Transformador informe
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8/16/2019 Transformador informe
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Transformadores
Objetivos:
_Entender el principio de funcionamiento de un transformador
_Verificar la ecuación fundamental de un transformador
_Evaluar el rendimiento de un transformador
Antecedentes Teóricos
Transformador:
Es un dispositivo eléctrico basado en el fenómeno de inducción
electromagnética, que permite cambiar la amplitud de una seal alterna sin pérdida apreciable de potencia! "onsta esencialmente de dos bobinas
denominadas primario #
secundario, acopladas magnéticamente! "uando la fem en el secundario es ma#or
que en el primario se $abla de un transformador elevador de seal o de subida% en
caso contrario, se tendr& un transformador reductor de seal o de bajada!
'u funcionamiento se basa en que el flujo magnético debido a la corriente que
circula por el bobinado primario atraviesa el &rea limitada por el bobinado
secundario,
induciendo en éste una fem! (ara un acoplamiento magnético perfecto, la ra)ón
entre lasfem sólo depende de las inductancias #, por consiguiente, la seal en el
secundario mantiene la dependencia temporal de la seal sinusoidal aplicada en
el primario, es decir, tiene la misma frecuencia! Teóricamente se puede establecer
una relación entre las fems primaria # secundaria # los respectivos n*meros de
espiras de ambos bobinados! Esa relación se conoce como ecuación fundamental
del transformador matem&ticamente se e+presa como:
- ./ 0 1- .1/
2onde:
/ 0 3em primaria
- 0 fem secundaria
1/ 0 numero de espiras bobina primaria
1- 0 numero de espiras bobina secundaria
4as fems coinciden apro+imadamente con los voltajes 5v6 que se miden en el
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primario # el secundario que se miden a circuito abierto, 5es decir, sin carga, 7' 0
86! 4as resistencias internas de los bobinados introducen ca9das de tensión que
generan diferencias entre # V!
(ara obtener las potencias ideales en juego se establece la siguiente relación
matem&tica!
(e . (s 0 / en donde
(e 0 potencia de entrada
(s 0 potencia de salida
# ( 0 7 V
(or lo tanto
(e 0 7/ V/ (s 0 7- V-
A partir de estas relaciones se verifica la siguiente equivalencia
7' . 7p0 1p .1s
En un transformador ideal el cuociente entre la potencia de salida # la potencia de
entrada es igual a uno lo que corresponde a su rendimiento% en cambio en los
transformadores reales ambos bobinados tienen resistencias internas que $acen
que el rendimiento se menos que uno% el rendimiento se puede calcular de la
siguiente forma:
;0 (s .(p 0 V- 7- . V/ 7/
<ateriales e instrumentos utili)ados
= >obina de ?88 espiras # de @88 espiras
= Volt9metro
= 3uente Alterna 5interfase (asco B86
= ("
= (rograma 2ata 'tudio
= 7nterfase
>obinaEs un elemento que reacciona contra los cambios en la corriente a través de el,
generando una tensión, que se opone a la tensión aplicada # es proporcional al
cambio de la corriente!
2esarrollo E+perimental
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= 'e arma un transformador reductor de voltaje con las bobinas de ?88 espiras
# de @88 espiras en donde la bobina primaria corresponde a la de ?88 espiras #
la secundaria a la de @88 espiras! 'e conecta el circuito a la fuente alterna # se
establece una frecuencia de / Cilo$ert)! 'e comien)a a variar el voltaje
suministrado por la fuente # se registran los siguientes datos!
D V/ 5v6 D V- 5v6 D
D/,B D8,/F D
D/,B D8,/G D
D-,- D8,/ D
D-,G D8,-- D
DF,/8 D8,-G D
DF,@@ D8,- D
DF,?- D8,F- D
D@,F8 D8,FG D
D@, D8,@8 D
DB,F8 D8,@B D
DB,? D8,B8 D
DG,G? D8,B D
D,8 D8,G D
Tabla /: V/.V-
Transformador reductor de Voltaje cerrado!
A partir de estos datos se crea el siguiente grafico
HpicI
Jrafico / V/. V-
Transformador reductor de Voltaje cerrado
En el grafico se puede observar una relación de proporcionalidad entre Vp # Vs,
se observa la formación de una recta cu#a ecuación es
K 0 8!8?B+ L 8,88GB?
2e acuerdo a los datos obtenidos en la e+periencia pr&ctica se comprueba la
relación entre el voltaje # el n*mero de espiras
Vp. Vs 0 1p. 1s
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'e sabe que la pendiente de la recta rectificada es: 8,8?B
2e los datos e+puestos en la tabla se calcula la pendiente entre dos puntos
58,-L8,-G6. 5F,@@ LF,/86 0 8,??
