TRABALHO SOBRE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS

TRABALHO SOBRE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS DO CURSO DE ENGENHARIA DA PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE CAMPINAS

V. H. Silva

Pontifícia Universidade Católica de Campinas

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RESUMO – Verificação experimental do comportamento de um transformador monofásico. Identificar a relação da tensão de entrada e saída e verificar se a lei de Faraday é válida com base nos experimentos.

1. INTRODUÇÃO

O Trafo ou transformador monofásico é responsável por realizar a transformação da energia elétrica proporcionando a redução ou elevação da tensão elétrica alternada. Um transformador pode ser dividido em três principais partes: enrolamento primário, enrolamento secundário e núcleo, como exibido na Figura 1. O enrolamento primário só tem esse nome pois é nele que o equipamento é submetido a corrente alternada, gerando corrente no enrolamento secundário.

 

Figura 1 – Transformador monofásico.

[pic 1]

Alguns transformadores têm mais espiras no primário que no secundário. Desta forma eles diminuem a tensão, sendo chamados de redutores. Outros possuem mais espiras no secundário, sendo chamados de elevadores como exibe a Figura 2.

Figura 2 – Diferença entre Trafo de “elevação x redução”.

[pic 2]

2. PROCEDIMENTO

De início foi testado se os transformadores funcionam com corrente continua. Os testes indicaram que não, pois a tensão na carga era nula em qualquer caso, até o momento que com a ajuda de uma chave “on/off” foi simulado o comportamento de uma corrente alternada, os resultados estão exibidos na Tabela 1

Tabela 1 – Experimento DC.

NP	NS	VIN	VOUT	VOUT(on/off)
300	600	10.3V	0	15V
600	300	10.3V	0	16.9V

Só foi possível gerar alguma tensão simulando o comportamento de uma corrente alternada devido ao fato de que o funcionamento dos transformadores é baseado em fundamentos do eletromagnetismo, onde um campo magnético variável produz um fluxo magnético variável, que é responsável pela corrente induzida.

Após verificar a funcionalidade dos transformadores com corrente continua, foi verificado o comportamento com diferentes tensões alternadas de entrada de 10V a 50V com intervalos de 10V. Os testes foram realizados primeiramente com o enrolamento primário de 300 espiras e enrolamento secundário de 600 espiras e o resultado está demonstrado na Tabela 2.

Tabela 2 – teste com enrolamento primário de 300 espiras.

vin	vout	vout/vin	γ(gama)
10	14	1,40	0,70
20	29	1,45	0,73
30	41	1,37	0,68
40	55	1,38	0,69
50	70	1,40	0,70

No caso da Tabela 2 a relação entre as espiras do primário e secundário faziam com que a tensão de entrada dobrasse em VOUT, em um sistema sem perdas. Os resultados exibem que a tensão foi realmente aumentada. Para esse caso a coluna “γ(gama)” seria o percentual de tensão aumentada do que ele realmente poderia aumentar. Foram realizados os cálculos de variância e desvio padrão para melhorar a análise dos dados obtidos. A média de tensão aumentada foi de 70% do que ele realmente poderia proporcionar de aumento.

Equação 1 – Variância

[pic 3]

Equação 2 – Desvio Padrão

[pic 4][pic 5]

Os resultados de γmédio e desvio padrão foram:

 (70% +- 1.45%) = (70% ; 68,55% - 71,45%)

O mesmo foi feito com o enrolamento primário de 600 espiras, para esse caso a tensão em VOUT deveria ser a metade da tensão de entrada, em um sistema sem perdas. O experimento está demonstrado na Tabela 3.

Tabela 3 – teste com enrolamento primário de 600 espiras.

vin	vout	vout/vin	γ(gama)
10	3	0,30	0,60
20	7	0,35	0,70
30	11	0,37	0,73
40	16	0,40	0,80
50	21	0,42	0,84

Para esse caso a média de tensão na saída foi de 73% da tensão de que ele poderia realmente proporcionar. Como o sistema tem perdas naturais, só foi possível extrair 73% da tensão na saída. Analisando a primeira linha da Tabela 3, caso o sistema funcionasse sem perdas, vout seria 5V, metade da tensão de entrada, mas como há perdas em nosso circuito, essa tensão foi reduzida ainda mais. Os mesmos cálculos de variância e desvio padrão foram realizados e os resultados de γmédio e desvio padrão foram: