EXPERIÊNCIA 8 TRANSFORMADORES, CIRCUITOS EM CORRENTE ALTERNADA E FATOR DE POTÊNCIA

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1 EXPEÊNA 8 ANSFOMADOES, UOS EM OENE AENADA E FAO DE POÊNA 1 NODUÇÃO O transformador é um dispositivo elétrico que permite modificar a amplitude de tensões e correntes onsiste basicamente de duas bobinas isoladas eletricamente, porém acopladas magneticamente, pois são montadas em torno de um mesmo núcleo de ferro ou ferrite A bobina na qual é aplicada a tensão a ser transformada 1é denominada primário e a que fornece a tensão transformada 2, é denominado secundário A corrente elétrica alternada no enrolamento primário dá surgimento a um fluxo magnético alternado no núcleo Este fluxo variável através do núcleo induz uma tensão alternada na bobina do secundário No transformador existe perda de potência devido a resistência dos fios dos enrolamentos por efeito Joule e no núcleo devido a circulação de correntes induzidas (correntes parasitas), denominado efeito Foucault O núcleo de ferro dos transformadores é laminado para diminuir a perda de potência por efeito Foucault O efeito de transformação só é produzido em corrente alternada, pois é necessária a variação do fluxo magnético que induz a tensão na bobina do secundário do transformador

2 ransformadores são utilizados para reduzir, elevar ou manter a tensão no secundário, mas independente de seu uso sempre oferecem isolação entre o enrolamento primário e o secundário São particularmente utilizados em e- quipamentos nos quais há a interação humana, garantindo assim maior segurança ao usuário Desconsiderando-se as perdas, num transformador é válida a relação: P1 P2 P 1 potência no primário P 2 potência no secundário 1 (rela- om P1 P2, então ção de transformação) Então, 1 N1 2 N2, mas N2 2 N1 a N 1 enrolamento primário 2 N enrolamento secundário 11 UOS EM OENE AENADA Em corrente alternada a oposição oferecida é denominada impedância elétrica, medida em ohms () Devido à existência de elementos reativos, como capacitores e indutores haverá defasagem entre a corrente Um modo de se representar as tensões e correntes e suas defasagens é através do diagrama de fasores No diagrama de fasores, os módulos representam os valores eficazes e os ângulos ou fases, os ângulos com relação a uma referência 111 ircuito série Análise do circuito álculo das reatâncias

3 88, c c X Xc f X 16, X X f X mpedância total 12,1 71,84) (100 16,58 88, j j j orrente total ma 97,46 ) ( 12, ensão nas impedâncias 125,69 1, , ,46 54,1 8, , ,46 9, ,46 Diagrama de fasores das tensões 112 ircuito paralelo Análise do circuito mpedâncias 0 100

4 orrentes , , ,120A ,72 90A 16,58(90) 120 0,1690A 88,42 90 orrente total mpedância total Diagrama de fasores 1 2 (0,12 j0,584) A 0,596 78,9A 20,178, ,596 78,9 12 FAO DE POÊNA Nos circuitos em corrente alternada (A) puramente resistivos, a tensão e a corrente elétrica estão em fase v( t) máx sen( t) e i( t) máx sen( t) A potência instantânea é igual ao produto da tensão e corrente no instante t

5 p( t) v( t) i( t) Nos circuitos em corrente alternada além das cargas resistivas podem estar presentes cargas capacitivas e indutivas Quando cargas reativas estão presentes o circuito apresenta uma impedância resultando numa corrente defasada da tensão sendo adiantada ou atrasada v( t) máx sen( t) e i ( t) máx sen( t ) A potência instantânea é igual ao produto da tensão e da corrente no instante t O ângulo será positivo, se o circuito for capacitivo e negativo, se o circuito for indutivo p( t) máx máx sen( t) sen( t ) O cos é chamado de fator de potência O ângulo é o ângulo entre e e seu valor varia de 90 a 90 Para indicar o sinal de, diz-se que um circuito indutivo, que tem a corrente atrasada em relação à tensão, tem um fator de potência atrasado Em um circuito capacitivo a corrente está adiantada em relação à tensão e diz-se que tem um fator de potência adiantado

6 2 OBJEOS Familiarizar o aluno com o transformador de baixa potência; erificar a relação de transformação através de medidas de tensão no primário e secundário; ealizar medidas de tensão e corrente nos circuitos série e paralelo; erificar através do osciloscópio a defasagem entre tensão e corrente num circuito ; Determinar o fator de potência do circuito e fazer a compensação com capacitor DESENOMENO 1 MAEAS NEESSÁOS 1 Osciloscópio; 2 pontas de prova; Multilab; Multímetro digital; Módulo ; apacitor de 0 F ; esistores 100; ndutor de 44mH ; ransformador de 110 / ; abos com pino banana e jacaré; 2 POEDMENO EXPEMENA Utilize os equipamentos, instrumentos e materiais corretamente para evitar danos Em caso de dúvida, não faça hame o professor! Atenção: Neste experimento utilize o multímetro para medir tensões alternadas e, portanto deve-se girar o seletor do multímetro para função de medida de tensão alternada na faixa de 20volts 21 ransformador com secundário simples 1 ertifique-se que a fonte A está na posição de zero e desligada 2 igue com cabos a saída da fonte A ao primário do transformador de 127/12

