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DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS
COORDENAÇÃO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
VICTOR SAID
RELATÓRIO DE PRÁTICA EXPERIMENTAL:
TRANSFORMADOR ABAIXADOR
Salvador
2014
VICTOR SAID
RELATÓRIO DE PRÁTICA EXPERIMENTAL:
TRANSFORMADOR ABAIXADOR
Relatório de prática experimental, solicitado pelo professor Edvaldo Sobral, como requisito de avaliação parcial da I Unidade da disciplina de Eletrônica Analógica Prática, no Instituto Federal Bahia – IFBA, Câmpus Salvador. Prática realizada sob orientação do Prof. Edvaldo Sobral.
Salvador
2014
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Esquema geral dos transformadores ......................................................... 5
Figura 2 – Gráfico da corrente alternada ..................................................................... 6
Figura 3 – Procedimento para a medição dos enrolamentos ...................................... 7
Figura 4 – Representação ilustrativa da medição do osciloscópio .............................. 9
Figura 5 – Diagrama da medição dos enrolamentos do transformador ..................... 11
Figura 6 – Diagrama do circuito do transformador .................................................... 11
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 4
2 TRANSFORMADORES ........................................................................................... 5
3 PRÁTICA EXPERIMENTAL .................................................................................... 7
3.1 DIAGRAMA DESENVOLVIDO .............................................................................. 7
3.2 DIAGRAMA DE MONTAGEM ............................................................................. 11
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 12
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 12
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1 INTRODUÇÃO
Transformadores são máquinas elétricas estáticas, destinadas à transmissão
de tensão por meio de indução eletromagnética. Realizam o controle do valor da
tensão transmitida, aumentando, reduzindo ou mantendo-a constante, sem alterar a
potência e frequência original. São constituídos de três elementos básicos: duas
bobinas, que são interligadas por um material ferromagnético condutor, o qual
possui núcleo com permeabilidade magnética elevada.
Utilizando os princípios da indução magnética, é possível realizar a indução
de tensão entre bobinas, sem que haja contato direto entre as mesmas, por
intermédio do núcleo, alterando, assim, os valores da tensão. Formalmente, essas
máquinas elétricas são constituídas de um enrolamento primário (bobina primária),
um enrolamento secundário (bobina secundária) e o núcleo ferromagnético. E
podem ser classificadas de acordo com: a aplicação a qual se destinam; o tipo de
núcleo; ou em relação ao número de fases.
Este trabalho tem por objetivo realizar a apresentação dos resultados de uma
prática experimental a respeito dos transformadores abaixadores. Pretende-se com
esse relatório apresentar o princípio de funcionamento dos transformadores,
especialmente dos transformadores abaixadores, abordando a sua construção, e os
métodos de medição dos enrolamentos e tensão destes.
A fim de fundamentar a elaboração deste relatório, as metodologias
empregadas foram: a revisão bibliográfica, a qual foi realizada utilizando livros,
websites, apostilas virtuais; e a prática de laboratório, que utilizou um transformador
abaixador, um multímetro e osciloscópio, sendo realizada com base no roteiro da
prática disponibilizado pelo docente.
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2 TRANSFORMADORES
Os transformadores são responsáveis por gerar uma variação na tensão de
saída, com a conservação da energia de entrada e, portanto, conservação da
potência e frequência inicial; para isso, varia-se, o valor da corrente elétrica. O valor
da potência é, teoricamente, conservado, contudo na prática observa-se que há
perda de energia (BERTINI, 2003).
Esses elementos são constituídos: de dois enrolamentos de condutores,
denominados primário, aquele que recebe a tensão inicial a ser alterada, e
secundário, local de saída da tensão desejada; e núcleo, que, em geral, é
confeccionado de material ferromagnético ou de ar. A estrutura genérica dos
transformadores é apresentada na Figura 1.
Figura 1 – Esquema geral dos transformadores
Fonte: Adaptações de PETRY, 2007.
