Vantagens do Transformador Toroidal

Um transformador toroidal funciona baseado nos mesmos princípios de outro transformador com núcleo laminado comum, porém com diferenciais que o tornam superior. Essas vantagens são conhecidas e reconhecidas globalmente por inúmeras empresas.

A palavra toroidal refere-se à forma geométrica do núcleo, no caso, redondo e semelhante a um anel. Podemos considerar o núcleo como o coração do transformador. Ele pode ser constituído por diversos materiais magnéticos, desde uma fita muito fina de aço silício com grão orientado (G.O. – especial), até materiais advindos da nanotecnologia. Isso resulta em uma imensa gama de produtos que podem se beneficiar das potencialidades deste tipo de transformador.

Principais características:

Comparados aos transformadores comuns (E/I por exemplo), nossos transformadores toroidais de tensão, fabricados em aço-silício GO, oferecem importantes vantagens, dentre elas:

  • Baixíssima irradiação do campo magnético ao redor do transformador, não
    afetando circuitos eletrônicos sensíveis, sejam eles analógicos ou digitais.
  • Baixíssimas perdas, o que proporciona um menor consumo pois a corrente
    consumida em vazio (sem carga) é bastante pequena.
  • Menor variação de tensão na saída de potência, ou seja, a diferença entre a tensão
    de saída com carga e sem carga (em vazio) é inferior a de um transformador convencional.
  • Tamanho Reduzido, em geral, entre 40 e 60% menores e mais leves que os
    transformadores convencionais.
  • Flexibilidade de Projeto: ao contrário dos transformadores convencionais, o
    toroidal adquire formas muito mais adaptáveis as necessidades do projeto.
  • Fácil montagem em equipamentos, podendo ser fixado com apenas 1 parafuso ou
    ainda com pinos (para PCB) ou abraçadeiras plásticas, reduzindo tempo de montagem.
  • Funcionamento silencioso, ou seja, o ruído mecânico da vibração do núcleo
    praticamente não existe.

Por isso, um transformador toroidal, quando corretamente dimensionado, projetado e fabricado, pode ser considerado o “Rolls Royce” dos transformadores elétricos.

Vantagens da ausência de GAP:

Uma das vantagens do transformador toroidal vem do fato de que o núcleo não possui GAP, ou simplesmente aberturas (cortes) no núcleo. Na maior parte das aplicações, estes GAPs são buracos para o fluxo magnético (linhas de campo), aumentando sensivelmente as perdas. No transformador toroidal, o núcleo é homogêneo, sem cortes e com uma geometria tal que o torna absolutamente mais eficiente.

Somado a isso, os transformadores de potência que utilizam núcleo de aço-silício, recebem um material superior, chamado de grão orientado (GO), podendo ser até 3x mais fino que o material usado em transformadores convencionais (E/I por exemplo), resultando a obtenção de maior performance do produto.

Menor variação de tensão:

Em qualquer transformador de potência será observado uma diferença entre a tensão com a carga máxima e sem carga. Em alguns circuitos eletrônicos, essa variação pode ser prejudicial. Devido as baixas perdas do transformador toroidal, a queda de tensão é bastante reduzida, podendo reduzir também a energia dissipada por alguns componentes eletrônicos.

Menor temperatura de trabalho:

A temperatura de operação de um transformador é um item de segurança que deve ser levado em conta durante um projeto. Nossos transformadores toroidais são calculados para operar em locais com temperatura ambiente de até 50 °C. Quando especificado, podemos fornecer para ambientes ainda mais severos. Devido as pequenas perdas no núcleo, a corrente de consumo em vazio é baixa (menor consumo de energia), o que proporciona uma menor elevação de temperatura. Quando a potência de saída é exigida em um ciclo de trabalho reduzido, é possível eliminar eventuais sistemas de ventilação forçada.

Acompanhe o gráfico:

Com 50% da potência máxima de saída, a elevação de temperatura será de apenas 25%.

Irradiação magnética ultra baixa:

Nossos transformadores toroidais já possuem uma irradiação magnética consideravelmente baixa quando comparado com transformadores comuns. Porém para aplicações sensíveis, podemos ainda adicionar uma blindagem magnética ao redor do transformador, diminuindo qualquer possibilidade de interferência eletromagnética (EMI) em circuitos sensíveis. Isso auxilia especialmente no cumprimento das mais exigentes normas técnicas (CE,UL, TÜV, CSA, etc).

Blindagem eletrostática:

Trata-se de uma blindagem eletrostática utilizada para diminuir a corrente de fuga entre enrolamentos primários e secundários (diminuindo o acoplamento capacitivo). É especialmente indicada onde há necessidade de baixas correntes de fuga entre enrolamentos, como em equipamentos médicos que requerem maior segurança ao paciente. Essa blindagem é formada por uma camada condutiva entre enrolamentos primários e secundários, e deve ser conectada ao aterramento da rede elétrica. Essa blindagem é altamente recomendada também para redes elétricas expostas a descargas atmosféricas (raios).

