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Verificação das Propriedades do TransformadorPaulo César Pontini Pereira, Leonardo Pinheiro, Felipe Stefani

Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Engenharia Elétrica

I – Introdução

- Corrente Elétrica Campo Magnético

Ao inserirmos uma diferença de potencial (tensão) nos terminais de um condutor (fio retilíneo, espira, etc.) produzimos um campo magnético ao seu redor, conforme ilustra a figura abaixo. Este fenômeno foi observado inicialmente em 1819 por Hans Christian Ørsted, físico e químico dinamarquês.

Após diversos estudos, verificou-se que a corrente elétrica produz um campo magnético proporcional à intensidade da corrente, isto é, quanto mais intensa for a corrente elétrica que percorre o fio, maior será o campo magnético produzido a sua volta.

Podemos determinar o sentido do campo magnético em torno do fio condutor através de uma simples regra conhecida como regra da mão direita. Nesta regra usamos o polegar para indicar o sentido da corrente elétrica e os demais dedos indicam o sentido do campo magnético.

A intensidade do campo magnético gerado ao redor do fio condutor retilíneo é dada pela seguinte equação:

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A princípio, neste primeiro relatório, intencionalmente, não iremos nos aprofundar e descrever os termos que compõe a equação apresentada. Haja vista que o objetivo deste primeiro experimento é observar de forma superficial algumas propriedades de um Transformador.

- Campo Magnético Corrente Elétrica

Utilizando essas observações obtidas por Ørsted, Michael Faraday perseguiu a ideia de que o contrário poderia ser verdade: um campo magnético poderia induzir uma corrente elétrica num fio condutor. Faraday montou um circuito fechado composto de um galvanômetro (medidor de corrente elétrica) e uma bobina (fio condutor enrolado, formando um conjunto de espiras superpostas).

Ele observou que quando um ímã é posto em movimento próximo desse circuito elétrico, o galvanômetro oscilava seu ponteiro. Se o ímã era empurrado para dentro da bobina, o galvanômetro acusava corrente elétrica percorrida num sentido. Se o ímã era puxado de dentro da bobina, o galvanômetro acusava corrente no sentido contrário. Faraday observou também que se o ímã estivesse parado em relação à bobina, o galvanômetro não acusava nenhuma corrente elétrica.

Este fenômeno, hoje conhecido como indução magnética, foi explicado pelo físico Heinrich Emil Lenz, baseado no Princípio da Conservação da Energia.

Lenz estabeleceu que a indução magnética ocorre quando há uma variação (aumento ou diminuição) do campo magnético no interior da bobina e a corrente induzida nesta é tal que o campo magnético por ela criado anula o efeito do campo magnético variável que iniciou o processo. Assim, se um campo magnético externo estiver aumentando de intensidade no interior de um circuito fechado, será criada neste circuito uma corrente tal que o campo magnético criado por ela tentará anular o campo magnético externo. As linhas de campo dos dois campos magnéticos são opostas. Em oposição, se o campo magnético externo estiver diminuindo de intensidade, a corrente induzida (criada) no circuito criará um campo magnético que tentará manter constante o campo magnético externo, somando-se a ele.

Este efeito gera uma f.e.m. Induzida, dada por:

- O Transformador

As descobertas citadas acima propiciaram a invenção de um aparelho que chamamos de Transformador.

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II – Material

• Uma máquina Shunt Ms1 com painel P 22.

• Um motor de repulsão Ms5 220 V - painel P 20.

• Um amperímetro CC.

• Um voltímetro CC.

• Um Tacômetro.

• Uma fonte de CC, tensão variável.

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III – Procedimento Experimental

Montar o circuito como mostra a fig. 5.

Fig. 05

- Montamos o circuito, conforme segue na Foto 01 logo abaixo:

Foto 01

- Ligamos o eixo do motor ao eixo do gerador.

- Ligamos o motor e ajustamos a velocidade para 1800 RPM, verificado pelo tacômetro.

- Aumentamos gradativamente a tensão da fonte anotando os valores da corrente de campo e a tensão residual gerada em vazio. Fizemos isto até a tensão residual se tornar constante. Repetimos o procedimento reduzindo a corrente até zero.

