Wilker Menezes Relatório Transformadores

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS 
FACULDADE DE TECNOLOGIA 
ENGENHARIA DA COMPUTACÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MÓDULO III 
TRANSFORMADORES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MANAUS – AM 
2017 
AFRAHIM SANTOS DE CASTRO 
BRENDO OTÁVIO CARVALHO DE MATOS 
BRENO CHACON 
FRANK WILLIAMES GARCIA DOS SANTOS 
WILKER DO CARMO MENEZES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MÓDULO III 
TRANSFORMADORES 
 
 
 
 Terceiro relatório da Disciplina de 
 Laboratório de Conversão de Energia 
apresentado ao Curso de Engenharia 
 da Computação. 
 
 
 
PROFESSOR: Prof. Msc. ALESSANDRO BEZERRA TRINDADE 
 
 
 
 
 
MANAUS – AM 
2017 
Comentado [AT1]: Nota: 8,5 
Faltaram as duas simulações com cálculos de 
transformadores 
E o levantamento de parâmetros (ensaios) ficou pela 
metade 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1 - esquema geral dos transformadores ............................................................................6 
Figura 2 - Esquema disponibilizado na apostila ............................................................................9 
Figura 3 – Montagem da parte 1.1 realizada pela equipe ..........................................................10 
Figura 4 - Resultados obtidos no experimento ...........................................................................10 
Figura 5 - voltagens medidas ......................................................................................................10 
Figura 6 - Esquema disponibilizado na apostila ..........................................................................11 
Figura 7 – Montagem da parte 1.2 feita pela equipe .................................................................11 
Figura 8 - Medição no secundário ..............................................................................................12 
Figura 9 - Medição no primário ..................................................................................................12 
Figura 10 - Esquema disponibilizado na apostila ........................................................................12 
Figura 11 - Montagem da parte 1.3 realizada pela equipe .........................................................13 
Figura 12 - Medição realizada no experimento .........................................................................13 
Figura 13 - Esquema disponibilizado na apostila ........................................................................14 
Figura 14 - arranjo do transformador .........................................................................................17 
Figura 15 - wattímetro analógico ...............................................................................................17 
Figura 16 - circuito equivalente ..................................................................................................19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
Os fenômenos magnéticos estudados em Conversão de Energia foram desde as suas 
descobertas utilizados em diversas aplicações que contribuem para o desenvolvimento de 
circuitos em máquinas elétricas. Através desses estudos podemos analisar por meio de 
experimentos prático o funcionamento e comportamento dos transformadores, que são 
máquinas elétricas estáticas, destinadas a transição de tensão. Utilizando os princípios da 
indução magnética, é possível realizar a indução de tensão entre bobinas, que são muito 
utilizados em redes elétricas. O objetivo geral deste laboratório é adquirir um maior 
conhecimento dos fenômenos que serão citados na prática, utilizando os recursos 
intelectuais que conseguimos no curso de Conversão de Energia. Assim, utilizaremos os 
equipamentos disponíveis para simular um transformador e seu comportamento em certas 
situações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
INTRODUÇÃO ...........................................................................................................................5 
FUNDAMENTACAO TEÓRICA ...............................................................................................6 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .......................................................................................9 
Material Utilizado: ...................................................................................................................9 
Parte 1.1 ...................................................................................................................................9 
Montagem: ...........................................................................................................................9 
Resultados: .........................................................................................................................10 
Parte 1.2 .................................................................................................................................11 
Montagem: .........................................................................................................................11 
Resultados: .........................................................................................................................12 
Parte 1.3 .................................................................................................................................12 
Montagem: .........................................................................................................................13 
Resultado:...........................................................................................................................13 
Parte 1.4 .................................................................................................................................14 
Montagem: .........................................................................................................................14 
Resultados: .........................................................................................................................14 
QUESTÖES ...........................................................................................................................15 
CONCLUSÃO .......................................................................................................................20 
REFERËNCIA BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
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-se constate, 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. 
 Os experimentos aqui descritos têm como objetivo entender o comportamento de 
transformadores que essencialmente, consiste em dois ou mais enrolamentos acoplados 
por meio de um fluxo magnético comum e apresentar ensaios em curto-circuito e vazio, 
descrevendo suas peculiaridades, aplicação e parâmetros estabelecidos por eles. Serão 
abordados conceitos como o funcionamento de um transformador e sua utilização, onde 
possui aplicações das mais variadas como por exemplo, obter tensãonecessária para 
determinado eletrodoméstico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
 
 
FUNDAMENTACAO TEÓRICA 
 
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 valora 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 inicia 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)”. 
 
