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Transformadores
El transformador es una de las más iaplicaciones técnicas de la inducción. Sepuede encontrar en todos los tamaños, comotransformador de alta tensión, en la transmisiónde energía, o como transformador de btensión, prácticamente, en todos los aparatos que se alimentan con la tensión de la red.
mportantes
aja
Los transformadores sólo se pueden operar
Transmisión de energía
Un transformador puede transportar energía, con pocas
Adaptación de tensión
Un transformador convierte tensiones, es decir, s.
Separación segura de la tensión de la red
Con frecuencia, la función principal de un transformador consiste en la separación de de
También existen los llamados autotransformadores que, a diferencia de los gún
básicamente con corriente alterna. Entre las funciones que cumplen se encuentran:
pérdidas, de un nivel de tensión a otro.
transforma tensiones en otras mayores o menore
circuitos eléctricos. Por ejemplo, dado que la tensión de 230 V es peligrosa, la mayoríalos transformadores para equipos vienen diseñados como transformadores de separación, con dos devanados separados, que producen un aislamiento galvánico entre el lado "peligroso" y el "no peligroso".
transformadores de separación, sólo poseen un devanado y no producen ninaislamiento
Principio del transformador
Por lo general, los transformadores constan de
s devanados acoplados magnéticamente. Se diferencia entre el devanado primario, edecir, el que consume potencia eléctrica, y el devanado secundario, es decir, el que entregpotencia eléctrica. Igualmente, de modo
a
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análogo se habla de
• Tensión primaria u1 y secundaria u2 • Corriente primaria1 y secundaria i2 • Número de espiras del devanado primario n1 y del secundario n2
Los transformadores tienen diversas formas. En los pequeños transformadores monofásicos, como el que se muestra en el ejemplo, ambos devanados se encuentran arrollados en un sólo lado del núcleo de hierro. Con esto se logra que el flujo magnético generado por una bobina se transmita casi por completo a la otra bobina. Las líneas de campo se encuentran prácticamente dentro del núcleo, la dispersión es mínima y el circuito magnético se cierra a través de los otros lados exteriores .
Si por el devanado primario circula una corriente, debido a la variación del flujo magnético en el tiempo, en el devanado secundario se inducirá una tensión. La relación entre las dos tensiones corresponderá a la existente entre el número de espiras de los devanados. Las corrientes, al contrario, tienen una relación inversamente proporcional a la de los devanados:
.
Comportamiento
El transformador no se puede considerar de ningún modo como un componente ideal, carente de dispersión y pérdidas. En la práctica se determinan pérdidas que se manifiestan en el calentamiento del transformador. Las causas de esto son:
• Pérdidas en los devanados debidas a la resistencia del alambre de cobre • Pérdidas en el hierro debidas a corrientes parásitas y pérdidas por histéresis,
causadas por la inversión magnética del hierro
Para reducir estas pérdidas, el núcleo del transformador se construye de capas de chapas individuales, aisladas entre sí. Esto evita considerablemente la formación de corrientes parásitas. La chapa del transformador se construye de material magnético suave, con una curva de histéresis angosta.
Las pérdidas resistivas son la causa especial de que la tensión secundaria del transformador con carga no permanezca constante, sino que descienda. Este fenómeno se aprecia más en los transformadores pequeños, que poseen devanados de alambre de cobre delgado.
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Transformador sin núcleo y con núcleo Se estudiará la transmisión de energía en un transformador con y sin núcleo de hierro y se conocerá el efecto importante que tiene dicho componente.
Monte el siguiente arreglo experimental.
Abra el instrumento virtual generador de funciones pulsando sobre la imagen del instrumento.
Realice los siguientes ajustes:
• Forma de la curva SINUS • Frecuencia en 500Hz • Amplitud 1:1 y 100%
Active el botón POWER y observe la luminosidad de la lámpara.
Apague de nuevo el botón POWER del generador de funciones.
Pulse a continuación STEP2, en la animación, y complemente el transformador, como se indica, con el núcleo de hierro.
Conecte de nuevo el generador de funciones y observe la luminosidad de la lámpara.
¿Cómo se comporta la lámpara en el devanado secundario de un transformador con y sin núcleo?
Con el núcleo, la lámpara no se enciende.
Con el núcleo, la lámpara se enciende.
Sin el núcleo, la lámpara se enciende más claramente.
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¿En el transformador, qué influencia ejerce un núcleo de hierro sobre la transmisión de energía?
El núcleo de hierro hace que el transformador sea más pesado y más estable.
El núcleo de hierro procura un buen acoplamiento magnético entre el devanado primario y el secundario.
