haver "linearidade", pois a relação B-H não é linear...melhor dizer que volta a haver "proporcionalidade" entre B e H.

      Faltou dizer que, ao se reduzir H, os domínios tendem a retornar às suas posições originais. Isso ficou implícito mais adiante, quando falei da remanência. Veja que estamos falando de valores instantâneos de uma corrente magnetizante que é variável por ser alternada.

      Quanto à orientação dos domínios na chapa GO, ela ocorre durante a laminação, razão pela qual os mesmos ficam orientados na "direção da laminação". É uma propriedade natural do processo de laminação. O recozimento é feito apenas aquecendo a chapa ( num forno ) quando então os cristais que foram quebrados durante a laminação são reconstruídos. Essa é uma visão simplista do processo; a descrição do processo metalúrgico completo é extensa e envolve conceitos que não cabem colocar aqui.

      Os três recozimentos e as duas laminações acontecem de forma contínua, até onde pude averiguar. "Entra a chapa GNO e sai a chapa GO". Vale a pena procurar a patente do Goss, onde ele descreve com detalhes o que acontece durante as sucessivas laminações e recozimentos.

      A.Sim
      Membro Novato
      # 24/abr/16 20:45 · Editado por: A.Sim
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      Uma outro mecanismo de perda aparece em núcleos sujeitos a campos magnéticos alternados - a perda por corrente parasita. Como o núcleo é metálico e está sujeito ao fluxo magnético variável que se desenvolve nele próprio, é induzida uma corrente na massa metálica tal como se o núcleo se comportasse como um secundário em curto-circuito, com uma única espira. É evidente que o núcleo vai se aquecer pela circulação dessa corrente através da resistência da massa metálica. Ao se compor o núcleo com diversas lâminas finas, isoladas entre si, consegue-se reduzir o total de corrente que é induzido na massa metálica do núcleo e, com isso, reduzir a perda de potência causada por essas correntes "parasitas". O acréscimo de silício ao ferro ajuda nesse aspecto pois aumenta a resistividade do material sem perturbar significativamente as propriedades magnéticas do ferro.

      Uma vez apresentados os mecanismos que causam perda de potência no núcleo magnético, pode-se mostrar que o ferro GO tem uma perda bastante inferior ao GNO pois a) é um material mais facilmente magnetizável, o que reduz a perda por histerese; b) as lâminas são mais finas, visto que a laminação durante o processo de orientação dos grãos reduz a espessura da chapa e, assim reduz a perda por corrente parasita. A diferença entre a chapa GO e GNO, com relação às perdas, é sensível: considerando-se uma amostra submetida a um campo alternado que produza uma indução máxima de 12000 G, a chapa GNO tem uma perda típica de 2,5 W/kg enquanto a chapa GO tem uma perda típica de 0,5 W/kg apenas. Não é de se espantar que os transformadores de distribuição sejam todos feitos com lâmina GO...

      macaco veio
      Veterano
      # 24/abr/16 21:12
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      [b]A.Sim[/b muito bem explicado. eu gostaria de extender o assunto ao colegas no referente a dois aspectos. Um e' como reconhecer as diferentes chapas, ja abri varios trafos pequenos em que as laminas sao clarinhas bem distintas das Gno que sao cinzentas e as Gno um pouco mais amarronzadas (que material e' esse?). Outro aspecto e' quanto a vibracao (magnetostricao), quando se vai a fundo em transformadores se ve formula pra calcular ate temperatura mas nunca vi nada que relacionasse o nivel de ruido do trafo com alguma formula (apenas como combate-lo) pois isto interessa apenas em trafos de forca usados em equipamento de audio e parece nao haver muito interesse. No meu intender as laminas Go tem a vantagem de se conseguir trafos menores pois concentram mais linhas de campo num espaco menor pois pode se usar um gauss mais alto, porem a vibracao aumenta muito (num ampli o ruido tende a se espalhar por todo o chassi). Pedais de guitarra entao nem se fala, o quanto a maganetostricao influi no ruido humm. Alguem ja viu algum calculo sobre isso?