7 
 
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”. 
Os transformadores funcionam a partir da indução mútua entre bobinas. Em geral, 
transformadores trabalham com corrente e tensão alternadas. Nos transformadores 
monofásicos ideais, ocorre a transmissão da tensão ai secundário sem as perdas 
características, como as de cobre ou do ferro, etc.; e é representado na equação 1. 
𝑣1 = 𝑒1 = 
∆∅ . 𝑁1 
∆𝑇
 (1) 
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 base na equação 1, obtém-se a equação 2. 
𝑣1
𝑣2
= 
𝑁1
𝑁2
= 
𝐼2
𝐼1
 (2) 
Existem diversos tipos de transformadores: os monofásicos, que operam no 
máximo em duas fases (127V -220V ); os trifásicos (ou de potência), que funcionam em 
três fases (220V-380V-440V) e são aplicados na transformação de tensão e corrente, em 
que eleva-se a tensão e diminui-se a corrente, assim diminuindo a perda por Efeito 
Joule (perdas por sobreaquecimento nos enrolamentos); os autotransformadores, que tem 
o seu enrolamento secundário ligado eletricamente ao enrolamento primário e os de baixa 
potência, que são utilizados unicamente para diminuir impedâncias de circuitos 
eletrônicos e para casar impedâncias, a utilização deste tipo de transformador se dá a 
partir da acoplagem deste à entrada do primário de outro transformador. 
Além de serem classificados de acordo com o fim a ser usado, ainda existe a 
classificação de acordo com o núcleo. Os tipos de transformadores de acordo com o 
núcleo são: os de núcleo de ar, cujos enrolamentos ficam em contato com a própria 
atmosfera e os de núcleo ferromagnético, onde são usadas chapas de aço laminadas (no 
8 
 
geral usam-se chapas de aço-silício, por diminuírem a perda por Corrente de Foucault ou 
correntes parasitas). 
Alguns transformadores são sensíveis a acoplamento estático nos enrolamentos, 
por isso eles recebem uma proteção chamada de Blindagem Eletrostática. 
Os transformadores vistos nas ruas são típicos transformadores de potência 
trifásico, que recebem a tensão que vem da estação de distribuição, que está no nível de 
13,8 KV (13800 Volts) e transforma em 127V e 220V. 
O transformador usado em casa, é um transformador monofásico, que transforma 
tanto 127V em 220V como 220V em 127V. Ainda existem os transformadores usados em 
circuitos eletrônicos, que transformam a tensão da rede em tensões significativamente 
menores. 
 
. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
Material Utilizado: 
 
• Plugue em ponte (4) 
• Soquete de Lâmpada 
• Núcleo em U e em I e parafuso de retenção 
• Bobina 300/600 espiras 
• Bobina 600/1200 espiras 
• Cabo com conector banana vermelho (2) 
• Cabo com conector banana azul (2) 
• Cabo com conector banana preto (4) 
• Cabo com conector banana vermelho de 50 cm (2) 
• Lâmpada incandescente 6 V 
• Contato Físico (2) 
• Contato Móvel (2) 
Parte 1.1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Montagem: 
 Foram inseridos os componentes nos soquetes da placa de circuito como ilustrado 
na figura 1. A chave S foi aberta. As bobinas foram montadas na placa de circuito na 
posição longitudinal com um espaçamento de 5 cm entre uma e outra, foram conectadas 
as seções 600 espiras, com os cabos com conector banana como ilustrado. Usando cabos 
com conector banana, foi conectado o voltímetro nos terminais da bobina localizada no 
Figura 2 - Esquema disponibilizado na apostila 
10 
 
