INFORME N°9 TRANSFORMADORES
I. TRANSFORMADORES Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo alterna, manteniendo la potencia. la potencia. La potencia La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.
Principio del Transformador Por lo general, los transformadores constan de devanados acoplados magnéticamente. Se diferencia entre el
devanado primario, es decir, el que consume potencia eléctrica, y el devanado secundario , es decir, el que entrega potencia eléctrica. Igualmente de modo análogo se habla de:
Tensión primaria U1 y secundaria U2
Corriente primaria i1 y secundaria i 2
Numero de espiras del devanado primario n 1 y del secundario n 2
Los transformadores tienen diversas formas. En los pequeños transformadores monofásicos, como el que se muestra por ejemplo, ambos devanados se encuentran arrollados en un solo lado del núcleo de hierro. Con esto se logra que el flujo magnético generado por una bobina se transmita casi por completo a la otra bobina. Las líneas de campo se encuentran prácticamente dentro del núcleo, la dispersión es mínima y el circuito magnético se cierra a través de los otros lados exteriores.
Comportamiento El transformador no se puede considerar en ningún modo como un componente ideal, carente de dispersión y pérdidas. En la práctica se determinan pérdidas que se manifiestan en el calentamiento del transformador. Las causas de esto son:
Perdidas en los devanados debidas a las resistencia del alambre de cobre
Perdidas en el hierro debidas a corrientes parasitas y perdidas por histéresis, causadas por la inversión magnética del hierro
Para reducir estas pérdidas, el núcleo el transformador se construye de capas de chapas individuales, aisladas entre sí. Esto evita considerablemente la formación de corrientes parasitas.
Corrientes parásitas En los núcleos de bobinas y transformadores se generan tensiones inducidas debido a las variaciones de flujo magnético a que se someten aquellos núcleos. Estas tensiones inducidas son causa de que se produzcan corrientes parásitas en el núcleo (llamadas corrientes de Foucault), que no son óptimas para la buena eficiencia eléctrica de éste. Las corrientes de Foucault crean pérdidas de energía a través del efecto Joule. Más concretamente, dichas corrientes transforman formas útiles de energía, como la cinética, en calor no deseado, por lo que generalmente es un efecto inútil.
1.-Transformador sin núcleo y con núcleo Se estudiara la transmisión de energía en un transformador con o sin núcleo de hierro y se conocerá el efecto importante que tiene dicho componente. Monte
el
siguiente
arreglo
experimental. Abra
el
instrumento
virtual
generador de funciones. Realice los siguientes ajustes: Forma de la curva
: SINUS
Frecuencia
: 500Hz
Amplitud
: 1:1 y 100%
Active el botón POWER y observe la luminosidad de la lámpara. Apague de nuevo el botón POWER del generador de funciones. Pulse a continuación STEP2, en la animación y complemente el transformador, como se indica, con el número de hierro Conecte de nuevo el generador de funciones y observe la luminosidad de la lámpara.
¿Cómo se compara la lámpara en el devanado secundario de un transformador con o sin núcleo? Con el núcleo, la lámpara se enciende
¿En el transformador, que influencia ejerce un núcleo de hierro sobre la transmisión de energía? El núcleo de hierro procura un buen acoplamiento magnético entre el devanado primario y secundario. La mayor parte de las líneas de campo magnético pasan por el interior del núcleo de hierro. Gracias al núcleo de hierro el flujo magnético generado por el devanado primario se conduce a través del secundario.
2.- Relación de transformación Se aplicara una tensión alterna al transformador, se medirá con el voltímetro la amplitud de las tensiones primarias y secundarias y se calculara la elación de transformación. Monte el siguiente arreglo experimental:
Abra el instrumento virtual voltímetro A pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes: Rango: 5 V, DC Display digital Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz) Abra el instrumento virtual voltímetro B pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes: Rango: 2 V, DC Display digital Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz) Abra el instrumento virtual generador de funciones pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes: Forma de la curva SINUS Frecuencia 50Hz Amplitud 1:1 y 25% Conecte el generador de funciones accionando el botón POWER. Lea ambos instrumentos y transfiera los valores: Voltímetro A: tensión primaria UPRIM = 1,73v =
Voltímetro B: tensión secundaria USEC 0,82v Varíe el número de espiras del transformador n1 = 400, n2 = 200. La animación STEP2 muestra la m anera de hacerlo Lea ambos instrumentos y transfiera los valores: Voltímetro A: tensión primaría UPRIM = 1,73V Voltímetro B tensión secundaria USEC =0,82V
Calcule: Tensión primaria, tensión secundaria: UPRIM / USEC =2.2 Espiras de primario espiras del secundario n1/ n2 =2
¿Cuál de las afirmaciones de relación de transformación del transformador es correcta, explique cada una de ellas? El número de espiras correspondientes
¿Por qué razón ¡a tensión de salida es menor que lo esperado de acuerdo con la relación entre el número de espiras de los devanados? Explique porque Porque el flujo magnético de dispersión hace que disminuya el flujo magnético del devanado secundario porque el núcleo desarmable tiene entre hierro muy grande y esto hace que se presente flujo de dispersión
3.-Transformador con carga Se aplicará una carga a un transformador y se medirá la tensión del se cundario mientras se aumenta la carga. Los valores medidos se anotarán en una tabla y se representaran gráficamente Monte el siguiente arreglo experimental. Abra el instrumento virtual voltímetro A pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes: Rango. 5 V, DC Display digital Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz) Abra el instrumento virtual voltímetro B pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes: Rango: 2 V, DC Display digital Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz) Abra el instrumento virtual generador de funciones pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes: Forma de la curva SINUS Frecuencia 50Hz Amplitud 1:1 y 40%
Conecte el generador de funciones accionando el botón POWER. Cargue el transformador con los valores de resistencias indicados en la tabla. En la animación sólo se muestra el primer caso, esto es, una carga de 100 Ω Los otros casos se obtienen conectando en serie y en paralelo las dos resistencias de 100 Ω . El valor 9999 representa el caso a circuito abierto, es decir, sin carga El valor de 10 Ω se
obtiene aproximadamente con la lámpara. Lea los valores medidos en el voltímetro B y anótelos en la tabla. Compare los valores medidos representados en su diagrama con la siguiente selección. Grafique U vs R, Intérprete.
Intensidad 1.5 1 0.5 0 R1=10
R2=50
R3=100
R4=200
R5=9999
R [Ohm]
U2 [V]
9999
1.33
200
1.28
100
1.25
50
1.17
10
0.98
¿Cuál afirmación sobre un transformador es correcta? C) La tensión de salida aumenta cuando la carga resistiva disminuye.
Cuestionario sobre el transformador: 1-¿En qué se distinguen el devanado primario y el secundario del transformador? Responda El devanado primario consume potencia
2-¿Cómo se comportan la tensión y la corriente en un transformador por cuyo devanado primario circula corriente alterna? Responda. Las tensiones primaria y secundaria se comportan: de igual manera que el correspondiente número de espiras de los devanados.
3-Los transformadores no son componentes ideales en la práctica mencione los problemas que presentan Calentamiento debido a las pérdidas. Perdidas de hierro del núcleo debido a corrientes parasitas. Perdidas en los devanados debido a la resistencia del alambre de cobre. Mal acoplamiento entre los devanados debido a la dispersión.
4-En un transformador con carga resistiva, ¿Qué ocurre con la tensión? La tensión del secundario disminuye.