Os transformadores utilizam como princípio de funcionamento
eletromagnetismo, portanto, a associação da Lei de Faraday e Lei de Lenz. A Lei de
Faraday é a lei física desenvolvida por Michael Faraday, em 1831, que afirma, de
acordo com Kosow (1982): “o valor da tensão induzida em uma simples espira de fio
é proporcional à razão de variação das linhas de força que passam através daquela
espira (ou se concatenam com ela)”.
Portanto, a variação do campo magnético induz tensão em um condutor. O
fenômeno descoberto por Fadaray recebeu o nome de indução eletromagnética, e
teve seu enunciado completo por Lenz. De acordo com Kosow (1982), a tensão
induzida desencadeará, em circuitos fechados, a formação de corrente elétrica, que
circulará “num sentido tal que seu efeito magnético se oponha à variação que a
produziu”.
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Os transformadores funcionam a partir da indução mútua entre bobinas. Em
geral, transformadores trabalham com corrente e tensão alternadas. Continuamente
a tensão alternada, V1, é inserida no primário, que gera uma tensão induzida no
secundário, V2. Em transformadores ideais existe uma relação entre as grandezas
tensão (V), corrente (I) e número de espiras (N) do primário (1) e secundário (2),
como representado na equação 1.
V1
V2=
N1
N2=
I2
I1 (1)
Por transformadores lidarem com corrente alternada, há algumas
propriedades físicas específicas desse tipo de corrente que devem ser
apresentadas. Inicialmente, salienta-se que o gráfico da corrente alternada possui
natureza senoidal, alterna-se periodicamente ao decorrer do tempo e possui como
unidade de medida ampère [A] apresentado na Figura 2.
Figura 2 – Gráfico da corrente alternada
Fonte: Regô, 2013.
Como apresentado no gráfico, existem três tipos de tensão: a tensão eficaz
(rms), equação 2, tensão comercial cuja potência é a mesma, seja corrente
alternada ou contínua; tensão máxima ou tensão de pico, é a máxima tensão
alcançada pelo circuito; apresenta-se, ainda, a tensão média, não abordada nesse
trabalho. Há ainda a tensão de pico à pico, equação 3. A unidade de tensão: volt [V].
𝑉𝑟𝑚𝑠 =1
√2𝑉𝑚𝑎𝑥 (2)
𝑉𝑃𝑃 = 2𝑉𝑚𝑎𝑥 (3)
No contexto da prática realizada, a resistência elétrica das bobinas primária e
secundária chamar-se-ão de enrolamentos do transformador, sendo medida em ohm
[Ω]. Na prática, foi utilizado um transformador abaixador, que possui como principal
característica a geração de uma redução na tensão de saída do secundário.
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3 PRÁTICA EXPERIMENTAL
O procedimento experimental com transformadores, foi iniciado com a entrega
e leitura do roteiro para as equipes, pelo orientador do experimento o professor
Edvaldo Sobral. A prática procedeu-se em grupo, de quatro pessoas, que foram os
responsáveis por realizar a montagem do circuito, medição e coleta de dados do
experimento.
A equipe recebeu o material necessário para realizar a prática, na situação,
foram entregues: multímetro digital, transformador abaixador, e tomada. Após isso,
iniciou-se o procedimento experimental.
3.1 DIAGRAMA DESENVOLVIDO
Na primeira etapa foi realizada a medição dos enrolamentos do transformador
com o multímetro digital. A medição do enrolamento foi feita do seguinte modo:
ajustou-se a medição do multímetro digital, por meio do ajuste da chave central, para
a medição de resistência, em ohm; conectou-se as pontas de prova do multímetro
nas conexões entre extremos, e a partir do center tape com os extremos do
transformador, tanto no primário, quanto no secundário. O procedimento é
apresentado na Figura 3.
Figura 3 – Procedimento para a medição dos enrolamentos
Fonte: Autoria própria.
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A partir dessa medição foi possível realizar a medição da resistência ôhmica
do transformador em suas duas faces, primário e secundário. A Tabela 1 apresenta
os dados experimentais coletados, relacionando primário e secundário, com ou sem
a utilização do center tape.