lado direito da placa de circuito. Depois disso, a fonte de tensão alternada de 6 V foi 
conectada como ilustrado. 
 A chave foi fechada e foi observada atentamente a leitura do voltímetro. Enquanto 
a leitura do voltímetro era observada, a bobina do lado direito foi movida lentamente em 
direção à bobina do lado esquerdo até que as duas fizessem contato. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resultados: 
As duas bobinas estão representando um transformador, só que com um núcleo de 
ar. Esse núcleo de ar faz com que o fluxo produzido pela bobina da esquerda seja disperso 
com muita facilidade, assim chegando pouco fluxo a bobina da direta. Sabendo que a 
tensão nos terminais da bobina esquerda se dará pela Lei de Faraday, que envolve a 
variação de fluxo, percebemos que a voltagem vai aumentando conforme a distância 
diminui como mostra a imagem abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3 – Montagem da parte 1.1 realizada pela equipe 
Figura 5 - voltagens medidas 
11 
 
Parte 1.2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Montagem: 
Foram inseridos os componentes nos soquetes da placa de circuito como ilustrado 
na figura 4. A chave S foi aberta. As duas bobinas foram encaixadas no núcleo em U. 
Usando o parafuso de retenção, o núcleo em I foi preso nas extremidades do núcleo em 
U como ilustrado na figura 4. Usando cabos com conector banana, as seções 600 espiras 
das bobinas foram conectadas. Usando cabos com conector banana, conecte os dois 
voltímetros foram conectados nos terminais das bobinas. Depois disso, a fonte de tensão 
alternada de 6 V foi conectada como ilustrado. A chave S foi fechada e as leituras dos 
voltímetros foram anotadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6 - Esquema disponibilizado na apostila 
Figura 7 – Montagem da parte 1.2 feita pela equipe 
12 
 
 
Resultados: 
Por teoria, ao se conectar o núcleo em U entre as duas bobinas, a tensão medida 
no segundo terminal será maior que na da primeira parte do experimento. Isso devido ao 
fato de o fluxo magnético agora ter um “caminho” por onde percorrer, oque faz que a 
dispersão seja menor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Parte 1.3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10 - Esquema disponibilizado na apostila 
Figura 9 - Medição no primário 
Figura 8 - Medição no secundário 
13 
 
Montagem: 
Foi adotada a configuração experimental da parte 2, agora foi conectada a bobina 
do lado direito na seção 1200 espiras como ilustrado na figura 8. Depois disso, a fonte de 
tensão alternada de 6 V foi conectada novamente, como ilustrado. A chave S foi fechada 
e as leituras dos voltímetros foram anotadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resultado: 
Neste experimento, a única diferença para o experimento da parte 2 foi o aumento 
do número de espiras da segunda bobina. Por teoria, ao se aumentar o número de espiras 
do secundário de um transformador aumentador, a voltagem no secundário será maior. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 11 - Montagem da parte 1.3 realizada pela equipe 
Figura 12 - Medição realizada no experimento 
14 
 
Parte 1.4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Montagem: 
Como ilustrado na figura 11, o amperímetro foi conectado em série com a chave 
S1. As seções 600 espiras foram conectadas nas bobinas. A chave S2 e o soquete de 
lâmpada foram conectados na bobina do lado direito do circuito. A lâmpada de 6 V foi 
inserida no soquete de lâmpada. As chaves foram abertas. Depois disso, a fonte de tensão 
alternada de 6 V foi conectada, como ilustrado. A chave S1 foi fechada e a leitura do 
amperímetro foi verificada. A chave S2 também foi fechada e o efeito na leitura do 
amperímetro foi observado. 
Resultados: 
Ao fechar a chave S1, o circuito se fechou e o amperímetro mediu a corrente que 
passa por ele, a corrente por sua vez passa pela primeira bobina e criar um campo 
magnético. A segunda bobina, recebe um fluxo e consequentemente produz tensões em 
seus terminais, porém como a chave S2 está aberta, a lâmpada não se acenderá. 
Ao fechar a chave S2, o circuito da lâmpada irá se fechar e consequentemente ela 
irá acender, observamos também que a corrente aumentou e a tensão diminuiu, com o 
circuito do secundário fechado teremos uma corrente que vai fazer um fluxo no sentido 
contrário e isso irá modificar a impedância do primário, a impedância do primário fez 
com que a corrente aumentasse. Com a chave S2 aberta as perdas (efeito Joule, 
histerese...) não aparecem ao fecha-la todas as perdas apareceram, isto é levado em 
consideração para a explicação de termos uma tensão tão baixa e fora do ideal que seria 
de 1 pra 1, ou seja, deveríamos ter em torno de 7 volts chegando na lâmpada. 
 
