Preinforme L7 El Transformador

Nombre: Alejandro Reyes Hernandez Cód: 2130292 Grupo: H2A Subgrupo: 3Materia: Laboratorio de Física II Fecha: 12/08/2015Institución: Universidad Industrial de Santander Profesor: Abelardo Rueda

1. INTRODUCCION

El transformador eléctrico es un dispositivo que funciona aprovechando el descubrimiento

que hicieron Faraday y Henry en el cual observaron que se podía generar corriente

eléctrica por el movimiento relativo de un imán dentro de una bobina, a este fenómeno se

le dio el nombre de inducción electromagnética. La magnitud del voltaje que se induce

depende del ritmo al que el alambre corte las líneas del campo magnético (la variación del

flujo magnético).

Se estudiará el caso práctico particular de los transformadores, dispositivo cuyo

funcionamiento depende del efecto que Faraday descubrió y de una enorme importancia

práctica. La relación entre flujo magnético O a través de una trayectoria cerrado y la

fuerza electromotriz e alrededor de la misma trayectoria es denominada Ley de Faraday:

El signo menos indica que la fuerza electromotriz inducida tiende a oponerse al cambio

del flujo (esto es la ley de Lenz).

2. OBJETIVOS:

3.2 OBJETIVOS GENERALES:

* Describir el funcionamiento de un transformador eléctrico.

* Analizar los diferentes tipos de transformadores eléctricos.

* OBJETIVOS ESPECIFICOS:

* Determinar la relación entre el voltaje de entrada y salida con respecto al número de

vueltas de las bobinas que forman un transformador.

* Conocer cuando un transformador es de alta o bajo voltaje.

* Lograr entender sobre las bobinas primarias y bobinas secundarias

3. MARCO TEORICO

El transformador de núcleo de hierro (o de yugo), es un importante y útil dispositivo usado

en circuitos de corriente alterna. Consta de dos devanados de alambre: Primario (P) y

secundario(S), alrededor de un núcleo de hierro. El primario se conecta a la fuente de

corriente alterna y el secundario se conecta a la carga. El nucleo de hierro conduce el flujo

magnetico, producido por la corriente alterna en el primario, al secundario. La inducción

del flujo magnetico se rige por la ley de Faraday- Lenz. Para el transformador se cumple

queV S

V P=N S

NPdonde: V P y V S son los voltajes eficaces del primario y secundario respectivamenteNSy N Pson el número de espiras del primario y secundario respectivamente. Se satisface

queI SI P

=NSN P

donde:IP e I S son las corrientes del primario y el secundario respectivamente.

Bajo condiciones ideales, se cumple que : V P IP=V S I S

La eficiencia (e) de un transformador se define, e=P salientePentrnte; donde P es la potencia.

Para condiciones reales (transformador comercial), la eficiencia está afectada r las

perdidas. e=I sV scos (θ s)I PV SCos (θP)

donde I sV s cos(θ s) =IPV SC os(θP)– perdidas.

Entre las muchas causas de pérdidas de potencia podemos mencionar algunas: Pérdidas

por histéresis, Corrientes de Foucault, Dispersión de flujo y Pérdidas en el cobre.

4. MARCO TEORICO

4.1 LEY DE FARADAY- LEY DE LENZ

La Ley de Faraday establece que el voltaje (FEM, Fuerza Electromotriz Inducida) inducido

en una bobina es directamente proporcional a la rapidez de cambio del flujo magnético

por unidad de tiempo en una superficie cualquiera con el circuito como borde:

La Ley de Lenz explica que siempre que se induce una corriente, su campo magnético se

opone al cambio de flujo. Es así, ya que cuando se mueve un imán hacia una bobina,

induciéndose así una corriente en el   enrollamiento, la corrienteinducida calienta el

alambre. Para proporcionar la energía necesaria para ello, se tiene que hacer trabajo

venciendo una fuerza que se opone, si esta fuerza no se opusiera al movimiento, se

estaría creando energía y, por lo tanto, el campo magnético de la corriente inducida tiene

que oponerse al cambio.

El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dado por:

=Flujo magnetico B= Induccion magnética S= superficie definida por el conductor

=Angulo que forman el vecto S perpendicular a la dirección del campo.

