ELETRICIDADE, ELETRÔNICA E
GERADORES

Inversores e Transformadores

IAC. Curso de Manutenção de Aeronaves — Matérias Básicas (AC 65-9A). Instituto de Aviação Civil. Cap. 8: Eletricidade Básica (Transformadores) — Acessar material

FAA. Aviation Maintenance Technician Handbook — General (FAA-H-8083-30A). U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration. Cap. 12: Aircraft Electrical Systems (Inversores) — Acessar material

AC 65-9A = Advisory Circular da FAA (base do curso IAC) · MCA 58-13 = material de referência de manutenção aeronáutica

IFSP — Campus São Carlos

Prof. Fabriciu Alarcão Veiga Benini

Professor de Ensino Básico, Técnico e Tecnológico

Área Aeronáutica

Engenheiro Eletricista · Mestre em Sistemas Dinâmicos · Doutor em Telecomunicações

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO

Campus São Carlos

Objetivos da Semana

Ao final desta semana, o aluno será capaz de:

1 Explicar o princípio de funcionamento de inversores rotativos e estáticos
2 Descrever a aplicação de inversores em sistemas aeronáuticos
3 Compreender os princípios de transformadores e a relação de espiras
4 Identificar os tipos de transformadores e suas aplicações
5 Diagnosticar perdas e panes (falhas/defeitos) em transformadores

O que é um Inversor?

CC → CA

converte corrente contínua em corrente alternada

400 Hz

frequência típica de saída (ciclos por segundo)

26 VCA

tensão para instrumentos

115 VCA

tensão para sistemas gerais

Alimenta equipamentos que requerem CA a partir da bateria CC da aeronave · Fonte: FAA Ch.12, p.12-95

Por que 400 Hz na Aviação?

  • Equipamentos aeronáuticos que operam em CA: instrumentos giroscópicos (autosyn/magnesyn) e cargas CA de 400 Hz
  • 400 Hz permite transformadores e motores mais leves e compactos que 60 Hz
  • Para a mesma tensão, frequência maior → fluxo magnético menor → núcleo menor → equipamento mais leve e compacto
  • Menor peso = economia de combustível
  • Padrão internacional da aviação
f = (P × N)/120 → (6 × 8.000)/120 → 48.000/120 → 400 Hz

f = frequência em Hz · P = número de polos · N = rotação em RPM

Nota: em aeronaves antigas (válvulas), o inversor também alimentava rádio e radar, que usavam a CA de 400 Hz para gerar suas altas tensões — os equipamentos modernos operam em CC

Tipos de Inversores

Rotativos

Motor CC + gerador CA no mesmo eixo

Solução eletromecânica clássica

Estáticos

Circuitos eletrônicos de estado sólido (semicondutores)

Convertem CC → CA por chaveamento rápido dos semicondutores (detalhe no slide 15)

Ambos podem ser monofásicos ou polifásicos (trifásico — três fases defasadas entre si)

O inversor polifásico é mais leve para a mesma potência nominal: a potência é entregue de forma contínua, sem pulsação, permitindo máquinas menores

Parte 1.1 · Inversores Rotativos

Inversores Rotativos

Essencialmente um motor CC e um gerador (alternador) CA em um único invólucro — o motor CC gira o eixo; o gerador CA, montado no mesmo eixo, produz a CA de saída

Campo do gerador (ou armadura) e campo do motor (ou armadura) montados em eixo comum

O conjunto gira dentro do invólucro

Tipos principais: ímã permanente e tipo indutor — os tipos empregados na aviação

Campo = produz o magnetismo
Armadura = onde a tensão/torque acontece

Fonte: FAA Ch.12, p.12-95 a 12-96

Inversor rotativo trifásico

Fig. FAA 12-202 — Inversor rotativo trifásico: motor CC e alternador CA no mesmo eixo.

