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TRANSFORMADORES
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD FERMIN TORO
FACULTAD DE INGENIERIA
Prof.: Matilde GarcíaCIRCUITOS ELÉCTRICOS II
Alumno: Keilyn QuevedoC.I: 24537434
1 -EL TRANSFORMADOR:
El transformador, también conocido como transformador de voltaje son dispositivos usados en circuitos eléctricos que hacen posible cambiar el voltaje de la electricidad que fluye en los circuitos, además que permiten aumentar (Intensificación) o disminuir (reducción) el voltaje.
“El transformador es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de corriente alterna que tiene a su entrada en otro diferente amplitud, que entrega a su salida.”
Principio de Funcionamiento del transformador:El principio del funcionamiento del transformador se puede explicar por medio del conocido “TRANSFORMADOR IDEAL MONOFÁSICO”, que no es mas que una máquina que se alimenta por medio de una corriente alterna monofásica. Los transformadores trabajan gracias a un principio físico llamado “Principio de Inducción Electromagnética”, la cual hace que cuando una corriente atraviesa un alambre se cree un campo magnético alrededor de dicho alambre, y de la misma manera, si un alambre está en un campo magnético que está cambiando constantemente, fluirá una corriente por dicho alambre.
Un transformador está constituido: por un núcleo de material magnético que forma un circuito magnético cerrado, y sobre sus columnas se localizan dos devanados, uno denominado “primario” que recibe la energía y el otro el “secundario”, que se cierra sobre un circuito de utilización al cual entrega la energía. Los dos devanados se encuentran eléctricamente asilado entre sí.
Por ejemplo,
La relación de transformación indica el aumento ó decremento que sufre el
valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, es decir, por
cada volt de entrada cuántos volts hay en la salida del transformador.
La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado
primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es
directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np)
y secundario (Ns) .
La razón de la transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y
el bobinado secundario depende de los números 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.
En un transformador, un conductor lleva corriente a un lado creando un campo magnético, que a cambio produce una corriente en el conductor al otro lado del transformador, y una segunda corriente fluye fuera del transformador.
Los transformadores son dispositivos pasivos que no aportan energía, y en su mayoría funcionan con alta eficacia, transmitiendo cerca del 99% de la energía que reciben, con solo una perdida cerca al 1% de la energía se pierde, entre otras, en el calentamiento del transformador.
Los transformadores sólo trabajan con circuitos de CA (corriente alterna), debido a que la corriente alterna (CA) en el alambre "entrante" cambia constantemente, y el campo magnético creado también cambia. El campo magnético cambiante es lo que fuerza el flujo de corriente en la bobina de "salida“.
Como se observa en la imagen, los alambres (conductores) en un transformador están envueltos en una bobina alrededor de un núcleo el cual se enrolla en varias espiras (vueltas).
Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps). Pi = Ps
En un Transformador Ideal, se dice que la potencia que entrega desde un
embobinado es igual al embobinado que la recibe, sin que se desprecien las
perdidas por calor y otras), es decir:
En un Transformador Real, se dice que no toda potencia que entrega desde un
embobinado es igual a la que llega al otro embobinado, es decir presenta
perdidas de potencia, ya que se toman en cuenta otras variable.
2 - DIFERENCIAS: Transformador ideal y Transformador de Núcleo de aire.(como se refiere del primario al secundario y viceversa).
Como ya sabemos los transformadores Ideales son transformadores perfectos,
donde no se pierde la potencia.
Donde la relación de tensión de entrada y salida es igual a la relación del numero
de espiras de los embobinados.
En este tipo de transformadores (Ideales) la relación de tensión de entrada y
salida es igual a la relación del numero de espiras de los embobinados.
En el transformador Ideal al no existir perdidas las relación de tensiones es
inversa a la relación de intensidades.
oTransformadores con núcleo de aire.
o Transformadores con núcleo de hierro.
o Transformadores con núcleo de ferrita.
