TRANSFORMADORES
TRANSFORMADORES
CORRIENTE
ALTERNA
Se denomina Corriente Alterna (AC:
Altern Current) a la corriente alterna en la que la magnitud y dirección varían
cíclicamente.
Es
aquella de forma armónica que oscila de un valor máximo en un sentido, hasta el
mismo valor, pero en sentido contrario y viceversa, pasando por cero cada vez y
repitiendo los valores alcanzados de forma periódica senoidal e indefinida.
La
Corriente Alterna es producida en las centrales eléctricas por medio de
máquinas rotativas, los GENERADORES, también denominados Alternadores.
La AC se refiere a la forma en la cual la
electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos,
son también ejemplos de corriente alterna.
Voltaje pico a pico (VPP): Diferencia entre su pico o máximo
positivo y su pico negativo. Una señal sinusoidal que oscila entre +Vo y -Vo. VPP = 2Vo.
VRMS (root
mean square, valor cuadrático medio).
SIMBOLOGIA DE LOS TRANSFORMADORES
Transformadores
Es
una máquina electromagnética que permite aumentar o disminuir el
voltaje o tensión en
un circuito eléctrico de corriente
alterna, manteniendo
la frecuencia.
Al ser una
máquina estática, no tiene pérdidas mecánicas y por tanto pueden alcanzar
rendimientos cercanos al 100%.
Los
transformadores 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 de
hierro dulce
o hierro silicio (material ferromagnético). Las bobinas o devanados se
denominan primario
y secundario
según correspondan a la tensión alta o baja, respectivamente. También existen
transformadores con más devanados, en este caso puede existir un devanado
"terciario", de menor tensión que el secundario.
Es
un dispositivo que convierte energía eléctrica de un cierto nivel de voltaje,
en energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un
campo magnético.
Componente
que consiste en dos o más bobinas acopladas por inducción magnética. Se utiliza
para transferir energía eléctrica.
Tipos
de Transformadores
Partes
de un Transformador
¿Por qué los núcleos no se construyen
macizos, sino en láminas (chapas de hierro)? para
evitar la formación de corrientes de FOUCAULT (corrientes parásitas). Las
variaciones del campo magnético del primario originan corrientes inducidas en
el secundario (autoinducción),
corrientes inducidas en el mismo primario (autotransformación) y corrientes en
el núcleo magnético (corrientes parásitas).
Funcionamiento
Si
se aplica una
fuerza electromotriz alterna
en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la
corriente alterna crearán un
campo magnético variable dependiendo
de la
frecuencia de
la corriente. Este campo magnético variable originará, por
inducción, la
aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.
-La
Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una
corriente alterna.
- Esta corriente inducirá un flujo
magnético en el núcleo de hierro.
-Como
el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo
magnético circulará a través de las espiras de éste.
- Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "Secundario", se generará por el alambre del secundario un voltaje. Habría una corriente si hay una carga (ejemplo, al secundario está conectado a una resistencia).
Recibe
el nombre de bobina primaria la que está conectada a la fuente de voltaje de
AC.
Y
bobina secundaria, aquella donde la corriente es inducida.
El
principio
de acción se debe al fenómeno de inducción mutua entre dos bobinas de distinto
número de espiras. Las corrientes inducidas en el secundario solo aparecen
cuando el campo magnético creado en el primario es variable, por lo cual un
transformador sólo funciona con corriente alterna.
Si
la corriente fuera continua, se produciría un campo magnético constante o
estático semejante al que se origina en un imán permanentemente.
Los
transformadores se utilizan para elevar o disminuir el voltaje en un circuito
de AC. Si lo elevan se denomina de elevación, si lo disminuyen se llaman de
reducción.
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.
Relación
de Transformación
Relación
de transformación: Es
la relación entre el número de espiras del primario y del secundario, la cual
es igual a la relación entre la
tensión del primario y la tensión del secundario sin carga.
Relación
entre corrientes: Es
inversa a la relación de transformación.
Rendimiento: Expresa cuánta potencia se aplica al transformador y cuanta entrega este a la
carga. La diferencia se pierde en los devanados en forma de calor por efecto
JOULE, debido a que estos no tienen una resistencia nula, y también en el
núcleo debido a histéresis y corrientes de Foucault.
