PRACTICA 6 Acoplamientos magnéticos.
Introducción Teórica A diferencia del condensador, la bobina por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en forma de campo magnético. Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético generado por la mencionada corriente, siendo el sentido de flujo del campo magnético el que establece la ley de la mano derecha. Al estar la bobina hecha de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro de la bobina y cierra su camino por su parte exterior. Una característica interesante de las bobinas es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellas (ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de poder), esta tratará de mantener su condición anterior. Las bobinas se miden en Henrios (H.), pudiendo encontrarse bobinas que se miden en miliHenrios (mH). El valor que tiene una bobina depende de:
El número de espiras que tenga tenga la bobina (a más vueltas vueltas mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios). El diámetro de las espiras (a mayor diámetro, mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios). La longitud del cable de que está está hecha la bobina. El tipo de material de que esta hecho el núcleo si es que lo tiene.
¿Qué aplicaciones tiene una bobina?
Una de la aplicaciones más comunes de las bobinas y que forma parte de nuestra vida diaria es las bobinas que se encuentran en los transformadores para reducir o elevar el Voltaje. En los sistemas de iluminación con tubos fluorescentes existe un elemento adicional que acompaña al tubo y que comúnmente se llama reactor
En las fuentes de alimentación también se usan bobinas para filtrar componentes de corriente alterna y solo obtener corriente continua en la salida.
Símbolo de la bobina En la Física, la inductancia será aquella propiedad que ostentan los circuitos eléctricos por la cual se produce una fuerza electromotriz una vez que existe una variación en la corriente que pasa, ya sea por el propio circuito o por otro próximo a él. Una bobina o inductor tiene la propiedad de oponerse a cualquier cambio en la corriente (corriente variante en el tiempo) que lo atraviesa. Esta propiedad se llama inductancia. En electrónica se denomina acoplamiento magnético al fenómeno físico por el cual el paso de una corriente eléctrica variable en el tiempo por una bobina produce una diferencia de potencial entre los extremos de las demás bobinas del circuito. Cuando este fenómeno se produce de forma indeseada se denomina diafonía. Este fenómeno se explica combinando las leyes de Ampère y de Faraday. Por la primera, sabemos que toda corriente eléctrica variable en el tiempo creara un campo magnético proporcional también variable en el tiempo. La segunda nos indica que todo flujo magnético variable en el tiempo que atraviesa una superficie cerrada por un circuito induce una diferencia de potencial en este circuito. Para el análisis de circuitos con bobinas acopladas se suele fijar un terminal de cada una de las bobinas —generalmente marcándolo con un punto —, de forma que si la corriente en todas las bobinas es entrante o saliente por ese terminal, las tensiones inducidas en cada bobina por acoplamiento magnético con las demás serán del mismo sentido que la tensión de la propia bobina, por lo que se sumarán a esta. Por el contrario, si en una de las bobinas la corriente es entrante por el terminal marcado y en otra es saliente, la tensión inducida entre ambas se opondrá a la tensión de cada bobina.
El valor de la tensión inducida en una bobina es proporcional a la corriente de la bobina que la induce y al denominado coeficiente de inducción mutua, representado con la letra M, que viene dado por la expresión:
Donde K es el coeficiente de acoplamiento que varía entre 0 (no existe acoplamiento) y 1 (acoplamiento perfecto) y L1 y L2 las inductancias de las dos bobinas. Por lo tanto, la tensión total en una bobina L1 por la que pasa una corriente I1 acoplada magnéticamente con otra bobina L2 por la que pasa una corriente I2 vendría dada por la expresión:
Dependiendo el signo de la posición del terminal de referencia de cada bobina con respecto a las corrientes que las atraviesan. Usando un generador de funciones, un óhmetro, un voltímetro y unamperímetro, ambos de ca,se obtienen los valores de las inductancias propias y mutuas, de un transformador lineal. Con los valores de estas inductancias se encuentra el coeficiente de acoplamiento K.