Tabela 1 – Resistência elétrica medida no transformador
Bobina Tipo de ligação Resistência medida [Ω]
Primário
Extremo a Extremo 307
Center tape ao extremo 1 212
Center tape ao extremo 2 117
Secundário
Extremo a Extremo 0,06
Center tape ao extremo 1 0,02
Center tape ao extremo 2 0,04
Fonte: Autoria própria.
A partir dos dados coletados, pode-se verificar quais das duas faces do
transformador eram a primária e secundária. Por se tratar de um transformador
abaixador, o número de espiras, e, portanto, o valor da resistência no primário é
maior; enquanto no secundário a resistência é menor. Com base na medição foi
possível efetuar uma comparação entre os valores das resistências medidos, e
apresentados na Tabela 1, identificando cada uma das faces do transformador.
No caso do transformador utilizado, ambas as faces possuíam center tape,
que consiste em um fio de referência do transformador, que possibilita alternar o
valor da entrada ou saída da tensão, a partir do rearranjo estrutural do mesmo. A
forma como o circuito é ligado, o que pode vir a utilizar o center tape ou não,
possibilita utilizar uma tensão x ou 2x.
O procedimento solicita que na próxima etapa do relatório o circuito do
transformador seja apresentado. Entretanto, devido ao fato do orientador do
experimento solicitar, que este último seja apresentado no próximo tópico, diagrama
desenvolvido, efetuar-se-á como solicitado em classe pelo professor da prática.
Após a conclusão da etapa anterior, realizou-se a medição da tensão no
secundário do transformador, com osciloscópio, utilizando uma fonte de tensão de
110 V e 60 Hz. A medição da tensão foi realizada de dois modos: de extremo à
extremo; e do extremo ao center tape.
Para realizar essa medição, inicialmente montou-se o circuito do
transformador, alimentando-o com a tensão da rede comercial. A conexão do
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transformador com a fonte de alimentação foi possível devido à conexão dos fios do
primário (de extremo á extremo) com um plug de tomada padrão da rede elétrica,
que foi ligado à última.
Após esse procedimento conectou-se as pontas de prova do osciloscópio na
seguinte ordem: inicialmente, de extremo à extremo; após, do center tape ao
extremo 1; por fim, do center tape ao extremo dois. A Figura 4 apresenta uma
representação meramente ilustrativa do funcionamento do osciloscópio.
Figura 4 – Representação ilustrativa da medição do osciloscópio
Fonte: Autoria própria.
Após a realização da medição da tensão de saída do secundário com a
utilização do osciloscópio, realizou-se nova medição da tensão, entretanto utilizando
um multímetro digital. A Tabela 2 apresenta os valores obtidos com ambos os
instrumentos.
Salienta-se que na indicação do multímetro, faz-se necessário apresentar
tanto os valores de tensão rms, que são medidos pelos mesmos, quanto os valores
de pico e pico a pico, alcançados através da equação 3. E no caso do osciloscópio,
apresenta-se os valores de pico e de pico a pico que são medidos pelos mesmos, e
o valor rms, que é alcançado através de manipulação matemática e substituição na
equação 2.
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Tabela 2 – Tensão elétrica medida no secundário do transformador
Instrumento Tipo de Ligação Tensão Tensão medida [V]
Multímetro
Extremo a Extremo Vrms 15,7
VPP 22,2
Center tape ao Extremo 1 Vrms 7,6
VP 10,8
Center tape ao Extremo 2 Vrms 7,6
VP 10,8
Osciloscópio
Extremo a Extremo VPP 22,0
Vrms 15,6
Center tape ao Extremo 1 VP 11,0
Vrms 7,8
Center tape ao Extremo 2 VP 11,0
Vrms 7,8
Fonte: Autoria própria.
