Universidad Santa María La Antigua
Facultad de licenciatura en
Ingeniería Industrial Adm.
Física II
Laboratorio # 7
"Transformadores"
Grupo: D13
Integrante:
Victoria Alexandra Fonseca
9 - 737 - 143
Realizado el:
27 de febrero de 2012
Entregado:
29 de febrero de 2012
PRIMER CUATRIMESTRE
TRANSFORMADOR
Es aquel dispositivo capaz de modificar alguna característica de la energía eléctrica y su principio estructural en dos bobinas con dos o más devanados o arrollamientos alrededor de un centro común llamado núcleo. El núcleo es el elemento encargado de acoplar magnéticamente loa arrollamientos de las bobinas primaria y secundaria del transformador. Esta construido superponiendo numerosas chapas de aleación acero – silicio, fin de reducir las perdidas por histéresis magnética y aumentar la resistividad del acero. Su espesor suele oscilar entre 0,30 y 0,50 mm. La forma más sencilla de construir el núcleo de un transformador es la que consta de tres columnas, las cuales se cierra por las partes superior e inferior con otras dos piezas llamadas yugo o culata.
Con el fin de facilitar la refrigeración del transformador los núcleos disponen de unos canales en su estructura que sirven para que circule el aceite de refrigeración. En los transformadores trifásicos, los núcleos se disponen en tres columnas unidas a sus respectivos yugos superior e inferior.
Los transformadores tienen la capacidad de transformar el voltaje y la corriente a niveles más altos o más bajos. No crean por supuesto, la energía a partir de la nada; por lo tanto, si un transformador aumenta el voltaje de una señal, reduce su corriente; y si reduce el voltaje de la señal, eleva la corriente. En otras palabras, la energía que fluye a través de un transformador, no puede ser superior a la energía que haya entrado en él.
Relación de vueltas
La relacion que exista entre las vueltas del primero y del secundario determina la relacion del voltaje del transformador.
Relación 1.1. El voltaje y la corriente del primario se transmiten sin alteraciones al secundario. Con frecuencia a este se le designa como transformador de aislamiento.
De elevación: El voltaje se aumenta por la relación de vueltas; así, una relación de 1:5 elevara en un voltaje de 5 voltios en el primario a un voltaje de 25 voltios en el secundario.
De reducción: El voltaje se reduce por la relación de vueltas. Así, una relación de 5:1 disminuirá un voltaje de 25 voltios en el primario a un voltaje de 5 voltios en el secundario.
TRANSFORMADORES
El transformador es una aplicación importante de la inductancia mutua, un transformador tiene un devanado primario LP conectado a una fuente de voltaje que produce una corriente alterna, mientras que el devanado secundario LS esta conectado a través de una resistencia de carga RL. El propósito del transformador es transferir la potencia del primario que es donde esta conectado al generador al secundario, donde el voltaje inducido en el secundario es capaz de producir corriente en la resistencia de carga conectada a través de LS.
Aunque el primario y el secundario no están conectados entre si, la potencia en el primario esta acoplada al secundario por medio del campo magnético que existe entre los dos devanados. Cada vez que la carga requiera un voltaje mayor o menor al proporcionado por el generador, el transformador puede aumentar o disminuir el voltaje de aquel si se incrementa o decrementa él numero de vueltas del devanado secundario LS (comparado con las vueltas del primario LP) a fin de proporcionar la cantidad de voltaje necesaria en el secundario.
RELACION DE VUELTAS: El cociente entre él numero de vueltas en el primario y el secundario es la relación de vueltas del transformador.
Por ejemplo, 500 vueltas en el primario y 50 en el secundario dan una relación de vueltas de 500/50 o 10:1.
RELACIÓN DE VOLTAJE
Con un acoplamiento unitario entre el primario y el secundario, el voltaje inducido en cada vuelta del secundario es igual al voltaje inducido en cada vuelta del primario. Por tanto, la relación de voltajes se encuentra en la misma proporción que la relación de vueltas:
Cuando el secundario tiene un mayor numero de vueltas que el primario, el voltaje en aquel es mayor que en el primario y, por consiguiente, el transformador aumenta el voltaje. Cuando el secundario tiene un numero menor de vueltas que el primario, el transformador reduce el voltaje. Sin importar cual sea el caso, la relación siempre se da en términos del voltaje en el primario, el cual puede aumentarse o reducirse en el devanado secundario.
Estos cálculos solo son validos para transformadores con núcleo de hierro donde el acoplamiento es unitario. Los transformadores con núcleo de aire para circuitos de RF son, en general, sintonizados para resonancia. En este caso, se considera el factor de resonancia en lugar de la relación de vueltas.
CORRIENTE EN EL SECUNDARIO
De acuerdo con la ley de Ohm la cantidad de corriente en el secundario es igual al voltaje en este dividiendo entre la resistencia del circuito del secundario.
POTENCIA EN EL SECUNDARIO
La potencia disipada por RL en el secundario es IS2 * RL o VS* IS
Es importante notar que la potencia empleada por la carga en el secundario, es proporcionada por el generador conectado al primario. El proceso por medio del cual la carga obtiene la potencia del generador conectado al primario es el siguiente:
Cuando circula por el secundario, el campo magnético de este se opone a la variación del flujo asociado con la corriente en el primario. Entonces, el generador debe proporcionar mas corriente al primario para mantener el voltaje autoinducido a través de LP y del voltaje desarrollado por inducción mutua en el secundario LS. Si la corriente en el secundario duplica su valor, como consecuencia de disminuir a la mitad la resistencia de carga, la corriente en el primario también se duplica con el fin de proporcionar la potencia requerida en el secundario. Por consiguiente, el efecto que la potencia en la carga del secundario ejerce sobre el generador es igual a que si RL estuviese conectada en el primario, con excepción de que en el secundario, el voltaje a través de RL se incrementa reduce de acuerdo con la relación de vueltas.
RELACIÓN DE CORRIENTE
Cuando no existen perdidas en el núcleo del transformador, la potencia en el secundario es igual a la potencia en el primario. La relación de corriente es el inverso de la relación de voltaje; esto es, aumentar el voltaje en el secundario significa disminuir la corriente en el primario y viceversa. El secundario no genera potencia, solo la toma del primario. Por tanto, el aumento o disminución de la corriente, en términos de la que circula por el secundario (IS), esta determinada por la resistencia de carga conectada a través de este.
Como ayuda para llevar a cabo estos cálculos, recuérdese que el lado que tiene el mayor voltaje es por el que circula la menor corriente. L voltaje V y la corriente I en el primario y en el secundario se encuentran en la misma proporción que el numero de vueltas en el primario y en secundario.
EFICIENCIA DEL TRANSFORMADOR
La eficiencia se define como el cociente de la potencia de salida y de la entrada x 100.
