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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI
UNIDAD ACADEMICA CIENCIAS DE LA INGENIERIA YAPLICADAS
CARRERA DE ELÉCTRICA
ASIGNATURA: Instrumentación y equipos eléctricos
CICLO: Cuarto
FECHA: 22 de Mayo del 2013
TEMA:
Como funciona un !an"fo!ma#o!$ %o%ina & ca'acio! (nco!!i(n( a)(!na & co!!i(n( coninua
A)umno:
Ibujés Zambonino Andrés Santiao
Laacun*a + Ecua#o!
S('i(m%!( ,-.,+ F(%!(!o ,-./
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T(ma: Como !unciona un trans!ormador" bobina" capacitor y ni#eles permitidos de
#oltaje en corriente alterna y corriente continua
O%0(i1o *(n(!a):
Conocer e identi!icar el !uncionamiento de los trans!ormadores" bobinas y
capacitores en corriente alterna y corriente continua" por medio de la siuiente
in#estiación" para poder identi!icar sus di!erentes caracter$sticas%
O%0(i1o" ("'(c2fico":
Anali&ar cómo !unciona cada elemento en corriente alterna y corriente continua%
Identi!icar las caracter$sticas que identi!ican el !uncionamiento de cada elemento
ya sea en corriente alterna o corriente continua%
'eterminar las #entajas y des#entajas del !uncionamiento de cada uno de los
elementos a in#estiar%
Ma!co (3!ico:
Funcionami(no #() !an"fo!ma#o! (n co!!i(n( a)(!na:
(n trans!ormador es una m)quina est)tica de corriente alterno" que permite #ariar aluna !unción de la corriente como el #oltaje o la intensidad" manteniendo la
!recuencia y la potencia" en el caso de un trans!ormador ideal%
*ara lorarlo" trans!orma la electricidad que le llea al de#anado de entrada
en manetismo para #ol#er a trans!ormarla en electricidad" en las condiciones deseadas"
en el de#anado secundario%
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+os trans!ormadores se basan en la inducción electromanética% Al aplicar una !uer&a
electromotri& en el de#anado primario" es decir una tensión" se oriina un !lujo
manético en el n,cleo de -ierro% .ste !lujo #iajar) desde el de#anado primario -asta el
secundario% Con su mo#imiento oriinar) una !uer&a electromanética en el de#anado
secundario%
Como se -a #isto en la +ey de +en&" necesitamos que la corriente sea alterna para que se
produ&ca esta #ariación de !lujo% .n el caso de corriente continua el trans!ormador no se
puede utili&ar%
(na #e& entendido el !uncionamiento del trans!ormador #amos a obser#ar cu)l es la
relación de trans!ormación de este elemento%
'onde / p es el n,mero de #ueltas del de#anado del primario" / s el n,mero de #ueltas
del secundario" p la tensión aplicada en el primario" s la obtenida en el secundario" I
s la intensidad que llea al primario" I p la enerada por el secundario y r t la relación de
trans!ormación%
Como obser#amos en este ejemplo si queremos ampliar la tensión en el secundario
tenemos que poner m)s #ueltas en el secundario / s" pasa lo contrario si queremos
reducir la tensión del secundario%
Funcionami(no #( )a %o%ina (n co!!i(n( coninua:
.n las bobinas de CA la corriente no sólo depende de la resistencia ó-mica del
bobinado" sino también de la resistencia inducti#a reactancia% +a resistencia inducti#a
se #e notablemente in!luida por la posición del n,cleo del solenoide% Si el n,cleo del
solenoide cae -asta el asiento" la resistencia inducti#a es menor y la corriente en la
bobina mayor% As$" en la !ase de captación" la corriente es mayor que durante la !ase de
retención% .n comparación con una bobina de CC" la resistencia de la bobina es muc-o
menor a iualdad de tensión% *or ello" una bobina de alterna no debe !uncionar nunca
sin n,cleo" porque puede recalentarse y arder en pocos minutos%
Cuando se -ace circular una corriente continua a tra#és de una bobina esta se comporta"
a e!ectos resisti#os" como un -ilo conductor y o!rece al paso de la misma una resistencia
que depender) del material conductor cobre" plata" aluminio" etcétera% *ero" adem)s"
una bobina sometida a la #ariación que supone pasar de estar con sus etremos al aire a
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ser conectada a una di!erencia de potencial enera a su alrededor un campo manético"
de al,n modo iual al enerado por un im)n permanente%
+as bobinas tienden a !acilitar el paso de la CC pero o!recen ciertas di!icultades a la
CA%
+a circulación de una corriente a tra#és de un -ilo conductor enera también alrededor
del mismo un campo manético" el cual es muy peque4o% Cuando arrollamos dic-o
cable en espiras decir" con!ormando una bobina obtenemos una suma de campos que
oriina que la inductancia manética enerada sea de muc-a m)s manitud%
.l campo manético se oriina cuando una tensión recorre una bobina%
+a inductancia se suele representar por la letra + y" como ya -emos mencionado" es
pr)cticamente nula en un conductor recto" el cual sólo posee cualidades resisti#as% *ero"
si nos !ijamos en un conductor arrollado" #emos que la aplicación de una tensión en sus
etremos oriina una inductancia + mayor% 'ic-a inductancia presenta la oriinalidad
de o!recer" ante la presencia de una !uer&a electromotri& eneradora" una !uer&a contra
electromotri& que tiende a oponerse a la primera%
.l tiempo que tarda la corriente en llear a su #alor m)imo depende tanto del #alor
resisti#o u ó-mico de la bobina para entendernos como de la inductancia de la misma
representada por la letra +% Si la inductancia es rande y la resistencia es muy peque4a
la corriente que atra#iesa la bobina aumentar) lentamente y #ice#ersa%
Funcionami(no #( )a %o%ina (n co!!i(n( coninua:
+a bobina o inductor es !ormado de un alambre conductor con el cual se -an -ec-o
espiras a manera" en su !orma m)s sencilla" de un resorte%
Si se aplica corriente continua corriente que no #ar$a con el tiempo a un inductor" éste
se comporta como un corto circuito y dejar) pasar la corriente a tra#és de ella sin
ninuna oposición%
*ero en la bobina si eiste oposición al paso de la corriente" y esto sucede sólo en el
momento en que se -ace la coneión a la !uente de #oltaje y dura por un tiempo muy
peque4o estado transitorio%
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+o que sucede es que en ese peque4o espacio de tiempo corriente esta #ariando desde
0 -asta su #alor !inal de corriente continua la corriente #ar$a con el tiempo por un
espacio de tiempo muy peque4o
Funcionami(no #() ca'acio! (n co!!i(n( a)(!na:
Cuando un capacitor se conecta a una !uente de !uer&a electromotri& 5%.%M% de
corriente alterna C%A%" por el circuito eterno comien&a a circular un !lujo de electrones
que se mue#en" alternati#amente" de una placa a la otra" car)ndose y descar)ndose
continuamente mientras se encuentran conectadas a la !uente suministradora de corriente
eléctrica% .n ese caso" durante un medio ciclo de la corriente alterna" una placa ser)neati#a 6 y la otra positi#a 7" pero en el siuiente medio ciclo se in#ierten las
polaridades" pro#ocando que se mani!ieste un ritmo constante de caras y descaras en
ambas placas y" a consecuencia de ello" la corriente eléctrica puede circular por el
circuito eterno% .se cambio de polaridad se repite tantas #eces como ciclos de
!recuencia por seundo o -ert& 8& posea la corriente alterna de la !uente
suministradora% Aunque se pueda pensar que por el -ec-o de circular la corriente
eléctrica alterna por el circuito eterno se deba a que los electrones puedan !ranquear la
barrera que le impone el dieléctrico aislante" nada m)s lejos de la realidad" pues ni uno
solo de estos puede atra#esarla" al iual que ocurre cuando el capacitor se encuentra
conectado a una !uente de corriente directa%
Aqu$ tenemos un ejemplo del !uncionamiento de un condensador !rente a una corriente
alterna% emos un enerador de corriente alterna que est) conectado a un condensador%
'ebido a la tensión alterna (" el condensador resulta carado" descarado" #uelto a