Ímã Permanente — Construção

Diagrama de fiação interna do inversor de ímã permanente

Fig. FAA 12-201 — Diagrama de fiação interna do inversor rotativo de ímã permanente (monofásico).

Motor CC + gerador CA de ímã permanente

Cada um possui estator separado no mesmo invólucro

Armadura do motor montada no rotor, conectada à CC via comutador e escovas

Enrolamentos de campo do motor montados no invólucro (conectados à CC)

Fonte: FAA Ch.12, p.12-96

Ímã Permanente — Geração de CA

Rotor de ímã permanente na extremidade do eixo oposta ao motor (sem escovas para a saída CA)

Rotor do gerador: 6 polos magnetizados (N/S alternados)

Ao girar, o ímã permanente gira dentro das bobinas do estator CA

Fluxo magnético corta os condutores → tensão CA induzida; polaridade muda a cada passagem de polo

f = (P × N)/120= (6 × 8.000)/120= 400 Hz

Fonte: FAA Ch.12, p.12-96

Tipo Indutor — Construção

Rotor de lâminas de ferro doce (não é ímã permanente)

Ranhuras cortadas na superfície lateral (periferia) do rotor formam os polos

Número de polos do rotor corresponde ao número de polos do estator

Duas bobinas estacionárias: campo (CC) e armadura (CA)

Fonte: FAA Ch.12, p.12-96 a 12-97

Inversor rotativo tipo indutor

Fig. FAA 12-203 — Inversor rotativo tipo indutor: núcleo, linhas de fluxo, campo CC e saída CA.

Tipo Indutor — Funcionamento

CC aplicada às bobinas de campo → campo magnético produzido

Relutância = resistência ao fluxo magnético: quando os polos do rotor se alinham com os polos estacionários, a relutância é baixa e o fluxo aumenta

A variação da relutância varia o fluxo na bobina da armadura CA → induz tensão (lei de Faraday — slide 28)

Tensão controlada pela corrente de campo do estator CC

f = (P × N)/120→ 6 polos a 8.000 RPM→ 400 Hz
Vista em corte do inversor tipo indutor

Fig. FAA 12-204 — Vista em corte do inversor tipo indutor: armadura, rotor, comutador, escovas e ventilador.

Moto-Gerador — CA → CC

É o par complementar do inversor: enquanto o inversor converte CC → CA (ex.: cargas de emergência), o moto-gerador converte CA → CC (alimenta cargas CC a partir do barramento CA). Em alguns projetos os dois coexistem.

  • Funciona no sentido inverso ao inversor: converte CA em CC
  • Construção: motor CA + gerador CC no mesmo eixo
  • Exemplo típico: 208 V trifásico CA → 200 A / 30 V CC

Vantagens:

Inércia da armadura: fonte de energia momentânea em falhas (energia cinética do rotor mantém a geração por instantes)

Tolerância a variações de temperatura

Menos falhas por superaquecimento

Fonte: IAC Cap 8, p.8-108

Ímã Permanente × Tipo Indutor

CritérioÍmã permanenteTipo indutor
RotorÍmã permanenteFerro doce laminado
Escovas na saída CA Não Não
Controle de tensãoFixa (pelo ímã)Ajustável (corrente de campo)
ComplexidadeMenorMaior
Aplicação típicaSistemas simplesSistemas que exigem regulação — barramentos que alimentam instrumentos e cargas CA (tensão estável)

Distribuição CA com Inversores Rotativos

Sistema de distribuição CA com inversores rotativos

Fig. FAA 12-205 — Distribuição CA com inversores rotativos principal e reserva.

