República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Defensa Universidad Nacional Experimental de las Fuerzas Armadas Sede San Tome, nucleo anzoategui Municipio Freites, Edo Anzoátegui Mat: Redes II
Prof: Jessica Villaquiran
Integrantes:
Sec: 5D01 Ing. En
24 832 310, Indra Inciarte , Carlos blanco
Telecomunicación
San Tomé, Mayo del 2013
Contenido
Introducción .......................................................................................................................................... Objetivos ............................................................................................................................................. 4 Objetivo general .............................................................................................................................. 4 Objetivos especificos ....................................................................................................................... 4 Marco teorico ...................................................................................................................................... 5 Transformador ................................................................................................................................ 5 Tipos de transformadores ............................................................................................................... 5 Relación de transformación ............................................................................................................ 9 Diagrama del circuito ........................................................................................................................ 10 Procedimiento experimental ............................................................................................................ 11 Análisis de resultados ........................................................................................................................ 13 Preguntas finales ............................................................................................................................... 15 Conclusión ......................................................................................................................................... 17
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Introducción En sus primeras experiencias sobre el fenómeno de la inducción electromagnética Faraday no empleó imanes, sino dos bobinas arrolladas una sobre la otra y aisladas eléctricamente. Cuando variaba la intensidad de corriente que circulaba por una de ellas, se generaba una corriente inducida en la otra. Este es, en esencia, el fenómeno de la inducción mutua, en el cual el campo magnético es producido no por un imán, sino por una corriente eléctrica. La variación de la intensidad de corriente en una bobina da lugar a un campo magnético variable. Este campo magnético origina un flujo magnético también variable que atraviesa la otra bobina e induce en ella, de acuerdo con la ley de Faraday-Henry, una fuerza electromotriz. Cualquiera de las bobinas del par puede ser el elemento inductor y cualquiera el elemento inducido, de ahí el calificativo de mutua que recibe este fenómeno de inducción. El fenómeno de la autoinducción, como su nombre indica, consiste en una inducción de la propia corriente sobre sí misma. Una bobina aislada por la que circula una corriente variable puede considerarse atravesada por un flujo también variable debido a su propio campo magnético, lo que dará lugar a una fuerza electromotriz autoinducida. En tal caso a la corriente inicial se le añadirá un término adicional correspondiente a la inducción magnética de la bobina sobre sí misma. Todas las bobinas en circuitos de corriente alterna presentan el fenómeno de la autoinducción, ya que soportan un flujo magnético variable; pero dicho fenómeno, aunque de forma transitoria, está presente también en los circuitos de corriente continua. En los instantes en los que se cierra o se abre el interruptor, la intensidad de corriente varía desde cero hasta un valor constante o viceversa. Esta variación de intensidad da lugar a un fenómeno de autoinducción de duración breve, que es responsable de la chispa que se observa en el interruptor al abrir el circuito; dicha chispa es la manifestación de esa corriente adicional autoinducida.
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Objetivos Objetivo general Conocer y analizar en comportamiento de un t ransformador Objetivos especificos 1. Estudiar el funcionamiento del tranformador. 2. Investigar la relación entre el voltaje de entrada y el de salida con el número de vueltas en el primario y secundario del transformador.
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Marco teorico
Transformador Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo 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. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario ysecundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario. Este elemento eléctrico se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, ya que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, debido a la variación de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la inducción de un flujo magnético variable en el núcleo de hierro. Este flujo originará por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en el devanado secundario. La tensión en el devanado secundario dependerá directamente del número de espiras que t engan los devanados y de la tensión del devanado primario.
Tipos de transformadores Según su uso: Transformador elevador/reductor de tensión Son empleados por empresas de generación eléctrica en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energ ía eléctrica a tensiones elevadas, lo
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que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización.
Transformadores variables También llamados "Variacs", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen de tensión de salida variable ajustable, dentro de dos valores.
Transformador de aislamiento Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de re d y también para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en equipos de electromedicina y donde se necesitan tensiones flotantes.
Transformador de alimentación Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el ries go de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el tr ansformador.
Transformador trifásico Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -triángulo- (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-
Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían.
Transformador de pulsos Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos. Su principal aplicación es transferir impulsos de mando sobre elementos de control de potencia como SCR, triacs, etc. logrando un aislamiento galvánico entre las etapas de mando y potencia.
Transformador de línea o Flyback Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con
TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en fre cuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios.
Transformador diferencial de variación lineal 6
El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés) e s un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo.
Transformador con diodo dividido Es un tipo de transformador de línea que incor pora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. L a salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.
Transformador de impedancia Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en losamplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces.
Estabilizador de tensión Es un tipo especial de transformador en e l que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el se cundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluct uaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja e ficiencia energética.