La mayor parte de las líneas del campo magnético pasan por el interior del núcleo de hierro.
Gracias al núcleo de hierro, el flujo magnético generado por el devanado primario se conduce a través del secundario.
El núcleo de hierro protege los devanados contra daños mecánicos.
¡Varias respuestas pueden ser correctas!
Relación de transformación Se aplicará una tensión alterna al transformador; se medirá con el voltímetro la amplitud de las tensiones primarias y secundarias y se calculará la relación de transformación.
Monte el siguiente arreglo experimental:
Abra el instrumento virtual voltímetro A pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes:
• Rango: 5 V, DC • Display digital • Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)
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Abra el instrumento virtual voltímetro B pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes:
• Rango: 2 V, DC • Display digital • Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)
Abra el instrumento virtual generador de funciones pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes:
• Forma de la curva SINUS • Frecuencia 50Hz • Amplitud 1:1 y 25%
Conecte el generador de funciones accionando el botón POWER.
Lea ambos instrumentos y transfiera los valores:
Voltímetro A: tensión primaria UPRIM = V
Voltímetro B: tensión secundaria USEC = V
Varíe el número de espiras del transformador n1 = 400, n2 = 200. La animación STEP2 muestra la manera de hacerlo.
Lea ambos instrumentos y transfiera los valores:
Voltímetro A: tensión primaria UPRIM = V
Voltímetro B: tensión secundaria USEC = V
Calcule:
Tensión primaria/ tensión secundaria: UPRIM / USEC=
Espiras del primario/ espiras del secundario n1 / n2=
¿Cuál afirmación sobre la relación de transformación del transformador es correcta? Las tensiones se comportan casi de igual manera que
???
¿Por qué razón, la tensión de salida es menor que lo esperado de acuerdo con la relación entre el número de espiras de los devanados?
Por que el flujo magnético de dispersión hace que disminuya el flujo del devanado secundario.
La tensión del secundario se reduce debido a inexactitudes en la medición.
¡Varias respuestas pueden ser correctas!
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Porque los devanados del transformador están mal arrollados.
Porque el núcleo desarmable tiene un entrehierro muy grande, y esto hace que se presente flujo de dispersión.
Transformador con carga Se aplicará una carga a un transformador y se medirá la tensión del secundario mientras se aumenta la carga. Los valores medidos se anotarán en una tabla y se reperesentarán gráficamente.
Monte el siguiente arreglo experimental.
Abra el instrumento virtual voltímetro A pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes:
• Rango: 5 V, DC • Display digital • Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)
Abra el instrumento virtual voltímetro B pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes:
• Rango: 2 V, DC • Display digital • Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)
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Abra el instrumento virtual generador de funciones pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes:
• Forma de la curva SINUS • Frecuencia 50Hz • Amplitud 1:1 y 40%
Conecte el generador de funciones accionando el botón POWER.
Cargue el transformador con los valores de resistencias indicados en la tabla. En la animación sólo se muestra el primer caso, esto es, una carga de 100 .Ω Los otros casos se obtienen conectando en serie y en paralelo las dos resistencias de 100 Ω . El valor 9999 representa el caso a circuito abierto, es decir, sin carga. El valor de 10 Ω se obtiene aproximadamente con la lámpara. Lea los valores medidos en el voltímetro B y anótelos en la tabla.
Compare los valores medidos representados en su diagrama con la siguiente selección. ¿Cuál diagrama es correcto?
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¿Cuál afirmación sobre un transformador es correcta?
La tensión de salida disminuye cuando la carga resisitiva aumenta.
La tensión de salida aumenta cuando la carga resistiva disminuye.
La tensión de salida aumenta cuando la carga resistiva disminuye.
Cuestionario sobre el transformador
¿En qué se distinguen el devanado primario y el secundario del transformador?
El devanado secundario tiene, básicamente, menos espiras.
El devanado primario consume potencia
El devanado secundario consume potencia
¿Cómo se comportan la tensión y la corriente en un transformador por cuyo devanado primario circula corriente alterna?
Las tensiones primaria y secundaria se comportan
???
Las corrientes primaria y secundaria se comportan
???
Los transformadores no son componentes ideales. En la práctica se presentan los siguientes problemas:
Enfriamiento
Calentamiento debido a las pérdidas
¡Varias respuestas pueden ser correctas!
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Pérdidas en el hierro del núcleo debido a corrientes parásitas
Pérdidas en los devanados debido a la resistencia del alambre de cobre
Mal acoplamiento entre los devanados debido a la dispersión
Sensibilidad a los golpes
En un transformador con carga resisitiva...
la tensión del secundario disminuye.
la tensión del secundario aumenta.
la tensión del secundario permanece constante.
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