Núcleos: Son las chapas de material
ferro-magnético, hierro al que se añade una pequeña porción de silicio. Se
recubre de barniz aislante que evita la circulación de corrientes de Foucault.
La
razón de la transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y
el "Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno.
Si
el número de vueltas del secundario es el triple del primario. En el secundario
habrá el triple de tensión. Es
una relación directamente proporcional.
Y
la
relación
entre
el
número
de
vueltas
y la corriente, es inversamente proporcional.
P
= V x I (en watts)
Si
tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede calcular
su
potencia.
Pi
= Ps
En
un transformador ideal la potencia que se le entrega es igual a la que se
obtiene de él (se desprecian las pérdidas por
calor).
APLICACIÓN
En
un transformador elevador, la bobina del primario tiene 10 vueltas y la bobina
del secundario tiene 100 vueltas; calcular, la relación de transformación será:
En
un transformador reductor, la bobina del primario tiene 800 vueltas, alimentado
a 120 V. En el secundario hay tres posibles salidas de 3V, 15V y 30V. calcular,
la relación el número de vueltas que ha de tener cada parte del secundario:
NÚCLEOS
Para
atenuar los efectos de las corrientes de Foucault, los núcleos no se construyen
de una sola pieza de hierro, sino que está formado por una serie de chapas de
este metal, apiladas formando un solo bloque. Estas chapas pueden estar
cortadas en forma de E y de I o en forma de F.
En
la práctica, para disminuir al máximo las pérdidas por histéresis magnética se
recurre al uso de núcleos de materiales capaces de imanarse y desimanarse fácil
y rápidamente, tal como el hierro silicio.
TALLER DE TRANSFORMADORES
(1). Calcular la relación de vueltas de un transformador con primario a 480 V y secundario a: 120V; 240V; 480V; 48V
(2). Calcular el número de vueltas que debe tener el secundario de un transformador si el primario es de 120V con 250 vueltas y el secundario es de:
12V; 5V; 24V; 240V
(3). Calcular la corriente del primario en un transformador ideal con primario a 600V y secundario a 120V si la carga conectada al secundario consume:
12A; 65A; 90A; 5A
(4). Un transformador tiene N1 = 40 espiras en el arrollamiento primario y N2 = 100 espiras en el arrollamiento secundario. Calcular:
a. La FEM secundaria si se aplica una tensión de 48 V (No tener en cuenta las pérdidas en el núcleo, los flujos de dispersión y en los arrollamientos).
(5). Se pretende dimensionar un transformador 1000/120 V, para una frecuencia de 50 Hz. Si tiene un arrollamiento primario de 866 espiras. Calcular:
a. El arrollamiento del secundario
(6). Una máquina monofásica de 240V que consume 50A debe alimentarse de un sistema eléctrico de 480V cuyo tablero de distribución se encuentra a 50 metros de distancia, a través de un transformador. El cableado se hará con conductores THWN. Determinar:
a. La potencia mínima que debe tener el transformador
b. El calibre de los conductores del secundario con un margen
de sobrecarga del 25%.
c. El calibre de los conductores que alimentan el primario
Pruebas de los Transformadores
MEDICIÓN DEL VOLTAJE AC EN EL SECUNDARIO, CON TAP CENTRAL
ESCALA DE OHMIOS:
ESCALA DE DIODOS:
VIDEO: TRANSFORMADORES
https://youtu.be/4Li8urLgtN0
https://youtu.be/4Li8urLgtN0
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EL OSCILOSCOPIO
El osciloscopio es básicamente un dispositivo de
visualización gráfica que muestra señales eléctricas variables en el tiempo. El
eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras
que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo.
La pantalla del osciloscopio está constituida por una rejilla o retícula que la dividen en cuadrículas horizontales y verticales. La separación entre dos líneas consecutivas de la rejilla se denomina UNA DIVISIÓN. Normalmente la rejilla posee 10 divisiones horizontales por 8 divisiones verticales del mismo tamaño (cercano al cm), lo que forma una pantalla más ancha que alta. En las líneas centrales, tanto en horizontal como en vertical, cada división o cuadro posee unas marcas que la dividen en 5 partes iguales (utilizadas para afinar las medidas).