Aeronaves podem ter inversor principal + inversor reserva

Chave seletora permite comutação entre fontes

Barramento CA alimenta: instrumentos, iluminação e cargas CA de 400 Hz

Fonte: FAA Ch.12, p.12-97

Vantagens e Desvantagens — Inversores Rotativos

Vantagens

  • Robustez
  • Capacidade de sobrecarga
  • Maturidade tecnológica
  • Tolerância a transitórios (variações bruscas de tensão/carga na rede de bordo)

Desvantagens

  • Partes móveis → desgaste
  • Escovas e comutador → manutenção
  • Ruído e vibração
  • Peso e espaço
  • Aquecimento
  • Menor eficiência que os estáticos
Parte 1.2 · Inversores Estáticos

Inversores Estáticos

Substituem os rotativos em muitas aplicações

Baseados em semicondutores: transistores, tiristores, MOSFETs (transistores de efeito de campo de metal-óxido-semicondutor)

Sem partes móveis — o avanço tecnológico permite aplicações antes impraticáveis

Inversor estático instalado na aeronave

Fig. FAA 12-206 — Inversor estático instalado na aeronave — sem partes móveis.

Diagrama de blocos do inversor estático de onda senoidal regulada

Fig. FAA 12-207 — Diagrama de blocos do inversor estático de onda senoidal regulada.

Regulador CC Oscilador Buffer Keyer (chaveador) Filtro ressonante Transformador

Regulador CC estabiliza a entrada · Oscilador gera a referência de 400 Hz · Buffer isola o sinal · Keyer monta a forma de onda · Filtro suaviza para senoidal · Transformador eleva a tensão · Fonte: FAA Ch.12, p.12-97 a 12-98

Aplicações Aeronáuticas — Inversores Estáticos

Bateria auxiliar com inversor estático

Fig. FAA 12-208 — Bateria auxiliar com inversor estático alimentando giroscópios e ADF.

Fontes de alimentação CA para equipamentos sensíveis à frequência

Sistemas CA de emergência de aeronaves

Conversão de faixa de frequência ampla (gerador acionado por motor de velocidade variável) para 400 Hz fixa

Aeronaves pequenas: uso crescente

Fonte CA de emergência de 250 VA a partir da bateria — giroscópios e ADF em aeronaves leves e jatos executivos

Fonte CA principal de 2.500 VA (gerador de frequência variável)

ADF — Automatic Direction Finder (Indicador Automático de Direção): receptor de navegação que aponta continuamente para a estação de rádio terrestre sintonizada (NDB — baliza não direcional), indicando sua direção em relação à aeronave

VA × W: VA = tensão × corrente (potência aparente) · W = potência real dissipada pela carga · fator de potência = W/VA — por isso a potência de emergência é especificada em VA

Fonte: FAA Ch.12, p.12-97

Onda Senoidal Regulada

Converte baixa tensão CC (ex.: 28 V CC da bateria) em tensão CA mais elevada (ex.: 115 VCA)

Regulação de tensão: tolerância < 1% com mudança total de carga

Regulação de frequência: ~1 Hz para carga 0–100%

Saída senoidal de alta qualidade

105 V 115 V 125 V — derivações (taps) de saída: faixa de ±10 V para compensar a queda de tensão na linha até a carga

Fonte: FAA Ch.12, p.12-97 a 12-98

Características — Parte 1

1

Alta eficiência

Menos perda de energia que os inversores rotativos

2

Baixa manutenção

Sem escovas, comutadores ou rolamentos para desgastar

3

Longa vida útil

Sem desgaste mecânico

4

Sem aquecimento

Nenhum período de aquecimento — operação imediata

Fonte: FAA Ch.12, p.12-97

Características — Parte 2

5

Parte sob carga

Capaz de partir sob carga — não precisa estar em vazio para ligar

6

Silencioso

Operação extremamente silenciosa — sem ruído mecânico

7

Resposta rápida

Resposta rápida a mudanças de carga — regulação dinâmica superior

Vantagem crítica na aviação

Resfriamento por condução: o calor é dissipado pela base/carcaça para o suporte de montagem — não depende de ventilação forçada (fluxo de ar)