      Matec
      Membro
      # 24/abr/16 21:27 · Editado por: Matec
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      A.Sim

      Não devo ter lido com atenção, ou os textos que li não foram claros ao descrever o processo de laminação e recozimento, para a criação do núcleo GO.
      Obrigado pelos esclarecimentos . Vou buscar a patente do processo para entender os detalhes.

      Falando sobre as correntes parasitas, qual a grandeza da tensão que gera essa corrente? Alguns poucos milivolts? Pergunto isso por saber que não há exatamente um bom isolamento entre as chapas do núcleo, mesmo aqueles montados com capricho. Normalmente com um multímetro posso medir baixa resistividade em qualquer posição que eu coloque as pontas de prova na superfície do núcleo de qualquer transformador montado.

      Abs

      A.Sim
      Membro Novato
      # 24/abr/16 22:00 · Editado por: A.Sim
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      Olá.

      A chapa GO é mais fina do que a GNO, cerca de 0,3 mm de espessura. O revestimento é cinza-claro, mas é difícil descrever a tonalidade do GO, que é diferente do cinza-claro da GNO...hehehe. A chapa GNO que se compra no Brasil é "sempre" grossa; 0,5 mm de espessura e pode vir num tom de cinza-claro, quando a chapa é standard, ou em cinza-escuro quando a chapa é recozida.

      A magnitude da tensão induzida numa chapa de transformador é pequena. Com um carretel 1" x 1" a 11000 G precisamos 722 espiras para uma tensão primária de 127 V. A tensão induzida em uma única espira é de 176 mV. Em 1" de empilhamento temos cerca de 50 lâminas; como o fluxo em cada lâmina é 1/50 do fluxo total, a tensão induzida na "espira" fechada por uma lâmina vale 176 mV / 50 = 3,5 mV. Com uma tensão dessa magnitude, qualquer resistência prática que se interponha entre duas lâminas contíguas é suficiente para mantê-las isoladas entre si. Veja que a camada de óxido isolante existe somente nas faces das lâminas; as bordas estampadas não têm isolamento.

      Vou tratar do ruído do transformador quando falar do campo disperso.

      A.Sim
      Membro Novato
      # 26/abr/16 15:39 · Editado por: A.Sim
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      Eu queria começar a falar sobre o efeito do "núcleo" GO / GNO no "som", mas a pergunta anterior do colega sobre o ruído do transformador de força fica melhor respondida se isso for feito agora. Inclusive, podemos aproveitar para tirar esclarecer alguns conceitos populares sobre o tal "núcleo GO".

      Nos tempos do Martignoni ( o livro ) não há menção ao uso de chapa GO. Com efeito, à pág. 30, o Dr. Martignoni cita vários tipos de chapa indo de M14 até M43. Todas elas são GNO. Na página anterior, fig. 23, mesma coisa. Em função disso, no capítulo II aparece um valor "mágico ", "ótimo ", de 11300 G para a indução B a ser utilizada em pequenos transformadores de força. Efetivamente, muitos transformadores desses que usamos em Eletrônica foram construídos utilizando esse valor de indução.

      Em determinado momento, a chapa EI de grão orientado começou a aparecer no mercado. Como a perda dessa chapa é menor, é possível utilizar-se um valor de indução maior e produzir um transformador que aquece tanto quanto, ou menos, do que um que utilize chapa GNO e que ainda por cima é menor em tamanho. Isso por que, utilizando-se um valor de B maior, é necessário um número menor de espiras por volt, o que reduz a quantidade de fio necessária nos enrolamentos e, por conseguinte, uma menor área de janela. Com efeito, o valor de B pôde ser elevado até 15000 G e, em alguns casos, até acima disso, sem que o núcleo do transformador ficasse excessivamente quente.