MEDIDA DE VOLTAJES
El osciloscopio es un dispositivo esencial
para medir el voltaje de forma directa, este el primer paso para medir otras
magnitudes. La intensidad, la potencia o la frecuencia se pueden calcular a
partir de fórmulas matemáticas.
En una señal periódica V(t) se pueden definir tres (3) voltajes:
VP (amplitud de la señal; voltaje
pico o voltaje eficaz)
VPP (voltaje pico a pico)
VRMS (r: root-raíz; m:mean-medio; s:square-cuadrático)
Valor
Máximo, Pico o Amplitud.
Es el mayor valor que puede tomar el instantáneo y, por ende, el mayor que
puede tomar la señal enviada por el generador. Aparece en ambos sentidos del
ciclo y en ambos casos toma el mismo valor. Se representa como: Vo, Vp.
Valor pico a pico. Se llama así al doble del
valor máximo: 2Vo, 2Vp.
Para realizar la medida de voltajes con un osciloscopio es simplemente
contar el número de divisiones verticales que ocupa la señal en la pantalla y
multiplicar por el rango que se tiene en la perilla de VOLTS/DIV, se obtiene el
voltaje pico a pico o simplemente el voltaje pico.
El mando
VOLTS/DIV selecciona la escala vertical del canal seleccionado
de forma discreta (mediante el selector grueso) y/o continua (mediante el
selector delgado sobresaliente). El selector delgado debe estar totalmente
girado en el sentido de las agujas del reloj para que la escala obedezca a la
graduación seleccionada mediante el mando grueso.
La
pantalla del osciloscopio muestra una señal alterna con una amplitud de 1,7 DIV
y la escala de VOLTS/DIV es de 2 Voltios.
Por tanto,
el Voltaje Pico: 1,7 x 2 = 3,4 Vp.
Voltaje Pico a Pico: 6,8 Vpp.
Voltaje RMS = Vp * 0,707
Voltaje RMS = (3,4) * 0,707 = 2,40 V
La escala
de VOLTS/DIV = 5 Voltios y las divisiones de la amplitud son 3, entonces, el Vp = 5
* 3 = 15 Vpico.
VRMS = 0,707 (15) = 10,606 V
MEDIDA DE TIEMPO Y FRECUENCIA
Para realizar medidas de tiempo se utiliza la escala
horizontal del osciloscopio. Esto incluye la medida de períodos, anchura de
impulsos y tiempo de subida y bajada de impulsos. La frecuencia es una medida
indirecta y se realiza calculando la inversa del período.
Para medir períodos se debe
tener presente que el botón CALVAR esté en posición de calibración y el
control x1 o x10 MAG se encuentre en la posición x1. Luego, con la perilla
TIME/DIV, se procede a calibrar la escala de tiempo.
Si el control de TIME/DIV
está en 0,5 ms, y el ciclo ocupa 4 divisiones, entonces el período es de 2 ms y
la frecuencia es de 500 Hz = 0,5 KHz.
Las divisiones horizontales son
diez, y un ciclo de la señal completa ocupa 6 divisiones. La escala de TIME/DIV
o barrido es de 10 ms/div, entonces el período será de 60 ms, por lo que la frecuencia:
1/60mS =
1666,66 Hz = 1,66 KHz.
MEDIDAS DC
Para
medir componentes DC, se debe considerar el trazo al colocar el control DC–GND–AC
en GND (dando el nivel de referencia) y luego, pasar a DC sin mover el control.
La pantalla del osciloscopio muestra una señal DC con una amplitud de 1 DIV y la escala de VOLTS/DIV es de 2 Voltios.
Por tanto, el voltaje es: 1 x 2 = 2 V DC.
SONDA
PRUEBA DE LA SONDA
SISTEMA DE VISUALIZACIÓN
SISTEMA VERTICAL
SISTEMA HORIZONTAL
SISTEMA
DE DISPARO
SISTEMA DE
VISUALIZACIÓN
INTENSIDAD:
Se trata de un potenciómetro que ajusta el brillo de la
señal en la pantalla
ENFOQUE:
Se trata de un potenciómetro que ajusta la nitidez del haz sobre la pantalla
ROTACIÓN DE HAZ:
Resistencia ajustable actuando sobre una bobina y que permite alinear el haz con el eje horizontal
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