Critérios de fabricação:

Nossa produção é basicamente customizada, ou seja, projetamos e fornecemos conforme a especificação de cada cliente, agregando mais essa vantagem ao transformador.
Todos os transformadores toroidais são construídos dentro da Classe A de temperatura (105ºC) com isolamento de 2 kV entre o enrolamento primário e secundário (exceto os auto-transformadores), Classe B (130 °C), isolamentos até 6 kV ou ainda especificações superiores podem ser obtidos mediante especificação.
Deve-se esclarecer que, em todos os casos, o isolamento do fio de cobre utilizado suporta temperaturas de até 180 ºC ou 200 ºC, em sua maioria possui dupla camada de verniz (grau reforçado)

Sobre o ciclo de trabalho de um transformador:

Pode-se reduzir o tamanho e o custo de um transformador se o seu ciclo de trabalho é curto. Por exemplo: um transformador de 100 VA usado com carga máxima apenas durante curtos intervalos de tempo, será menor que outro, também com 100 VA, que é usado com carga máxima durante muitas horas. Por isso, quando especificar transformadores, mencione o ciclo de trabalho.

Sobre a corrente de partida ou “in rush”:

Um cuidado que deve ser tomando é quanto a corrente no momento em que um transformador toroidal de potencial é energizado: devido à grande propriedade magnética do aço GO (grão orientado), a corrente de magnetização (denominada também de corrente in rush e que aparece apenas durante poucos milisegundos) é bem maior que a corrente nominal de trabalho. Sendo assim, recomenda-se a utilização de fusíveis do tipo retardado ou o uso de PTC’s (ou resistores) em série com o primário. Em transformadores menores essa propriedade não é tão perceptível. Porém, nos maiores (em geral, nas potências acima de 1000 VA), o projetista deve tomar esses cuidados para não danificar chaves de ligação ou dispositivos de proteção ligados aos enrolamentos primários.

Verdades e Mentiras Sobre os Transformadores Toroidais:

No transformador toroidal a corrente em vazio é até 90% menor que nos modelos convencionais (E/I)?
VERDADE. Devido a sua forma construtiva e materiais utilizados, um transformador toroidal não aquece quando está em repouso (sem carga). Isso obviamente economiza energia elétrica, especialmente quando o transformador fica ligado 24 horas por dia.

O transformador toroidal usa materiais especiais na fabricação?
VERDADE. Para ter um rendimento superior, é fundamental que sejam utilizados materiais especiais, como o aço silício grão-orientado (GO) para fabricação do núcleo. Também o fio de cobre e os materiais isolantes empregados na construção, devem atender classes específicas, especialmente quanto à temperatura. Além dos materiais, o processo de fabricação deve ser controlado, como por exemplo, o tratamento térmico no núcleo, os ajustes de máquina e os procedimentos de teste. Sem isso, a segurança e o rendimento do transformador toroidal ficam comprometidos. Por isso, a Toroid do Brasil tem se destacado junto aos clientes, devido à seriedade e qualidade com que produz transformadores.

Todos os transformadores toroidais são muito caros, se comparados aos modelos convencionais?
MENTIRA. Apenas transformadores toroidais PEQUENOS é que são mais caros. O processo construtivo de um toroidal é bem mais complicado do que em transformadores convencionais, tornando o processo mais caro. Porém, essa diferença é sensível apenas para modelos pequenos, abaixo de 100VA. A medida que a potência aumenta, a diferença de preço entre o toroidal e o convencional diminui. Para algumas aplicações, como iluminação, a partir de 300VA os toroidal já estão competitivos inclusive em preço. E, a partir de 1000 VA, o transformador toroidal é imbatível em preço. Explica-se: embora para o toroidal, o processo de fabricação seja mais demorado e os materiais melhores – o que torna o conjunto mais caro – em transformadores maiores a diferença de peso e tamanho é tão grande, devido ao toroidal usar bem menos material que o modelo convencional, que acaba compensado e o preço final é menor. Mas, mesmo para transformadores pequenos, em algumas aplicações onde é exigido baixo peso ou baixa altura do transformador, ou ainda, uma confiabilidade e segurança maiores – como em equipamentos médico, por exemplo – os clientes tendem a usar toroidais, mesmo sendo um pouco mais caros que os convencionais.

Um transformador toroidal pode ter os enrolamentos danificados devido a vibração excessiva?
MENTIRA. Esse talvez seja o maior engano de alguns céticos. Talvez por terem experimentado toroidais feitos artesanalmente no passado, por fabricantes inexperientes ou que usavam materiais de baixa qualidade. Mas, após a chegada da Toroid do Brasil ao mercado nacional, elevou-se em muito o padrão de qualidade, pois usamos materiais certificados internacionalmente, além de máquinas específicas para enrolamento de toroidais. Fabricamos transformadores de 20 g até quase 50 kg, para uso em aplicações tão severas como trios elétricos, aviões, robôs submarinos, geradores elétricos (motor Diesel ou gás) e rastreadores veiculares (módulo junto ao motor), todos com alto índice de vibração ou esforço mecânico/térmico. Quando corretamente construído, um transformador toroidal é tão resistente quanto qualquer outro equipamento elétrico, estático ou girante (motores).

Toroid do Brasil Indústria e Comércio de Transformadores Ltda.
Rua Piraí do Sul, 357 - São José dos Pinhais-PR - CEP: 83045-450 - Fone: +55 41 3035-8282 - falecom@toroid.com.br