Equipo de laboratorio y componentes Generador de funciones voltímetro ca Miliamperímetro ca Óhmetro Transformador lineal
Procedimiento.
1.- Antes de desconectar el circuito, con el óhmetro mida la resistencia interna de la bobina. Resultado de la resistencia= 41.5 Ω
2.-con los instrumentos y los componentes construya el circuito de la figura 6.1 Enseguida ajuste el generador de funciones para que proporcione una onda
senoidal con frecuencia de 500 Hz, y con el volmetro verifique que su voltaje sea de 4Vms.con el miliamperímetro mida la corriente que circula por la bobina L11.
La corriente es de = 10.35 mili amperes rms.
3.-Para la bobina L22 repita los porcedimientos 1y2.
La resistencia de la bobina L22es de =41.7 ohms La corriente es de 12.52 mili amperes rms. 4.-Conecte las bobinas en modo serie aditivo como se muestra en la figura 6.2 Y repita el procedimiento 2
La corriente es de 2.47 mili amperes rms. 5.-Conecte las bobinas en modo serie-sustractivo como se muestra en la figura 6.2(b). Conexión sustractiva de bobinas mutuamente acopladas.
La corriente es de 14.12 mili amperes rms.
Análisis 1.-Con los resultados del procedimiento 1,2y3 y la ecuación teórica de la inductancia de una bobina. Calcule las inductancias propias L_1,1 y L_2,2 del transformador lineal
Formula:
L=
Donde: f = frecuencia = 500Hz v = voltaje = 4V
ω=velocidad angular= 2πf = 2π500 = 1000π rad/seg
En L11 R = resistencia = 41.5 Ω I = intensidad = 6.2 mA
0.1954 Hy π
En L22 R = resistencia = 49.9 Ω I = intensidad = 12.86mA
0.10052 Hy π
2.-Con los resultados del procedimiento 4 y 5 calcule las inductancias serieaditiva y serie-sustractiva
Aditiva
= ||2 ||1 = 4.2/1000(6.2 ∗ 10−3) = 0.2075 = 0.19497 + 0.1008 + 2(0.2057) = 0.70717 Sustractiva: L sustractiva= L11 + L22 - 2L12 Entonces:
= 0.19497 + 0.1008 − 2(0.2057) = −0.11563 3. Con el resultado del análisis 2 calcule la inductancia mutua
= 0.25( − ) = 0.25[0.70717 − (−0.11563)] = 0.2057 4. Con los valores de las inductancias, propias y mutuas, calculadas y la ecuación teórica respectiva. Calcule el valor del coeficiente de acoplamiento K.
Conclusiones
DIAZ HERRERA MIGUEL ANGEL En esta práctica de laboratorio se pude reafirmar y realizar de forma experimental los temas vistos en clase que corresponden al acoplamiento magnético y las inductancias propias y mutuas con respecto a las bobinas usadas en esta práctica. Se aprendió como calcular las inductancias propias y mutuas de cada bobina mediante el cálculo de la corriente, resistencia y voltaje mediante el montaje de un circuito eléctrico como también el acoplamiento que estas presentan al estar las 2 energizadas. CALIXTO DEL ANGEL MARCO ANTONIO. Claramente en la realización de la práctica pudo apreciarse cómo funcionan las bobinas, así como comprender que cuando hay un acoplamiento magnético y que existe un intercambio de energía. También no propiamente las inductancias propias y mutuas deben ser propuestas de algún problema o sacado de un libro para calcularlas pues también se pueden hacer las mediciones físicas y a partir de ello obtenerlo. Sin olvidar que un acoplamiento tiene muchas funciones y una de ellas es} pueda transformar energía mecánica en eléctrica y viceversa.
BIBLIOGRAFÍA
http://unicrom.com/Tut_bobina.asp
http://www.luqentia.es/hosting/masterenergiasrenovablesumh/material/Circ uitos%20y%20dispositivos/clase%203-trafo%20ideal.pdf
