EXPERIÊNCIA 8 – TRANSFORMADORES, CIRCUITOS EM
CORRENTE ALTERNADA E FATOR DE POTÊNCIA
1. – INTRODUÇÃO
O transformador é um dispositivo elétrico que permite modificar a amplitude de tensões e correntes. Consiste 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 V 1 é denominada primário e a que fornece a tensão transformada V 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.
Transformadores 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 equipamentos nos quais há a interação humana, garantindo assim maior segurança ao usuário.
Desconsiderando-se as perdas, num transformador é válida a relação:
P1  P2
P1 – potência no primário
P 2 – potência no secundário
Com P1  P2 , então V 1.I1  V 2.I 2 , mas V 1.N 2  V 2.N1  a (relação de transformação).
N1 – enrolamento primário
N 2 – enrolamento secundário
Então, I1.N1  I 2.N 2
1.1 – CIRCUITOS EM CORRENTE ALTERNADA
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.
1.1.1 – Circuito RLC série
Análise do circuito
Cálculo das reatâncias
Xc 
1
2. . f .C
1
2    60  30  10 3
X c  88,42
Xc 
X L  2. . f .L
X L  2    60  44  10 3
X L  16,58
Impedância total




ZT  Z R  Z C  Z L

ZT  100  j88,42  j16,58


ZT  (100  j 71,84)  ZT  123,13  35,69
Corrente total


I
V



120
 I  97,4635,69mA
123,13(35,69)
ZT
Tensão nas impedâncias









VR  I . Z R  97,46 10 3 35,69 100  9,7435,69V
VC  I . Z C  97,46 10 3 35,69  88,42  90  8,62  54,31V
VL  I . Z L  97,46 10 3 35,69 16,5890  1,61125,69V
Diagrama de fasores das tensões
1.1.2 – Circuito RLC paralelo
Análise do circuito
Impedâncias

Z R  1000

Z L  88,42  90

Z C  16,5890
Correntes


V
I1 
120
 0,120 A
1000


ZR


I2 
V


120
 0,72  90 A
16,58(90)

120
 0,13690 A
88,42  90
ZL


I3 
V

ZC
Corrente total




I T  I1 I 2  I 3

I T  (0,12  j 0,584) A

I T  0,596  78,39 A
Impedância total

ZT 

V

IT

120
0,596  78,39

Z T  20,1378,39
Diagrama de fasores
1.2 – FATOR DE POTÊNCIA
Nos circuitos em corrente alternada (CA) puramente resistivos, a tensão
e a corrente elétrica estão em fase.
v(t )  Vmáx.sen (.t ) e i(t )  Imáx.sen(.t )
A potência instantânea é igual ao produto da tensão e corrente no instante t .
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 Z resultando numa corrente
defasada da tensão sendo adiantada ou atrasada.
v(t )  Vmáx.sen (.t ) e i(t )  Imáx.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 )  Vmáx.Imáx.sen (.t ).sen (.t   )
O cos é chamado de fator de potência. O ângulo  é o ângulo entre
V e I 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.
2. – OBJETIVOS





Familiarizar o aluno com o transformador de baixa potência;
Verificar a relação de transformação através de medidas de tensão no
primário e secundário;
Realizar medidas de tensão e corrente nos circuitos RLC série e paralelo;
Verificar através do osciloscópio a defasagem entre tensão e corrente
num circuito RL;
Determinar o fator de potência do circuito e fazer a compensação com
capacitor.
3. – DESENVOLVIMENTO
3.1 – MATERIAIS NECESSÁRIOS


