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informe fisica III

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    INFORME 9 DE LABORATORIO DE FISICA III

    TRANSFORMADORES RELES E INTERRUPTORES

    MAGNTICOS

    I. TRANSFORMADORES

    Es una de las ms importantes aplicaciones tcnicas de la

    induccin Se puede encontrar en todos los tamaos, como

    transformador de alta tensin, en la transmisin de energa, o

    como transformador de baja tensin, prcticamente, en todos

    los aparatos que se alimentan con la tensin de la red.

    Los transformadores solo se pueden operar bsicamente con

    corriente alterna. Entre las funciones que cumplen se

    encuentran:

    Transmisin de Energa Un transformador puede transformar energa con pocas perdidas, de un nivel de tensin al otro.

    Adaptacin de Tensin Un transformador convierte tensiones, es decir, transforma tensiones en otras mayores o menores

    Principio del Transformador Por lo general, los transformadores constan de devanados acoplados

    magnticamente. Se diferencia entre el devanado primario, es decir, el que

    consume potencia elctrica, y el devanado secundario, es decir, el que entrega

    potencia elctrica. Igualmente de modo anlogo se habla de:

    Tensin primaria U1 y secundaria U2

    Corriente primaria i1 y secundaria i2

    Numero de espiras del devanado primario n1 y del secundario n2

    Los transformadores tienen diversas formas. En los pequeos transformadores monofsicos, como el que se muestra

    por ejemplo, ambos devanados se encuentran arrollados en un solo lado del ncleo de hierro. Con esto se logra que

    el flujo magntico generado por una bobina se transmita casi por completo a la otra bobina. Las lneas de campo se

    encuentran prcticamente dentro del ncleo, la dispersin es mnima y el circuito magntico se cierra a travs de los

    otros lados exteriores.

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    INFORME 9 DE LABORATORIO DE FISICA III

    Si por el devanado primario circula una corriente, debido a la variacin del flujo magntico en el tiempo, en el devanado

    secundario se inducir una tensin. La relacin entre las dos tensiones corresponder a la existente entre el nmero

    de espiras de los devanados. Las corrientes, al contrario, tienen una relacin inversamente proporcional a la de los

    devanados

    12

    =12

    12

    =12

    12

    =12

    Comportamiento El transformador no se puede considerar en ningn modo como un componente ideal, carente de dispersin y

    prdidas. En la prctica se determinan prdidas que se manifiestan en el calentamiento del transformador. Las causas

    de esto son:

    Perdidas en los devanados debidas a las resistencia del alambre de cobre

    Perdidas en el hierro debidas a corrientes parasitas y perdidas por histresis, causadas por la inversin

    magntica del hierro

    Para reducir estas prdidas, el ncleo el transformador se construye de capas de chapas individuales, aisladas entre s.

    Esto evita considerablemente la formacin de corrientes parasitas. La chapa del transformador se construye de

    material magntico suave, con la curva de histresis angosta

    Las perdidas resistivas son la causa especial de que la tensin secundaria del transformador con carga no permanezca

    constante, sino que desciende. Este fenmeno se aprecia ms en los transformadores pequeos, que poseen

    devanados de alambre de cobre delgado.

    1.-Transformador sin ncleo y con ncleo

    Se estudiara la transmisin de energa en un transformador con o sin ncleo de hierro y se conocer el efecto

    importante que tiene dicho componente.

    Monte el siguiente arreglo experimental.

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    Abra el instrumento virtual generador de funciones.

    Realice los siguientes ajustes:

    Forma de la curva : SINUS

    Frecuencia : 500Hz

    Amplitud : 1:1 y 100%

    Active el botn POWER y observe la luminosidad de la lmpara.

    Apague de nuevo el botn POWER del generador de funciones.

    Pulse a continuacin STEP2, en la animacin y complemente el

    transformador, como se indica, con el nmero de hierro

    Conecte de nuevo el generador de funciones y observe la luminosidad de la lmpara.

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    2.- Relacin de transformacin Se aplicara una tensin alterna al transformador, se medir con el voltmetro la amplitud de las tensiones primarias y

    secundarias y se calculara la elacin de transformacin.

    Monte el siguiente arreglo experimental:

    Abra el instrumento virtual voltmetro A pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes:

    Rango: 5 V, DC

    Display digital

    Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)

    Abra el instrumento virtual voltmetro B pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes:

    Rango: 2 V, DC

    Display digital

    Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)

    Abra el instrumento virtual generador de funciones pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes:

    Forma de la curva SINUS

    Frecuencia 50Hz

    Amplitud 1:1 y 25%

    Conecte el generador de funciones accionando el botn POWER.

    Lea ambos instrumentos y transfiera los valores:

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    Voltmetro A: tensin primaria UPRIM = 1,62v

    Voltmetro B: tensin secundaria USEC = 0,77v

    Vare el nmero de espiras del transformador n1 = 400, n2 = 200. La animacin STEP2 muestra la manera de hacerlo

    Lea ambos instrumentos y transfiera los valores:

    Voltmetro A: tensin primara UPRIM = 1,65V

    Voltmetro B tensin secundaria USEC =0,79V

    Calcule:

    Tensin primaria, tensin secundaria: UPRIM / USEC =2.08

    Espiras de primario espiras del secundario n1/ n2 =2

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    3.-Transformador con carga Se aplicar una carga a un transformador y se medir la tensin del secundario mientras se aumenta la carga. Los

    valores medidos se anotarn en una tabla y se representaran grficamente

    Monte el siguiente arreglo experimental.

