verificación de circuitos magnéticos, autoinducción e
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL LA PLATA DEPARTAMENTO DE ELECTROTECNIA
LABORATORIO DE ELECTROTECNIA
CÁTEDRA: ELECTROTECNIA I
TRABAJO PRACTICO Nº 4
Verificación de circuitos magnéticos, autoinducción e inducción mutua. Principio del transformador.
Deformación de la corriente.
Edición 2002
Minister io de Cultura y EducaciónMinister io de Cultura y Educación Univers idad Tecnológ ica Nac ionalUnivers idad Tecnológ ica Nac ional
Facultad Regional La PlataFacultad Regional La Plata
Departamento de ElectrotecniaDepartamento de Electrotecnia
Laborator io de ElectrotecniaLaborator io de Electrotecnia
Cátedra: Cátedra: Electrotecnia IElectrotecnia I
Ensayo de Laboratorio: Verificación de circuitos magnéticos,
autoinducción e inducción mutua. Principio del transformador. Deformación de la corriente.
CÁTEDRA: ELECTROTECNIA I ESTRUCTURA
Ing. DANIEL ARNAIZ – Profesor Asociado Ordinario Ing. GABRIEL MIJALOVSKY – Profesor Adjunto Ordinario Ing. PEDRO BAZALAR VIDAL – Jefe de Trabajos Prácticos Interino Ing. GUSTAVO AGOSTI – Jefe de Trabajos Prácticos Interino
ALUMNO:
...............................................................
COMISIÓN Nº : INTEGRANTES:
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CONTENIDO
1. Objetivos del Ensayo
2. Circuito y Equipo a Ensayar
3. Componentes: Equipos, Instrumentos, Elementos accesorios
4. Procedimiento de Ensayo
5. Planillas de Registro de Datos, Gráficos y Eventos de Ensayo
6. Material Auxiliar: Curvas Características
7. Cálculos, Planillas de Registro de Datos Calculados
8. Conclusiones
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Al osciloscopio Al osciloscopio Al osciloscopio
1. Objetivos del Ensayo
- Verificar las magnitudes electromagnéticas básicas, sus unidades, y la
validez de sus relaciones mediante su determinación por cálculo y medición.
- Analizar, diferenciar y resolver circuitos magnéticos en corriente alterna, por
aplicación de sus leyes fundamentales.
- Comprobar el fenómeno de autoinducción e inducción mutua.
- Visualizar la forma de onda de la corriente en función de las características
magnéticas del núcleo.
- Desarrollar circuitos prácticos que posibiliten verificar los distintos procesos
electromagnéticos, mediante el uso de instrumental de laboratorio.
2. Circuito y equipo de ensayo
Pw Td 220 Vca Fuente de A
V V 50 Hz Alimentación R
L
Transformador didáctico Td
Características:
Núcleo ferromagnético tipo “O” con culata o armadura desmontable
Chapa de acero silicio DA 3650
Factor de apilamiento Kfe = 0,94
Longitud de entrehierro Lefe � 0,28 mm
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Peso específico Pefe = 7850 kg/m3
Bobinas: N = 270 espiras U = 220 Vca R = 1,4 Ù
N = 150 espiras U = 120 Vca R = 0.3 Ù
3. Componentes: Equipos, Instrumentos, Elementos accesorios
Fuente de alimentación por autotransformador variable monofásico: 220 / 0-
250 Vca-50 Hz, 0-300 Vcc - Inom= 3 A – Marca BIM Nº 19732/A
Osciloscopio marca FARNELL Nº 19927, Modelo 12-4DA, de 2 canales, con
sus correspondientes puntas de prueba.
Wattimetro electrodinámico marca NORMA, Nº 15824
Voltímetro marca HOWEST Nº 1426, hierro móvil, 150 / 300 / 600 V CA 50
Hz, C=1, Rv= 4,53 / 9,14 / 18,33 kÙ
Voltímetro marca HOWEST Nº 1427, hierro móvil, 150 / 300 / 600 V CA 50
Hz, C=1, Rv= 4,53 / 9,14 / 18,33 kÙ
Voltímetro–mV marca RB Nº 15857, bobina móvil., 60 mV/3 VCC, C=0,5, Rv=
10 / 1000 Ù
Amperímetro marca RB Nº 15628, hierro móvil, 1,2 / 6 A CA 50 Hz, C=1
Amperímetro marca RB Nº 8175, bobina móvil, 2 A CC, C=1
Regla milimetrada / Cinta métrica
Balanza de resortes marca Brancheti Nº 13764 0 a 15 kg. apreciación 20 g.