Ambos valores de la pendiente son similares!
= 'e arma el mismo circuito anterior pero esta ve) se deja abierto, el circuito
seguir& siendo reductor! se comien)a a variar el voltaje de la fuente # se obtienen
los siguientes datos
DV/5v6 DV-5v6 D
D8,/F D8,8-- D
D8,F- D8,8B? D
D8,?/ D8,/B D
D/,/ D8,-- D
D/,@ D8,- D
D/,?8 D8,F@ D
D-,-/ D8,@- D
D-,/ D8,BB D
DF,@/ D8,GB D
D@,@B D8,?B D
DB,/G D8, D
DG,- D/,-8 D
D,B- D/,@B D
D?,F- D/,G8 D
Tabla -: V/. V- Transformador reductor de voltaje abierto!
A partir de estos datos se crea el siguiente grafico
HpicI
Jrafico -: V/. V-Transformador Elevador de Voltaje abierto!
En el grafico se puede observar una relación de proporcionalidad entre V/ # V-,
se observa la formación de una recta cu#a ecuación es
K 0 /!--+ M 8!8FG-
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2e acuerdo a los datos obtenidos en la e+periencia pr&ctica se comprueba la
relación entre el voltaje # el n*mero de espiras
Vp. Vs 0 1p. 1s
'e sabe que la pendiente de la recta rectificada es: /!--
2e los datos e+puestos en la tabla se calcula la pendiente entre dos puntos
5F!GB M 8!8--6. 5-!GF L 8!8/6 0 /!-F
Ambos valores de la pendiente son similares!
4as pendientes en ambos casos 5transformador reductor # transformador
elevador6 dieron valores similares entre la teor9a # la e+periencia practica a
través de esto se comprueba la relación entre el numero de espiras de las
bobinas # el voltaje de cada una de ellas!
= 'e procede a armar un circuito similar al anterior pero cambiando los
volt9metros por amper9metros # agregando una resistencia q se encuentra en
serie con 7s! En donde la bobina primaria corresponde a la de @88 espiras # la
secundaria a la de ?88 espiras! de esta manera es un transformador reductor de
corriente o elevador de voltaje! 'e conecta a la fuente alterna en una frecuencia
de B8 Nert)! se comien)a a variar el voltaje primario # se miden las corrientes en
la bobina primaria # en la secundaria obteniéndose los siguientes datos!
D"orriente (rimaria 57p6 Amper D"orriente 'ecundaria 57s6 Amper D
D/!B D8!F D
D@!B D/!- D
D!8 D/!? D
D?!- D-!@ D
D/8!?/ DF!8 D
D/F!@ DF!? D
Tabla F: 7p.7s
Transformador reductor de corriente
A partir de estos datos se crea el siguiente grafico
HpicI
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Jrafico F 7p. 7s
Transformador eductor de "orriente
En el grafico se puede observar una relación de proporcionalidad entre 7p e 7s, se
observa la formación de una recta cu#a ecuación es
K 0 8!-G+ M 8!-/
2e acuerdo a los datos obtenidos en la e+periencia pr&ctica se comprueba la
relación entre la corriente # el n*mero de espiras
7p 1p 0 7s 7s
'e sabe que la pendiente de la recta rectificada es: 8!-G
2e los datos e+puestos en la tabla se calcula la pendiente entre dos puntos
5F!? L 8!F6 . 5/F!@ L /!B6 0 8!-@
Ambos valores de la pendiente son similares!
= 'e arma el mismo circuito anterior pero esta ve) se invierte el orden de las
bobinas de manera tal que el transformador sea elevador de corriente! se
comien)a a variar el voltaje de la fuente # se obtienen los siguientes datos
D"orriente (rimaria 57p6 Ampers D"orriente 'ecundaria 57s6 Ampers D
D/!-B D/!/ D
DF!?8 D@!- D
DB!? DG!B D
D! D?! D
D/8! D/-! D
D/-!-- D/@!@ D
Tabla @ 7p. 7s Transformador Elevador de corriente
A partir de estos datos se crea el siguiente grafico
HpicI
Jrafico @ 7p. 7s
Transformador Elevador de corriente
En el grafico se puede observar una relación de proporcionalidad entre 7p e 7s, se
observa la formación de una recta cu#a ecuación es
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K 0 /!-/+ M 8!@B-
2e acuerdo a los datos obtenidos en la e+periencia pr&ctica se comprueba la
relación entre la corriente # el n*mero de espiras de las bobinas
7p 1p 0 7s 1s
'e sabe que la pendiente de la recta rectificada es: /!-/
2e los datos e+puestos en la tabla se calcula la pendiente entre dos puntos
5/@!@ L /-!--6 . 5-!GF L 8!8/6 0 /!-/
Ambos valores de la pendiente son iguales
4as pendientes en ambos casos 5transformador reductor # transformador
elevador6 dieron valores similares entre la teor9a # la e+periencia practica a
través de esto se comprueba la relación entre el numero de espiras de las
bobinas # la intensidad de corriente de cada una de ellas!