Fonte: FAA Ch.12, p.12-97

Aplicações em Instrumentos

  • Giro de atitude (horizonte artificial)
  • Giro direcional
  • Autosyn — indicadores e transmissores (sistema de transmissão elétrica de posição com estator trifásico, tipo selsyn)
  • Magnesyn — variação do autosyn com rotor de ímã permanente
  • Giroscópios de velocidade
  • Radar e outros sistemas de bordo
  • Exemplo: bateria auxiliar com inversor estático alimentando giroscópios e ADF (Fig. FAA 12-208)

ATT

DG

GIRO

Classificação dos Inversores Estáticos

Grupo — Forma de onda

Onda senoidal pura — para equipamentos sensíveis

Onda quadrada — para cargas simples

Onda modificada — aproximação senoidal por degraus (tipo trapezoidal) — uso geral

Grupo — Capacidade

Pequeno porte — VA baixos (instrumentos, giroscópios)

Médio porte — centenas de VA (cargas CA de médio porte)

Grande porte — kVA (sistemas principais e de emergência)

Fonte: FAA Ch.12, p.12-97 a 12-98

Estáticos × Rotativos

CritérioRotativoEstático
Partes móveisSim (desgaste)Não
ManutençãoAlta (escovas, comutador)Mínima
EficiênciaMenorAlta
RuídoSignificativoSilencioso
PesoElevadoReduzido
Partida sob cargaLimitadaSim
Regulação de tensãoModeradaExcelente (< 1%)
Custo inicialMenorMaior
Vida útilLimitada (desgaste)Longa

Fonte: FAA Ch.12, p.12-95 a 12-98

Aplicações Combinadas

Inversor Rotativo

fonte principal

comutação

Inversor Estático

reserva

  • Rotativo principal + estático reserva (ou vice-versa, conforme o projeto)
  • Sistemas modernos tendem ao estado sólido
  • Chaveamento automático entre fontes em caso de falha

Síntese — Inversores

Inversor = CC → CA

dispositivo que converte corrente contínua em corrente alternada para alimentar os sistemas de bordo

Rotativo

Motor CC + gerador CA no mesmo eixo; ímã permanente (simples, sem escovas na saída CA) e tipo indutor (ferro doce, tensão ajustável)

Estático

Semicondutores, sem partes móveis; onda senoidal, quadrada ou modificada; alta eficiência e baixa manutenção

400 Hz

Padrão da aviação para ambos os tipos — equipamentos mais leves e compactos que em 60 Hz

Aplicações

Instrumentos (giroscópios, autosyn, magnesyn), iluminação e sistemas de emergência

Exercício de Fixação

1

Qual a principal função de um inversor em uma aeronave?

R.: Converter corrente contínua (bateria) em corrente alternada para alimentar equipamentos que requerem CA (instrumentos giroscópicos e cargas CA).

2

Cite duas diferenças construtivas entre o inversor de ímã permanente e o tipo indutor.

R.: (1) Rotor: ímã permanente × ferro doce laminado; (2) controle de tensão: fixa (pelo ímã) × ajustável pela corrente de campo.

3

Quais as vantagens de um inversor estático sobre um rotativo?

R.: Alta eficiência, baixa manutenção (sem partes móveis), longa vida útil, operação imediata, silencioso, parte sob carga e resposta rápida a mudanças de carga.

4

Por que a frequência de 400 Hz é usada na aviação?

R.: Para a mesma tensão, frequência maior exige fluxo magnético menor → núcleos menores → equipamentos mais leves e compactos, economizando combustível.