carar con polaridad opuesta9 una #e& m)s descarado" y as$ sucesi#amente% Con ello
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circula una corriente cuya #ariación es senoidal% *ero" la corriente no circula a tra#és del
condensador" es decir a tra#és de su dieléctrico que es aislante como -emos dic-o" la
corriente sólo circula de los bornes del enerador a las armaduras del condensador y
#ice#ersa" es decir" aunque el circuito realmente no est) cerrado el e!ecto es como si lo
estu#iera9 y siendo éste el e!ecto" se suele decir que por el circuito circula
Funcionami(no #() ca'acio! (n co!!i(n( coninua:
Con relación a los condensadores también podemos describir toda una bibliora!$a
acerca de su comportamiento al ser alcan&ados por una tensión de tipo continua% Se,n
podemos #er en la ilustración correspondiente el condensador b)sico es" por de!inición"
tan solo un par de pie&as de material conductor separadas por otro material de tipo
aislante" el cual puede ser ,nicamente aire% Se -a con#enido en denominar armaduras a
las dos placas que constituyen el condensador" mientras que a la sustancia aislante que
las separa se le asina la denominación de dieléctrico%
.l e#ento que ocurre cuando un condensador se conecta a una !uente de corriente
continua es la cara del mismo% .l condensador permanece en estado neutro ambas
armaduras tienen una cara neutra la una respecto a la otra si partimos de la posición :
suponemos el condensador totalmente descarado% *asamos lueo el interruptor a la
posición A y los electrones presentes en la placa o armadura conectada al polo positi#o
de la alimentación son atra$dos por este" con lo que dic-a placa queda con un dé!icit de
electrones o" dic-o de otro modo" adquiere una cara positi#a%
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.n el polo opuesto del condensador ocurre una situación similar pero de sentido in#erso"
es decir" el polo neati#o de la bater$a en#$a electrones -acia la placa del condensador a
la que est) conectada% .sto" por supuesto" se traduce en que dic-a placa adquiere una
cara de sino neati#o o" lo que es iual" un eceso de electrones%
+as placas del condensador est)n siempre separadas por un material aislante
dieléctrico por lo que" al conectar un condensador a la alimentación continua" lo que
siempre ocurre es que este se cara de !orma inmediata%
A pesar de que la circulación real a tra#és del dieléctrico no se da" se oriina en el
momento de la cara una circulación de corriente eléctrica a tra#és del conductor que
una el condensador a la alimentación% 'ic-a intensidad medible por otra parte" con
un amper$metro de adecuada sensibilidad se debe a la secuencia de cara dada en el
instante de conectar el condensador a la bater$a y que e#oluciona como ya se -a
eplicado anteriormente% 'ic-a circulación se debe a que en el instante de conectar la
alimentación a las placas del condensador se establece una di!erencia de potencial entre
las placas del mismo y los polos de la citada alimentación% (na #e& que el potencial se
iuala lo cual tiene luar en bre#es instantes la circulación por as$ decirlo en el
circuito se detiene% *odemos en este instante decir que el condensador se -a carado% +a
ra&ón de que el condensador permane&ca carado se debe a que sus dos placas -anadquirido un potencial idéntico entre s$ pero de sino contrario% 'ic-a situación se
traduce en una atracción entre caras que no pueden llear a juntarse por la separación a
la que el dieléctrico aislante las somete% .sta atracción es la eplicación de la citada
cara del condensador%
Si en este instante desconect)ramos el condensador del circuito comprobar$amos que el
mismo permanece carado no -ay un camino eléctrico para que puede descararse%
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*ero lo que #amos a -acer a-ora es pasar el interruptor" de nue#o" a la posición :%
