10 inf electromagnetismo

7/26/2019 10 Inf electromagnetismo

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Practica 10

Transformador

David Diaz

Escuela Politecnica Nacional, Facultad de Ciencias, Departamento de Fsica

Laboratorio de Electromagnetismo

Abstract

hasjduhasd

Introduccion

El principio de la induccion electromagnetica esde gran utilidad para la creacion de una serie dedispositivos utiles tales como las maquinas electri-cas o los timbres. Pero en este caso se realizara elestudio de uno de los dispositivos electricos masimportantes, el transformador electrico. El trans-formador es uno de los dispositivos mas impor-tantes en la industria electrica gracias a que conestos podemos transformar la tensiones desde lageneracion en una central electrica hasta la ten-sion de uso domestico. Los transformadores a suvez permiten la disminucion del efecto Joule y laperdida de energa electrica en el transporte de lamisma por sus relaciones de transformacion de co-rriente por el numero de espiras. En este informebuscaremos dar la sustentacion y verificacion ex-perimental de dichas relaciones que hacen de lostransformadores uno de los dispositivos electricosmas importantes.

1. Experimento

El experimento consistio en construir tres dife-

rentes transformadores: un transformador reduc-tor, uno amplificador y otro en donde las dos bo-binas poseen un mismo numero de espiras. Se me-dira el voltaje y la corriente para la verificacionde las relaciones.

1.1. Materiales

Tablero de conexion

Interruptor

Resistencia de 47

Resistencia de 100

2 Inductores, 400 espiras,3mH

Inductor, 1600 espiras,50mH

Nucleo en U

Nucleo de hierro horizontal

Tornillo de sujecion

Cables de conexion

Multmetro

Fuente de alimentacion de voltaje

1.2. Procedimiento Experimental

El experimento consistio de tres partes:

1. Primero se construira un transformador derelacion 1:1, para esto se usara las dos bobi-nas de 400 espiras, se las colocara cada unaen cada brazo de hierro y se cerrara el nucleocon el nucleo horizontal fijandolo mediante eltornillo de sujecion. Luego se suministrara 14volts de voltaje alterno a la bobina primaria,para la salida de tension en la bobina secun-daria, se conectara en un circuito serie conuna resistencia de 47, 100 y 0 (cortocir-cuito) para los tres casos se medira la tensiony la corriente (tambien en la bobina prima-ria). Por ultimo se medira la tension de salidadirecta de la bobina (sin conexion a ningunaresistencia).

2. Para la segunda parte se construira un trans-formador reductor, para esto se colocara co-mo bobina primaria la de 1600 espiras y co-mo secundaria la de 400 espiras. Se repetira el

mismo proceso del primer transformador pa-ra tomar mediciones de tension y corriente.

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3. Para la tercera parte se construira un trans-formador elevador, para esto se colocara labobina de 400 espiras como primaria y comosecundaria la bobina de 1600 espiras. Se repi-te el proceso de medicion de tension y corrien-te como en los transformadores anteriores.

2. Analisis de Resultados

1. Calcule los cocientes NPNS

, ISIP

yUPUS

de cadauno de los experimentos. Realizar unatabla adjuntando los valores calculadosanteriormente.

Np/Ns=4

Resistencia Is/Ip Up/Us

47 2,737 4,982

100 2,167 4,569

0 3,544 67,143

Salida directa 4,372

Cuadro 1: Transformador Reductor

Np/Ns=1


47 0,804 1,198

100 0,682 1,100

0 0,929 22,242


Cuadro 2: Transformador 1:1

Np/Ns=0,25


47 0,228 1,407

100 0,225 0,760

0 0,231 48,746


Cuadro 3: Transformador Elevador

2. Como reacciona la tension secundariaUS cuando la intensidad IS de la co-rriente, la carga del transformador, au-menta?

Para esto se analizara el comportamiento dela tension y la corriente en la bobina secun-daria. Partimos de:

NP

NS= V

P

VS

NP

NS= IS

IP

Relacionando las ecuaciones por el numero deespiras y despejando VS, se obtiene:

VS=VP IP

IS

Con esto se concluye que el voltaje secunda-rio es inversamente proporcional a la corrien-te secundaria. Por lo tanto al aumentar la in-tensidad de la corriente, el voltaje secundariodisminuira.

3. Para el caso del circuito secundario cor-tocircuitado: Compare los cocientes UP

US

y NPNS

. Diga como se podra enunciar unaLey de transformacion de tensiones.

En este caso se tiene que aproximadamente:

UP

US=NP

NS

Por lo tanto se puede enunciar a la ley detransformacion de la siguiente manera:En un transformador compuesto por dos bo-

binas, la relacion de sus voltajes es igual a la

relacion entre sus numeros de espiras.

4. Exprese una relacion entre la intensi-dad de las corrientes IS

IPy los numeros

de espiras NPNS

, en forma matematica yen palabras.