Transformador híbrido o bobina híbrida Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc.
Balun Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador.
Transformador electrónico Está compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos más complejos que m antienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada. 7
Transformador de frecuencia variable Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.
Transformadores de medida Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés.
Según su construcción Autotransformador El primario y el secundario del transformador están conect ados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 1 25 V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.
Transformador con núcleo toroidal El núcleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pé rdidas por corrientes de Foucault.
Transformador de grano orientado El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro.
Transformador de núcleo de aire En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.
Transformador de núcleo envolvente
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Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión.
Transformador piezoeléctrico Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la e nergía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cr istal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar las lámparas fluorescentes de los monitores de LED y TFTusados en computación y en televisión.
Relación de transformación
La relación de transformación indica el aumento ó decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la de entrada. La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el se cundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , según la ecuación:
La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en e l secundario habrá el triple de tensión.
Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario ó tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario ó tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario ó corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario ó corriente de salida.
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Diagrama del circuito
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Procedimiento experimental Primer Objetivo: Estudiar el funcionamiento del tranformador. 1. Coloque en el núcleo laminado dos bobinas: una de 200 vueltas y otra de 400 vueltas y enseguida cierre el núcleo. A esta disposición se le conoce como transformador. 2. A la bobina de 200 vueltas conéctele la fuente de DC apagada, en tanto que a la de 400 vueltas conéctele el medidor de voltaje en la escala de medición de 0-20 volts de DC. Guíese por la figura 1 para realizar las conexiones. 3. Enscienda la fuente y suminístrele al primario un voltaje constante de 6 volts y observe el voltaje que marca el medidor en e l secundario. 4. Enseguida, estando suministrando la fuente los 6 volts de DC, interrumpa súbitamente el voltaje con el interruptor de la misma o desconectando un cable del circuito. Simultáneamente observe si el medidor registra algún voltaje en e l secundario. 5. Ahora, desconecte y retire la fuente de DC. Coloque el multímetro en el modo de medición de voltaje alterno en la escala de 0-20 volts de AC. 6. Conecte a la bobina de 200 vueltas una fuente de AC, procurando que no esté enchufada a la línea de energía eléctrica. 7. Encienda la fuente de AC (conectar a la línea) y observe si el medidor registra un voltaje en el secundario y si registra cuál es su valor. 8. Desconecte la fuente, abra el núcleo y quite las bobinas del mismo. Enseguida póngalas una frente a otra tal como cuando estaban en el núcleo laminado (ahora su núcleo es el aire que se encuentra en el hueco de las mismas). 9. Conecte la fuente a la línea de energía y observe si el medidor de voltaje registra algún valor y sí es así, cuál es su magnitud. 10. Con los experimentos anteriores intente determinar cuáles son las condiciones para que un transformador pueda funcionar.
Segundo objetivo: Investigar la relación entre el voltaje de entrada y el de salida con el número de vueltas en el primario y secundario del transformador. 1.-Seleccione dos bobinas, una de 200 vueltas para el primario y una de 200 vueltas para el secundario, colóquelas en el núcleo laminado y ciérrelo para formar el transformador. 2.-Conecte fuente de AC a cualquiera de las dos bobinas. Procure que la fuente esté inicialmente desconectada. 3.- Enchufe la fuente y conecte el multímetro en modo de medidor de voltaje alterno en la escala de 0-20 volts, en el primario del transformador y mida el voltaje que se está aplicando. 4.- Enseguida coloque el mismo medidor de voltaje en el secundario y mida el voltaje de salida del transformador. Guíese por la figura 2 para armar el circuito. 5. Apague la fuente de AC, abra el núcleo laminado y quite el secundario del mismo y remplácelo por una bobina de 400 vueltas y después cie rre el núcleo. 6. Repita para este nuevo transformador los pasos 3 y 4 para obtener el voltaje de entrada (en el primario) y el voltaje de salida (en el secundario).
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7. Apague la fuente de AC, abra el núcleo laminado y quite el secundario del mismo y remplácelo por una bobina de 800 vueltas y después cie rre el núcleo. 8. Repita para este nuevo transformador los pasos 3 y 4 para obtener el voltaje de entrada (en el primario) y el voltaje de salida (en el secundario). 9. Apague la fuente de AC, abra el núcleo laminado y quite el secundario del mismo y remplácelo por una bobina de 1600 vueltas y enseguida cierre el núcleo. 10. Repita para este nuevo transformador los pasos 3 y 4 para obtener el voltaje de entrada (en el primario) y el voltaje de salida (en el secundario). 11. Apague la fuente de AC, abra el núcleo laminado y quite el secundario del mismo y remplácelo por una bobina de 3200 vueltas y después cier re el núcleo. 12. Repita para este nuevo transformador los pasos 3 y 4 para obtener el voltaje de entrada (en el primario) y el voltaje de salida (en el secundario). 13. Forme un transformador en el cual el primario tenga 400 vueltas y el secundario 200 vueltas y repita los pasos 2, 3 y 4 del presente objetivo.
