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INFORME DE LABORATORIO DE FISICA 3

TRANSFORMADOR

El transformador es una de las ms importantes aplicaciones tcnicas de lainduccin. Se puede encontrar en todos los tamaos, como transformador de altatensin, en la transmisin de energa, o como transformador de baja tensin,

prcticamente, en todos los aparatos que se alimentan con la tensin de la red.

Los transformadores slo se pueden operar bsicamente con corriente alterna.Entre las funciones que cumplen se encuentran:

Transmisin de energa

n transformador puede transportar energa, conpocas prdidas, de un ni!el de tensin a otro.

Adaptacin de tensin

n transformador con!ierte tensiones, es decir,

transforma tensiones en otras ma"ores o menores.

Separacin segura de la tensin de la red

#on frecuencia, la funcin principal de un transformador consiste en la separacinde circuitos elctricos. $or ejemplo, dado que la tensin de %&' ( es peligrosa, lama"ora de los transformadores para equipos !ienen diseados comotransformadores de separacin, con dos de!anados separados, que producen unaislamiento gal!nico entre el lado )peligroso) " el )no peligroso).

*ambin e+isten los llamados autotransformadores que, a diferencia de lostransformadores de separacin, slo poseen un de!anado " no producen ningnaislamiento.

Principio del Transformador

$or lo general, los transformadores constan dede!anados acoplados magnticamente.Se diferencia entre el devanado primario, es

decir, el que consume potencia elctrica, " eldevanado secundario, es decir, el queentrega potencia elctrica. -gualmente, demodo anlogo se abla de

*ensin primaria u/" secundaria u%

#orriente primaria/" secundaria i%

0mero de espiras del de!anado primario n/" del secundario n%

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Los transformadores tienen di!ersas formas. En los pequeos transformadoresmonofsicos, como el que se muestra en el ejemplo, ambos de!anados seencuentran arrollados en un slo lado del ncleo de ierro. #on esto se logra queel flujo magntico generado por una bobina se transmita casi por completo a laotra bobina. Las lneas de campo se encuentran prcticamente dentro del ncleo,

la dispersin es mnima " el circuito magntico se cierra a tra!s de los otros ladose+teriores.

Si por el de!anado primario circula una corriente, debido a la !ariacin del flujomagntico en el tiempo, en el de!anado secundario se inducir una tensin. Larelacin entre las dos tensiones corresponder a la e+istente entre el nmero deespiras de los de!anados. Las corrientes, al contrario, tienen una relacin

in!ersamente proporcional a la de los de!anados:

Comportamiento

El transformador no se puede considerar de ningn modo como un componenteideal, carente de dispersin " prdidas. En la prctica se determinan prdidas quese manifiestan en el calentamiento del transformador. Las causas de esto son:

$rdidas en los de!anados debidas a la resistencia del alambre de

cobre $rdidas en el ierro debidas a corrientes parsitas " prdidas por

istresis, causadas por la in!ersin magntica del ierro

$ara reducir estas prdidas, el ncleo deltransformador se constru"e de capas de capasindi!iduales, aisladas entre s. Esto e!ita

considerablemente la formacin de corrientesparsitas. La capa del transformador se constru"e dematerial magntico sua!e, con una cur!a de istresisangosta.

Las prdidas resisti!as son la causa especial de que

la tensin secundaria del transformador con carga no permane1ca constante, sinoque descienda. Este fenmeno se aprecia ms en los transformadores pequeos,que poseen de!anados de alambre de cobre delgado.

1. Transformador sin Ncleo y con Ncleo.

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2onte el siguiente arreglo e+perimental.

$ulse a continuacin S*E$%, en la animacin, " complemente el transformador,como se indica, con el ncleo de ierro.

#onecte de nue!o el generador de funciones " obser!e la luminosidad de lalmpara.

