#5 transformadores

March 20, 2018 | Author: Cristian Aldo Sanchez Burgoa | Category: Transformer, Electromagnetism, Electronic Engineering, Power (Physics), Physical Quantities


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TRANSFORMADORESI. Título: Transformadores II. Objetivos - Comprobar experimentalmente el principio de funcionamiento de los transformadores. III. Materiales y Equipos Equipos - Una fuente variable 0- 250 Volts (CC y CA). - Una lámpara incandescente de 25,40 W. - Transformador monofásico. - Multímetro “tester”. Materiales - Un interruptor. - Conectores. IV. Marco teórico Solo es posible transportar económicamente grandes potencias eléctricas empleando altas tensiones y corrientes de poca intensidad, a distancias largas. Las altas tensiones se consiguen a través de transformadores. Transformadores monofásicos. Un transformador monofásico se compone de dos bobinados, el primario y el secundario, sin contacto eléctrico entre ellos y devanados sobre un núcleo de hierro dulce para que las pérdidas por histéresis sean pequeñas. Además se aíslan las chapas unas de otras para que sean pequeñas las perdidas por corrientes de Foucault. Si conectamos uno de los devanados (el primario con N1 espiras) a una tensión alterna U1, la corriente alterna que circule por el provocara un campo magnético alterno, que dará lugar a una tensión de autoinducción en el primario. Como el campo también atraviesa el otro bobinado (el secundario con N2 espiras) inducirá en este una tensión alterna U2. Razón de transformación de las tensiones y corrientes. En un transformador sin carga las tensiones del primario y del secundario son directamente proporcionales al número de espiras correspondientes. El cociente de las tensiones se llama razón de transformación Como las tensiones son directamente proporcionales al número de espiras, podemos expresar también la razón de transformación diciendo que es el cociente de los números de espiras. En un transformador las intensidades de las corrientes son inversamente proporcionales a los números de espiras. Con una aproximación suficiente tenemos en la práctica que: El cociente de las intensidades puede expresarse mediante la razón de transformación. De acuerdo al valor de la razón de transformación se conocen tres tipos de transformadores: - n=1 transformador tipo aislador (U1=U2) - n>1 transformador reductor (U1>U2) - n<1 transformador elevador (U1<U2) Tipos de transformadores - Transformador elevador/reductor de tension Son empleados por empresas transportadoras eléctricas 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 energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización. - Transformadores elevadores Este tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación de transformación de estos transformadores es menor a uno. - 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 Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. - 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 riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador. - 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 y además de muy versátil utilidad en cuanto al control de tensión 220 V. - 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 frecuencia 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 Es 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 incorpora 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. La 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 los amplificadores 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 el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones 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 eficiencia energética. - Transformador híbrido o bobina híbrida Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc. - 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 mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada. - 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. - Autotransformador El primario y el secundario del transformador están conectados 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 125 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 pérdidas 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. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas. - 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 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 energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar los fluorescentes del backlight de ordenadores portátiles. V. Procedimiento Experimental - Conectar el circuito que se muestra en la figura usando bobinas de N1 y N2 espiras. Regular la fuente variable a los valores especificados en la tabla, obtener los valores de U 1 . U1=30(Vac) V N1 Vac N2 U2 CIRCUITO Nº 1 - Registrar los valores en la tabla #1 - Completar los demás valores en la tabla #1. Realizando los cálculos correspondientes. Tabla #1 Nº N 1 N 2 U 1 (V) U 2 (V) n=U 1 /U 2 n=N 1 /N 2 1 600 600 30.3 26 1.16 1 2 1200 600 30.2 10.6 2.85 2 3 600 1200 30 44.1 0.68 0.5 - Conectar el siguiente circuito. Obtener lo valores de las corrientes con la ayuda del multímetro digital. A A U1=220(Vac) N1 Vac N2 25W I1 I2 CIRCUITO Nº 2 - Anotar los valores en la tabla #2, y complementarla. Tabla #2 Nº N 1 N 2 U 1 (V) I 1 (A) I 2 (A) n=I 2 /I 1 n=N 1 /N 2 1 12000 600 220 20 - Comentar las experiencias con la instalación del foco incandescente. o Se observa que para que el foco incandescente encienda se le debe suministrar 220V, sin embargo este ilumina a partir de los 100V aunque muy tenuemente. o Idealmente la tensión que se le suministra al foco incandescente debería ser de 11V „transformador reductor n=20‟ sin embargo el valor es 6V lo que probaría que el foco debiera no encenderse sin embargo el flujo de corriente de la bobina N2 es elevado lo cual queda compensado para una potencia de 40W. o Si cambiamos la ubicación de las bobinas en el circuito reemplazamos N1 por N2 y viceversa se estaría construyendo un transformador elevador con una relación de n=0.005, requiriendo una tensión alterna baja para encender la bombilla ya que la tensión por efecto del transformador elevador seria alta en cuyo caso el núcleo queda magnetizado debido a que si entra una tensión alterna de 220V debería alcanzarse una tensión de 44000V lo que genera campo magnético fuerte que incluso sin necesidad de suministrar una tensión el campo magnético inducido hace prevalecer su permanencia. VI. Conclusión Se desarrolló la práctica satisfactoriamente comprendiendo el principio de funcionamiento de los transformadores y la función que cumplen dependiendo de la situación que se requiera, sin embargo los valores teóricos y experimentales de n en la práctica presentan variación esto debido a que los materiales y equipos no se encuentran en condiciones óptimas disminuyendo así su eficiencia para reproducir ciertos valores específicos. VII. Cuestionario 1. Un transformador monofásico en funcionamiento tiene conectado ene. Secundario una carga resistiva de 0,25 O K (fp=1,0). Se conoce por mediciones los datos de: I 1 =100 mA, U 2 =25 V, N 1 =1250 espiras. Determinar todos los parámetros desconocidos (I2, U1 y N2) y la razón de transformación. ? 1250 ? 100 ? 25 ? 25 , 0 1 2 1 1 2 2 2 = = = = = = = O = n espiras N N mA I U V U I K R 1 100 1 , 0 100 100 10 25 , 0 25 2 1 2 3 2 2 2 2 2 2 = = = = = = = = n mA A I I I n x R U I I R U espiras N n N N N N n V U x U n U U U n 1250 1 1250 25 25 1 2 1 2 2 1 1 2 1 2 1 = = = ¬ = = = = ¬ = 2. Como variara la tensión del secundario de un transformador si se triplica el numero de espiras del secundario y se mantiene constante la tensión aplicada al primario ?. Indique el valor de la razón de transformación y que tipo de transformador es ?. 1 1 2 2 1 2 1 2 1 2 2 1 3 3 1 : tan ) 1 ( 3 1 3 3 : : U de triple el Seria U U U U U U n to lo Por Elevador dor Transf orma n n A A N N n A N Si A N N do Consideran = = = ¦ ¦ ) ¦ ¦ ` ¹ < = = = = = = 3. Se tiene un transformador monofásico, con N1=1000, y N2=500, se suministra una tensión continua de U1=100 V. En el secundario se tiene una carga resistiva de 100 (ohms), se desea conocer, el valor de la tensión U2, el valor de la corriente I2, y la relación de transformación? O = = = = = = = 100 ? 100 ? 500 ? 1000 2 1 2 2 2 1 R n V U I espiras N U espiras N A I R U I V U N N U U N N U U 5 , 0 100 50 50 1000 500 100 2 2 2 2 2 1 2 1 2 2 1 2 1 = = = = | . | \ | = = ¬ = 2 500 1000 2 1 = = = N N n
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