4.2 VALORES PROMEDIOS Y EFICACES

VALOR MEDIO

Se llama valor medio de una tensión (o corriente) alterna a la media aritmética de todos

los valores instantáneos de tensión (o corriente), medidos en un cierto intervalo de tiempo.

En una corriente alterna sinusoidal, el valor medio durante un período es nulo: en efecto,

los valores  positivos se compensan con los negativos. Vm = 0 

En cambio, durante medio periodo, el valor medio es

Siendo V o el valor máximo.

VALOR EFICAZ

Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que tendría una corriente

continua que produjera la misma potencia que dicha corriente alterna, al aplicarla sobre

una misma resistencia. Es decir, se conoce el valor máximo de una corriente alterna (I0).

Se aplica ésta sobre una cierta resistencia y se mide la potencia producida sobre ella.

A continuación, se busca un valor de corriente continua que produzca la misma potencia

sobre esa misma resistencia. A este último valor, se le llama valor eficaz de la primera

corriente (la alterna).

Para una señal sinusoidal, el valor eficaz de la tensión es:  y del mismo modo para la

corriente  :

 la potencia eficaz resultará ser:

Es decir que es la mitad de la potencia máxima (o potencia de pico) La tensión o la

potencia eficaz, se nombran muchas veces por las letras RMS.  O sea, el decir 10 VRMS

ó 15 WRMS sifnificarán 10 voltios eficaces ó 15 watios eficaces, respectivamente.

4.3 CLASES DE TRANSFORMADORES

Tipos de transformadores. Se denomina con este nombre al aparato eléctrico cuya

función es convertir la corriente alterna de alta tensión y débil intensidad en otra de baja

tensión y gran intensidad, o viceversa. 

Según su construcción existen diversos tipos como son:

* , Auto transformador. El primario y el secundario constituyen un bobinado único. Pesa

menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para

convertir 220V a 125V y viceversa y en otras aplicaciones equivalentes.

* Transformador toroidal. Son más voluminosos, pero el flujo magnético se confina en el

núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de

Foucault.

* Transformador de grano orientado. El núcleo se conforma por una placa de hierro de

grano orientado, que se envuelve en sí misma, siempre con la misma dirección, en lugar

de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Las pérdidas son escasas pero es

de alto costo. Estos tipos son los másutilizados, pero existen otros diversos modelos

según el tipo de aplicación a la cual son destinados. }

4.4 POTENCIA DISIPADA Y FACTOR DE POTENCIA

POTENCIA DISIPADA

Cuando un regulador está funcionando se calienta. Esto es debido a que parte de la

potencia tomada del rectificador es disipada en el regulador. La potencia disipada

depende de la corriente que se esté entregando a la carga y de la caída de tensión que

haya en el regulador.

La figura muestra un regulador funcionando. La corriente que lo atraviesa es

la corriente de la carga IL. Recordemos también que para que un regulador funcione

correctamente la tensión de entrada Vin tenía que ser mayor que la tensión de salida

Vout. Por lo tanto la caída de tensión en el regulador Vr será: Vr = Vin – Vout

Y la potencia disipada vendrá dada por la siguiente ecuación: PD = Vr * IL

EL FACTOR DE POTENCIA:

Todo lo relacionado con bobinas presenta un efecto inductivo, el cual tiende a oponerse al

paso de una corriente alterna. Ya sabemos que toda corriente necesita de un voltaje, esta

al llegar a la bobina, presenta un retraso con relación a su voltaje, es aquí donde se

desfasan, corriente y voltaje y se invalida la fórmula para averiguar la potencia que

consume un circuito.

En otras palabras, cuando la carga o consumo de un circuito por el que circula

corriente alterna son resistencias puras, por efecto del material conductor, seobtiene una

relación aproximada de la potencia consumida o potencia que se disipa, la fórmula es la

siguiente: W = V x I. Puede decirse que lo que se obtiene con esta fórmula es

la Potencia Real que es disipada, un vatímetro nos daría esta lectura.