1. Cmo se comporta la lmpara en el devanado secundario de untransormador con ! sin n"cleo#

Con el ncleo, la lmpara se enciende

$. %n el transormador& 'u( inluencia e)erce un n"cleo de *ierro so+re latransmisin de ener,-a#

El ncleo de !ierro proc"ra "n #"en acoplamien$o ma%n&$ico en$re el de'anado

primario ( el sec"ndario

La ma(or par$e de las l)neas del campo ma%n&$ico pasan por el in$erior del ncleode !ierro

*racias al ncleo de !ierro, el +l"o ma%n&$ico %enerado por el de'anado primario

se cond"ce a $ra'&s del sec"ndario

2. elacin de Transformacin

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Lea ambos instrumentos " transfiera los !alores:

(oltmetro 3: tensin primaria $4-25 /,66 ( 77777%'' espiras

(oltmetro 8: tensin secundaria SE#5 ',66 ( 9 /'' espiras

(are el nmero de espiras del transformador n/5 '', n%5 %''. La animacinS*E$% muestra la manera de acerlo.

Lea ambos instrumentos " transfiera los !alores:

(oltmetro 3: tensin primaria $4-25 /,6; ((oltmetro 8: tensin secundaria SE#5',;% (

#alcule:

*ensin primaria< tensin secundaria: $4-2< SE#5 %,/6

Espiras del primario< espiras del secundario n/< n%5 %

!Cu"l afirmacin so#re la relacin de transformacin del transformador escorrecta$

Las tensiones se comportan casi de igual manera que el nmero de espiras

correspondientes

!Por %u& ra'n( la tensin de salida es menor %ue lo esperado de acuerdocon la relacin entre el nmero de espiras de los devanados$

$orque el flujo magntico de dispersin ace que disminu"a el flujo del de!anadosecundario.

$orque el ncleo desarmable tiene un entreierro mu" grande, " esto ace que sepresente flujo de dispersin

). Transformador con Carga

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#argue el transformador con los !alores de resistencias indicados en latabla. En la animacin slo se muestra el primer caso, esto es, una carga

de /'' .Los otros casos se obtienen conectando en serie " en paralelo

las dos resistencias de /'' . El !alor ==== representa el caso a circuito

abierto, es decir, sin carga. El !alor de /' se obtiene apro+imadamente

con la lmpara.Lea los !alores medidos en el !oltmetro 8 " antelos en la tabla.

R / [Ohm] U2/ [V]

9999,0 1,32

200,00 1,28

100,00 1,23

50,00 1,15

10,00 1,06

>#ul afirmacin sobre un transformador es correcta?

La tensin de salida aumenta cuando la carga resistiva disminuye.

C%ST/ONAR/O. 0Transormador

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1. %n 'u( se distin,uen el devanado primario ! el secundario deltransormador#

a- El devanado secundario tiene, bsicamente, menos espiras.

#- El devanado primario consume potencia.

c- El devanado secundario consume potencia.

$. Cmo se comportan la tensin ! la corriente en un transormador por cu!odevanado primario circula corriente alterna#

a) Las tensiones primaria y secundaria se comportan de igual manera que el

correspondiente nmero de espiras de los devanados.b) Las corrientes primaria y secundaria se comportan de manera inversa al

correspondiente nmero de espiras de los devanados.

2. 3os transormadores no son componentes ideales. %n la prctica se presentanlos si,uientes pro+lemas4

a) Enfriamientob) Calentamiento debido a las prdidas

c) Prdidas en el hierro del ncleo debido a corrientes parsitas

d) Prdidas en los devanados debido a la resistencia del alambre de cobre.

e) Mal acoplamiento entre los devanados debido a la dispersin.

f) Sensibilidad a los golpes.

5. %n un transormador con car,a resistiva...

a) La tensin del secundario disminuye.

+ La tensin del secundario aumenta.c La tensin del secundario permanece constante.

R%3%%S MA6N7T/COS

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1. FNDAM%NTO T%8R/CO.9

En /;&6, cuando Samuel 2orse pudo acer funcionar su telgrafo de registro de

seales, desarrollado con el electroimn creado por @. Aenr" en /;%, fueel momento en el que naci el rel. Su nombre se deri!a del francs " al comien1o

se utili1 en las comunicaciones para la retransmisin de mensajes, de modosimilar a las estaciones de rele!os BrelaisC propias de la poca en que el correo eratransportado por diligencias tiradas por caballos.

