Laboratório 03 - Transformador

Prof. Dr. Marcelo de Oliveira Rosa Prof. MSc. José da Silva Maia 10 de agosto de 2011

Resumo Nesta experiência lidaremos com o transformador (também chamado de “trafo”, cuja fun-

ção é regular a tensão em níveis aplicáveis a circuitos eletrônicos. Além disso, reforçaremos os conceitos do uso do osciloscópio para medições temporais (Peso das questões: 1/25).

1 Lista de materiais utilizados:

• Transformador de tensão 127V_{ac}/220V_{ac} ⇒ 12 + 12V (fornecido pelo laboratório)

• Resistores de potência 47Ω (10W), 100Ω (10W) e 1kΩ (10W)

• Alicates (de corte e de bico)

• Fios para interconexão

2 Ensaio do Transformador

• Identifique o lado de alta tensão (primário) e o lado de baixa tensão (secundário).

2.1 Ensaio a frio

• Sem qualquer alimentação ou carga no transformador (ou seja, com ele totalmente desconectado, eletricamente), meça as resistências implícitas do transformador, representado na Fig. 1.

• Resistências implícitas:

– R_{1−2} =  – R_{2−3} =  – R_{1−3} =
– R_{4−5} =  – R_{5−6} =  – R_{4−6} =
– R_{1−4} =  – R_{3−6} =  – R_{3−4} =

• (rel) Descreva o comportamento resistivo do transformador, operando a frio.

2.2 Ensaio energizado sem carga

• Isole bem todos os terminais do transformador.

• Conecte a tensão da linha (127V_{ac}) nos terminais 1 e 2 do transformador (Se operássemos com 220V_{ac}, você conectaria a tensão da linha nos terminais 1 e 3, apenas). Um dos terminais do primário do transformador ficará sempre isolado eletricamente. A partir de agora, Não mexa mais na alimentação do transformador.

Figura 1: Representação esquemática do transformador

• Usando o multímetro (MMD), meça as seguintes quedas de tensão (em modo AC) que aparecem no transformador.

– V_{1−2} =  – V_{2−3} =  – V_{1−3} =
– V_{4−5} =  – V_{5−6} =  – V_{4−6} =

• Usando o multímetro (MMD), meça as seguintes quedas de tensão (em modo DC) que aparecem no transformador.

– V_{1−2} =  – V_{2−3} =  – V_{1−3} =
– V_{4−5} =  – V_{5−6} =  – V_{4−6} =

• Usando o osciloscópio, registre as formas de onda observadas no secundário (ou seja, V_{4−5}, V_{5−6} e V_{4−6}). Não efetue medidas no primário (por segurança).

Ajuste corretamente o traço de referência. Verifique se o disparo está em auto. Ajuste corretamente os seletores time/div e volt/div do canal usado para que observe 2 períodos de onda na tela. Certifique-se de que a fonte de sincronismo seja o canal usado para medição.

• Anote as seguintes tensões de pico (V_{m}) obtidas a partir do osciloscópio:

– V_{m}_{(4−5)} =  – V_{m}_{(5−6)} =  – V_{m}_{(4−6)} =

• (rel) Comente a relação entre V_{m}, V_{dc} e V_{ac}, respectivamente, tensão de pico, tensão média e tensão eficaz.

2.3 Ensaio energizado com carga

• Cuidado com a temperatura dos resistores.

• (rel) Anote as características de operação do transformador em uso, a saber, tensão, corrente e relação de transformação.

• (rel) Calcule a potência máxima produzida pelo transformador em um dos ramos do secundário.

• (rel) Calcule, então, qual a resistência mínima que pode carregar o transformador em um de seus ramos do secundário.

(a) Arranjo 1  (b) Arranjo 2  (c) Arranjo 3

Figura 2: Representação esquemática do transformador com carga

• No arranjo 1 da Fig. 2, substitua o resistor de carga (R) pelas resistências na tabela que se segue e anote as seguintes tensões eficazes usando o multímetro (em modo AC) e a potência dissipada nos resistores:

Resistor de Carga  V_{4−5}  V_{5−6}  V_{4−6}

47Ω (10W) 100Ω (10W) 1kΩ (10W)

Resistor de Carga  P_{4−5}  P_{5−6}  P_{4−6}

47Ω (10W) 100Ω (10W) 1kΩ (10W)

Para o resistor de 1kΩ (10W), conecte o canal 1 do osciloscópio para registrar a tensão V_{4−5} e o canal 2 para registrar a V_{5−6} (use a função invert do canal 2 e meça V_{6−5}, para evitar curto-circuito e destruição no transformador).

• (rel) Determine a perda ou ganho de tensão devido a presença da carga e avalie a temperatura do resistor (esquenta pouco, muito, etc.).

• No arranjo 2 da Fig. 2, substitua o resistor de carga (R) pelas resistências na tabela que se segue e anote as seguintes tensões eficazes usando o multímetro (em modo AC) e a potência dissipada nos resistores:

Resistor de Carga  V_{4−5}  V_{5−6}  V_{4−6}

47Ω (10W) 100Ω (10W) 1kΩ (10W)

Resistor de Carga  P_{4−5}  P_{5−6}  P_{4−6}

47Ω (10W) 100Ω (10W) 1kΩ (10W)

Para o resistor de 1kΩ (10W), conecte o canal 1 do osciloscópio para registrar a tensão V_{4−5} e o canal 2 para registrar a V_{5−6} (use a função invert do canal 2 e meça V_{6−5}, para evitar curto-circuito e destruição no transformador).

• (rel) Determine a perda ou ganho de tensão devido a presença da carga e avalie a temperatura do resistor (esquenta pouco, muito, etc.).

• No arranjo 3 da Fig. 2, substitua o resistor de carga (R) pelas resistências na tabela que se segue e anote as seguintes tensões eficazes usando o multímetro (em modo AC) e a potência dissipada nos resistores:

Resistor de Carga  V_{4−5}  V_{5−6}  V_{4−6}

47Ω (10W) 100Ω (10W) 1kΩ (10W)

Resistor de Carga  P_{4−5}  P_{5−6}  P_{4−6}

47Ω (10W) 100Ω (10W) 1kΩ (10W)

Para o resistor de 1kΩ (10W), conecte o canal 1 do osciloscópio para registrar a tensão V_{4−5} e o canal 2 para registrar a V_{5−6} (use a função invert do canal 2 e meça V_{6−5}, para evitar curto-circuito e destruição no transformador).

• (rel) Determine a perda ou ganho de tensão devido a carga e avalie a temperatura do resistor.

3 Considerações finais

As seguintes considerações devem estar presentes no relatório. Realize as estimativas por ramo do secundário.

• Para um transformador de secundário 12 + 12V, qual a tensão de pico?

• Qual a forma de onda produzida no secundário?

• Para um transformador de secundário 12 + 12V a 400mA, qual a potência máxima fornecida?

• Para um transformador de secundário 12 + 12V a 400mA, qual a carga mínima que pode ser conectada nos terminais?

• Se a resistência interna de um transformador de secundário 12 + 12V a 400mA for 4Ω, qual a tensão esperada sobre uma carga de 40Ω?

• O que é regulação de transformador?