Práctico final

Objetivo:

Nombres: - Michelle Rodriguez, - Silvina Cardozo, - Germán RiveroFecha: 29/10/2015Docente: Washington MenesesCeRP del Norte

Trabajo FinalPrácti

co Transformad

or Elevad

or Relación de Transformación

Comprobar si se cumple la relación de transformación en un transformador

elevador.

Graficar Voltaje Obtenido en función de Voltaje Inicial.

Materiales:

- Fuente

- Conectores

- Núcleo de Hierro común en U

- Bobinas:

2000 Vueltas

400 Vueltas

1000 Vueltas

500 Vueltas

- Voltímetro

- Soporte de apoyo

F u n d a m e n t o T e ó r i c o :

Transformadores

Un transformador es un dispositivo para variar las tensiones y corrientes alternas sin

perdida apreciable de potencia. Su funcionamiento se basa en el hecho de que una

corriente alterna en un circuito inducirá una fem alterna en otro circuito próximo debido


a la inductancia mutua entre ambos.

En la figura se indica un transformador simple compuesta por dos bobinas de hilo

conductor arrolladas sobre un núcleo de hierro común. La bobina que se conecta a la

fuente de entrada se denomina primario y la otra, secundario. Puede utilizarse

cualquiera de los dos arrollamientos de un transformador para primario o secundario. La

función del núcleo de hierro consiste en aumentar el campo magnético creado por una

corriente determinada y para que se vea constreñido de forma que prácticamente todo el

flujo magnético que atraviese uno de los arrollamientos atraviese el otro. El primario es

entonces un circuito simple formado por un generador de fem alterna y una inductancia

pura. La corriente (de magnetización) y la tensión en el primario están desfasadas entre

sí en 90° y la potencia media disipada en el arrollamiento primario es cero. Si el flujo

magnético que atraviesa una espira o vuelta del primario, la caída de tensión en él es:

V L1=N1 d∅ vuelta/dt

Aplicando la regla de las Mallas de Kirchhoff al circuito del primario se tiene entonces:


ε−N 1 d∅ vueltadt

=0

o sea

ε=N1d ∅ vuelta

dt

Si se considera que no existe ninguna pérdida de flujo en el núcleo de hierro, el flujo

que atraviesa cada espira es el mismo en ambos arrollamientos. Así pues, el flujo total

que atraviesa el arrollamiento secundario es N2 Փvuelta, y la tensión que aparece en dicho

secundario es:

V 2=−N 2d∅ vuelta

dt

Comparando estas ecuaciones, podemos ver que:

V 2=−N2

N1ε

Inductancia mutua:


La interacción magnética entre dos alambres transporta corrientes estables, la corriente

en uno de los alambres genera un campo magnético que ejerce una fuerza sobre la

corriente en el otro alambre. Pero cuando hay una corriente variable en uno de los dos

circuitos, surge una interacción adicional.

Si tenemos dos bobinas de alambre una cerca de la otra como en el experimento


Una corriente que circula por la bobina 1 produce un campo magnético B⃗ y, por lo

tanto, un flujo magnético en la bobina 2. Si la corriente en la bobina 1 cambia, el flujo a

través de la bobina 2 también cambia; de acuerdo con la Ley de Faraday, esto induce

una fem en la bobina 2. De este modo un cambio en la corriente de un circuito puede

inducir otra corriente en un segundo circuito.

Obs:

Si las bobinas están en el vacío, el flujo a través de cada espira de la bobina 2 es

directamente proporcional a la corriente. Entonces la inductancia mutua, es una

constante que solo depende de la geometría de las dos bobinas (el tamaño, la forma, el

número de espiras y la orientación de c/u, así como la separación entre ellas). Si está

presente un material magnético, también depende de las propiedades magnéticas de

éste.

Desventajas y usos de la inductancia mutua:

La inductancia mutua puede ser inconveniente en los circuitos eléctricos, pues las

variaciones de corriente en un circuito inducen fem no deseadas en otros circuitos

cercanos. Para minimizar estos efectos, los sistemas de circuitos múltiples deben

diseñarse de manera que M sea tan pequeña como se pueda, por ejemplo, dos bobinas

podrían colocarse muy alejadas o con sus planos perpendiculares.

Felizmente, la inductancia mutua también tiene muchas aplicaciones útiles. Un

transformados, usado en los circuitos de corriente alterna para subir o bajar voltaje, no

tiene diferencias fundamentales con las dos bobinas de la figura anterior.


Una corriente alterna variable en el tiempo en una bobina de transformador produce una

fem variable en la otra bobina; el valor de M, que depende de la geometría de las

bobinas, determina la amplitud de la fem inducida en la segunda bobina y, por lo tanto,

la amplitud del voltaje de salida.

