Experimento de transformadores.

Objetivo

Medir el voltaje de salida de un transformador y relacionarlo con el voltaje de entrada. Explicar el concepto de inducción mutua a partir de los resultados obtenidos.

Introducción

La función de transferir energía, que constituye el objeto de los transformadores, requieres un doble juego de bobinas o devanados. El denominado primario recibe esta energía de la red a la tensión V₁, mientras que en el otro devanado, secundario, se induce una nueva tensión V₂ (tensión secundaria). El primario es, un receptor de energía; y el secundario, generador. El funcionamiento ideal de un transformador indica que las potencias respectivas han de ser iguales, de acuerdo con la ley de la conservación de la energía.

Conectando el trasformador a la red primaria dejando el secundario abierto, queda este devanado primario, en las mismas condiciones que una bobina de reactancia.

La tensión V₁aplicada entre los bornes del devanado primario hace circular una corriente alterna primaria que crea un circuito magnético en él con un flujo alterno de valor máximo. Este flujo alterno, de acuerdo con la ley de la inducción electromagnética, genera una FEM en todas las bobinas con él concatenadas, y, por consiguiente, en los arrollamientos primario y secundario aparecen tensiones (f.e.m.) ξ₁ y ξ₂. La primera de éstas surge como FEM de autoinducción y actúa casi en oposición a la tensión aplicada V₁, de la cual prácticamente no se diferencia en valor absoluto si consideramos despreciable la caída óhmica de tensión.

Figura 1. Construcción básica de un transformador

Fundamento teórico

Investigar y preparar un resumen de los temas:

1.- Campo magnético de una espira circular de corriente.

2.- Experimentos de Faraday.

3.- Ley de Lenz.

4.- Inductancia mutua.

5.- Transformadores.

Desarrollo del experimento

1.- Materiales

2 bobinas, de 200 y 400 espiras

1 núcleo de hierro

1 fuente de voltaje CA

2 pares de cables banana-banana

2 multímetro

Figura 3, configuración del transformador para la primera parte del experimento.

2.- Procedimiento

PARTE1

1. Colocar las bobinas en el núcleo de hierro y asegurarnos de cerrarlo bien. Este será nuestro transformador. Figura 2, tercer imagen.

2. Una vez armado el transformador procedemos a formar el circuito que utilizaremos para medir la corriente y voltaje entrante al devanado primario y la saliente del devanado secundario. Para esto utilizaremos la fuente de poder y los dos multímetros, para medir en el devanado secundario, antes verificar que los valores que indica la fuente son correctos.

3. Tener cuidado en colocarlos multímetros uno lo utilizaremos para medir la corriente alterna y el multímetro 2 lo colocamos en la opción de voltaje CA y escogemos la mayor escala para ambos, para evitar dañar los multímetros, en el transcurso de experimento podremos ajustar la escala para poder tener una lectura más comprensible.

Figura 2.

Arreglos en que utilizaremos el transformador.

4. Ahora procedemos a encender la fuente de voltaje cuidando que se encuentre con un voltaje cero. Figura 10.

Figura 3, configuración del transformador para la primera parte del experimento.

Resultados

1.- Tabla de datos

Procedemos a suministrar los siguientes voltajes: 1, 2, 3, 4, 5 y 6 V, al devanado primario y medimos la corriente entrante a éste así como el voltaje y la corriente del devanado secundario; para asegurarnos que la corriente que nos indica la fuente es la correcta debemos medirla con el multímetro 2.

N1=400 VUELTAS		N2=200 VUELTAS
VE(PRIMARIO)(V)	IE(PRIMARIO)(A)	VS(SECUANDARIO)(V)	IE(SECUNDARIO)(A)
1
2
3
4
5
6

Para un segundo experimento de esta parte intercambia de lugar las bobinas de modo que la que teníamos como devanado primario pasara a ser ahora el secundario, de la siguiente forma:

Para esta configuración, procedemos a suministrar los mismos voltajes, al devanado primario, cuidando que este no se caliente mucho y llenamos una tabla igual a la anterior con nuestros datos.

