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Relatório Transformador

NOÇÕES BÁSICAS DO FUNCIONAMENTO DE UM TRANSFORMADOR

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Universidade Estadual Paulista – "Júlio de Mesquita Filho" FEB – Faculdade de Engenharia de Bauru Laboratório de Física III Relatório número 7 NOÇÕES BÁSICAS DO FUNCIONAMENTO DE UM TRANSFORMADOR Profª Ligia de Oliveira Ruggiero Filipe Italiano Leal - 911933 João Paulo de Oliveira Freitas – 911721 Murilo Borges Campos Tonhati – 911526 Rodrigo Estorino da Costa – 911283 Bauru 2010 Objetivo Estudar o funcionamento de transformadores e a influência do número de espiras nas bobinas durante o processo de mudança de tensão. Materiais - Fonte de tensão da LEYBOLD - 02 multímetros DAWER DM-2020 - 02 bobinas de 250 espiras/27mH - 01 bobinas de 500 espiras/11mH - Cabos banana-banana Procedimentos Experimentais Para dar início ao nosso estudo, precisamos entender como é a montagem do circuito, dada pela figura 1. Utilizando a fonte LEYBOLD de tensão alternada de 0 a 12V rms. Também fizemos uso dos dois multímetros simultaneamente, um ligado a uma bobina e outro ligado a outra bobina. As bobinas foram montadas no núcleo de ferro. A bobina P é aquela ligada à fonte de tensão, sendo então chamada de "bobina no primário". Já a bobina S, não está ligada à fonte de tensão e é chamada de "bobina no secundário". Figura 1 – Desenho esquemático da montagem de um transformador para registrar medidas de tensões no primário e no secundário O experimento foi dividido em duas partes. Fizemos uso de bobinas com 250 e 500 espiras. Para a primeira parte, colocamos a fonte de tensão no circuito primário com uma tensão de 0V e fizemos a leitura da tensão no primário e no secundário, com o auxílio dos multímetros. Todos esses valores foram expressos na tabela 1, presente no tópico "Resultados e Discussões". O procedimento de leitura foi realizado para as tensões 0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 e 10,0 V. Além disso, foram feitas medidas fazendo variações entre as espiras, ou seja, as medidas foram tomadas para três montagens diferentes: Montagem 1: duas bobinas de 250 espiras (uma no primário e uma no secundário) Montagem 2: uma bobina de 250 no primário e outra de 500 espiras no secundário Montagem 3: uma bobina de 500 no primário e outra de 250 espiras no secundário Todos os dados foram anotados na tabela 1. Também foi realizada uma análise experimental utilizando um VF constante de 4,0V sem o núcleo e com duas bobinas de 250 espiras para poder ver a perda que se teria no fluxo de elétrons. Esse valor foi comparado com o mesmo VF, as mesmas espiras mas com núcleo. Com os valores anotados, foram plotados 3 gráficos de tensão no secundário em funsão da tensão no primário (VS x VP) e com eles foi possível encontrar a relação NP/NS referente ao número de espiras das bobinas. Esses valore foram comparados com os valores teóricos calculado pela equação (1). [1] VP = (NP/NS)*VS (1) Na segunda parte do experimento, o núcleo de ferro foi montado com duas bobinas de mesmo número de espiras (250) e para apenas um valor de tensão da fonte alternada, retiramos a parte de cima do núcleo. E dessa forma, medimos novamente as tensões no primário e no secundário, observando o que acontecia com as tensões a partir da comparação desses dados com aqueles da tabela 1. As discussões sobre isso estão presentes no próximo tópico. Logo após, o sistema da figura 1 com número de espiras iguais para cada bobina, foi montado novamente, mas ligou-se a fonte em tensão contínua. Para um único valor de tensão na fonte, foram medidas as tensões do primário e do secundário. Para realizar adequadamente as medidas através dos multímetros, a posição de escala neles foi alterada para medidas de tensão contínua. Resultados e Discussões Tabela 1 – Dados para análise das tensões no primário (VP) e no secundário (VS) com relação ao número de espiras no primário (NP) e no secundário (NS); NF=tensão nominal da fonte "VF (V) "NP = 250 NS = "NP = 250 NS = "NP = 500 NS = 250" " "250 "500 " " "0 "0,00±0,01"0,00±0,01"0,00±0,01"0,00±0,01"0,00±0,01"0,000±0,00" " "V "V "V "V "V "1V " " " " " " " "** " "2,0 "2,21±0,01"1,93±0,01"2,23±0,01"3,87±0,01"2,23±0,01"0,962±0,00" " "V "V "V "V "V "1V " " " " " " " "** " "4,0 "4,47±0,01"3,94±0,01"4,50±0,01"8,08±0,01"4,51±0,01"1,987±0,00" " "V "V "V "V "V "1V " " " " " " " "*** " "6,0 "6,68±0,01"6,12±0,01"6,76±0,01"12,31±0,0"6,73±0,01"3,01±0,01 " " "V "V "V "1 V "V "V " "8,0 "8,93±0,01"8,27±0,01"8,99±0,01"16,57±0,0"9,03±0,01"4,08±0,01 " " "V "V "V "1 V "V "V " "10,0 "11,16±0,0"10,40±0,0"11,26±0,0"20,8±0,1 "11,20±0,0"5,10±0,01 " " "1 V "1 V "1 V "V* "1 V "V " * mudança de escala (20V 200V); ** escala 2V; *** escala 20V Colocando um VF=4,0V para duas bobinas com 250 espiras cada uma e conectadas sem o núcleo, temos uma tensão de 4,48±0,01 V no primário e 1,43±0,01 V no secundário. Comparando esses valores com a tabela acima para o mesmo VF=4,0V, verificamos uma diferença de 0,01V no primário e 2,51V no secundário. Essa diferença mostra uma grande perda de tensão. Isso se dá porque com o núcleo, o fluxo de elétrons é maior do que sem ele. Através da equação (1) temos que a relação Np/Ns é dada pelo coeficiente angular do gráfico. Fazendo o cálculo desse valor: Para NP = 250 e NS = 250: tg α = = = 1,06 Para NP = 250 e NS = 500: tg α = = = 0,53 Para NP = 500 e NS = 250: tg α = = = 2,18 Note que o valor teórico do experimento são os que seguem: Para NP = 250 e NS = 250: NP/NS = 250/250 portanto NP/NS = 1 Para NP = 250 e NS = 500: NP/NS = 250/500 portanto NP/NS = 0,5 Para NP = 500 e NS = 250: NP/NS = 500/250 portanto NP/NS = 2 Com os dois valores calculados é possível encontrar qual foi a variação do valor teórico com o valor experimental com a equação: E = (Vteórico – Vexperimental)/(Vteórico) (2) Fazendo as devidas substituições, foram obtidos os seguintes resultados, apresentados na tabela 2: Tabela 2: Comparação dos dados experimentais com os dados teóricos para diferentes relações entra as espiras. "Relação entre espiras "Variação (%) " "NP = 250 e NS = 250 "6,0 " "NP = 250 e NS = 500 "6,0 " "NP = 500 e NS = 250 "9,0 " Através dos dados obtidos foi possível verificar a relação que ocorre com a tensão relacionada com o número de espiras em que passa uma corrente elétrica. A tensão de cada espira varia diretamente proporcional ao número de espiras, ou seja, quanto maior o número de espiras que receberá uma corrente induzida, maior será a tensão entre seus terminais. Discutindo sobre o modelamento experimental, para conseguir uma tensão induzida maior do que a tensão aplicada, podemos colocar uma bobina com uma certa quantidade de espiras no circuito em que passa uma corrente de tensão definida, e fazer com que as bobinas desse circuito induzam uma corrente em um outro circuito, de forma que o outro circuito deve ter mais espiras do que o primeiro no ponto em que ocorre a indução. Para se obter uma tensão basta colocar no circuito de tensão induzida um número de espiras menor que o do circuito indutor. Comparação do transformador sem a parte de cima: Quando a parte de cima do transformador foi retirada, observou-se uma tensão induzida muito menor do que com ela, para um mesmo número de espiras. Isso se deve pelo fato de o campo magnético ficar mais disperso, portando algumas linhas de força se perdem do sistema. Com a parte de cima essas linhas são "canalizadas", havendo uma perda muito menor do que quando é coloca a tampa. Análise da tensão continua aplicada: Quando uma fonte de tensão contínua foi aplicada no circuito indutor, observou-se uma corrente no circuito induzida apenas no instante em que a fonte é ligada. Em um tempo muito curto a corrente que passa pelo circuito induzido se torna nula novamente. Isso ocorre porque para haver uma indução deve haver uma variação no fluxo da corrente. A corrente alternada gera essa variação, enquanto a contínua gera um fluxo constante. O pico inicial da corrente induzida se deve pelo fato de que quando o circuito é ligado, os geradores de corrente precisam passar do repouso para a velocidade correspondente a corrente. Por isso até que a velocidade dos geradores de corrente passe a ser constante, há uma variação de curto intervalo de tempo. Nesse pequeno intervalo de tempo que é notada uma corrente induzida, que logo é cessada. Bibliografia [1] - http://www.dsee.fee.unicamp.br/~sato/ET515/node55.html (acesso às 20: 38 – 14/05/10)