Entre hierro con rótulo “A” (δe) (lámina plástica cuyo espesor deberá ser
determinado por cálculo).
Tablero de fuerza motriz con interruptor termomagnético y bornera de
conexionado.
2 Borneras de conexionado
1 Interruptor unipolar a cuchilla Nº 8681
Cables unipolares con terminales abiertos
Cables unipolares con terminales abiertos / tipo plug.
Resistencia variable Nº 9905, 5 Ù, 6.3 A
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4. Procedimiento de Ensayo
General:
a) Se relevarán y esquematizarán las partes componentes del núcleo del
transformador didáctico, sus dimensiones y pesos a efectos de contar con
los datos necesarios para los cálculos correspondientes.
b) Se procederá al armado del circuito de ensayo sin conectar el
osciloscopio y con el interruptor unipolar cortocircuitando la resistencia
variable. Se solicitará al auxiliar docente a cargo la verificación del circuito y
la autorización para alimentarlo;
PRIMERA PARTE: Autoinducción e inducción mutua.
Verificación de circuitos magnéticos.
Principio del transformador.
Autoinducción:
Se alimentará la bobina de 300 espiras con CA, estableciendo un valor de
tensión igual al nominal. Se medirá la corriente correspondiente. Luego se
cambiará la alimentación a CC y se regulará un valor de tensión hasta llegar
la misma indicación de corriente en el amperímetro.
Inducción mutua, principio del transformador:
Se alimentará una bobina del circuito con CA, estableciendo su valor de
tensión nominal. Se medirá la corriente correspondiente y la existencia o no,
de diferencia de potencial en la otra bobina. Luego se cambiará la
alimentación a CC y se regulará el valor de tensión necesario a fin de
obtener la misma indicación de corriente en el amperímetro. Se verificará si
existe o no, diferencia de potencial en la otra bobina.
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Verificación de circuitos magnéticos:
a Se establecerá un valor de tensión de CA de aproximadamente el 50 %
del nominal a una de las bobinas situadas en el núcleo. Se intentará retirar la
culata desmontable y se observará y analizará el comportamiento del circuito
frente a tal acción.
b Se elevará la tensión hasta el valor nominal de la bobina y se medirán las
diferencias de potencial en cada bobina, la corriente y potencia
correspondientes.
c Se reducirá la tensión a cero, se intercalará como entre-hierro la lámina
aislante provista, identificada con el rótulo “A” y se elevará nuevamente la
tensión al valor nominal. Se registrarán los valores de tensión en ambas
bobinas, y de corriente y potencia correspondientes. Se analizarán las
diferencias y similitudes con el caso b)
SEGUNDA PARTE: Deformación de la corriente
a) Se abrirá el interruptor que cortocircuita la resistencia variable. Se
conectarán los canales A y B y la masa del osciloscopio en los puntos
indicados.
b) Se alimentará una bobina con su valor de tensión nominal de CA, la que
establece la circulación de su corriente nominal Io. Se energizará el
osciloscopio y se procederá a verificar las formas de onda de: la tensión
aplicada, la diferencia de potencial en la otra bobina y la corriente circulante
Io. Se observará el comportamiento de las ondas visualizadas para distintos
estados, mientras se va reduciendo la tensión aplicada hasta cero.
c) Ambas bobinas se retirarán de su posición en el núcleo y se
superpondrán entre si, quedando con núcleo de aire.
d) Se alimentará entonces la bobina con un valor de tensión de CA que
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posibilite la circulación de una corriente de igual valor eficaz que la nominal
Io, obtenida en el procedimiento b) de este ensayo. Se energizará el
osciloscopio y se procederá a verificar las formas de onda de la tensión
aplicada y de la corriente circulante Io. Se observará el comportamiento de
las ondas visualizadas para distintos estados, mientras se va reduciendo la
tensión aplicada hasta cero.
5.