Analisando os resultados alcançados com a medição da tensão no secundário
do transformador, observar-se que há uma pequena diferença entre os resultados
alcançados pelo multímetro e osciloscópio. Esse erro é um erro tolerável, com
possíveis causas: perda de carga proveniente do aquecimento, da resistência, da
indutância, da reatância, ou da colisão contínua entre campos magnéticos.
Após essa etapa, realizou-se o cálculo da frequência da corrente elétrica.
Esse cálculo foi realizado utilizando a Equação 4, tendo sido desenvolvido de acordo
com os cálculos da Equação 5. Onde: f = frequência [Hz]; P = Período [s].
𝑓 =1
𝑃 (4)
Os valores utilizados na Equação 5 foram originários do osciloscópio.
Analisando a escala da base de tempo, e fazendo a leitura adequada do mesmo
chegou-se aos cálculos e resultado apontado na Equação 5. O período medido no
osciloscópio: P = 17∙10-³ s.
𝑓 =1
𝑃→ 𝑓 =
1
17∙10−3 → 𝑓 = 58,82 𝐻𝑧 (5)
Por fim, dando conclusão ao experimento realizado em laboratório, foi
decidido pelo professor orientador da prática que a sétima etapa do roteiro acerca da
medição de corrente com amperímetro, não seria realizada na ocasião. Visando
possíveis acidentes, ou situações danosas aos equipamentos, optou-se por dar
prosseguimento a prática posteriormente, quando os estudantes estariam
habituados aos procedimentos em laboratório.
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3.2 DIAGRAMA DE MONTAGEM
A Figura 5 apresenta o diagrama do circuito do transformador no momento da
medição dos enrolamentos (resistência elétrica). A figura apresenta a medição sem
levar em considerações todas as possibilidades, seja ela de extremo à extremo ou
do center tape a ambos os extremos. Portanto, essa figura é um diagrama geral para
a medição do enrolamentos.
Figura 5 – Diagrama da medição dos enrolamentos do transformador
Fonte: Autoria própria.
A Figura 6 apresenta o circuito do transformador conectado a fonte de
corrente alternada, com a tensão sendo medida por um multímetro.
Figura 6 – Diagrama do circuito do transformador
Fonte: Autoria própria
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4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com a prática sobre o funcionamento dos transformadores abaixadores, em
corrente alternada de natureza senoidal, foi possível compreender o seu princípio de
funcionamento, da indução eletromagnética; analisando o papel do número de
enrolamentos no transformador, sua relação com a resistência, e seu papel junto ao
secundário e primário.
A detecção do secundário e primário na prática, fez-se possível em virtude da
análise das resistências ôhmicas medidas. Visto que, quanto maior o número de
enrolamentos, maior a resistência elétrica, e, em consequência, poder-se-ia detectar
através da comparação o primário (maior resistência) e secundário (menor
resistência).
Efetuou-se a medida da tensão no secundário do transformador, observando-
se a queda de tensão de 120 V, padrão da rede elétrica comercial/residencial.
Constatou-se a queda de tensão, através da medição e comparação dos resultados
entre um multímetro e osciloscópio.
Conclui-se o relatório desse modo, observando que os objetivos propostos
pela prática foram alcançados. Como previsto, realizou-se a medição das tensões e
enrolamento, com um erro tolerável, analisando e compreendendo o diagrama do
circuito, bem como os aspectos construtivos do transformador, especialmente em
sua composição base, composta por primário e secundário.
REFERÊNCIAS
BERTINI, L. A. Transformadores: Teorias, Práticas e Dicas (para transformadores de pequena potência). São Paulo: Eltec Editora, 2003.
KOSOW, I. L. Máquinas elétricas e transformadores. Tradução: Luis Felipe Daiello e Percy Antônio Soares. Porto Alegre: Globo, 1982. Tradução do original em inglês para português.
PETRY, C. A. Transformadores. Florianópolis: CEFET SC, 2007.
SAID, V. BARBOSA, M. LEVY, J. CABRAL, V. FERREIRA, Y. CONTREIRAS, P. XAVIER, P. Princípio de funcionamento dos transformadores elétricos. Salvador: IFBA, 2014.