7 om auxílio de um multímetro digital, selecionado como voltímetro A ligado no secundário do transformador ajuste na fonte A uma tensão de modo a obter 12 MS 4 Meça a tensão no primário do transformador com o multímetro como voltímetro A 5 Anote os valores e calcule a relação 1/ a 1/ 2 a 6 Novamente com auxílio de um multímetro digital na fonte A uma tensão de modo a obter 6 no secundário do transformador MS 7 Meça a tensão no primário do transformador com o multímetro como voltímetro A 8 Anote os valores e calcule a relação 1/ a 1/ 2 a 9 olte a zero e desligue a fonte A e retire cabos 22 ransformador com derivação central 10 igue com cabos a saída da fonte A ao primário do transformador de 127/12 11 om auxílio de um multímetro digital, selecionado como voltímetro A ligado no secundário do transformador ajuste na fonte A uma tensão de modo a obter 12 MS 12 erifique se o osciloscópio está calibrado Utilize duas pontas de prova com referência no ponto central do secundário do transformador 1 Meça as tensões a e b Para cada caso, meça a tensão vp máx e pp 2vmáx 14 Anote as formas de onda encontradas

8 2 ircuito em corrente alternada Atenção: Neste experimento utilize o multímetro para medir tensões alternadas e, portanto deve-se girar o seletor do multímetro para função de medida de tensão alternada na faixa de ircuito série 15 Monte o circuito série com as impedâncias mH, 0F e 16 ertifique-se que a fonte A está na posição de zero 17 igue com cabos a saída da fonte A 0-21 ao circuito MS 18 om auxílio de um multímetro digital, selecionado como voltímetro A, a- juste a tensão de saída da fonte A em 12 MS 19 Meça a tensão em cada impedância e anote os valores encontrados oloque o voltímetro em paralelo com a impedância ensões valor medido na faixa de 20 valor calculado erro % 22 ircuito paralelo Atenção: Desligue os cabos da fonte A para fazer a alteração no circuito

9 Não desajuste a fonte A, pois será utilizado o mesmo valor neste experimento Neste experimento usará o multímetro para medir correntes alternadas e, portanto deve-se girar o seletor do multímetro para função de medida de corrente alternada na faixa de 20A e alterar a posição das pontas para medida 20 Monte o circuito paralelo com as impedâncias 100, 0F e 44mH 21 Meça a corrente em cada impedância e anote os valores encontrados oloque o amperímetro em série com cada impedância orrentes valor medido na faixa de 20A valor calculado erro % 22 Analise os circuitos teoricamente e compare os valores calculados com os valores obtidos experimentalmente alcule o erro percentual de cada medida valor calculado valor medido erro % 100 valor calculado 2 Existem diferenças nas leituras e valores teóricos? Justifique porque ocorrem essas diferenças 24 Obtenha o diagrama de fasores das tensões para o série e correntes para o paralelo 24 Fator de potencia Atenção: Neste experimento utilize o multímetro para medir tensões alternadas e, portanto deve-se girar o seletor do multímetro para função de medida de tensão alternada na faixa de ircuito série Atenção: Desligue os cabos da fonte A para fazer a alteração no circuito Não desajuste a fonte A, pois será utilizado o mesmo valor neste experimento

10 25 Monte o circuito série com as impedâncias 100 e 44mH 26 ertifique-se que fonte A está na posição de zero 27 igue com cabos a saída da fonte A ao circuito 28 erifique se o osciloscópio está calibrado Faça os ajustes necessários de posicionamento dos dois canais do osciloscópio 29 oloque a chave A-GND-D na posição GND e sobreponha os traços na tela do osciloscópio e depois coloque a chave na posição A 0 oloque a ponta n 1 na posição A e a ponta n 2 na posição O GND do osciloscópio deve ser ligado na posição B O sinal do canal 2 deve ser invertido 1 Meça a tensão pp no resistor e no indutor Anote os valores encontrados na tabela tensões pp 2 Anote as formas de onda da tensão sobre o resistor e sobre o indutor A tensão no resistor é proporcional a corrente do circuito v ( t) i( t) alcule o ângulo de defasagem entre tensão e corrente O fator de potência é calculado por: FP cos

11 242 ompensação Atenção: Desligue os cabos da saída da fonte A para fazer a alteração no circuito Não desajuste a fonte A, pois será utilizado o mesmo valor neste experimento 4 Mantenha o osciloscópio ligado entre os pontos B e 5 onecte o capacitor de valor qualquer em paralelo com o indutor no circuito 6 erifique se ocorreu mudança do ângulo entre tensão e corrente 7 Meça a nova tensão pp no resistor e no capacitor Anote os valores encontrados na tabela tensões pp 8 Anote as formas de onda da tensão sobre o resistor e sobre o indutor A tensão no resistor é proporcional a corrente do circuito v ( t) i( t) 9 alcule o ângulo de defasagem entre tensão e corrente O fator de potência é calculado por: FP cos 40 Determine o valor de x para se ter um FP 1 41 Organize todo o material fornecido em seu local de trabalho

12 42 ealize uma pesquisa com sua equipe de trabalho no laboratório sobre o assunto do experimento e juntamente com os dados ou informações obtidas, elabore um relatório da aula prática

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