Planillas de Registro de Datos
Relevamiento del Núcleo
Partes Dimensiones [mm] Pesos [kg]
A B C D E
Armadura
Núcleo
D
B C
A
D
B
E
C
A
E
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Tabla de valores medidos
Verificaciones V1 V2 Io Pw Observaciones
Auto Inducción CA
Auto Inducción CC
CA
Inducción
mutua CC
a)c
b)
1ºPart
e:
Circuitos
magnéticos c)
2º Parte: Deformación de la corriente V1 V2 Io Pw
b) con núcleo de hierro
d) con núcleo de aire
Gráficos:
2º Parte: Se deberán representar, toda vez que cualitativamente se justifique,
las formas de onda de la tensión aplicada, de la diferencia de potencial en la
otra bobina y de la corriente circulante Io, conforme han sido visualizadas en el
osciloscopio.
Eventos de Ensayo:
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6. Material Auxiliar
Curvas Características
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7.
Cálculos
Inducción mutua, principio del transformador partes a y b.
Se deberán calcular la relaciones de espiras y de transformación en función de
las tensiones obtenidas.
Verificación de circuitos magnéticos
1) Con los datos del núcleo y las bobinas y como valor teórico de tensión
para el cálculo el correspondiente al aplicado para la parte b) del ensayo
correspondiente, se resolverá el circuito magnético con el objeto de determinar
los valores teóricos, de la corriente Io y de la potencia Pw, a efectos de su
comparación con los valores medidos. A tal fin se deberán considerar: el
entrehierro propio, las curvas características del núcleo, las pérdidas
instrumentales y en el cobre de la bobina, como así también las correcciones
en las pérdidas propias del núcleo debidas a sus características constructivas.
2) Con los datos del núcleo y las bobinas y como valores teóricos para el
cálculo los correspondiente a la parte c) del ensayo correspondiente (V1, Io y
Pw), se resolverá el circuito magnético con el objeto de determinar el valor
teórico del entre-hierro identificado con el rótulo “A”, a efectos de su
comparación con su valor indicado. A tal fin se deberán considerar: el
entrehierro propio, las curvas características del núcleo, las pérdidas
instrumentales y en el cobre de la bobina, como así también las correcciones
en las pérdidas propias del núcleo debidas a sus características constructivas
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Planillas de Registro de Datos Calculados
V Ömáx Sn1 Sn2 ln1 ln2 Bn1máx Bn2máx δe
1)
2)
Se Bemáx Hemáx Fmmn1 Fmmn2 Fmme Fmmt Immáx Pu
1)
2)
Pnt Ip Im I0 Pcu P(v) P(w) Pt Pw
1)
2)
Referencias
V Tensión aplicada en [V]
Ömáx Flujo máximo en [Wb]
Sn1 Sección de la armadura en [m2]
Sn2 Sección del núcleo en [m2]
ln1 Longitud de la armadura en [m]
ln2 Longitud del núcleo en [m]
Bn1máx Inducción magnética máx. en la armadura en [Wb/m2]
Bn2máx Inducción magnética máx en el núcleo en [Wb/m2]
δe Longitud del entrehierro con rótulo “A” [m]
Se Sección del entrehierro [m2]
Bemáx Inducción magnética máx. en el entrehierro [Wb/m2]
Hemáx Intensidad de campo magnético máx. en el entrehierro [A V/m]
Fmmn1 Fuerza magnetomotriz máx. en la armadura [A V]
Fmmn2 Fuerza magnetomotriz máx. en el núcleo [A V]
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Fmme Fuerza magnetomotriz máx. en el entrehierro [A V]
Fmmt Fuerza magnetomotriz máx. total [A V]
Immáx Corriente magnetizante máxima en [A]
Pu Pérdidas unitarias en [W/kg]
Pnt Pérdidas totales del núcleo en [W]
Ip Corriente de pérdidas en [A]
Im Corriente magnetizante en [A]
I0 Corriente de vacío en [A]
Pcu Pérdidas en el cobre de la bobina en [W]
P(v) Pérdidas en la bobina del voltímetro en [W]
P(w) Pérdidas en la bobina voltimétrica del watímetro [W]
Pt Pérdidas totales [W]
Pw Potencia indicada por el watímetro en [W]
Consignar valor predefinido de entrehierro del núcleo Lefe, en [m]
Consignar los valores medidos
8 Conclusiones
Importante: Los alumnos deberán concluir sobre consideraciones relevantes
que elaborarán como resultado de todos y cada uno de los puntos
correspondientes al procedimiento de ensayo, como así también sobre las
situaciones eventuales