Tenemos como relaciones entre voltajes y nu-mero de espiras:

NP

NS=VP

VS(1)

Considerando que no existe perdida de poten-cia, es decir, PP =PS=P, reemplazando enla ecuacion (1) la tension por la relacion depotencia con la corriente:

P =V I

NP

NS= P IS

IP P

NP

NS= IS

IP

Por lo tanto con esto tenemos que un trans-formador elevador, la corriente en la bobinasecundaria sera menor que la corriente de labobina primaria.En cambio en un transformador reductor la

corriente en la bobina secundaria sera mayorque la corriente en la bobina primaria.

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5. Se cumple la relacion de transforma-cion como se espera de la teora tantode voltaje como corriente?

Se cumple con pequenos errores para la co-rriente se toma el experimento del cortocir-cuito y para el voltaje cuando las salidas nose cierran en ningun circuito.Para la transformador reductor:

NP

NS= 4

IS

IP= 3,544

UP

US= 4,372

Para la transformador 1:1:

NP

NS= 1

IS

IP= 0,929

UP

US= 1,048

Para la transformador Elevador:

NP

NS

= 0,25 IS

IP

= 0,231 UP

US

= 0,261

6. Resuelva la ley de transformacion y ha-lle una ecuacion para la potencia deentrada (Pin) y la potencia de salida(Pout). En la practica se cumple estaley? Por que?

Se tiene de las relaciones de transformacion:

NP

NS=UP

US

NP

NS= IS

IP

Igualando los terminos de las ecuaciones an-teriores se obtiene:

UP

US= IS

IP

UP IP =US IS

PP =PS

Por lo tanto para el calculo de la potenciade la bobina primaria y secundaria se utili-zara los voltajes medidos en el circuito abier-to y las corrientes de las bobinas en el caso

del cortocircuito.

7. Calcular la eficacia del transformadoren cada uno de los experimentos.

8. Cuales son las perdidas de energa enun transformador? Explique por que laeficacia no es al 100 %.

Las perdidas de energa en un transformadorse dan por el calor producido en el paso de lacorriente, en la dispersion de las lneas de in-duccion magnetica, en las corrientes de Fou-

cault en el nucleo y en el trabajo invertido enla histeresis del nucleo.

Np/Ns=4

Uin Ip Pin Eficiencia

14,06 0,057 0,801 81,161

14,09 0,057 0,803 81,49114,13 0,057 0,805 80,508

Uout Is Pout

3,22 0,202 0,650

3,24 0,202 0,654

3,21 0,202 0,648

Cuadro 4: Reductor

Np/Ns=1


13,89 0,892 12,390 88,856

13,89 0,892 12,390 88,722

13,88 0,892 12,381 88,451

Uout Is Pout

13,28 0,829 11,009

13,26 0,829 10,99313,21 0,829 10,951

Cuadro 5: Relacion 1:1

Np/Ns=0,25


13,61 0,882 12,004 88,8802251

13,54 0,882 11,942 88,4856158

13,7 0,882 12,083 88,2963404

Uout Is Pout

52,3 0,204 10,669

51,8 0,204 10,567

52,3 0,204 10,669

Cuadro 6: Elevador

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9. Hacer un analisis de los errores come-tidos, interpretarlos y justificarlos ade-cuadamente.

En la practica existen errores en las medicio-nes debidos a: el diseno del transformador,pues este tipo de transformador fue disenadopara un estudio de laboratorio, no se conside-ro la resistencia de las bobinas, la cual haceque exista perdida de potencia, fallos en lafuente de voltaje, pues esta a pesar de habersido cambiada, presentaba ciertas inestabili-dades, no se considero la potencia generadaen el nucleo de hierro, la cual tambien generaperdidas de tension en la transformacion.

10. Bibliografa

1. Walker, J (Halliday & Resnick). Funda-mentals of Physics, 10th Ed., John Wileyand Sons, 2014.

2. Purcell, E. Electricidad y Magnetismo(Curso de Fsica Berkeley). Vol. 2, Ed. Re-verte, Barcelona, 1980

3. Young and Freedman (Sears & Ze-mansky), University Physics (with Mo-dern Physics), 12th Ed., Pearson, AddisonWesley, 2008

3. Conclusiones y Recomen-

daciones

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Anexo

Equipos utilizados:

Fuente de Voltaje

Marca: Phywe

Modelo: Geregelts Netzgerat

Tabla de Conexiones

Marca: PHYWE

Modelo: 06033.00

Bobina 1

Numero de espiras: 1600

Inductancia: 50 mH

Resistencia: 45

Corriente Maxima: 2.5 A

Bobina 2

Numero de espiras: 400

Inductancia: 3 mH

Resistencia: 30

Corriente Maxima: 1 A

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Figura 1: Hoja de Datos

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