Relatorio Transformadores.pdf

CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA

CONVERSO DE ENERGIA

TRAMSFORMADORES

CURITIBA 2014

RELATRIO ENSAIO DE TRANSFORMADORES

Trabalho apresentado disciplina de Converso de Energia como requisito parcial da avaliao semestral do curso de Engenharia Eltrica da Faculdade

Orientador:

CURITIBA 2014

SUMARIO 1 Objetivo ..................................................................................................................... 5 2 Introduo ................................................................................................................. 6 3 Desenvolvimento Terico ...................................................................................... 7

3.1 Histria ............................................................................................................... 7 3.2 Princpios Bsicos ........................................................................................... 8 3.3 Tipos de Transformadores ............................................................................. 9 3.4 Perdas nos Transformadores ...................................................................... 10

4 Ensaio ..................................................................................................................... 12 5 Concluso ............................................................................................................... 20 6 Bibliografia .............................................................................................................. 21

NDICE DE FIGURAS

Figura 1 - Transformador Ideal .................................................................................... 8 Figura 2 - Esquema da refrigerao do Transformador ........................................ 11 Figura 3 - Medio Bobina 200 espiras ................................................................... 12 Figura 4 - Medio Bobina 400 espiras ................................................................... 12 Figura 5 - Medio Bobina 800 espiras ................................................................... 13 Figura 6 - Dimenses do ncleo vista frontal. ......................................................... 13 Figura 7 - Dimenses do ncleo vista superior ....................................................... 13 Figura 8 - Medio da resistncia da metade do ncleo....................................... 14 Figura 9 - Circuito utilizado para as medies ........................................................ 14 Figura 10 - Medies com o osciloscpio ................................................................ 15 Figura 11 - Medio 1 com o osciloscpio .............................................................. 15 Figura 12 - Medio 1 com o multmetro ................................................................. 16 Figura 13 - Medio 2 com o osciloscpio ............................................................. 16 Figura 14 - Medio 2 com o multmetro ................................................................. 16 Figura 15 - Medio 3 com o osciloscpio .............................................................. 17 Figura 16 - Medio 3 com o multmetro ................................................................. 17 Figura 17 - Medio 4 com o osciloscpio .............................................................. 17 Figura 18 - Medio 4 com o multmetro ................................................................. 18 Figura 19 - Medio 5 com o osciloscpio .............................................................. 18 Figura 20 - Medio 5 com o multmetro ................................................................. 18 Figura 21 - Medio 6 com o osciloscpio .............................................................. 19 Figura 22 - Medio 6 com o multmetro ................................................................. 19

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1 Objetivo

O ensaio laboratorial realizado teve como principal objetivo obter conhecimento em relao ao funcionamento de um transformador monofsico, analisando os seus componentes e comportamento do transformador quando este se encontra em vazio, fazendo registo dos valores das tenses nos terminais do primrio e do secundrio e ainda dos valores das resistncias dos enrolamentos.

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2 Introduo

O transformador tem como principal funo ajustar tenses e correntes a necessidades, o que faz dele uma maquina eltrica muito utilizado. um dispositivo destinado a transferir energia eltrica de um circuito para outro, transformando corrente eltrica senoidal com uma determinada tenso, em corrente eltrica senoidal, com uma tenso e corrente diferentes das iniciais. No transformador no existe qualquer tipo de ligao eltrica entre as tenses do primrio e do secundrio, uma vez que o fluxo magntico que faz com que a transformao acontea.

Num transformador existem duas bobinas de fio separadas e enroladas volta de uma pea de ferro denominada ncleo. Quando uma corrente eltrica varivel passa atravs do enrolamento primrio de um transformador produz um fluxo magntico varivel sobre o ncleo, criando um campo magntico varivel ao longo do enrolamento secundrio. Este campo magntico induz uma fora eletromotriz varivel ou tenso na bobina, e se uma carga estiver ligada a essa bobina, ocorre um fluxo de corrente eltrica no referido enrolamento, sendo transferida energia eltrica do circuito primrio para a carga atravs do transformador. Um transformador uma mquina de funcionamento reversvel.

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3 Desenvolvimento Terico

3.1 Histria

O fenmeno da induo eletromagntica foi descoberto ao mesmo tempo (mas de forma independente) por Michael Faraday e por Joseph Henry em 1831. Faraday foi o primeiro a publicar os resultados das suas experincias. A relao entre a designada fora eletromotriz (ou tenso) e o fluxo magntico foi formalizada numa equao atualmente designada como Lei da Induo de Faraday: || = |dB / dt|. Nesta equao || descreve a magnitude da fora eletromotriz (em volts), e B o fluxo magntico ao longo do circuito (em webers). As experincias de Faraday incluram tambm o enrolamento de um par de bobinas em redor de um anel de ferro, que pode ser de fato considerado como o primeiro transformador toroidal de ncleo fechado.