    Abra el instrumento virtual voltmetro A pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes:

    Rango. 5 V, DC

    Display digital

    Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)

    Abra el instrumento virtual voltmetro B pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes:

    Rango: 2 V, DC Display digital

    Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)

    Abra el instrumento virtual generador de funciones pulsando sobre la imagen. Realice los siguientes ajustes:

    Forma de la curva SINUS

    Frecuencia 50Hz

    Amplitud 1:1 y 40%

    Conecte el generador de funciones accionando el botn POWER.

    Cargue el transformador con los valores de resistencias indicados en la tabla. En la animacin slo se muestra el

    primer caso, esto es, una carga de 100 Los otros casos se obtienen conectando en serie y en paralelo las dos

    resistencias de 100 . El valor 9999 representa el caso a circuito abierto, es decir, sin carga El valor de 10 se

    obtiene aproximadamente con la lmpara.

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    Lea los valores medidos en el voltmetro B y antelos en la tabla.

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    Cuestionario sobre el transformador:

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    II. RELES MAGNETICOS

    1. Fundamento terico: En 1837, cuando Samuel Morse pudo hacer funcionar su telgrafo de

    registro de seales, desarrollado con el electroimn creado por J. Henry

    en 1824, fue el momento en el que naci el relee. Su nombre se deriva

    del francs y al comienzo se utiliz en las comunicaciones para la

    retransmisin de mensajes, de modo similar a las estaciones de relevos

    (celais) propias de la poca en que el correo era transportado por

    diligencias tiradas por caballos.

    En la era de los bits y los Bytes se podra pensar que los relees

    electromecnicos estaran pasados de moda. Pero en realidad, hoy en

    da se fabrican ms relees que nunca antes.

    El relee es, en principio, un conmutador que, con una corriente elctrica de muy baja potencia, acciona contactos

    conmutadores que pueden conectar potencias mayores.

    Los relees existen en muchas formas:

    Estable o monoestable (regresan a la posicin inicial).

    Biestables conocidos tambin como conmutador de control remoto con diferentes cantidades de

    contactos de conmutacin.

    Relees temporizadores (excitacin o des excitacin con retardo) para diferentes tensiones de mando,

    para diferentes corrientes de conmutacin.

    Sobre un aislante (verde) y un ncleo de hierro se encuentra arrollada una

    bobina. Si al conectar el relee, la corriente circula por la bobina, se genera un

    flujo magntico, cuyas lneas transcurren bsicamente a travs del ncleo de

    hierro. El circuito magntico se cierra a travs del hierro exterior y la armadura

    que se puede ver arriba. El campo magntico produce una fuerza de atraccin

    sobre una armadura. En la armadura se encuentran los contactos de

    conmutacin fijados con aislante. La armadura es mvil y la fuerza de atraccin

    magntica la desplaza hacia la bobina con ncleo de hierro.

    Los contactos se accionan debido al movimiento de la armadura, el circuito

    elctrico principal se cierra y la lmpara se enciende. De la misma manera se

    puede construir un interruptor o un conmutador.

    Al suspenderse la corriente de excitacin, en los relees monoestables, la fuerza de un resorte procura que el

    contacto retorne a su posicin inicial.

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    2. Conectar al Relee Se aplicar una tensin al devanado de excitacin del rel. Con el contacto de conmutacin se encender una

    lmpara en el circuito elctrico principal.

    Monte el siguiente arreglo experimental.

    Abra y cierre varias veces la ltima conexin y observe lo que sucede (tambin dentro del rel).

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    Diodo de va libre El devanado de excitacin de un relee presenta una inductancia. Tras la carga elctrica almacenada en la inductancia

    causa una punta de tensin negativa.

    El diodo de la va libre permite que, tras la desconexin de la batera, la corriente siga circulando brevemente disipando

    la energa electromagntica acumulada, sin que se presenten las puntas de tensin. Observe el circuito de

    conmutacin y la forma de tensin al conectar y desconectar. Pulsando el botn verde, el circuito se complementara

    con un diodo de va libre.

    3. Punta de Induccin Se conectar y desconectar el rel y se observar lo que sucede al desconectarlo. A continuacin se repetir el

    experimento con el diodo de va libre y se advertir la diferencia.

    Monte el siguiente arreglo experimental.

    Abra y cierre varias veces la conexin con la alimentacin de tensin de 5V y observe el comportamiento de la

    lmpara fluorescente.

    Nota: La lmpara se utilizar solamente como indicador de "alta tensin". La lmpara se enciende slo a aprox.

    110 V, por debajo de esta tensin permanece oscura.

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    III. CONCLUSIONES:

    - El transformador es un dispositivo elctrico que permite aumentar o disminuir la tensin en un circuito elctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia.

    - Existe una relacin entre los voltajes de entrada y salida con el nmero de espiras en la entrada y salida, dicha relacin tambin cumple para las corrientes, pero se toma el inverso.

    - El rel es un dispositivo electromecnico que funciona como un interruptor controlado por un circuito elctrico en el que se acciona los contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos elctricos.

    - El rel puede controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada.

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