En la era de los bits " los 8"tes sepodra pensar que los relselectromecnicos estaran pasados demoda. $ero en la realidad, o" en da sefabrican ms rels que nunca antes.

El rel es, en principio, un conmutador

que, con una corriente elctrica de mu"baja potencia, acciona contactosconmutadores que puedenconectar potencias ma"ores.

Los rels e+isten en mucas formas:

estable o monoestable Bregresan a la posicin inicialC

biestables, conocido tambin como conmutador de control remoto

con diferentes cantidades de contactos de conmutacin

rels tempori1adores Be+citacin o dese+citacin con retardoC

para diferentes tensiones de mando para diferentes corrientes de conmutacin

$. CON%CTAR %3 R%3%%

!*u& sucede despu&s de %ue el rel& se conecta a la tensin dealimentacin$

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El rel& emi$e "n sonido de clic

La lmpara se enciende

El ind"cido con los con$ac$os se m"e'e

Diodo de :-a 3i+re

El devanado de excitacin de un rel representa una

inductancia.!ras la conexin, en el instante t", en el devanado, se presenta

la tensin de la bater#a.

$l desconectar la corriente de excitacin, en el instante t%, la

energ#a elctrica almacenada en la inductancia causa unapunta de tensin negativa.

Las puntas de tensin pueden adoptar valores elevados y

causar interferencias o incluso el da&o de los componentes

electrnicos conectados. 'or esta ra(n, se las debe evitar.on una medida tcnica sencilla, el diodo de v#a libre, se

pueden suprimir completamente estas puntas de tensin.El diodo de v#a libre permite que, tras la desconexin de la

bater#a, la corriente siga circulando brevemente, disipando la

energ#a electromagntica acumulada, sin que se presenten laspuntas de tensin.

*bserve el circuito de conmutacin y la forma de la tensin

al conectar y desconectar. 'ulsando el botn verde, el circuito se complementar con un

diodo de v#a libre.

2. ;NTA D% /NDCC/ON

a. !Cmo se comporta una l"mpara de efluvios conectada en paralelo aldevanado e+citador del rel&$

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Se ilumina al momento de desconectar la tensin.

#. !Cu"l es la ra'n para %ue la l"mpara conectada en paralelo aldevanado de e+citacin del rel& se ilumine #revemente$

o 3utoinduccin al desconectar la corriente

o Disipacin de la energa electromagntica almacenada.

o La tensin es ma"or a //' ( por un bre!e instante

c. !Cmo se comporta una l"mpara de efluvios conectada en paralelo aldevanado de e+citacin del rel& con diodo de va li#re$

0o se enciende nunca.

d. !Cu"l es la ra'n de la ausencia de una punta de induccin aldesconectar un rel& con diodo de va li#re$

o La corriente puede continuar circulando bre!emente en el de!anado de

e+citacin

o Disipacin de la energa electromagntica almacenada en el circuito del

diodo de !a libre

5. %

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o Si el imn pasa ori1ontalmente, cerca del interruptor de lminas, aparece

un punto de conmutacin.o Si un polo pasa cerca del interruptor de lminas, aparecen dos puntos de

conmutacin

#, !eacciona el interruptor de l"minas con mayor sensi#ilidad -inclusocon distancias mayores, cuando se acerca el im"n vertical uori'ontalmente$

Es ms sensible al acercar el imn ori1ontalmente

=. C%ST/ONAR/O

%l polo sur de un imn pasa delante del interruptor de lminas.

a. Cuntos puntos de conmutacin aparecen#

Dos puntos de conmutacin

+. >u( aplicaciones tiene el interruptor de lminas 0reed#o 4egistro de posiciones sin contacto

o 2ini interruptores encapsulados que puedan operar en ambientes

difciles