O primeiro tipo de transformador usado de maneira generalizada foi bobina de induo, inventada por Nicholas Callan em 1836. Este foi um dos primeiros investigadores a aperceber-se de que quanto maior fosse o nmero de voltas do enrolamento secundrio em relao ao nmero de voltas do enrolamento primrio maior era o aumento da tenso. Em 1876 o russo Pavel Yablochkov inventou um sistema de iluminao tendo como base um conjunto de bobinas de induo (que operavam j como transformadores na acepo moderna desta palavra). Lucien Gaulard e John Dixon Gibbs apresentaram na cidade de Londres em 1882 um dispositivo dotado de um ncleo aberto em ferro chamado gerador secundrio, e venderam a ideia norte-americana Westinghouse.

Os desenhos prticos e eficientes de transformadores s apareceram na dcada de 1880, e dez anos mais tarde passam a ser uma pea essencial da chamada Guerra das Correntes na qual os sistemas de distribuio em CA (promovidos por Westinghouse) acabaram por triunfar sobre os de CC (defendidos por Thomas Edison).

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3.2 Princpios Bsicos

O funcionamento dos transformadores baseia-se em dois princpios bsicos: O primeiro o de que uma corrente elctrica pode criar um campo magntico (eletromagnetismo); e o segundo o de que um campo magntico varivel no interior de uma bobina de fio induz uma tenso entre as extremidades da bobina (induo eletromagntica). A alterao da corrente na bobina primria modifica desta forma o fluxo magntico que desenvolvido, e a alterao do fluxo induz uma tenso na bobina secundria.

Figura 1 - Transformador Ideal

Ha Figura 1 est representado um transformador ideal. A corrente que passa atravs da bobina primria d origem a um campo magntico. A bobina primria est enrolada em volta de um ncleo de alta permeabilidade magntica (feito por norma de ferro) de maneira a que a maior parte do fluxo magntico passe pelas duas bobinas.

A tenso induzida ao longo da bobina secundria pode ser calculada a partir da Lei da Induo de Faraday: Vs = Ns * (d / dt). Nesta equao Vs corresponde tenso instantnea e ao fluxo magntico ao longo

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de uma volta/espiral da bobina. Se as voltas da mesma se encontrarem perpendicularmente em relao s linhas de campo magntico, o fluxo o produto da densidade de fluxo magntico B e da rea A que ela atravessa. A rea constante, sendo igual rea em corte do ncleo do transformador, enquanto que o campo magntico varia com o tempo e em conformidade com a excitao do enrolamento primrio. O fato de num transformador ideal o mesmo fluxo magntico passar tanto pela bobina primria como pela secundria, ento Vp = Np * (d / dt). O clculo das equaes para Vs e para Vp permite apurar a equao bsica (Vs/Vp = Ns/Np).

3.3 Tipos de Transformadores

H muitos tipos diferentes de transformadores, podendo ser salientados os seguintes:

Os autotransformadores tem um nico enrolamento com dois terminais nas pontas e um ou mais terminais em pontos intermdios da referida bobina. A tenso primria aplicada entre dois dos terminais, e a segunda retirada de dois terminais (um dos quais em regra comum ao primeiro par). Isto faz com que os dois circuitos possuam voltas em comum no enrolamento. So normalmente usados para fazer subir ou descer tenses entre os limites de 110-117-120 V e de 220-230-240 V, ou ento para permitir um output a 110 ou 120 V com redes elctricas a 230 V.

Os transformadores polifsicos so por seu lado dispositivo cujo ncleo contm o fluxo magntico gerado por trs fases diferentes, e permitem diferentes tipos de configuraes de enrolamento e dotados com diferentes atributos e mudanas de fase. Incluem tambm os transformadores em zigzag, utilizados nas ligaes terra e que permitem suprimir as correntes harmnicas.

Os transformadores de fuga tm uma indutncia de fuga superior de outros gneros de transformadores, a qual normalmente ampliada por by-passes magnticos no seu ncleo entre os enrolamentos primrio e

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secundrio. So usados em soldagens por arco voltaico e em lmpadas de descarga de gs de alta tenso.

3.4 Perdas nos Transformadores

Graas s tcnicas com que so fabricados, os transformadores modernos apresentam grande eficincia, permitindo transferir ao secundrio cerca de 100% da energia aplicada no primrio. As perdas transformao de energia eltrica em calor so devidas principalmente histerese, s correntes parasitas e perdas no cobre.

Perdas no cobre. Resultam da resistncia dos fios de cobre nas espiras primrias e secundrias. As perdas pela resistncia do cobre so perdas sob a forma de calor e no podem ser evitadas.

Perdas por histerese. Energia transformada em calor na reverso da polaridade magntica do ncleo transformador.

Perdas por correntes parasitas. Quando uma massa de metal condutor se desloca num campo magntico, ou sujeita a um fluxo magntico mvel, circulam nelas correntes induzidas. Essas correntes produzem calor devido s perdas na resistncia do ferro.