Relación de Transformación:

La relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de la

tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre

la tensión de salida y la de entrada.

La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado

primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es

directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y

secundario (Ns), según la ecuación:

La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el

bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el

número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el

triple de tensión.


Dónde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es la

tensión en el devanado secundario o tensión de salida, (Ip) es la corriente en el

devanado primario o corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado

secundario o corriente de salida.

Calentamiento de Joule:

https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Joule

Corrientes de Foucault:

https://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_de_Foucault

Histéresis:

https://es.wikipedia.org/wiki/Histéresis


https://es.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%A9resis

https://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_de_Foucault

https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Joule

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transformer_under_load.svg

Procedimiento:

Iniciamos armando el circuito que consiste en hacer un transformador elevador, donde

en el cual, la bobina “primario” será de 400 vueltas y el “secundario” en 2000 vueltas;

primero vamos a registrar los datos con 3 v, luego con 6 v, 9 v y por último con 12 v,

hacer el mismo procedimiento, para las bobinas de 1000 y 500 vueltas.

Comparar dichos datos obtenidos haciendo gráficas de Voltaje Obtenido en función de

Voltaje Inicial, calculando las pendientes de dichas y ver si se cumple la Relación de

Transformación.


Datos experimentales:

Fuente Voltaje 1

Datos

Obtenidos

Datos (Apretando el

Núcleo)

3 3,77 7,88 8

6 6,6 15,33 15,1

9 9,3 22,5 23,3

12 12,09 29,8 29,9

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130

5

10

15

20

25

30

35

f(x) = 2.67088554654622 x − 2.13183123957696R² = 0.997882587908207

V2/V1 (2000-400) APRETANDO


3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130

5

10

15

20

25

30

35

f(x) = 2.63662217761118 x − 2.0572800902328R² = 0.999992698475777

V2/V1 (2000-400) Obtenido

Fuente Voltaje 1

Datos

Obtenidos

3 3,85 7,43

6 6,78 13,1

9 9,66 18,74

12 12,58 24,1


2 4 6 8 10 12 140

5

10

15

20

25

30

f(x) = 1.91431692036255 x + 0.111600706920756R² = 0.999805868143464

V2/V1 (1000-500)

Relación de Transformación Teórica:

- Primer Tabla

N 2

N 1=2000

400=5=m

- Segunda Tabla

N 2

N1=1000

500=2=m

“m” es la pendiente de la gráfica


Rt1

APRETANDO

Rt1

OBTENIDO Rt2

2,122015915 2,090185676 1,92987013

2,287878788 2,322727273 1,932153392

2,505376344 2,419354839 1,939958592

2,47311828 2,464846981 1,915739269

Conclusiones:

Las dos primeras gráficas fueron obtenidas con las bobinas de 400 vueltas como

primario y 2000 vueltas como secundario. Las pendientes de dichas gráficas son 2,67 y

2,63 nos indican que la relación de transformación no se cumple, pues, el valor teórico

es 5 y el valor experimental obtenido fue muy cercano a 2. O sea, la relación de

transformación no se cumple.

Creemos que esto se debe, primero, a una mala impresión de dicha bobina, que en vez

de ser de 2000 vueltas es de 1000 vueltas. Segundo, a las pérdidas a través de las

corrientes de Foucault, y también, existen otras perdidas de potencia debido al

calentamiento de Joule de las pequeñas resistencias que forman ambos arrollamientos y

a la Histéresis que se presenta en el núcleo de hierro.

Optamos por colocar un voltímetro conectado al primario para ver si la fuente entregaba

la tensión que indicaba y vimos que hay variaciones, que de algún modo ayudaron a

lograr mediciones más confiables.

La tercera gráfica fue obtenida con las bobinas de 500 vueltas como primario y

1000 vueltas como secundario. La pendiente de la tercera gráfica es 1,91 un valor muy


cercano a 2, siendo el 2 el valor teórico que deberíamos obtener. Podemos decir que en

este caso si se cumple la relación de transformación.

La poca diferencia obtenida entre el valor teórico de la pendiente y el real se debe a las

causas anteriormente mencionadas, corrientes de Foucault, calentamiento de Joule e

Histéresis.


Bibliografía:

- Física, Paul Tipler, Editorial Reverté S.A, Tercera Edición, 1996.

- Física Universitaria, Editorial Pearson, Young Freedman, Sears Zemansky,

Decimosegunda Edición, 2009.

Web grafía:

- https://es.wikipedia.org/wiki/Transformador


https://es.wikipedia.org/wiki/Transformador

Fotos:


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