 
Figura 13 - Esquema disponibilizado na apostila 
15 
 
QUESTÖES 
 
1. O que acontece quando as bobinas são movidas uma em direção a outra ao longo 
de uma linha reta imaginária? 
Ao se encurtar as distâncias entre as bobinas, o fluxo terá menos dispersão pois 
não tem uma área grande para cobrir, assim a tensão induzida na segunda bobina será 
maior. 
2. Por que a segunda bobina tem esse comportamento? 
Esse comportamento é devido a uma “maior captura” de fluxo pela segunda 
bobina. 
3. Por que as bobinas devem ficar uma de frente para outra ao longo de uma linha 
reta? 
Para que captem melhor o fluxo magnético gerado. Considera-se os polos da cada uma. 
4. Qual é a diferença entre as tensões medidas na parte 2 e na parte 1 do 
experimento? 
A principal diferença é a presença do núcleo de ferro na parte 2, como a relação 
de espiras está de 600 para 600, em um transformador perfeito teremos os 6 V sendo 
aplicados e que pela presença do núcleo irá induzir no secundário já que será 1 pra 1 a 
mesma tensão, na parte 1 como não temos a presença do núcleo de ferro a tensão é muito 
menor que na parte 2 do experimento. 
5. O que é um “circuito magnético” e que papel desempenha aqui? 
O circuito magnético é usado para concentrar o fluxo magnético, assim 
aumentando a eficiência. Portanto podemos fazer uma analogia do fluxo magnético com 
uma corrente elétrica em circuitos elétricos. 
6. O que os resultados de medição das partes experimentais 2 e 3 sugerem sobre a 
relação entre as leituras de tensão e o número de espiras das bobinas? 
Que ao se aumentar o número de espiras, aumenta-se a voltagem. 
7. O que acontece com a corrente no lado primário quando a carga (lâmpada 
incandescente) é conectada no lado secundário? 
 Ela aumenta, pois, o transformador diminui a impedância e faz com que as 
correntes se somem, quando o circuito no secundário é fechado é gerada uma corrente 
induzida e essa corrente induzida no secundário junto com a corrente do primário elas são 
opostas, então elas se somam pelo fato da impedância estar baixa. 
 
 
 
16 
 
DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS DE TRANSFORMADOR MONOFÁSICO 
 
TRANSFORMADOR MONOFÁSICO 
O transformador monofásico constitui a forma mais simples que conhecemos de 
transformação de energia, sendo ela normalmente valores de tensão tanto para valores 
mais altos como para valores mais baixos, dependendo do esquema de ligação o mesmo. 
Um transformador monofásico elementar baseia-se no princípio de indução magnética 
para realizar a transformação entre os níveis de energia. 
1) Inicialmente deverá ser determinado o valor da resistência própria do enrolamento de 
primário (R1) e do enrolamento de secundário (R2). Para tal, deve ser adotado o 
seguinte procedimento: 
 
i) Configure o transformador monofásico para a seguinte relação de tensão: 220/110 V. 
ii) Instale uma fonte de corrente contínua alimentando o primário do transformador 
estando o secundário aberto. 
iii) Instale no primário um voltímetro DC e um amperímetro DC; 
iv) Aumente gradativamente o valor da tensão (partindo de zero Volt) até atingir a 
corrente de 1 A (ao longo desse processo, pare em 0.333 A e 0.666 A e anote o valor 
de tensão e corrente). OBS: devido a limitação da fonte disponível no laboratório, 
vamos nos ater a 1 A máximo, embora o correto do ensaio seja chegar à corrente 
nominal do transformador. 
v) Calcule o valor da resistência usando a lei de ohm; 
vi) Calcule a média aritmética dos 3 valores de resistência e assume como sendo o valor 
da resistência do enrolamento de primário; 
vii) Faça procedimento idêntico ao descrito para determinar a resistência do 
enrolamento do secundário. 
 
