INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MINATITLÁN

MAQUINAS ELÉCTRICAS

INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA

“ UNIDAD 6:MAQUINAS ELÉCTRICAS ”

ALUMNO: 6° SEMESTRE

LEYVA MEDINA JOSÉ ALEJANDRO

CATEDRÁTICO: ING. JOSÉ LUIS MINAYA CANTÚ

MINATITLÁN, VER. DICIEMBRE 2011

Práctica maquinas eléctricas: Transformador

Objetivo:

Conocer e identificar cada una de sus partes, del transformador, tanto medir su resistencia en cada bobina como dimensiones del transformador y todas las partes que lo conforma.

Nociones teóricas:

Se denomina transformador o trafo (abreviatura), a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. 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, tamaño, etc.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, por medio de interacción electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente y por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado, fabricado bien sea de hierro dulce o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario 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.Funcionamiento:Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, circulará por éste una corriente alterna que creará a su vez un campo magnético variable. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

Material:

Transformador Desarmador plano Pinza de punta Desarmador de cruz Navaja Un Pie de rey

Desarrollo:

Características del transformador:Primario: 127 VACSecundario: 7 VAC

Lo primero que se realizo al con el transformador después de analizar su tamaño, forma, características, dimensiones, etc.

Impedancia secundario :8ΩVo=7VACIo=300mA

Impedancia primario :191.3Ω

Vi=127VAC

Se dispuso a remover la cinta color amarilla, la cual cubría el núcleo ya que la cinta es una cinta dieléctrica, para así poder remover cada lamina que forma el núcleo. Como se muestra en la figura 1.

Se midieron las dimensiones de transformador las cuales fueron, como se muestra en la fig. 2:

Fig.1: La cinta dieléctrica removida.

Fig. 2: Dimensiones del núcleo del transformador

4.1 cm

3.3 cm1.15 cm

Núcleo

Se procedió a sacar cada una de las láminas que formaban el núcleo, figura 3:

Al hacer este desmonte del núcleo, se pudo observar que tipo de chapas magnéticas que tenía el transformador, y en este caso vemos que es un núcleo tipo E-I, y sus dimensiones se muestran en la figura 4, figura 5 y figura 6:

Fig. 3 Parte del desmonte de las láminas del núcleo.

Fig. 4 Chapas magnéticas tipo E-I

EI

Ventana

4.1 cm 2.69 cm

1.27 cm

0.61 cm

0.79 cm

Fig. 5 Dimensiones de la E

0.61 cm

4.1 cm

E

I

2.06 cm

Fig. 6 Dimensiones de la I

Se obtuvieron 29 E y 27 I, como se muestra en la figura 7 y figura 8

Ya con todo el núcleo fuera se puede observar como quedo el transformador con solo sus bobinas sobre el carrete, “bobbin”. Figura 9.

Fig. 7 Las 27 I obtenidas del núcleo.Fig. 8 Las 29 E obtenidas del núcleo.

Fig.9 Embobinas sobre el carrete, “bobbin”.

Carrete, “bobbin”

Embobinado secundario

Cinta dieléctrica color azul, el cual cubre el embobinado secundario

Se procede a quitar la cinta azul dieléctrica que cubre la bobina del secundario y se desenrolla. Figura 10 y figura 11.

Fig. 10 el embobina secundario sin la cinta dieléctrica

Bobina secundaria

Fig. 11 El carrete con solo el embobinado primario, ya sin la bobina secundaria

Embobinado primario

Se saca la bobina primaria del carrete o bobbin del secundario para así poder desenrollar el primario. Figura 14. Se miden las dimensiones del carrete secundario y el grosor del hilo de cobre del secundario. Figura 12 y figura 13.

2.54 cm

1.7 cm

2.26 cm

2.38 cm

2.06 cm

Fig. 13

Fig. 12

Fig. 14 Calibre del alambre de cobre es de 0.059 cm en medida estándar AWG seria calibre 23 (Ver tabla en anexos)

Alambre del embobinado secundario

Ya con el embobina primario fuera, se miden sus dimensiones. Figura 15.

Ya que se quito el devanado primario, se fue contando el número de vueltas que tenia este, el número de vueltas que se contaron fueron 1,920. Figura 16.

2.13 cm2.9 cm

1.82 cm

Fig. 15

Fig. 16

Se tomaron las dimensiones del carrete que contenía al embobinado primario. Figura 17.

Al final todas las partes y piezas obtenidas se muestran en la figura 18.

1.46 cm

1.78 cm

1.72 cm

Fig. 17

Núcleo E-I(Chapas magnéticas)

Carrete o bobbin

Hilo de cobre del primario y el secundario

Aditamento del carrete

Cálculos:

Factor de transferencia:

m= NpNs

=1920118

=16

Corriente en el primario:

I 1=N 2 I 2N1

=(118 vueltas ) (300mA )

1920vueltas=18.47mA

Deduciendo el calibre del hilo de cobre en función de la corriente que pasara por el será calibre 30 AWG, cual soporta 20 mA.