A-ora ya no partimos de un condensador en estado neutro sino de un condensador ya
carado% Al dar a las placas del condensador una posibilidad de equilibrar sus caras
estamos procediendo al e#ento contrario al anterior" es decir" a la descara del
condensador%
+a di!erencia de potencial entre placas -ace que" por un instante" el circuito se asemeje a
una pila alimentando a una resistencia ; conectada en serie con ella" pero con una
sal#edad" aqu$ no -ay reacción qu$mica entre polos placas del condensador ya que
estos no son m)s que un par de materiales conductores separados por una sustancia m)s
o menos aislante% 'e aqu$ podemos deducir ya que" al -aber una desequilibrio de caras
entre placas una es positi#a y la otra neati#a y conectarlas a tra#és de ;" se produce
una circulación de electrones para soluciones dic-o desequilibrio y conseuir iualar el
potencial eléctrico entre placas% .ste suceso se conoce como descara del condensador%
+a cara del condensador responde a una circulación de corriente alta en principio y
nula al !inal" cuando el mismo ya est) carado% +a descara del condensador también
enera una circulación de electrones alta en el primer instante pero nula al !inal del
proceso% +a di!erencia entre una corriente y otra es que son de sentido contrario%
.n la ilustración que representa el circuito de cara
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desde que se inicia la cara de un condensador conectado en serie con una resistencia
-asta que las placas del mismo adquieren un potencial del >3? del #alor !inal el de la
alimentación%
.n el caso de la descara" se trata del tiempo que transcurre -asta que el condensador
disminuye su potencial entre placas y alcan&a el 3@? del #alor inicial del mismo%
5inalmente podemos decir que el condensador no deja pasar la corriente continua" y si
en cambio" la corriente alterna%
C!i(!io '(!"ona):
.n el estudio de los equipos e instrumentos eléctricos es muy importante conocer el
!uncionamiento de ciertos dispositi#os en corriente alterna y en corriente continua%
.mpe&ando por los trans!ormadores esta es un a#ance muy importante ya que sin ella
no ser$a posible la transmisión de la ener$a eléctrica" esta es una maquina est)tica que
modi!ica los #alores de la tensión e intensidad pero manteniendo la potencia" sal#o las
pérdidas que eisten pero que son de un porcentaje reducido" el trans!ormador se basa
en el principio de inducción electromanética al conectar el de#anado principal de este a
una !uer&a electromotri& donde conseuiremos como resultado un !lujo manético en el
n,cleo del trans!ormador por lo que se debe utili&ar una corriente alterna para que se
pueda enerar este e!ecto de inducción electromanética ya que con corriente continua
esto ser$a imposible%
Anali&ando las bobinas podemos encontrar ciertas caracter$sticas que de!inen su!uncionamiento con corriente alterna y corriente continua para empe&ar la bobina o
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inductor se opone al paso del !lujo de la corriente de iual manera que una resistencia a
esta oposición de la bobina se la llama reactancia inducti#a" la bobina est) constituida
por un alambre conductor en !orma de resorte" cuando conectamos esta bobina a una
corriente continua esta no se opone al paso de la misma ya que se comporta como un
cortocircuito%
Al anali&ar los condensadores podemos de!inir que este dispositi#o capaces de
almacenar una determinada cantidad de electricidad" est)n compuestos por dos placas
conductoras llamadas armaduras y separadas por un material dieléctrico este tiene la
!unción de ser un aislante e#itando el contacto de las placas conductoras" al comparar su
!uncionamiento de corriente continua y alterna podemos determinar una similitud en su
!uncionamiento ya que eiste la cara y descara de este pero !uncionan de manera
distinta%
An4)i"i" 5cnico:
.l trans!ormador es una m)quina que nos permite modi!icar los #alores de #oltaje e
intensidad su !uncionamiento se basa en lo que propuso +en& que se re!iere esta a la
inducción manética al ser este alimentado a una !uente corriente continua o !uer&a
electromotri& a su bobinado primario se crea una !lujo manético" este !lujo se
transporta del primario al secundario y aqu$ se consiue una !uer&a electromanética -e
aqu$ la importancia de la corriente alterna debido a su principal caracter$stica que
presenta esta siendo su !recuencia es lo que -ace posible el !uncionamiento del
trans!ormador ya que racias a la !recuencia se puede enerar la #ariación de !lujo%
(n trans!ormador no puede !uncionar con corriente continua ya que la caracter$stica que
esta presenta es que esta no #ar$a en el tiempo es decir no tiene !recuencia y por lo tanto
esta es lineal y no puede crear ninuna #ariación de !lujo dentro del trans!ormador%
+a bobina o inductor !unciona dependiendo de la corriente que a esta se le aplique si se
utili&a corriente alterna esta presenta una oposición al !lujo de corriente como una
resistencia a esta oposición se la llama reactancia inducti#a + este resistencia depende
del material del conductor" una bobina sometida a la #ariación que supone pasar de estar
con sus etremos al aire a ser conectada a una di!erencia de potencial enera a su
alrededor un campo manético al iual que un im)n" al arrollar un conductor en !ormade espiras conseuimos una bobina una suma de campos que oriina que la inductancia
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manética de muc-a m)s manitud" al aplicar a la bobina un #oltaje se crea el campo
manético%
+a bobina aplicada a una corriente continua no opone resistencia aluna ya que se
comporta como un cortocircuito%
.l condensador al conectarse a una !uer&a electromotri& dentro de este eiste un !lujo de
electrones que se mue#en alternadamente de una placa a la otra lo que sini!ica que se
encuentra en constante cara y descara la !recuencia in!luye en su !uncionamiento ya
que en medio ciclo la polaridad ser) positi#a y en la otra mitad de ciclo esta cambiara su
polaridad y ser) neati#a y as$ la corriente eléctrica puede circular%
.l condensador !rente a la corriente continua se comporta como un depósito quesolamente se abre cuando el #oltaje de alimentación #ar$a y es de mayor intensidad%
Cuando la tensión continua aumenta" la corriente pasa de positi#a -acia el polo
neati#o" cuando se estabili&a no -ay paso de corriente" y cuando disminuye la tensión"
la corriente circula en sentido in#erso%
Conc)u"ion(":
.l trans!ormador necesita de corriente alterna para poder enerar una #ariación
de !lujo y as$ este pueda operar%
.l trans!ormador no !unciona con corriente continua ya que esta no #ar$a en el
tiempo por lo tanto no enerar$a el e!ecto de inducción manética%
+a bobina al conectarse a una corriente alternas presenta una oposición al paso
de est)%
+a bobina operando con corriente continua no presenta oposición al paso de esta
ya que se comporta como un cortocircuito%
.n la bobina el #oltaje adelanta a la corriente en B0" ya que esta almacena
corriente%
+os electrones de un capacitor no pueden atra#esar el aislante ya sea en corriente
alterna o corriente continua%
R(com(n#acion(":
Se puede mejorar esta consulta reali&ando la representación de todos estos
e!ectos a tra#és de una pr)ctica%
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.l !uncionamiento del trans!ormador se lo puede reali&ar con una corriente
alterna debido a la comprensión de su !uncionamiento%
.ntender los !uncionamientos de estos dispositi#os y anali&ar que en el casa del
capacitor cumplen la misma !unción pero no ocurre por el mismo proceso%
=omar en cuenta los ni#eles permitidos de #oltaje para operar cualquier
dispositi#o o m)quina eléctrica
6i%)io*!af2a:
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