      Acontece que as 15000 linhas/cm2 de indução não vêm de graça. Como vimos, a chapa GO provém da chapa GNO e, ao que me consta, o número de átomos de ferro por unidade de volume não muda durante a fabricação da chapa GO. O número de "ímãs elementares" não se altera de uma chapa para a outra, apenas a facilidade de se efetuar a orientação. Como consequência, o ponto de saturação em Gauss, da chapa GO, é essencialmente o mesmo da chapa GNO. O que muda é a quantidade de ampéres-espiras necessárias para se atingir o ponto de saturação.

      A.Sim
      Membro Novato
      # 26/abr/16 16:21 · Editado por: A.Sim
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      "Ah, mas eu sempre soube que a chapa GO pode ser usada com indução maior do que a GNO"...

      Se formos até o tópico https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_steel encontraremos lá que o ponto de saturação magnética da chapa GO é 5% menor do que a GNO...afinal, onde está a verdade ? Um ensaio de magnetização em dois núcleos de tamanho idêntico com a mesma bobina mostra que, dentro do erro experimental, as duas curvas de magnetização mostram o mesmo ponto de saturação - apenas a curva do GO é mais "magra" pois a histerese do material é menor. Então, onde está a mágica ?

      É que o núcleo GO "pode" ser usado com induções maiores...ele tem perdas menores e não aquece excessivamente com o extra de excitação. A 15000 G, talvez, até o mais teimoso domínio tenha cedido em sua posição e se orientado, mas, mesmo assim, o material apresenta perda pequena. Acontece que, nessas circunstâncias, a corrente magnetizante é elevada, pois, acima de cerca de 12000 G, pouco fluxo extra pode ser fornecido pelos domínios, que já estão quase todos orientados. Sobra para a bobina primária fornecer as linhas "extras" sozinha, o que faz a corrente primária aumentar bastante durante o intervalo em que o fluxo varia entre, digamos, 12000 G e o máximo. E a corrente primária, que num transformador GNO já é toda distorcida, nesse nosso transformador de 15000 G vai ficar mais distorcida ainda, com um grande pico a cada semiciclo...

      E o ronco ? O ronco é devido ao fluxo disperso, que é pequeno em transformadores GNO, onde o núcleo trabalha pouco saturado ( 11300 G ). Entretanto, o fluxo disperso aumenta muito à medida que o ferro satura, devido à corrente extra que é necessário circular na bobina primária para fornecer as linhas "extras". O fluxo disperso é aquele que se desenvolve no ar, circulando "fora do núcleo ". . .e fazendo vibrar o chassis, a braçadeira, as tampas, etc...tudo que for de ferro, próximo ao transformador. O problema pode ser amenizado utilizando-se uma cinta de cobre em curto-circuito por fora do transforador ( a "belly band" ), mas sua eficácia não é 100%. Uma outra parcela de ronco provém das próprias lâminas, que vibram em função das forças magnéticas a que estão sujeitas. Por essa razão, os núcleos devem ser bem parafusados e impregnados com verniz, a fim de evitar ao máximo a possibilidade de vibração das lâminas.

      A interferência eletromagnética gerada pelo uso de altas induções no núcleo também não pode ser desprezada. O mesmo campo disperso que faz vibrar partes magnéticas próximas ao transformador, tem a capacidade de induzir tensões em condutores ou circuitos que estejam nas proximidades. A própria corrente primária do transformador pode induzir interferências, em função dos picos que nela existem.

      Como conclusão, o uso de núcleo GO em transformadores de força de pequeno porte permite a produção de componentes com menores perdas, ou seja, que trabalham com menor aquecimento. Em função disso, pode-se fazer uso de inducões magnéticas mais elevadas como meio de reduzir o tamanho físico, mas deve-se avaliar as consequências no tocante ao fluxo disperso, nível de ruído acústico e interferência eletromagnética.

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