Potencia aparente:

P2=(V 2 ) (I 2 )=(7V ) (300mA )=2.1Watts

Espira/voltio primario y secundario:

N 1,2V 1,2

=Espira / voltio

Espiravoltio

1=N 1V 1

=1920espiras115V

=16.69 Espirasvoltios

Nota: No se puede volver armar con los mismos elementos ya que para ello se requiere hilo de cobre nuevo ya que se rompió el del primario y se requiere el barniz dieléctrico junto con un horno para su secado, además el carrete se rompió en el proceso de desarmado ya que era plástico tostado frágil.

Espiravoltio

2= N2V 2

=118 espiras7V

=16.85 Espirasvoltios

Inducción magnética en primario y secundario:

β1= V 1108

4.44 fSnN 1=

(115V ) (108 )(4.44 ) (60Hz ) (1.46cm2 ) (1920espiras )

=15,400.60 gausios

β2= V 2108

4.44 fSnN 2=

(7V ) (108 )(4.44 ) (60Hz ) (1.46 cm2 ) (118espiras )

=15,252.08 gaussios

Calidad de las chapas magnéticas (k)

k= Sn√P

=1.46cm2

√2.1W=1

“El 1 que nos dio indica que es de baja calidad las chapas magnéticas de este transformador”

Sección de la ventana (Sv): (basado en la figura de la derecha)

Sv=h∗w=(2.06cm ) (0.79cm )=1.63cm2

Flujo magnético (φ)

Φ=β∗Sn=(15,400.60 ) (1.46 )=22,484Maxwell

Haciendo la conversión:

22,484Maxwell∗1Wb

108Maxwell=224.84 μWb

Pérdida de Foucault:

PF=2.22∗f2∗β2∗e2∗1011=(2.22 ) (60Hz )2 (22,484 gauss )2 (0.40mm )2 (1011)=64.6421

Fuerza electromotriz (F):

F1=¿=(1920 vueltas) (18.47mA )=35.4 A ∙vueltaF2=¿=(118 vueltas ) (300mA )=35.4 A ∙vuelta

Dado que la fuerza electromotriz es la misma solo se tomara una, es decir:

Reluctancia (R):

R=35.4 A ∙vuelta224.84 μWb

=157,445vuelta /Wb

Intensidad de flujo (H):

H= Flc

=35.4 A ∙vuelta0.151m

=23 4.43 A ∙vuelta /m

Densidad de flujo (B): (ver tabla de permeabilidad relativa en anexos)

B=μH= (0.00188H /m ) (234.43 A ∙vuelta /m)=0.44T

Conclusión:

Realizando esta practica del desmantelamiento e identificación de partes que conforman al transformador, puede entender como es que lo construyen y todos los factores que involucran su construcción desde la selección del material correcto hasta su construcción uniendo cada parte que lo forma. Todo va en función a la aplicación que se le vaya a dar al transformador, ya que por lo regular llevan un propósito fijo al trabajo que vaya a realizar y las condiciones en donde se va a desempeñar y trabaje correctamente.Siempre todo esta en función de la potencia aparente o potencia del secundario el cual nos define de cuanta será su capacidad máxima que podrá soportar el transformador.El diseño y armado de un transformador se gana con el tiempo, ya que con la experiencia que se gana se puede deducir varias cosas, por el ejemplo el tipo de materia para las chapas magnéticas, las dimensiones del carrete, etc.

Bibliografía:

Transformadores: calculo fácil de transformadores y autotransformadores, monofásicos y trifásicos de baja tensión.Manuel Alvarez PulidoAlfaomega, 2009

Transformadores: fundamentos y construcciónSalvador AmalfaHASA, 2007, 1ª edición

Anexos: Tabla para el diámetro en mm para el hilo de cobre, de AWG.

Tabla para el máximo capacidad de corriente en el hilo de cobre, de AWG.

Calibre embobinado secundario

Calibre embobinado primario

La selección de la sección del núcleo por medio de tabla (figura 4.14) nos daría lo siguiente en función de los datos que tenemos que son:

o Frecuencia: 60 Hzo Potencia secundario: 2.1 W

Teniendo estos datos trazamos la línea horizontal aproximadamente en 2.1 que es la potencia secundaria hasta topar con la línea inclinada trazada para 60Hz en ese punto trazamos una línea descendente y vemos que obtenemos aproximadamente 1.46 cm2. Este número obtenido es de la sección del núcleo (Sn). Con esto comprobamos lo que tenemos físicamente.

Sn

Tabla de permeabilidad relativa : Permeabilidad del material que esta construido el núcleo:

Ya que necesitamos la permeabilidad del material despejamos la ecuación y obtenemos:

μr= μμo

μ=μr∗μo= (1500 ) (4 π∗10−7 )=0.00188H /m