= 'e arma un transformador elevador como se muestra en la siguiente figura
HpicI
'e establece una frecuencia de /Pilo$ert) # se comien)a a variar el voltaje # se
crea la siguiente tabla de datos!
D1umero de espiras D1umero de espiras DVoltaje (rimario DVoltaje
'ecundario D7ntensidad primario D7ntensidad D
Dprimario Dsecundario D5Volts6 D5Volts6 D5Amper6
Dsecundario 5Amper6 D
D@88 D?88 DF!/- DF!GG D/F!@G D
F!?- D
(ara calcular el rendimiento del transformador se utili)a la siguiente relación;0 5(s .(p 6/88
;0 5V- 7- . V/ 7/6 /88
;0 55F!GG F!?-6 . 5F!/- /F!@G66 /88
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;0 FF!- Q
(or lo tanto el rendimiento del transformador armado es de un FF!- Q
apro+imadamente este valor se encuentra dentro del rango que se esperaba
obtener pues los instrumentos de laboratorio no se encuentran en perfectas
condiciones!
"onclusiones
2e acuerdo a los resultados obtenidos e+perimentalmente se puede llegar a la
conclusión de que los transformadores se pueden clasificar de acuerdo a como
afectan las distintas propiedades de un circuito es decir% los transformadores
pueden elevar o reducir la corriente # también pueden elevar o reducir el voltaje
los cuales fueron anali)ados en este laboratorio!
'e estableció la relación entre intensidad # n*mero de espiras para una bobina
tanto primaria como secundaria en un transformador! Esta relación no varia seg*n
la función que cumpla el transformador, siempre ser& la misma! Esto se pudo
comprobara al obtener valores de pendiente similares para esta parte de la
e+periencia! También se pudo establecer una relación entre el voltaje # el
numero de espiras de la bobina #a se primaria o secundaria, esta relación al igual
que la anterior no varia de acuerdo a la naturale)a del transformador # esto se
comprobó de la misma manera que al anterior obteniendo valores para la
pendiente similares! (ara las dos relaciones se establece una proporcionalidad
directa lo que gr&ficamente se e+presa con una l9nea recta # con pendientes
positivas! Todos estos resultados obtenidos concuerdan con el marco teórico
e+puesto previo a la descripción de la e+periencia! Es decir se comprobó de
forma pr&ctica la ecuación fundamental del transformador!
3inalmente de forma practica se obtuvo el rendimiento de un transformador
elevador de voltaje el valor obtenido fue satisfactorio pues se encontraba dentro
del rango esperado el cual no superaba el B8 Q si bien el rendimiento se
encontraba dentro de los esperando es necesario aclarar que su valor era tan bajo
debido al mal estado de los instrumentos de laboratorio!
4as diferencias entre los valores teóricos # e+perimentales, # los errores
e+perimentales se deben principalmente a errores en las medidas pues al estar
trabajando con una fuente alterna en donde el voltaje varia manualmente no se
puede asegurar al /88Q su e+actitud!
Otro factor que influ#e en los errores e+perimentales es que alguno de los
materiales utili)ados no se encontraban en perfectas condiciones por ejemplo las
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bobinas no se encontraban en las mejores condiciones posibles! También al
intentar medir la intensidad para la e+periencia de un transformador reductor de
corriente se tuvo que probar con varios multitester pues al parecer la intensidad
entregada por la fuente no se encontraba dentro del rango que estos median!
"omo resultado de las e+periencias se puede llegar a la conclusión de que untransformador elevador de voltajes act*a de la misma manera que un
transformador reductor de corriente # un transformador reductor de voltajes act*a
de la misma manera que un transformador elevador de corriente!
3inalmente los objetivos planteados al inicio de este informe se $an cumplido en
su totalidad aunque e+isten diferencias entre lo teórico # lo e+perimental pero
esto no se debe a como se reali)o la e+periencia sino que a cosas e+ternas que
influ#eron en ella # que escapaban del control propio!