Confira as respostas e, em caso de dúvida, revise os slides anteriores

Inversores convertem CC → CA para alimentar os sistemas de bordo

Uma vez gerada a CA, precisamos transformar seus níveis de tensão

Na sequência: Transformadores

Veremos: princípios, relação de espiras, tipos, perdas e panes

Fonte: IAC Cap 8, p.8-91 · FAA Ch.12, p.12-66

Parte 2 · Transformadores

Transformadores — Introdução

Altera o nível de tensão CA sem partes móveis

Baseado na indução eletromagnética (lei de Faraday)

Duas bobinas eletricamente independentes com acoplamento magnético

1

Núcleo de ferro laminado

lâminas finas isoladas reduzem perdas

2

Enrolamento primário

recebe a tensão de entrada

3

Enrolamento secundário

entrega a tensão transformada

Fonte: IAC Cap 8, p.8-91

Lei de Faraday — Base dos Transformadores

ε = −N × (ΔΦ/Δt)

ε = tensão induzida (V) · N = número de espiras · ΔΦ = variação de fluxo (Wb) · Δt = intervalo de tempo (s) · o sinal negativo = lei de Lenz (a tensão induzida se opõe à variação do fluxo)

Exemplo: N = 100, ΔΦ/Δt = 0,01 Wb/s → ε = 100 × 0,01 = 1 V

  • CA no primário cria campo magnético variável
  • O campo variável induz tensão no secundário — indução mútua

CC pura não funciona: o fluxo é constante — sem variação, não há indução (ε = 0)

Princípio de Funcionamento

Transformador com núcleo de ferro

Fig. IAC 8-197 — Transformador com núcleo de ferro: primário, secundário e linhas de força magnética.

  • Tensão alternada no primário → corrente alternada → campo magnético variável no núcleo
  • O fluxo atravessa o secundário (acoplamento) → tensão alternada induzida
  • Com o secundário fechado sobre uma carga, corrente circula

SEM carga

Circula só a corrente de excitação (magnetização)

COM carga — 4 passos

  1. A corrente do secundário cria fluxo oposto ao do primário
  2. Neutraliza parte do fluxo do primário
  3. Reduz a auto-indução do primário
  4. A corrente do primário aumenta para compensar e manter o fluxo

Fontes: IAC Cap 8, p.8-91 · FAA Ch.12, p.12-66

O Núcleo do Transformador

  • Função: concentrar e direcionar o fluxo magnético
  • Material: aço-silício de grão orientado (grãos alinhados na direção do fluxo — reduz perdas magnéticas)
  • Laminado: lâminas finas isoladas entre si — reduz correntes parasitas (detalhe no slide 45)
  • Núcleo envolvente (shell): o núcleo envolve os enrolamentos — o fluxo se divide em dois caminhos
  • Núcleo envolto (core): os enrolamentos envolvem o núcleo — fluxo único
  • Fonte: IAC Cap 8, p.8-91
Núcleo envolvente (shell) enrolamento Núcleo envolto (core)

Relação de Espiras — Fórmula Fundamental

Vp / Vs = Np / Ns

Vp = tensão no primário · Vs = tensão no secundário · Np, Ns = número de espiras

Primário com 500 espiras, secundário com 100 → relação 5:1 abaixador

115 V ÷ 5 = 23 VCA

Transformadores de redução e elevação — contagem de espiras

Fig. IAC 8-199 — Transformadores de redução (5:1) e elevação (1:4): contagem visual de espiras.

Abaixadores e Elevadores

Abaixador (redução)

Np > Ns → Vp > Vs

Ex.: 115 V → 26 V (instrumentos e iluminação)

tensão desce · corrente sobe

Elevador

Np < Ns → Vp < Vs

Ex.: 26 V → 115 V

tensão sobe · corrente desce

Isolador (1:1)

Np = Ns → Vp = Vs

Isolamento galvânico — separação elétrica; acoplamento apenas magnético

Transformador de redução 5:1 e de elevação 1:4 (exemplos do FAA Ch.12, p.12-67) · Fonte: IAC Cap 8, p.8-92

Relação de Corrente e Potência

P = Vp × Ip = Vs × Is

transformador ideal — conservação de energia: não gera nem consome energia

Se a tensão sobe, a corrente desce na mesma proporção (e vice-versa)