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



1 Osciloscópio;
2 pontas de prova;
Multilab;
Multímetro digital;
Módulo RLC;
Capacitor de 30 F ;
Resistores 100  ;
Indutor de 44 mH ;
Transformador de 110V / 12V  0  12V ;
Cabos com pino banana e jacaré;
3.2 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Utilize os equipamentos, instrumentos e materiais corretamente para evitar danos. Em caso de dúvida, não faça. Chame 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.
3.2.1 – Transformador com secundário simples
1. Certifique-se que a fonte CA 0-220V está na posição de zero e desligada.
2. Ligue com cabos a saída da fonte CA 0-220V ao primário do transformador
de 127V/12V.
3. Com auxílio de um multímetro digital, selecionado como voltímetro CA ligado no secundário do transformador ajuste na fonte CA uma tensão de modo a obter 12VRMS .
4. Meça a tensão no primário do transformador com o multímetro como voltímetro CA.
5. Anote os valores e calcule a relação V 1 / V 2 .
V1 
a  V1 / V 2
V2 
a
6. Novamente com auxílio de um multímetro digital na fonte CA uma tensão
de modo a obter 6V RMS no secundário do transformador.
7. Meça a tensão no primário do transformador com o multímetro como voltímetro CA.
8. Anote os valores e calcule a relação V 1 / V 2 .
V1 
a  V1 / V 2
V2 
a
9. Volte a zero e desligue a fonte CA e retire cabos.
3.2.2 – Transformador com derivação central
10. Ligue com cabos a saída da fonte CA 0-220V ao primário do transformador
de 127V/12V.
11. Com auxílio de um multímetro digital, selecionado como voltímetro CA ligado no secundário do transformador ajuste na fonte CA uma tensão de modo a obter 12VRMS .
12. Verifique se o osciloscópio está calibrado. Utilize duas pontas de prova
com referência no ponto central do secundário do transformador.
13. Meça as tensões Va e Vb . Para cada caso, meça a tensão vp  Vmáx e
Vpp  2.vmáx .
14. Anote as formas de onda encontradas.
3.2.3 – Circuito 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 20V.
3.2.3.1 – Circuito RLC série
15. Monte o circuito série com as impedâncias R  100 , C  30F e
L  44mH .
16. Certifique-se que a fonte CA está na posição de zero.
17. Ligue com cabos a saída da fonte CA 0 - 21V RMS ao circuito.
18. Com auxílio de um multímetro digital, selecionado como voltímetro CA, ajuste a tensão de saída da fonte CA em 12VRMS .
19. Meça a tensão em cada impedância e anote os valores encontrados. Coloque o voltímetro em paralelo com a impedância.
Tensões valor medido na faixa de 20V valor calculado
erro %
V
VR
VC
VL
3.2.3.2
– Circuito RLC paralelo
Atenção: Desligue os cabos da fonte CA para fazer a alteração no circuito.
Não desajuste a fonte CA, 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 R  100 , C  30F e
L  44mH .
21. Meça a corrente em cada impedância e anote os valores encontrados. Coloque o amperímetro em série com cada impedância.
Correntes valor medido na faixa de 20A valor calculado
erro %
IT
IR
IL
IC
22. Analise os circuitos teoricamente e compare os valores calculados com os
valores obtidos experimentalmente. Calcule o erro percentual de cada medida.
erro% 
valor.calculado  valor.medido
100
valor.calculado
23. Existem diferenças nas leituras e valores teóricos? Justifique porque ocorrem essas diferenças.
24. Obtenha o diagrama de fasores das tensões para o RLC série e correntes
para o RLC paralelo
3.2.4 – 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 20V.
3.2.4.1
– Circuito RL série
Atenção: Desligue os cabos da fonte CA para fazer a alteração no circuito.
Não desajuste a fonte CA, pois será utilizado o mesmo valor neste experimento.
25. Monte o circuito série com as impedâncias R  100 e L  44mH .
26. Certifique-se que fonte CA está na posição de zero.
27. Ligue com cabos a saída da fonte CA ao circuito.
28. Verifique se o osciloscópio está calibrado. Faça os ajustes necessários de
posicionamento dos dois canais do osciloscópio.
29. Coloque a chave AC-GND-DC na posição GND e sobreponha os traços na
tela do osciloscópio e depois coloque a chave na posição AC.
30. Coloque a ponta n°1 na posição A e a ponta n°2 na posição C. O GND do
osciloscópio deve ser ligado na posição B. O sinal do canal 2 deve ser invertido.
31. Meça a tensão Vpp no resistor e no indutor. Anote os valores encontrados
na tabela.
tensões
Vpp
V
VR
VL
32. Anote as formas de onda da tensão sobre o resistor e sobre o indutor. A
tensão no resistor é proporcional a corrente do circuito i (t ) 
v R (t )
R
33. Calcule o ângulo de defasagem  entre tensão e corrente. O fator de potência é calculado por: FP  cos .
3.2.4.2
– Compensação
Atenção: Desligue os cabos da saída da fonte CA para fazer a alteração
no circuito.
Não desajuste a fonte CA, pois será utilizado o mesmo valor neste experimento.
34. Mantenha o osciloscópio ligado entre os pontos B e C
35. Conecte o capacitor de valor qualquer em paralelo com o indutor no circuito.
36. Verifique se ocorreu mudança do ângulo entre tensão e corrente.
37. Meça a nova tensão Vpp no resistor e no capacitor. Anote os valores encontrados na tabela.
tensões
Vpp
V
VR
VL
38. Anote as formas de onda da tensão sobre o resistor e sobre o indutor. A
tensão no resistor é proporcional a corrente do circuito i (t ) 
v R (t )
R
39. Calcule o ângulo de defasagem  entre tensão e corrente. O fator de potência é calculado por: FP  cos .
40. Determine o valor de Cx para se ter um FP  1
41. Organize todo o material fornecido em seu local de trabalho.
42. Realize 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.