Nos transformadores refrigerados a leo todo esse calor gerado pelas perdas, refrigerado pelo leo dieltrico o qual todo o ncleo do transformador submerso, sendo assim esse leo aliado ao aquecimento, acaba gerando uma corrente de conveco dentro do transformador.

Onde o leo mais que acaba esquentando fica menos denso e sobe. Aps passar pelos radiadores ele resfria, aumentando sua densidade, e assim se mantm a refrigerao do transformador, a Figura 2 abaixo mostra o esquema da refrigerao natural.

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Figura 2 - Esquema da refrigerao do Transformador

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4 Ensaio

Para a realizao do ensaio foi utilizado os seguintes materiais:

Uma bobina de 200 espiras Uma bobina de 400 espiras Uma bobina de 600 espiras Um Gerador de Funo Um ncleo de Ferro Um Osciloscpio Um multmetro digital Vrios cabos de ligaes

Primeira medio realizada foi medir a resistncia de bobina como podemos ver nas Figuras 3,4 e 5 a seguir e o resultado na Tabela 1.

Figura 3 - Medio Bobina 200 espiras


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N DE ESPIAS VALOR RESISTENNCIA (ohm) 200 0,8 400 1,6 600 5,8

Tabela 1 Valor das resistncia das bobinas.

Segunda medio realizada foi medir a dimenso do ncleo do transformador onde encontramos a seguinte relao mostrada na Figura 6 e 7:

Figura 6 - Dimenses do ncleo vista frontal.

Com os valores adquiridos na dio do

Figura 7 - Dimenses do ncleo vista superior

28,5 mm 50,3 mm 28,5 mm

29 mm

29 mm

73,5 mm

28,5 mm 50,3 mm 28,5 mm

28,8 mm

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Com os resultados adquiridos das medies do ncleo foi calculado ln que o comprimento medido central do ncleo que foi igual, ln = 362,6 mm.

Tambm foi calcula da rea da regio do ncleo onde posteriormente se instalou o ncleo, a ares foi igual a, A = 8,208 * 10^-4 m.

A terceira medio realizada foi a do ncleo ferromagntico, que foi realizada em duas etapas onde mediu se o ncleo dividido ao meio onde se obteve o valor de 1,1 ohm em cada metade conforme podemos ver na Figura 8.

Figura 8 - Medio da resistncia da metade do ncleo

Prximo passo foi montar o circuito conforme a Figura 9 alternado as bobinas com isso fazendo varias combinaes de transformadores e alimentar o primrio com 5 volts e realizar medies com o osciloscpio no primrio e secundrio como podemos ver na Figura 10. Para termos 5 volts no primrio devido no estar usando uma fonte de alimentao e sim um gerador de funo foi regulado o gerador em 7,7 volts com uma frequncia de 60,339 Hz onde obtivemos os seguintes valores mostrado na Tabela 2.

Figura 9 - Circuito utilizado para as medies

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Figura 10 - Medies com o osciloscpio

N D

A M

EDI

O

ESPI

RAS

PR

IMAR

IO

ESPI

RAS

SESU

ND

ARIO

REL

AO

D

E TR

ANSF

OR

MA

O

TEN

SO

N

O

PRIM

RIO

(vo

lts)

MUL

TIM

ETR

O

TEN

SO

N

O

PRIM

RIO

(vo

lts)

OSC

ILO

SCP

IO

TEN

SO

N

O

SECU

ND

RIO

(vo

lts)

MUL

TIM

ETR

O

TEN

SO

N

O

SECU

ND

RIO

(vo

lts)

OSC

ILO

SCP

IO

VALO

R D

O CA

LCUL

O

TER

ICO

D

E TR

ANSF

OR

MA

O

1 200 400 0,5 4,927 5,01 2,467 2,47 2,5

2 400 200 2 4,927 5,03 9,49 9,6 10

3 200 800 0,25 4,927 5,00 1,223 1,15 1,5

4 800 200 4 4,927 5,07 19,41 19,6 20

5 400 800 0,5 4,927 5,07 2,44 2,49 2,5

6 800 400 2 4,927 5,00 9,77 9,91 10

Tabela 2 Medies das relaes de transformaes.

A seguir figuras das medies relacionadas Tabela 2:

Figura 11 - Medio 1 com o osciloscpio

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Figura 12 - Medio 1 com o multmetro



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5 Concluso

Pudemos observar que os valores obtidos experimentalmente esto prximos dos valores tericos calculados analiticamente.

Foi observar os conceitos da induo magntica, bem como conhecer as perdas de um transformador, comparando o elemento ideal com o real.

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6 Bibliografia

http://www.ufrgs.br/eng04030/aulas/teoria/cap_13/tiaptran.htm

https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/images/4/47/Aru-2009-A1_-_traformadores.pdf

http://engenha.blogspot.com.br/2011/01/historia-do-transformador.html

Conhecimento adquiridos em sala de aula na disciplina de Converso de Energia do 6 do curso de Engenharia Eltrica da Faculdade Estcio Radial Curitiba.

Documents

Relatorio Transformadores.pdf