Exp5_materiais_ferromagneticos_Rev_3

Roteiro Experimental n°5
“Materiais Magneticos”
COMPONENTES DA EQUIPE (1Ptos chamada)
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NOTA:
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Data: ___/___/___
1. OBJETIVOS:
 Determinar o numero de espiras em um transformador
 Conhecer as curvas do fluxo magnético e de dispersão e como ela influência no funcionamento
dos transformadores, fator de acoplamento
 Conhecer materiais usados na fabricação de imã
 Explicar a traves dos princípios de conversão de energia o transformador, aquecedor indutivo
LVDT, transformador de pulso , TC e transformador de correntes residual(protetor diferencial)
 Levantar curvas de histerese de diferentes materiais e geometrias
 Avaliar a energia na curva BH
 Lei de Lenz
2. INTRODUÇÃO
Um transformador ideal poderia ser obtido com dois enrolamentos em torno de um núcleo
magnético, conforme mostrado na Figura 1, bastando fazer a permeabilidade µ do núcleo se tornar
infinito. Supomos que os enrolamentos não têm perdas nem capacitância parasita. Para simplificar as
considerações que seguem. Vamos adotar sentidos de referência para as correntes. De modo que a
Indutância mútua seja positiva.
Sendo infinita a permeabilidade magnética do material de que é feito o núcleo, todo o campo
magnético ficará dentro do material do núcleo e qualquer linha de indução magnética que enlace uma
espira do enrolamento 1 também enlaçará cada espira do enrolamento 2. Assim, :
𝑑∅1
𝑑∅2
V1 = N1 𝑑𝑡 . V2 = N2. 𝑑𝑡
como
𝑑∅1
𝑑𝑡
=
𝑑∅2
𝑣1
𝑑𝑡
𝑣2
. =>
𝑛
= 𝑛1
2
Aplicando-se a lei de Ampère
,∫ H · dℓ = itotal = N1 i1 + N2 i2. ,para um núcleo magnético ideal, μ → ∞ e H → 0.
𝑖1
𝑖2
𝑛
= 𝑛2
1
MATERIAL NECESSÁRIO
 Um resistor de 100R Ohms;
 Um transformadores com núcleo removível;
 Multímetros (três se dispõe)
 Osciloscoipio e gerador de funções
 Um LVDT
 Um transformador de ferrite
 Um dinamômetro e paquímetro
 Tubos de PVC e aluminio
4. PARTE EXPERIMENTAL (2ptos 2 alunos)
A parte experimental se dividirá em :
Transformador com núcleo aberto

Espectro das linhas de força CA

Espectro linhas CC

Transferência de potencia com núcleo aberto e fechado (diferentes fatores de acoplamento)

Medição da relação
𝑑∅2
𝑑𝑡
. Numa bobina de espiras conhecidas.
Espectro das linhas de força
Com pó de ferro é possível obter o espectro do campo magnético do transformador aberto. Em CA e
CC retirando parte do núcleo. Apresente ima imagem do espectro de dispersão das linhas magnéticas
Transferência de potencia
Para fins de observação, ligue a saída do transformador com núcleo removível a um resistor de
100R/10W
Coloque um Voltímetro no resistor de 100R e um amperímetro na entrada do transformador.
Anote os dados na tabela 1
Primário sem carga no secundário
Vin
Sem núcleo
220
Com núcleo
220
Vout
Iin
Iout
Iin
Iout
Iin
Iout
Tabela 1
Primário com carga no secundário de 100Rx10W
Vin
Sem núcleo
220
Com núcleo
220
Vout
Tabela 2
Fonte 24V Ca no secundário sem carga no primário
Vin
Sem núcleo
24
Com núcleo
24
Vout
Tabela 3
Fonte 24 V CA no secundário com carga de uma lâmpada de 100W no primario
Vin
Sem núcleo
24
Com núcleo
24
Vout
Iin
Iout
Tabela 4
Repita o processo, só que agora retirando totalmente o núcleo de ferro silicoso, mantenha a tensão
de entrada em 220Vrms e meça a corrente do primário.
Estime o fator de acoplamento K em ambas situações
Medição da relação
𝑑∅
𝑑𝑡
. (2ptos 2 alunos)
Nesta parte analisaremos o número de enrolamentos na parte primeira e secundária de um
transformador qualquer.
Primeiramente enrole 4 voltas ( podem ser mais dependendo da precisão solicitada) com um fio
de cobre sobre o enrolamento de um transformador qualquer, meça a tensão induzida.
Com essa informação calcule o numero de espiras no secundário e no primário
𝑑∅1
V1 = N1 𝑑𝑡 .
𝑑∅2
V2 = N2. 𝑑𝑡 .
Utilizando um aquecedor indutivo
 Determina a relação de transferência a traves da relação entre as correntes e tensões
 Determine a potencia ativa (aquecimento), resistência especifica do aço=0.16Ωmm2/m
 Geometria do rolamento: diâmetro médio=........., espesura ........,
calor especifico aço 486j/kgC°, tempo para chegar aos 120°C...........
Acoplamento magnético (K) num bastão de ferrite (2 ptos 2 aluno)

Configurar com polaridade aditiva e verificar as tensões com um osciloscópio de dois canais

Configurar com polaridade subtrativa e verificar as tensões

Utilizar o LVDT para identificar posições.

Desenhe as formas de onda para 3 diferentes posições

Discutir a possibilidade da conversão do sistema e apresentar aplicações
Curvas de histerese de ferro silicoso e de ferrita ( 2 ptos 2 alunos)

Inserir o transformador num circuito indicado para levantar a curva de Histerese magnética

Inserir um transformador de ferrite no circuito e levanta a curva da ferrite

Determine a resistência elétrica da ferrite
Circuito para encontrar curva de histerese nos transformadores
Avaliar a energia na curva BH de imã de ferrite, Alnico E neodinio (2 ptos 2 alunos)

Meça a força e calcule a energia dos imã de ferrita, Alnico e Neodinio expresse o resultado em
joule/cms3 compare com os valores de tabelas
Construa um transformador de pulso com núcleo de ferrita (2 ptos 2 alunos)
 Qual é a função de um transformador de pulso
 Apresente a curva de transferência em função da freqüência
Experiência Lei de Lenz
Monte dois tubos de materiais não magnéticos um de PVC e outro de alumínio, deixe cair um imã, explique
o que acontece, fundamente com a teoria.
5. QUESTIONÁRIO
1.
Explique o que acontece com as correntes e tensões em um transformador quando uma parte no
núcleo é removida e porque as leis de Maxwell de fluxo magnético não foram satisfeitas. (1ptos)
2.
Explique como funciona a maquina de solda CA de corrente ajustável da imagem (1ptos)
3.
Explique porque o núcleo magnético do aquecedor indutivo não esquenta (0.5ptos)
4.
Qual tipo de imã apresenta o maior produto de energia BH, (0.5ptos)
5.
Determine a energia na curva BH do transformador (curva de histerese) e os valores nos
interceptos nos eixos.(0.5pto) fazer exp curva BH
6.
Explique para que é utilizado o sistema de acoplamento magnético chamado Varimot (1pts)
7.
Explique a saturação magnética do bobinado secundário do transformador e que efeitos tem
sobre a tensão de saída (0.5ptos)
8.
Explique por um transformador de corrente (TC) NUNCA se deve deixar em aberto seu
secundário (1pto)