Geradores, motores e Transformadores

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Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Engenharia Elétrica – 4º Semestre
Transformadores, Geradores e Motores
Nomes:
Fábio Vicente Ribeiro		- 14489
Curso: FIS 412 – Laboratório.
Objetivo
Conhecer e estudar as principais características e propriedades dos transformadores.
Entender o princípio de funcionamento de maquinas elétricas.
Introdução.
Transformador
	Um transformador é composto por duas bobinas (enrolamentos bobinados num núcleo, geralmente de ferro), primária e secundária, acopladas magneticamente capazes de transformar tensões de acordo com a conveniência. Na primeira bobina é ligada uma fonte e na segunda uma carga é ligada.
A corrente produzida pela d.d.p. na bobina primária V1 produz uma corrente I1 que provoca um fluxo magnético. A maior parte do fluxo (há perdas) atravessa o enrolamento secundário, produzindo a diferença de potencial V2.
	Considerando N1 e N2 o número de espiras no primário e no secundário, respectivamente, e admitindo um sistema ideal (sem perdas), podem-se obter as seguintes relações matemáticas, que é a razão de transformação:
					
	É necessária que a corrente na bobina primária seja uma corrente alternada, para que possa ocorrer a variação do fluxo magnético no tempo, induzindo assim uma corrente na bobina secundária. Esses fluxos variáveis também induzem a tensões nos enrolamentos.
	Gerador
	Geradores são dispositivos capazes de converter energia mecânica em energia elétrica. O trabalho gerado pela giração de uma bobina em um campo magnético ou pelo movimento relativo de um ímã em relação a uma bobina provoca um fluxo magnético e induz uma corrente nesta bobina.
	Motores Elétricos
	Os motores elétricos são dispositivos que funcionam de maneira oposta aos geradores, ou seja, convertem energia elétrica em outros tipos de energia. Uma corrente provida de uma fonte externa (geralmente um ou mais geradores), que percorrendo uma bobina imersa num campo magnético provoca seu movimento (o giro do eixo do motor). 
Procedimento Experimental
- Materiais utilizados.
- Fonte de tensão/corrente contínua;
- Transformador variador de voltagem;
- Multímetros;
- Bobinas de 5, 400, 600, 1200, 1600 espiras;
- Núcleos de ferro;
- Rotor;
- Lâmpada de néon;
- Lâmpada convencional (pequena);
- Calha circular de cobre;
- Cabos de conexão.
- Procedimento Experimental.
Foram dados uma fonte de tensão, um cronômetro, placa de conexão, um cronômetro, uma chave e dois capacitores, um de 1000·F e outro de 470(F.
	Parte A:
	1.Transformadores
Duas bobinas, uma de 400 e outra de 1.600 espiras, foram montadas no núcleo de ferro em forma de U. A primeira foi ligada à fonte estabilizada de tensão com 15 VCC e em série com uma chave, enquanto a outra bobina à uma lâmpada de neon. 
Em relação à lâmpada, nada foi observado ao se ligar a chave. Ao se desligar a chave, a lâmpada dá um único “flash”.
A tensão de 15 VCC foi substituída por 15 VCA. Com a chave ligada, a lâmpada permaneceu acesa. 
2. Relação de transformação de tensão
	Mantendo a montagem anterior, só que tirando a lâmpada de neon e colocando no lugar dela um voltímetro. Fazendo as leituras necessárias, foi obtida a seguinte tabela:
Tabelas
	N1 (espiras)
	N2 (espiras)
	N1/N2
	V1 (V)
	V2 (V)
	V1/V2
	400
	1600
	0,25
	4,0
	14,5
	0,27
	
	
	
	8,0
	29,0
	0,27
	
	
	
	12,0
	42,5
	0,28
	1600
	1600
	1
	4,0
	3,3
	1,2
	
	
	
	8,0
	6,4
	1,2
	
	
	
	12,0
	10,0
	1,2
	1600
	400
	4
	4,0
	0,6
	6,7
	
	
	
	8,0
	1,4
	5,7
	
	
	
	12,0
	2,4
	5,0
	400
	400
	1
	4,0
	3,6
	1,1
	
	
	
	8,0
	7,4
	1,1
	
	
	
	12,0
	11,0
	1,1
Tabela 1 : Medidas das tensões e correntes no secundário de um transformador com N1 espiras no primário e N2 no secundário
Análise de Dados
Pelos valores da tabela 1, percebe-se que há uma relação aproximada entre tensões e bobinas, que é mostrada abaixo:
	onde o índice 1 indica o primário e o índice 2 indica o secundário, e N é o número de espiras, V é a tensão (potencial) e I é a corrente.
Há variação entre os valores de N1/N2 e os de V1/V2.
Relação aproximada entre esses valores na forma de equação:
Para 400 e 1600 espiras:
	Para 1600 e 1600 espiras:
	Para 1600 e 400 espiras:
	Para 400 e 400 espiras:
	
	Com os valores obtidos, comprova-se a relação. Vê-se que ocorre uma pequena variação nos valores obtidos que podem ser causadas por perdas no núcleo de ferro, como as perdas por histerese e por correntes de Foucault (correntes parasitas), e as perdas no cobre, devido à resistência interna dos fios. 
	3. Transformador em Carga
	Este item não foi realizado na experiência.
	4. Solda Elétrica
	A solda elétrica se baseia no princípio de funcionamento do transformador, sendo que neste caso, há redução da tensão e conseqüente elevação da corrente no secundário em cujos terminais se fixam duas hastes de um material de baixo ponto de fusão.
	Montamos um transformador com uma bobina de 600 espiras no primário e uma de 5 espiras no secundário cujas extremidades estavam fixas 2 hastes metálicas de baixo ponto de fusão. Ligamos o primário à rede (220 V c.a.) e comprimimos uma haste contra outra, e observamos que elas se soldaram. 
	Observou-se que depois de montado o sistema houve um aumento de corrente. Ao se juntar as hastes, a alta corrente que atravessou as mesmas ocasionou um aumento de temperatura e a fusão das hastes (“eletrodos”), o que demonstra o fundamento da solda elétrica.
	5. Forno Elétrico
O secundário foi substituído por um anel de cobre (com seção transversal em forma de cunha) e enchido d’água. O primário foi ligado à rede 220 VCA e observou-se que a água ferveu.
6. Auto-transformador
a) No núcleo foi colocada somente uma bobina de 1200 espiras com derivação central (600 + 600).
b) Foi aplicada uma tensão de 110 V c.a. aos terminais externos da bobina (1200 espiras) e medida com o voltímetro de corrente alternada a tensão de saída entre cada dois terminais da bobina, num total de três medidas.
O esquema da montagem é apresentado a seguir:
c) Foi aplicada a mesma tensão aos terminais superiores da bobina (600 espiras) e medidas novamente as tensões de saída.
Os valores das tensões lidas constam na seguinte tabela:
Tabela II
	Pontos de conexão do voltímetro
	Tensão (V)
	
	1ª configuração
	2ª configuração
	A-B
	(55,0 ( 0,5)
	(110,0 ( 0,5)
	A-C
	(110,0 ( 0,5)
	(220,0 ( 0,5)
	B-C
	(55,0 ( 0,5)
	(110,0 ( 0,5)
Conclui-se daí que a leitura de tensão nos terminais é inversamente proporcional ao número de espiras sobre as quais é aplicada a tensão da fonte.
Nesse caso, quando a tensão da fonte foi aplicada sobre as 1200 espiras, as tensões lidas nos terminais foram exatamente a metade das tensões lidas nos mesmos terminais quando a ddp da fonte foi aplicada a somente 600 espiras. A tensão adicional que apareceu nessa segunda montagem é devida à indução eletromagnética da variação de fluxo magnético gerado pela primeira espira sobre a segunda espira.
Parte B
	1.Geradores
	Aqui utilizou-se o um rotor montado em um ímã em U. As pinças foram montadas de maneira a formar um contato uma com o anel externo do rotor e outra com o anel interno. 
Primeiramente conectou-se os terminais do anel ao multímetro em corrente contínua. 	Observou-se Vcc = 0,05 V. Trocando-se a escala do multímetro para corrente alternada, observa-se Vca = 6,0 V. Após isso, trocou-se o multímetro por uma lâmpada. Ao girar o rotor, notou-se o acendimento da lâmpada.
	Daí observa-se uma força eletromotriz induzida que proporcionou o acendimento da lâmpada. Tal corrente induzida é de caráter alternado devido à colocação dos terminais do anel. Por se situarem em posições opostas do anel, a corrente induzida terá caráter alternado.
	Já ao se colocar as duas pinçasno centro do cilindro, a fim de trocar de anel a cada meia volta, e repetindo-se o procedimento, obtivemos os valores Vcc = 4,0 V e Vac = 10,0 V nas medidas com o multímetro em corrente contínua e alternada, respectivamente. Observou-se também o acendimento da lâmpada.
	Agora, podemos notar uma corrente contínua (pelo menos idealmente, já que o movimento do rotor não era constante). Tal corrente contínua se deve ao ciclo constante nos pólos do anel em relação à fonte. 
2. Motor Elétrico
	Procedimento semelhante ao do gerador, só que substituindo o multímetro por uma fonte. Isso simula o funcionamento de um motor elétrico.
Quando se aplica uma tensão de 8 V c.c. na fonte, vê-se que o rotor, depois de um leve torque, começa a girar. Quando se aumenta a tensão da fonte para 15 V percebe-se que aumenta a velocidade de rotação do rotor. 
	Quando se diminui para 5 V, percebe-se o contrário, ou seja, diminui a velocidade de rotação do rotor. 
	Quando a polaridade da fonte é invertida, o rotor gira no sentido contrário ao do caso anterior. Isso se explica pela corrente induzida na bobina que gira o motor. Uma tensão maior no primário induz uma maior corrente no secundário, o que faz o motor girar mais rapidamente. O caso inverso ocorre quando se diminui a tensão do primário, ou seja, ocorre uma corrente menor no secundário, fazendo o motor girar mais lentamente. O sentido do movimento pode ser justificado pela inversão do sentido do fluxo do campo magnético, em função da inversão da variação de corrente.
Conclusão.
	Nesta experiência foi possível compreende as relações de se obtém usando transformadores. Foi visto também como funciona a indução eletromagnética no mesmo.
	Puderam-se também verificar algumas aplicações para os transformadores, tais como a solda elétrica e o forno elétrico.
	Verificaram-se também os princípios do funcionamento de geradores e motores elétricos, que, são utilizados em larga escala hoje em dia.
Referências bibliográficas.
RESNICK, R. HALLIDAY, D. Física. Rio de Janeiro, LTC, 1983 – v.3;
Hayt Jr., W. H., Eletromagnetismo (3ª edição), Editora LTC, 1983, São Paulo-SP;
Sears, F. W. & Zemansky, M. W., Física (3ª edição), Editora Ao Livro Técnico S.A., 1967, Rio de Janeiro-RJ.
600
600
A
B
C
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_1288528349.unknown
_1288528357.unknown
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