 
 
2) Deverá ser montado o seguinte arranjo 
 
17 
 
Varivolt
(Fonte de
tensão variável)
A W
V Transformador
Amperímetro
Voltímetro
Wattímetro
 
Figura 14 - arranjo do transformador 
 
Este possibilitará realizar os seguintes ensaios: ensaio a vazio (2.1) e ensaio de 
curto circuito (2.2). Utilize o multímetro digital disponível no Laboratório para medir 
tensão e corrente. E utilize o wattímetro analógico de bancada para a medida da potência, 
conforme indicação abaixo de ligação: 
 
 
 Figura 15 - wattímetro analógico 
 
ENSAIO A VAZIO 
O ensaio a vazio de um transformador caracteriza-se pelo fato da aplicação do valor 
nominal de tensão em um dos lados do mesmo, sendo que o outro lado se mantém em “aberto”, 
ou seja, sem carga conectada. Normalmente opta-se pela aplicação da tensão nominal do lado 
da baixa tensão por razões de praticidade, pois sempre é mais cômodo ou de melhor acesso 
tensões em níveis menores. 
2.1 Ensaio de circuito aberto ou ensaio a vazio 
Adote o seguinte procedimento: 
18 
 
i) Configure o transformador monofásico para a seguinte relação de tensão: 
220/110 V. 
ii) Com o secundário em abertoaplique a tensão de 220 V AC no primário e 
anote os valores registrados no voltímetro, no amperímetro e no 
wattímetro. 
OBS: Devido a limitação do Varivolt do Laboratório, vamos alimentar diretamente com 
220V AC disponível na bancada. 
 
ENSAIO EM CURTO CIRCUITO 
Consiste da aplicação da tensão em um dos lados do transformador (normalmente TS), até 
que seja atingido o valor da corrente nominal do lado onde está sendo efetuado o ensaio. Esta 
corrente não deve ultrapassar a 10% da corrente nominal do lado ensaiado. 
 
2.2 Ensaio de curto circuito 
Adote os seguintes procedimentos: 
i) Configure o transformador monofásico para a seguinte relação de tensão: 
220/110 V. 
ii) Certifique-se que o Varivolt está com seu cursor para 0 V de saída; 
iii) Curtocircuite o secundário do transformador; 
iv) Gradativamente aumente a tensão de saída do varivolt até que a corrente 
atinja o valor de 5 A. Anote os valores registrados nos instrumentos. 
 
Com base nos dois ensaios construa o circuito equivalente do transformador. 
 
 
 
19 
 
 
 Figura 16 - circuito equivalente 
 
Onde: 
r1 → resistência do enrolamento primário - R(equivalente) = 3,266 Ω 
x1 → reatância de dispersão do enrolamento primário = 2 f L1 
V’1 → fem (força eletromotriz) induzida no primário; 
r2 → resistência do enrolamento secundário – R(equivalente) = 0,8125 Ω 
x2→ reatância de dispersão do enrolamento secundário = 2 f L2 
V’2 → fem (força eletromotriz) induzida no secundário. 
Xm= Reatância indutiva do núcleo 
Rc= Perdas do ferro 
 
 
. 
 
 
 
 
Comentado [AT2]: Ficou pela metade os parâmetros e 
vocês deveriam ter usado o modelo que fica mais fácil 
exprimir as grandezas, conforme apostila 
Comentado [AT3]: Faltou a parte inteira dos dois 
experimentos com simulações 
20 
 
CONCLUSÃO 
 
Com a prática laboratorial, pode-se compreender o funcionamento básico dos 
transformadores, foi possível ver que o núcleo interfere na eficiência do transformador, 
pois usando o núcleo de ferro a eficiência foi muito maior quando comparado com os 
resultados obtidos sem o núcleo. Vimos os possíveis exemplos de uso de transformadores, 
como por exemplo, obter a tensão para eletrodomésticos, quando a tensão de saída das 
hidroelétricas é extremamente alta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
 
 
 
REFERËNCIA BIBLIOGRÁFICA 
 
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.