LABORATÓRIO 6 – POLARIDADE E AUTOTRANSFORMADOR PEREIRA, Renato Santos, GAEDE, Felippe Dada, estudantes de graduação, IFES, 2015 Instituto Federal do Espírito Santo, – Av. Vitória, 1729, Jucutuquara, Vitória - ES Tel. (27) 3331-2100 – e-mail:
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RESUMO Neste artigo apresenta-se um estudo sobre o transformador, bem como sua polaridade e um dos tipos de ligação mais conhecidos: o autotransformador.
INTRODUÇÃO: Um transformador é um dispositivo destinado a transmitir energia elétrica de um circuito a outro, induzindo tensões, correntes e/ou modificando os valores das impedâncias elétricas de um circuito elétrico. Inventado em 1831 por Michael Faraday, os transformadores são dispositivos que funcionam através da indução de corrente de acordo com os princípios do eletromagnetismo, ou seja, ele funciona baseado nos princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday-Neumann-Lenz e da Lei de Lenz, onde se afirma que é possível criar uma corrente elétrica em um circuito uma vez que esse seja submetido a um campo magnético variável, e é por necessitar dessa variação no fluxo magnético que os transformadores só funcionam em corrente alternada. Um transformador é formado basicamente de: Enrolamento - O enrolamento de um transformador é formado de várias bobinas que em geral são feitas de cobre eletrolítico e recebem uma camada de verniz sintético como isolante. Núcleo - esse em geral é feito de um material ferromagnético e o responsável por transferir a corrente induzida no enrolamento primário para o enrolamento secundário. Esses dois componentes do transformador são conhecidos como parte ativa, os demais componentes do transformador fazem parte dos acessórios complementares. No caso dos transformadores de dois enrolamentos, é comum se denominá-los como enrolamento primário e secundário, existem transformadores de três enrolamentos sendo que o terceiro é chamado de terciário. Há também os transformadores que possuem apenas um enrolamento, ou seja, o enrolamento primário possui uma conexão com o enrolamento
secundário, de modo que não há isolação entre eles. Tais transformadores são chamados de autotransformadores. Polaridade É a defasagem existente entre as tensões induzidas no primário e no secundário de um transformador monofásico. Se os sentidos destas tensões forem iguais, diz-se que o transformador possui polaridade subtrativa; caso sejam contrárias, a polaridade é aditiva. Importância da Polaridade A polaridade é importante para garantir o correto sentido de corrente, ou seja, para que entre as outras bobinas (em um sistema trifásico) estejam no mesmo sentido. Caso uma delas esteja invertida, o campo magnético irá se impor em sentido contrário, sendo assim as tensões ficarão desequilibradas.
METODOLOGIA: Neste experimento, utilizamos um alicate multímetro/wattímetro, um voltímetro analógico CA, uma fonte CA ajustável, uma pilha tipo “D” de 1,5 V e um Trafo de 127-440 V e 5 kVA. Uma das formas de se descobrir a polaridade de um transformador é o método do golpe indutivo. Este método é composto dos seguintes procedimentos: - Liga-se os terminais de baixa tensão (denominados por X1 e X2) ao voltímetro analógico; - Alimenta-se o transformador pelo enrolamento de tensão superior (denominados por H1 e H2) com uma fonte CC (a fonte utilizada foi a pilha de 1,5 V), de forma a se obter deflexão positiva no voltímetro. - Em seguida, transfere-se a medida para cada terminal imediatamente oposto. - Desliga-se a fonte do transformador, e observa-se a deflexão: - Se for no mesmo sentido, a polaridade é aditiva; - Se for em sentido contrário, a polaridade é subtrativa. Realizado este procedimento em laboratório, viu-se que a polaridade deste transformador era subtrativa.
Em seguida, para que o transformador passasse a operar como autotransformador, foi realizada a seguinte ligação:
Figura 1 – Ligação do transformador
Antes dessa ligação, sendo aplicada uma tensão V1 de 127V, a tensão nominal resultante V2 era de 440 V. Após essa ligação, a tensão nominal resultante V2 passou a ser de 567 V.
Sendo a potência P do transformador 5 kVA, tem-se: 𝑃 = 𝑉1 × 𝐼1 5 𝑘𝑉𝐴 = 127 𝑉 × 𝐼1 𝐴 𝐼1 = 39,37 𝐴 𝑃 = 𝑉2 × 𝐼2 5 𝑘𝑉𝐴 = 440 𝑉 × 𝐼2 𝐴 𝐼1 = 11,36 𝐴
Agora, as tensões, correntes e potências do autotransformador, aplicando 127V em V1: 𝑉 ′ = 𝑉1 + 𝑉2 = 127 𝑉 + 440 𝑉 = 567 𝑉 𝐼 ′ = 𝐼1 + 𝐼2 = 39,37 𝐴 + 11,36 𝐴 = 50,73 𝐴 𝑃′ = 𝑉 ′ × 𝐼 ′ = 567 𝑉 × 50,73 𝐴 = 28,764 𝑘𝑉𝐴
Sendo G o ganho de potência do autotransformador, tem-se:
𝐺=
𝑃′ 28,764 𝑘𝑉𝐴 = = 5,75 𝑃 5 𝑘𝑉𝐴
Agora, conectando a fonte CA ajustável aos terminais de baixa tensão (X1 e X2), e alimentando esses terminais com 127 V, foi obtida uma tensão de 551 V nos terminais H1 e H2.
Um resultado como esse era esperado, já que a soma das tensões nominais dos enrolamentos é de 567 V. Invertendo-se a polaridade da bobina de terminais H1 e H2, foi medida nesses terminais uma tensão de 289 V.
Um resultado como esse era esperado, já que a diferença entre as tensões nominais dos enrolamentos é de 313 V.
CONCLUSÃO:
O estudo da polaridade do transformador mostrou-se bastante interessante, pois pôde-se verificar a significativa alteração das tensões obtidas nos terminais do transformador, variando-se a polaridade. E, em seguida, o que nos chamou mais atenção no experimento: vemos que, somente fazendo uma ligação simples, o transformador aumenta sua potência em quase 6 vezes! Vale ressaltar, também, que não houve maiores dificuldades na realização deste laboratório.