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- Construímos o gráfico ε x icampo para 1800 RPM.

- Repetimos para velocidade de 2100 e 1500 RPM a partir dos valores obtidos para 1800 RPM.

IV – Resultados Experimentais

A seguir veremos os dados obtidos nas medições efetuadas durante o experimento realizado no laboratório. Veremos também a correlação das medições para as rotações de 1500 e 2100 RPM.

- Para 1800 RPM (medições)

Corrente crescente Corrente decrescente

I (mA) ε (V) I (mA) ε (V)

0 10 200 160

5 15 150 150

10 21 110 125

15 28 50 83

20 35 40 68

25 41 35 62

30 48 30 55

35 54 25 48

40 60 20 41

50 75 15 35

110 120 10 28

150 145 5 17

200 160 0 12 Tabela 01

- Gráfico ε x icampo para 1800 RPM

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Gráfico 01

- Para 2100 RPM

Para determinação da tensão de saída do gerador para 2100 RPM a constante do gerador

é calculada pela rotação de 1800 RPM.

, então:

, assim

A partir desta teoria obtivemos a tabela para 2100 RPM:

Corrente crescente Corrente decrescente

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I (mA) ε (V) I (mA) ε (V)

0 11.7 200 187.2

5 17.55 150 175.5

10 24.57 110 146.25

15 32.76 50 97.11

20 40.95 40 79.56

25 47.97 35 72.54

30 56.16 30 64.35

35 63.18 25 56.16

40 70.2 20 47.97

50 87.75 15 40.95

110 140.4 10 32.76

150 169.65 5 19.89

200 187.2 0 14.04

Tabela 02

- Gráfico ε x icampo para 2100 RPM

Gráfico 02

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- Para 1500 RPM

Para determinação da tensão residual o procedimento é análogo feito para 1500 RPM.

A partir desta teoria obtivemos a tabela para 1500 RPM:

Corrente crescente Corrente decrescente

I (mA) ε (V) I (mA) ε (V)

0 8.33 200 133.33

5 12.5 150 125

10 17.5 110 104.17

15 23.33 50 69.16

20 29.17 40 56.66

25 34.17 35 51.66

30 40 30 45.83

35 45 25 40

40 50 20 34.17

50 62.5 15 29.17

110 100 10 23.33

150 120.83 5 14.17

200 133.33 0 10

Tabela 03

- Gráfico ε x icampo para 1500 RPM

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Gráfico 03

- Sobreposição dos Gráficos para 1500, 1800 e 2100 RPM

Fizemos a sobreposição dos três gráficos anteriores para uma melhor visualização do

cenário geral.

Gráfico 04

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V – Conclusões

Durante a primeira etapa (corrente crescente) de medições, notamos que ao

aumentarmos, gradativamente o valor da corrente, a rotação diminui devido ao aumento

da intensidade do campo magnético produzido pelo aumento desta corrente, deixando

assim o rotor “pesado”. Logo, se fazia necessária a regulagem da RPM do rotor para

1800.

Ao atingirmos a tensão do gerador em vazio máxima (160 V / 200 mA), notamos que

mesmo que aumentássemos a corrente esta tensão a rotação se mantinha constante, logo

identificamos este como o ponto de saturação do gerador.

Durante a segunda etapa (corrente decrescente) notamos que havia um fenômeno

inverso ao da primeira, ou seja, ao diminuirmos a corrente gradativamente, a rotação

aumentava, devido à diminuição da intensidade do campo magnético produzido pela

diminuição da corrente, deixando assim o rotor mais “leve”. Logo, se fazia necessária a

regulagem da RPM do rotor para 1800.

Quando a corrente se aproximou de zero a rotação se manteve constante e a tensão do

gerador em vazio foi de 12 V, que identificamos como tensão residual magnética do

gerador.

Pelas tabelas 02 e 03 e pelo gráfico 04 (sobreposição) observamos que a tensão do

gerador aumentou para uma rotação de 2100 RPM e diminuiu para rotação de 1800

RPM, mostrando assim que a eq. 02 esta correta, ou seja, .

VI – Bibliografia

http://www2.ele.ufes.br/~vinicius/Ufes/capitulo%205%20maquinasCC.pdf