Pre-Laboratorio:

¿Cómo funciona un autotransformador y por que no sirve para aislar eléctricamente 2 circuitos?

Son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado, fabricado bien sea de hierro dulce o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario. No funcionan para aislar dos circuitos porque tienen una interacción mutua por medio de un flujo magnético.

¿Qué es la autoinductacia?

Es una fuerza electromotriz inducida en un circuito por un campo eléctrico inducido que originado por una corriente en movimiento esto basado en la Ley de Faraday.

¿Qué es la inductancia mutua?

Es un efecto combinado entre dos bobinas entre las cuales comparten un flujo magnetico originada por una de las dos, esto produce un efecto de inducción sobre la otra, produciendo una corriente inducida.

¿Qué es el factor de potencia?

Se define como el cociente de la relación de la potencia activa entre la potencia aparente; es un término que se utiliza para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo.

¿Por qué los transformadores no se usan con DC?

Para q se de la inducción electromagnética entre las bobinas del transformador el campo magnético debe ser variable en el tiempo como lo es la corriente alterna ( ley de faraday)la corriente DC genera un campo constante y solo logra almacenar energía en las bobinas.

¿Por qué la autoinductancia con núcleo ferromagnetico depende de la amplitud de la corriente?

La transferencia de energía al campo magnético representa trabajo efectuado por la fuente de FEM. Se requiere potencia para hacer trabajo, y puesto que la potencia es igual a la corriente multiplicada por la tensión, debe haber una caída de tensión en el circuito durante el tiempo en que la energía está almacenándose en el campo.

¿Qué es la corriente de magnetización?

Es la corriente necesaria para producir el flujo en el núcleo del transformador.

¿Cómo se define la eficiencia de un transformador?

La eficiencia se define como el cociente de la potencia de salida y de la entrada x 100.

¿Cuáles son y a que se deben las perdidas en un transformador real?

Perdidas en el hierro: Es la potencia pérdida en el hierro del circuito magnético de un transformador. Perdidas en el cobre: Es la suma de las potencias pérdidas en los bobinados de un transformador.

Actividad N°1: La Autoinductancia con Nucleo de Aire.

Mida con el ohmímetro la resistencia de la bobina de 500 vueltas:

Rp 2,5 Ω

Usando la bobina de 500 vueltas monte el siguiente circuito primero sin colocar la armadura ferromagnetica (nucleo). Use una resistencia limitadora R1= 1kΩ y un reóstato R2 de 110 Ω, ajustelo inicialmente para que el voltímetro marque cero:

Diagrama del circuito:

Demuestre que la formula del modulo de la impedancia de la bobina real, simulándola

como una inductancia ideal en serie con una resistencia es: L=12πf

∗√(V 2I 2 −R2)R+ ωLi IZI= [R2 +( ωL)2]1/2 =V/I

Mida el voltaje, la corriente y la potencia sobre la bobina sin nucleo:

Vp 0,6 VIp 128 mA

Zl=Vp/Ip 4,68 Ω

Calcule la autoinductancia sin núcleo:

Lo 0,01 H

Compárela con la reportada por el fabricante:

Fabricante: 0,01 (la inductancia calculada y la del fabricante son iguales).

Mida la potencia con el watimetro, use el factor de escala correspondiente a la configuración del watimetro:

Lectura Factor de escala Potencia Unidad0,4 0,1 0,04 W

Calcule el factor de potencia:

cosф 0,74

Quite el watimetro y sustitúyalo por un fasometro (cosimetro) mida el factor de potencia y compárelo con el anterior:

Cosimetro: 0,76 (son aproximados los valores obtenidos)

Actividad N°2: La Autoinductancia con Núcleo Ferromagnetico.

Diagrama del circuito:

Mida el voltaje, la corriente y la potencia sobre la bobina con nucleo:

Vp 142 VIp 133,7 mA

Zl=Vp/Ip 1,06 Ω

Calcule la autoinductancia sin nucleo:

Lo 2,83 H

Mida la potencia con el watimetro, use el factor de escala correspondiente a la configuración del watimetro:

Lectura Factor de escala Potencia Unidad

1,1 10 11 W

Calcule el factor de potencia:

cosф 47

Haga sus conclusiones:

Al colocarle el nucleo ferromagnetico a la bobina, el flujo se concentra en dicho núcleo, el cual evita que halla mayores perdidas del flujo magnético pudiéndose este aprovecharse mejor, ocasionando variaciones evidentes en la corrientes y el voltaje:

(S.N): Corriente Grande; Voltaje Pequeño)(C.N): Corriente Grande; Voltaje Mayor)

Afloje el tornillo de sujeción del yugo y deslice lentamente el yugo mientras observa la corriente.

¿Qué pasa con el flujo disperso?

