TRANFORMADORES DE CORRIENTE ALTERNA.

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TRANFORMADORES DE CORRIENTE ALTERNA

Práctica de laboratorio de física electromagnética

INTEGRANTES:

F. Palma, J. Betancourt, O. Henao.

DOCENTE:

Jairo Plaza

Física electromagnética

Programa de ingeniería química

Universidad del Atlántico

18-06-16

Resumen

En esta última práctica se busca entender el funcionamiento de un transformador, los efectos producido por la manipulación del voltaje en él, a su vez el cambio del campo magnético por dicha variación. En su diseño se tiene en cuenta el número de vuelta que se le hace a una platina de material ferromagnético con un alambre de cobre, ya que el voltaje a obtener depende tanto de la platina como del número de vuelta que se le aplique al material. Al momento de enrollar el alambre en la platina se tendrá en cuenta que por cada 100 vuelta enrollada se dejará un hilo de alambre afuera y continuar enrollando. La idea de dejar el alambre afuera es para poder apreciar como es el voltaje a medida que se aumenta el número de vuelta. El voltaje obtenido será medido por medio del multímetro y el campo magnético será apreciado por medio de diferentes materiales magnéticos. Se buscará donde el campo es más fuerte y donde es más débil, a la vez donde deja de tener efecto e campo según el voltaje obtenido.

Introducción.

El transformador es quizás una de las máquinas eléctricas de mayor utilidad que jamás se hayan inventado, nos permite aumentar o disminuir el voltaje y la corriente eléctrica en un sistema de corriente alterna. El uso de los transformadores en el campo doméstico como en el industrial, cobran gran importancia ya que con ellos podemos cambiar la amplitud del voltaje, es económico usar un voltaje alto y una corriente baja para minimizar la pérdida I2 R en las líneas de transmisión cuando la energía eléctrica se transmite a grandes distancias. En consecuencia, son comunes líneas de 350 kV y, en muchas áreas, incluso se usan líneas con voltajes más altos (765 kV). En el extremo receptor de tales líneas, el consumidor requiere potencia a bajo voltaje (por seguridad de los equipos), por esta razón, el transformador alcanza a disminuir el voltaje hasta 120 V Y 140 V en áreas residenciales. La importancia del transformador se ve reflejada en la gran variedad  de artículos  electrónicos como los receptores de televisión, los equipos de alta fidelidad, algunos teléfonos, automóviles que cuentan con uno o más de estos. 

Marco teórico.

En su forma más sencilla, el transformador de CA consta de dos bobinas de alambre enrolladas alrededor de un núcleo de hierro, como se ilustra en la fi gura 1.

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Figura 1. Esquema básico de un transformado de CA.

La bobina de la izquierda, que está conectada a la fuente de entrada de voltaje alterno y tiene N1 vueltas, se denomina devanado primario (o primaria). A la bobina de la derecha, formada por N2 vueltas y conectada a un resistor de carga R, se le llama devanado secundario (o secundaria). El propósito del núcleo de hierro es aumentar el flujo magnético a través de la bobina y proporcionar un medio en el que casi todas las líneas de campo magnético que pasan a través de una bobina lo hagan por la otra. Las pérdidas por corrientes de eddy disminuyen con el uso de un núcleo laminado. La transformación de energía en energía interna en la resistencia finita de los alambres de la bobina suele ser muy pequeña. En la explicación que sigue se supone un transformador ideal, en el que las pérdidas de energía en los devanados y el núcleo son igual a cero.

La ley de Faraday expresa que el voltaje V1 en las terminales del circuito primario es:

                                                                                                  (1)[pic 8]

Donde ΦB es el fl ujo magnético que pasa por cada vuelta. Si supone que todas las líneas de campo magnético permanecen dentro del núcleo de hierro, el fl ujo que pasa por cada vuelta del primario es igual al fl ujo que pasa por cada vuelta del secundario. Por esto, el voltaje en las terminales del secundario es:

                                                                                                   (2)[pic 9]

Resolviendo la ecuación (1)  para d ΦB/dt y si sustituimos el resultado en la ecuación

2, encontramos que:

                                                                                                      (3)[pic 10]

Cuando NS  NP, el voltaje de salida VS es mayor que el voltaje de entrada VP. Esta[pic 11]

configuración se conoce como transformador elevador. Cuando NS NP, el voltaje de salida[pic 12]

es menor que el voltaje de entrada, y se tiene un transformador reductor. 

Procedimiento experimental.

1. Ya construida la bobina primaria que comprende un transformador se verifican los puntos de mayor sensación magnética acercando una tapa metálica habiendo hecho pasar por la bobina corriente y acercando la tapa metálica a esta.
2. Se construye la placa secundaria del transformador, sabiendo que dicha construcción es el enrollamiento del hilo de alambre alrededor de la platina, dejando un hilo afuera por cada 100 vueltas.
3. Se verifica los efectos que tienen los movimientos horizontales y verticales de la bobina secundaria sobre el sistema observando los medidores de corriente y voltaje.
4. Se conecta la fuente a la platina primaria del transformado por medio de cables conectores (caimanes) y esto a su vez a un medidor de voltaje y corriente que tiene la fuente.
5. Se hace fluir un cierto voltaje y se observa si está marcando en el medidor de corriente y voltaje que tiene la fuente, ya que as se verifica si se está cumpliendo el funcionamiento del transformador
6. Se coloca la segunda platina en el transformador y se conecta a un multímetro por medio de cables conectores (caimanes)
7. Se hace fluir nuevamente un voltaje y se verifica si todo está funcionando. Nos damos cuenta que se crea un campo magnético ya que se comienza a Pasar alrededor del transformador objetos metálicos y se hace sentir la atracción del campo magnético sobre este. Se trata de desprender la platina secundaria y nos damos cuenta que hay un campo magnético fuerte que no deja que se desprenda tan fácilmente.
8. Luego de verificar cada detalle nos centramos a realizar la experiencia. Se trabajará con 3 voltajes diferente (20V,40V, 50V) en la cual se aplicarán a dicho transformador
9. Se deja fluir 20V a la placa primaria del transformador, con el objetivo de medir e voltaje de la placa secundaria y la influencia del número de vueltas.
10. Se irán anotando los voltajes arrojados por la placa secundaria.  Uno de los cables conectores estará conectado en el principio del enrollamiento y el segundo se ira variado en cada hilo suelto que se dejó al enrollar hasta llegar al extremo final. Se notará que a medida que existe más vuelta habrá un valor mayor del voltaje.
11. Se repetirá el mismo ejercicio para el voltaje de 40V y de 50V
12. Se hará una gráfica para los voltajes de 20V, 40V y 50V.  tal grafica será voltaje vs número de vuelta. y se mostrara la influencia de voltaje con respecto el número de vuelta
13. Ya en lo último analizaremos el comportamiento de la corriente con respecto a la manipulación de placa secundaria.

Resultados y discusión

En la prueba cualitativa donde se acercó una tapa metálica cuando solo se tenía el embobinado primario se logró determinar que la parte donde más intensidad del campo magnético se tenía. esta fue en la parte superior de la u donde el alambre de cobre estaba enrollado y tendiendo al centro. Haciendo una analogía de esta bobina con un solenoide de tiene que el campo magnético tendrá una mayor intensidad en el centro de la bobina lo que en los transformadores corresponde al núcleo de material ferromagnético por lo cual se espera que el campo magnético fluya por este como se muestra en la figura1 y 2 la cual se muestra a continuación:

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