Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC Centro de Blumenau – BNU

Departamento de Ciências Exatas e Educação – CEE Física Experimental III – BLU6210

Experimento 10- Transformadores

Introdução O transformador é um equipamento largamente utilizado nos sistemas de transmissão de energia

elétrica (linhas de alta-tensão) e em aparelhos eletroeletrônicos de uso geral. Nas linhas de transmissão, os transformadores são utilizados para aumentar a tensão elétrica fornecida pela usina geradora e para diminuir a tensão das linhas de transmissão para os pontos de consumo. A elevação da tensão (redução da corrente elétrica) nas linhas de transmissão é feita para que a energia seja transmitida com menor perda.

Transformadores são utilizados em equipamentos eletroeletrônicos com o objetivo de diminuir ainda mais a tensão disponível na rede de energia, para valores de tensão compatíveis com a tensão de trabalho dos equipamentos. Na Figura abaixo é apresentado o diagrama de um transformador ideal, formado por duas bobinas de material condutor enroladas em um núcleo de material ferromagnético. As bobinas e o núcleo são isolados eletricamente entre si.

A bobina com 𝑁 espiras é chamada de enrolamento primário. A força eletromotriz (f.e.m.) 𝜀 é

aplicada por um gerador de tensão alternada. A bobina com 𝑁 espiras é chamada enrolamento secundário, na qual é gerada a f.e.m. a ser utilizada por um circuito de resistência 𝑅.

No transformador ideal, a resistência elétrica dos dois enrolamentos é considerada desprezível, assim como as perdas por histerese no núcleo ferromagnético. O enrolamento secundário ligado ao resistor de resistência 𝑅 é um circuito aberto enquanto a chave 𝑆 estiver desligada. Com a chave 𝑆 desligada, o enrolamento primário é uma indutância pura (com uma reatância indutiva) pela qual flui uma pequena corrente primária 𝑖 que induz um fluxo magnético alternado Φ no núcleo ferromagnético. Este fluxo também atravessa as espiras do enrolamento secundário, induzindo em suas espiras uma f.e.m.. A tensão nos extremos de cada espira é igual, sendo a f.e.m. induzida por espira escrita como:

𝜀 = −𝑑Φ

𝑑𝑡= −

𝑑Φ

𝑑𝑡

onde Φ e Φ representam o fluxo magnético no enrolamento primário e secundário, respectivamente.

Considerando que o fluxo de campo magnético é o mesmo em cada espira, tanto do enrolamento primário quanto do enrolamento secundário, em um instante de tempo 𝑡, temos que a f.e.m. em cada bobina é dada por:

𝜀 = −𝑁𝑑Φ

𝑑𝑡

e

𝜀 = −𝑁𝑑Φ

𝑑𝑡

Assim, a relação da transformação de tensão do enrolamento primário para o enrolamento secundário é escrito como:

𝑉 = 𝑉𝑁

𝑁

E dependendo da relação entre 𝑁 e 𝑁 , a tensão de saída pode ser aumentada ou reduzida. Note que o comportamento da tensão de saída deve ser igual ao comportamento da tensão de entrada: se a bobina primária está ligada a uma

Objetivos Os objetivos deste experimento são:

Avaliar o efeito que uma corrente alternada produz sobre uma bobina e o efeito do campo magnético produzido por uma bobina sobre a outra;

Verificar as relações entre as razões do número de espiras e o fator de ganho, além de sua região de linearidade.

Resumo do Experimento Neste experimento serão registradas as tensões na bobina primária e secundária para diferentes

números de espiras, além da investigação de diferentes configurações do núcleo entre as bobinas.

Materiais Os materiais utilizados neste experimento fazem parte de kits fornecidos pela empresa PASCO e

seguem abaixo listados:

01 Sine Wave Generator WA-9867 – fonte de sinal senoidal; 01 SYS-Complete Coil Set SF-8617 – Kit com bobinas de diferentes números de voltas; 02 Multímetros; Osciloscópio Tektronix TBS 1102B; 06 Cabos com plug banana.

Procedimento Experimental Procedimento A

1. Monte o esquema da figura abaixo e utilize como bobina primária a bobina com 400 espiras e como bobina secundária a bobina com 200 espiras;

2. Conecte o gerador de ondas senoidais na bobina primária e um multímetro para medir a tensão do

gerador de ondas; 3. Conecte o outro multímetro na bobina secundária; 4. Ligue ambos multímetros na escala de tensão para corrente alternada na escala de 200 V; 5. Selecione a frequência de 60 Hz por meio do seletor "Frequency";

6. Selecione a tensão de entrada em 1,0 V por meio do seletor "Amplitude" (a leitura deve ser feita no multímetro da bobina primária);

7. Preencha a Tabela I com os valores de tensão na bobina primária e secundária, além do número de voltas das bobinas;

8. Repita o procedimento variando a tensão na bobina primária de 1 V em 1 V até 5 V e complete a Tabela I;

9. Troque a bobina secundária por uma de 400 espiras e repita o procedimento; 10. Faça o mesmo para as bobinas de 800, 1600 e 3200 voltas como bobinas secundárias. Procedimento B 1. Monte a configuração 1 (núcleo em U) a seguir e utilize como bobina primária a bobina com 400 espiras

e a como bobina secundária a bobina com 800 espiras;

2. Selecione a tensão de entrada em 5,0 V por meio do seletor "Amplitude" (a leitura deve ser feita no

multímetro da bobina primária); 3. Selecione a frequência de 60 Hz por meio do seletor "Frequency"; 4. Preencha a Tabela II com os valores de tensão na bobina primária e secundária, além do número de

voltas das bobinas; 5. Repita o procedimento para a configuração 2 (núcleo em linha) e configuração 3 (núcleo fechado),

completando a Tabela II.