El fujo disperso aumenta alrededor de la bobina y del núcleo ferromagnetico, ocasionando Perdias.

¿Qué pasa con la autoinductancia, la impedancia y la corriente?

La corriente Aumenta, la autoinductancia disminuye y la impedancia en el circuito aumenta.

¿Por qué suena y a que se debe?

Suena a 120Hz y este sonido sse debe a la constante linealizacion de los dipolos presentes en el núcleo ferromgnetico, a causa del flujo de corriente alterna que fluye a través de este.

Actividad N°3: La Inductancia Mutua sin Carga.

Arme el siguiente circuito, colocando como secundario una bobina de 1000 vueltas y carga Rl infinita (sin carga):

Nota: No se uso reóstato puesto que se contaba con un “Variac” para controlar el voltaje del primario:

Diagrama del circuito:

Aplique un voltaje cercano a 50 V en el primario y mida la relación entre voltaje:

Vp 49,5 VVs 95,2 VVsVp

1,92 -

Compare con la relación entre el número de vueltas:

1000/500= 2 ~ 1,92 (Ambos valores son aproximados)

Reduzca el voltaje en el primario hasta cero y coloque ahora como secundario la bobina de 250 vueltas. Aplique un voltaje cercano a 100 V en el primario y mida la relación entre voltajes:

Vp 100,3 VVs 49 VVsVp

0,48 -

Compare la relación entre el número de vueltas:

250/500=0,5 ~ 0,48 (La relación de los valores primarios y secundaros son aproximados a los valores de las relaciones entre el numero de vueltas entre las bobinas, por lo cual se puede apreciar que hay una estrecha correspondencia entre ambos).

Mida la corriente de magnetización:

Nota: para ello es necesario desconectar el cable del amperímetro en el circuito.

Imag 96,5 mA

Actividad N°4: La Inductancia Mutua con Carga

Coloque ahora como carga en el secundario de 250 vueltas, un bombillo. Verifique que inicialmente el voltaje en el primero es cero. Mida los voltajes, corrientes y potencias en el primario y el secundario cada 10 voltios:

Vp[V]

Ip[mA]

LecturaW1[W]

Factor de Escala

W1

Vs[V]

Is[mA]

LecturaW2[W]

Factor de Escala

W210 89,3 7,5 0,1 4,31 144,7 3 0,2520 124,2 2,1 1 8,92 195,3 6 0,2530 152,5 4 1 14 236,6 12 0,2540 178,6 6,3 1 18,9 272 19 0,2550 201 0,9 10 23,65 307 27 0,2560 222,5 1,2 10 28,5 338 37 0,2570 245 1,55 10 33,3 372 46 0,2580 266 1,95 10 38,5 402 58 0,25

Calcule y rellena la siguiente tabla:

Vp[V]

Potencia Primario

[W]

Vp Ip[V A]

cosфp Potencia Secundari

o[W]

Vs Is[V A]

cosфs

10 0,75 0,893 0,83 0,75 0,62 1,2120 2,1 2,48 0,85 1,5 1,74 0,8630 4 4,56 0,88 3 3,30 0,9040 6,3 7,16 0,88 4,75 5,14 0,9250 9 10 0,9 6,75 7,27 0,9360 12 13,32 0,91 9,25 9,63 9,9670 15,5 17,15 0,90 11,5 12,38 0,93

19,5 21,28 0,92 14,5 15,47 0,94

Comente los anteriores valores:

A primera vista se observa que la potencia en el primario es mayor que en el secundario y esto es debido a la carga que este posee conectado, también se onserva una variación en el factor de potencia, aumentando este en el secundario y disminuyendo en el primario.

P=IRmsVRms.cosФ

Actividad N°5: Perdidas en un Transformador.

Mida con el ohmímetro la resistencia del secundario:

Rs 1,1 Ω

Calcule las perdidas:

Vp[V]

Eficienciaη

Perdidas Ohmicas

del Primario

[W]

Perdidas Ohmicas

del Secundario

[W]

Perdidas del

nucleo[W]

10 1,01 0,02 0,02 -42975,535

20 0,71 0,04 0,04 -79908,093

30 0,74 0,06 0,06 -118671,38

40 0,75 0,08 0,08 -159555,62

50 0,75 0,10 0,10 -202415,15

60 0,76 0,12 0,13 -246518,38

70 0,75 0,15 0,15 -298426,15

80 0,74 0,18 0,18 -349564,22

Comente los anteriores valores:

se puede apreciar que las perdidas óhnmicas tanto en el primario como en el secundario son casi equitativas en ambas bobinas, la eficiencia permanece oscilando entre valres muy cercanos pero en el nucleo hay una perdida considerable según estos datos. (esta sujeto bajo revisión los datos obtenidos).