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Análisis de resultados Debido a que en la práctica realizada, el simulador no poseía algunos materiales a usar los pasos 8 y 9 de la primera parte fueron omitidos, y los pasos desde el 6 hasta el 13 de la segunda parte.
Primer objetivo: Funcionamiento del transformador.
Cuando conectó la fuente de DC al primario del transformador (pasos 2 y 3) ¿el medidor registró algún voltaje en el sec undario del mismo?
Respuesta Se registró un voltaje de 1250 V en la bobina secundaria.
Cuando se interrumpió súbitamente el voltaje que suministraba la fuente (paso 4) ¿el medidor registró un voltaje en el secundario?
Respuesta El voltaje registrado en el punto anterior fue disminuyendo hasta llegar a cero.
Cuando se conectó el transformador a la fuente de AC (pasos 6 y 7) ¿el medidor registró un voltaje en el secundario?
Respuesta Se registró un voltaje de 10,24 pV en la bobina secundaria
¿Qué sucedió cuando el transformador se conectó a la fuente de AC y su núcleo era de aire? (pasos 8 y 9) ¿Qué semejanzas y diferencias tiene con el caso anterior?
Este punto no se realizo debido a que e l simulador, muestra error en la pantalla cuando se va a correr el circuito con los parámetros indicados en la guía.
Segundo objetivo: Relación entre el voltaje de entrada y el de salida con el número de vueltas. 1.
Con el número de vueltas del secundario del transformador (N ) y el número de vueltas S
del primario (N ), obtenga la razón de ambas, G1=NSNP. Es importante que trabaje con el P
número de vueltas de cada transformador. 2.
Con el voltaje en el secundario (V ) y el voltaje en el primario (V ), obtenga el cociente de S
P
ambos, G2=V SV P. Es importante que trabaje con los valores correspondientes de cada transformador.
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3.
Compare cómo son los valores de
G frente a G, para cada transformador. Para llevarlo a
cabo obtenga la diferencia porcentual 12(d p) entre ambas, tomando como referencia a G.
d p=
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Preguntas finales Primer objetivo: Funcionamiento del transformador. En base al experimento realizado sobre e l transformador y los resultados obtenidos, explique cuáles son las condiciones para que funcione un transformador, contestando las siguientes preguntas: a) ¿Se obtendrá un voltaje en el secundario cuando al primario se le suministre un voltaje constante? Explique su respuesta.
b) ¿Se obtendrá un voltaje en e l secundario si al primario se le suministre un voltaje variable? R)Si el voltaje varia de forma constante, e l valor que resulta en el secundario variará también. c) ¿Qué efecto tiene en el funcionamiento si su núcleo es de aire o si es de un material ferromagnético? R) en el materia ferromagnético facilita el flujo magnético entre los enbobinados
¿Por qué los núcleos de los tranformadores son de hierro y no de algún otro material? ¿qué efecto tiene este tipo de material? L os transformadores e inductores con núcleos ferromagnéticos comienzan a operar de manera no lineal cuando la corriente a través de ellos es suficientemente grande para llevar a los materiales de sus núcleos hasta la saturación. Cuando se aplican señales de corriente alterna, esta no linealidad puede causar que se generen armónicos y distorsión por intermodulación. Para prevenir esto, lo que se hace es disñar los circuitos de forma que el nivel de señales aplicadas a los inductores de núcleo de hierro se encuentren limitadas de forma tal que no se saturen. Para reducir sus efectos, algunos tipos de núcleos ferromagnéticos de transfomadores poseen a su vez un nucleo central de aire
¿En qué ley del electromagnetismo basa su funcionamiento el trasformador? Los transformadores se basan en la ley de Faraday.
Segundo objetivo: Relación entre voltaje de entrada y de salida con el número de vueltas en el primario y secundario del transformador. 1. De los resultados obtenidos en este objetivo ¿se puede considerar que G (N /N ) es igual a G 1
S
P
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(V /V ) para un transformador ? Entonces ¿cuál es la relación general que gobierna el voltaje de S
P
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entrada y de salida para un trasformador? Argumente la respuesta en base a los resultados obtenidos. 2. De los resultados que obtuvo ¿Cuáles son las condiciones para que el voltaje a la salida del transformador sea mayor que el voltaje suministrado al primario? ¿cuáles son las condiciones para que lo reduzca? 3. Mencione algunas aplicaciones en que se utilice el transformador, indicando ejemplos en los que se use como amplificador del voltaje y e n los que se use como reductor.
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Conclusión
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