2.- CálculosFigura 4. configuración segunda parte del experimento

Para cada uno de los casos anteriores observa el resultado de voltaje en el devanado secundario y compáralo con el voltaje en el devanado primario. Calcula la relación entre estos. Mediante una grafica. Calcula la potencia en cada devanado y la eficiencia del transformador.

¿De qué tipo de transformador se trata?

4. configuración segunda parte del experimento

PARTE 2
Ahora procederemos a comprobar la importancia que tiene el núcleo de nuestro transformador.

Para esta parte aflojamos el núcleo, figura 2 de la tercer imagen a la segunda. Separando la barra unos 2 mm y procedemos a aplicarles los siguientes voltajes: 1, 2, 3, 4, 5, 6 V, al devanado primario (N1=400), debemos tomar nota a lo que sucede. Posteriormente retiramos completamente las barras y tomamos las mismas mediciones que en el apartado anterior.

RESULTADOS

N1=1447 VUELTAS		N2=183 VUELTAS
VE(PRIMARIO)(V)	IE(PRIMARIO)(A)	VS(SECUANDARIO)(V)	IE(SECUNDARIO)(A)
1
2
3
4
5
6

Ahora intercambiamos de lugar las bobinas de de igual forma que el segundo experimento de la parte 1; figura 4.

Para esta configuración, con las mismas especificaciones que en el caso anterior, procedemos a suministrar los mismos valores de voltajes, al devanado primario, cuidando que este no se caliente mucho, y repetimos las correspondientes mediciones.

RESULTADOS

N1=200 VUELTAS		N2=400 VUELTAS
VE(PRIMARIO)(V)	IE(PRIMARIO)(A)	VS(SECUANDARIO)(V)	IE(SECUNDARIO)(A)
1
2
3
4
5
6

Finalmente sacamos las bobinas del núcleo de hierro y las colocamos a la misma distancia de la que se encontraban en el núcleo, y procedemos a tomar las mediciones de entrada y salida, para las dos configuraciones vistas anteriormente, con los voltajes correspondientes. figura 2, primer imagen.

RESULTADOS

N1=400 VUELTAS		N2=200 VUELTAS
VE(PRIMARIO)(V)	IE(PRIMARIO)(A)	VS(SECUANDARIO)(V)	IE(SECUNDARIO)(A)
1
2
3
4
5
6

N1=200 VUELTAS		N2=400 VUELTAS
VE(PRIMARIO)(V)	IE(PRIMARIO)(A)	VS(SECUANDARIO)(V)	IE(SECUNDARIO)(A)
1
2
3
4
5
6

Análisis de datos

¿Qué sucede cuando se aleja una de las barras del núcleo del transformador?, ¿Por qué sucede?
Compare los valores de la relación V₂/V₁ en los diferentes casos (circuito completo, sin una barra y sin núcleo) ¿Qué relación encuentra?, ¿A qué se debe?
Explique porque V₂ decrece cuando se quita el circuito magnético. Explique también por qué V₁ decrece e I₁ crece.

PARTE3

1. Calcular la relación V1/V2 para los diferentes voltajes; con N1=1447 VUELTAS y N2=183 VUELTAS, ¿Concuerda con la relación N1/N2?, ¿Puede explicar las discrepancias?

2. Calcule la relación I₂/I₁ para cada caso y compare con N₁/N₂.

3. Calcular la eficiencia del transformador.

Voltaje de Entrada (V)	Voltaje de Salida (v)	Intensidad Entrada (A)	Intensidad salida (A)	Potencia de entrada (W)	Potencia De Salida (W)	Eficiencia (%) (P_sal/P_ent)100*
5
10

Realizar sus notas y conclusiones en base a los resultados obtenidos.

4. Calcular la inductancia de las bobinas. Porque se usa el núcleo de hierro.

En un transformador ideal la relación V1/V2 es igual a la relación N1/N2, la discrepancia la podemos asignara a una constante a la cual llamaremos coeficiente da acoplamiento, por lo que este debe tender a 1.

5. Calcula el coeficiente de acoplamiento para cada uno de los casos experimentados. ¿Qué puedes concluir acerca de este?