4.5 CAUSAS DE LAS PERDIDAS DE POTENCIA EN UN TRANSFORMADORAl

referirnos a la relación entre tensiones y corrientes entre primario y secundario de un

transformador, expresamos que, prácticamente , la potencia del primario era igual a la del

secundario. Sin embargo, sucede que muchas veces un transformador, ya sea por mala

calidad del material empleado en su construcción, o por mala construcción misma, etc., no

entrega en su secundario, prácticamente, toda la potencia absorbida por el primario.El

rendimiento de un transformador puede ser expresado en tanto por ciento y, en general, la

fórmula es la que sigue:Las pérdidas en los transformadores pueden dividirse en dos

grupos, a saber: a) pérdidas en el cobre; b) pérdidas en el hierro. Las pérdidas en el cobre

son debidas a la resistencia. óhmica presentada por el alambre, pérdidas estas que se

incrementan cuanto mayor es la corriente que los atraviesa.Las pérdidas en el hierro

(núcleo) pueden subdividirse en dos partes: las pérdidas por histéresis magnética y las

pérdidas por corrientes de Foucault o corrientes parasitarias. En el primer caso son

debidas a que el núcleo del transformador seencuentra ubicado dentro del campo

magnético generado por el mismo y, en consecuencia, se imanta. Pero, ocurre que la

corriente aplicada al transformador es alternada y, por tanto, invierte constantemente

su .polaridad, variando con la misma frecuencia el sentido del campo magnético. Luego,

las moléculas del material que forma el núcleo deben invertir en igual forma su sentido de

orientación, lo cual requiere energía, que es tomada de la fuente que suministra la

alimentación. Esto representa, por tanto, una pérdida.Hay dos tipos de ciclos de histéresis

de un material magnético:

- dinámico: se obtiene con tensión alterna y su área incluye las pérdidas por histéresis y

por corrientes inducidas de Foucault, y

- estático: se obtiene con tensión continua variable y su área sólo incluye las pérdidas por

histéresis.Para limitar las pérdidas por corrientes de Foucault en los transformadores, se

suele construir el núcleo con chapas aisladas eléctricamente entre sí, con lo que se limita

la posibilidad de circulación de corrientes inducidas al aumentar la resistencia eléctrica

que ofrece el núcleo a este tipo de corrientes (sin alterar las propiedades magnéticas). |

5. PROCEDIMIENTO

PARTE A:

Parte A. Relación entre el Voltaje Primario y Secundario sin carga en el Secundario. 1. Realice e montaje indicado en la figura 2. usando una bobina de 440 de espiras (o la indicada por el profesor) como devanado

primario y una bobina del doble de espiras (880 espiras) como devanado secundario del transformador y asegure el yugo. 2. Conecte un voltímetro a los terminales de cada bobina. Todavía no conecte la carga (bombillos).

3. Varíe VP de 10 en l0 voltios hasta 115 voltios y en cada caso registre los valores correspondientes de VS, sin sobrepasar el máximo de la escala del voltímetro. Tabule los datos.

PARTE B: Efecto de las bobinas en la relación Vs/Vp:

4. Con el montaje anterior y manteniendo VP igual a 110 voltios y la bobina primaria de 440 espiras, determine el voltaje en los bornes de la bobina del secundario, sin carga; repita utilizando .las bobinas de 220, 110 y 55 espiras respectivamente, como devanado secundario.

Parte C: Características del Transformador con Carga en el Secundario.

5. Coloque la bobina de 220 espiras como bobina del secundario y realice el montaje indicado en la figura 3. Las lámparas de 60 vatios serán usadas en serie y/o en paralelo como carga, alternativamente. Averigüe los valores de las resistencias de las bobinas de 220 y 440 espiras. 6. Llene el cuadro de datos hasta la fila (6), utilizando el máximo valor de VP obtenible para la fila (1).6. EQUIPO:

Transformador de bobinas desmontables, bobinas auxiliares, dos amperímetros de C.A (1

amp.), dos voltímetros (150-175 volt), reóstato, lámparas incandescentes de 60 vatios.

7. BIBLIOGRAFIA

* Hallyday, et. al. FISICA, VOLUMEN II, tercera edición.

* Arhur Kip, Fundamentos de Electricidad y Magnetismo.

* Alonso y Finn, FISICA, VOLUMEN II.

* Serway, R., FISICA, VOLUMEN II.