VA × W: carga resistiva → potência real (W) · carga reativa → potência aparente (VA) · fator de potência = W/VA

Primário: 115 V × 2 A = 230 W

Secundário (abaixador 5:1): 23 V × 10 A = 230 W

mesma potência — tensão e corrente invertem proporcionalmente

Transmissão: elevar a tensão na geração reduz a corrente na linha → menos perda I²R (detalhe no slide 43) — na aeronave, a tensão é elevada e rebaixada nos pontos de uso

Coeficiente de Acoplamento

  • Mede a eficiência da transferência de fluxo primário → secundário
  • Varia de 0 (nenhum acoplamento) a 1 (acoplamento perfeito)
  • Transformadores reais: próximo de 1 — o núcleo de ferro concentra o fluxo e reduz o fluxo disperso (vazamento)
  • Fatores: entreferro (espaço de ar entre partes magnéticas), material do núcleo, geometria (posição relativa das bobinas)

Tipos de Transformadores

1

Potência

elevação/redução em fontes

2

Áudio

20 Hz a 20 kHz

3

RF

núcleo de ar, altas frequências

4

Autotransformador

enrolamento único com tap

5

Corrente (TC)

medição de corrente

Transformadores de Potência

Transformador de potência com núcleo de ferro

Fig. IAC 8-200 — Transformador de potência com núcleo de ferro.

Símbolo com núcleo de ferro e secundários de 5V, 6V e alta tensão

Fig. IAC 8-201 — Símbolo com núcleo de ferro e secundários de 5 V, 6 V e alta tensão.

Tomadas do secundário

Fig. IAC 8-206 — Tomadas do secundário: 30 V, 60 V, 90 V e 120 V em um único enrolamento.

  • Uso geral: elevação e redução de tensão CA
  • Aplicações aeronáuticas: redução 115 → 26 VCA (instrumentos, iluminação)
  • Isolamento galvânico entre circuitos
  • Secundário com múltiplos enrolamentos (5 V, 6 V, alta tensão)
  • Derivação central (center tap): metade da tensão total em relação ao terminal central — usada para retificação de onda completa ou alimentação simétrica

Faixa de potência: miliwatts (rádio) a quilowatts (geradores e cargas de bordo)

Fonte: IAC Cap 8, p.8-92 a 8-94

Transformadores de Áudio

Projetados para operar na faixa de áudio: 20 Hz a 20 kHz

Núcleo de ferro laminado de alta permeabilidade (permeabilidade = facilidade do material em conduzir fluxo magnético)

Resposta de frequência plana na faixa de operação

Apenas um secundário (diferente de RF, que pode ter múltiplos taps)

Diferenciação: Potência (50–400 Hz) × Áudio (20 Hz–20 kHz) × RF (> 20 kHz)

Aplicações: intercomunicadores, rádios e sistemas de áudio

Transformadores de RF

Símbolo do transformador de RF com núcleo de ar

Fig. IAC 8-202 — Símbolo do transformador de RF com núcleo de ar (sem as barras de núcleo entre as bobinas).

Símbolo com núcleo de ferro

núcleo de ferro (8-201)

Símbolo com núcleo de ar

núcleo de ar (8-202)

  • Operam em frequências de rádio: > 20 kHz
  • Núcleo de ar — um núcleo ferromagnético causaria perdas excessivas (histerese e correntes parasitas crescem com a frequência — slides 44–46)
  • Aplicações: circuitos de sintonia, acoplamento de estágios de RF
  • Bobinas em ar ou com núcleo de ferrite/pó de ferro (materiais de alta resistividade — baixas correntes parasitas em altas frequências)
  • Indutância e capacitância parasitas (indesejadas, entre espiras/condutores) são críticas nessas frequências
  • Perdas por histerese e correntes parasitas crescem com a frequência — por isso o núcleo de ar

Autotransformadores

Autotransformadores — símbolo com taps e simplificado

Fig. IAC 8-203 — Autotransformadores: símbolo com taps numerados (A) e simplificado (B).

  • Enrolamento único que serve como primário e secundário simultaneamente
  • Derivação (tap) em algum ponto do enrolamento
  • Vantagens: menor tamanho, menor peso, maior eficiência que o transformador convencional — apenas parte da potência é transformada magneticamente; o restante passa por condução
  • Aplicações: ajuste de tensão em sistemas de potência

Tap deslizante: 100 V → ajuste contínuo da tensão de saída

Sem isolamento galvânico entre entrada e saída — risco de contato elétrico entre os dois lados (precaução de segurança)

Transformadores de Corrente (TC)

Transformador de voltagem × transformador de corrente

Fig. IAC 8-198 — Transformador de voltagem (primário em paralelo) × transformador de corrente (primário em série).

  • Tipo anel (toroidal) — o enrolamento primário fica em série com a linha
  • Fornece corrente proporcional à corrente de linha para instrumentos de proteção
  • Relação típica: 1000 A : 5 A (relação de espiras 1:200 — 1 espira no primário, 200 no secundário)
  • Aplicações: sistemas de proteção e controle — monitoração de corrente de geradores e cargas em aeronaves de transporte

O secundário NUNCA deve ser aberto com o sistema energizado!

Secundário aberto (alta impedância) → a corrente de linha força tensão muito alta na bobina → tensões perigosamente altas → superaquecimento e destruição do TC

TC fora de uso (mas instalado): manter o secundário curto-circuitado com jumper (ponte/curto provisório)

Tabela Comparativa — Tipos

TipoNúcleoFrequênciaAplicação
PotênciaFerro laminado50–400 HzFontes, distribuição
ÁudioFerro laminado20 Hz–20 kHzIntercom, rádio
RFAr / ferrite> 20 kHzCircuitos de sintonia
AutotransformadorFerro laminado50–400 HzAjuste de tensão
Corrente (TC)Toroidal (anel)50–400 HzProteção, medição

Perdas em Transformadores

Transformadores reais não são 100% eficientes — parte da energia de entrada se perde em forma de calor

Perda no Cobre (I²R)

P = I² × R
  • Causada pela resistência elétrica do condutor nas espiras
  • A corrente que circula nos enrolamentos gera calor
  • Efeito mais significativo em altas correntes — secundário de abaixador: para a mesma potência, tensão menor → corrente maior (slide 33)
  • Minimizada com condutores de maior seção transversal e materiais de baixa resistividade (cobre)

Crescimento quadrático: I = 1 → P = R · I = 2 → P = 4R · I = 3 → P = 9R · I = 4 → P = 16R — dobrar a corrente quadruplica a perda

Perda por Histerese

  • Energia necessária para magnetizar o núcleo a cada ciclo — a CA inverte o campo a cada semiciclo
  • Domínios magnéticos (regiões microscópicas com magnetização alinhada) resistem à inversão
  • Essa resistência gera calor no núcleo
  • Minimizada com: aço-silício de grão orientado (baixa coercividade — campo necessário para desmagnetizar) e material de alta permeabilidade
  • Curva de histerese B×H (B = indução magnética; H = campo magnético aplicado)

Correntes Parasitas — Foucault / Eddy Current

Núcleo maciço (vórtices grandes) → laminações finas isoladas (vórtices confinados).

  • Correntes elétricas induzidas no próprio núcleo metálico
  • Causadas pela variação do campo magnético — a lei de Faraday também se aplica ao núcleo!
  • Circulam no interior do condutor e geram calor por efeito Joule → perda de eficiência
  • Solução: núcleo com laminações finas isoladas entre si — cada lâmina limita a circulação; o verniz isolante interrompe o caminho

Perdas no Ferro — Comparativo

PerdaCausaComo reduzir
HistereseInversão dos domínios magnéticosAço-silício de grão orientado
Correntes parasitasCorrentes induzidas no núcleoLaminações finas isoladas
Ambas aumentam com a frequência — mais ciclos/segundo = mais inversões e mais variação de fluxo por unidade de tempo
Aviação (400 Hz): laminações mais finas que em transformadores de 60 Hz

Ligações de Transformadores — Y e Δ

Em aeronaves com geração CA trifásica (ex.: barramento de 208 VCA trifásico, visto no moto-gerador):

Ligação estrela Y — diagrama físico e vetorial

Fig. IAC 8-208 — Ligação Y (estrela): terminal comum (neutro); V_fase = V_linha/√3 → 208 V → ~120 V.

Ligação delta Δ — bobinas em série formando triângulo

Fig. IAC 8-209 — Ligação Δ (triângulo): bobinas fechadas em série.

Gerador trifásico com 3 condutores — contexto do sistema

Fig. IAC 8-204 — Gerador trifásico com 3 condutores: contexto do sistema.

Y: 3 enrolamentos → neutro comum · V_fase = V_linha/√3 Δ: 3 enrolamentos → triângulo fechado Combinações: Δ-Δ · Δ-Y · Y-Δ · Y-Y

Panes em Transformadores — Introdução

Mesmo sendo robustos (sem partes móveis), transformadores podem falhar:

Indicadores de curto completo: superaquecimento + cheiro de cera/verniz queimado · tensão de saída zero (voltímetro) · fusível queimado no primário

Diagnóstico de Panes — Procedimentos

Ohmímetro: aberto → ∞ · curto entre espiras → abaixo do normal · isolamento → megôhmetro.

DefeitoTesteResultado esperado
Enrolamento abertoOhmímetro nas pontasResistência infinita
Curto entre espirasOhmímetroR menor que o normal*
Curto primário-secundárioOhmímetro entre enrolamentosR finita (deveria ser ∞)
Aterramento (fuga)Megôhmetro (alta tensão)Isolamento < especificação
SuperaquecimentoObservação térmica + cargaIndicador de curto interno
Nota: curto em poucas espiras pode não ser detectado por ohmímetro comum — ex.: 500 espiras com 5 em curto → 2 Ω cai para ~1,98 Ω (inconclusivo). Nesse caso, aplicar tensão CA conhecida no primário e medir a saída.
Teste de enrolamento aberto com ohmímetro
Teste de curto-circuito entre espiras
Enrolamento aterrado — fuga para a massa

Fig. IAC 8-210/8-211/8-212 — Testes de enrolamento aberto, curto entre espiras e aterramento.

Diagnóstico Avançado — Determinação do Tipo

Método alternativo para curto (IAC):

  1. Aplicar tensão CA conhecida ao primário
  2. Medir a tensão de saída no secundário
  3. Comparar com a relação de espiras esperada
  4. Tensão abaixo do esperado → indica curto

Determinar se é elevador ou abaixador:

  • Maior resistência → mais espiras → lado de alta tensão (Vₚ/Vₛ = Nₚ/Nₛ; fio mais longo)
  • Menor resistência → lado de baixa tensão
Vₚ/Vₛ = Nₚ/Nₛ

Síntese — Inversores e Transformadores

Inversores rotativos

Motor CC + gerador CA; ímã permanente e tipo indutor

Inversores estáticos

Estado sólido; onda senoidal regulada; sem partes móveis

Transformadores

Lei de Faraday; relação Vₚ/Vₛ = Nₚ/Nₛ

Tipos

Potência, áudio, RF, autotransformador, TC

Perdas

Cobre (I²R), histerese, correntes parasitas (Foucault)

Panes

Aberto, curto, aterramento; teste com ohmímetro e megôhmetro

FAA Ch.12 (inversores) · IAC Cap. 8 (transformadores) Atividade prática: identificar tipos e testar continuidade/curto com multímetro