Por otro lado existen otros transformadores, los llamados Transformadores
Reales, y varias categorías, en donde encontramos, la categoría de
transformadores según el material del núcleo, donde conseguimos tres grupos:
En un Transformador de Núcleo de Aire (por ser un Transformador
Real), no toda potencia que se le entrega desde el embobinado
primario es igual a la que se obtiene de el secundario, es decir
presenta perdidas de potencia, ya que en los transformadores reales se
toma en cuenta variables como:
En un Transformador Ideal no se toman en cuenta características tales como:
o La reluctancia magnética ( es nula.)
o La resistencia de las bobinas ( es nula.)
o La perdida de hierro ( es nula), y
o Las fugas magnéticas (son nulas).
o La reluctancia magnética.
o La resistencia de las bobinas.
o La perdida de hierro, y
o Las fugas magnéticas.
Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del
número de espiras de cada bobinado, es decir, en un transformador cuyo
voltaje del embobinado secundario sea superior al del embobinado primario
se le conoce como transformador elevador, mientras que si el voltaje del
embobinado secundario es inferior al del embobinado primario este
dispositivo recibe el nombre de transformador reductor.
Como se refiere del primario al secundario y viceversa:
Ejemplo 1:
Un transformador de 300 W de potencia se va a conectar en su primario a 220 V y en su secundario entregara 22 V. Si el primario tiene 1500 vueltas de alambre de cobre hallar:
a) El numero de vueltas del bobinado secundario. b) La intensidad de corriente en el primario para la carga máxima (300 W) c) La intensidad de corriente en el secundario para las condiciones de b.
a) Ns = Np .(Vs/Vp) = 1500. (22V/220V) = 1500 . 1/10 = 150 vueltas
b) P = Vp . Ip → Ip = P / Vp = 300W / 220V = 1,36 A
c) P = Vs . Is → Is = P / Vs = 300W / 22V = 13,6 A
Ejemplo 2:
Se tiene una bobina o inductor de 32 espiras, 13 vueltas por centímetro y 25 mm de diámetro. Cuál será su inductancia?
-a = 25 mm / 2 = 1.25 centímetros- b = 32 / 13 = 2.46- n = 32
Entonces:
L = (0.393 x 1.252 x 322) / (9 x 1.25 + 10 x 2.46) = 17.54 uHenrios
3 – INDUCTANCIA MUTUA.
Cuando dos bobinas de un transformador se encuentran dentro del alcance magnético una de la otra, de tal modo que Las líneas de fuerza se enlazan con el devanado de la segunda, se llama acoplamiento, y si todas las líneas de la una atraviesan a las vueltas del devanado de la otra, tendremos un acoplamiento unitario. Pueden existir diversos porcentajes de acoplamiento, debido a la posición mecánica de las bobinas.La inductancia Mutua esta dado por:
La inductancia (mutua y autoinductacia) es una característica de los circuitos que depende de la geometría de los mismos. Sean dos circuitos arbitrarios descritos por las curva γ1 y γ2 por donde circulan corrientes I1 y I2, respectivamente. De ahora en más el subíndice 1 representa magnitudes correspondientes circuito 1 y análogamente para el circuito 2. En virtud de la Ley de Faraday se tiene:
En la Inductancia mutua L1 y L2 representan la autoinductancia o
inductancia propia de cada bobina, mientras que M representa la
inductancia mutua, el cual es un parámetro que relaciona el voltaje
inducido en un circuito con la corriente variable en el tiempo de otro circuito.
donde k se conoce como el coeficiente de acoplamiento y es una medida
del grado en el que el flujo producido por una bobina enlaza a la otra (0 £ k
£ 1). Si las bobinas no están acopladas, entonces k=0.
Relación entre los voltajes de los embobinados:
El voltaje que se induce en el secundario, es dependiente de la relación del número de vueltas del primario y del secundario. Por ejemplo, si el primario tiene 1000 vueltas y el secundario 10,000, esto es una relación 1:10, o sea que el voltaje que se inducirá en el secundario será 10 veces mayor que el aplicado al primario. Si por el contrario, el numero de vueltas del primario es de 10,000 y las del secundario de 1000, la relación es de 10:1, por lo mismo, el voltaje inducido en el secundario será 10 veces menor que el aplicado al primario. Para que suceda la inducción se necesita que el voltaje aplicado al primario sea alterno.
Como se elimina la inducción mutua?:
Cuando se enrolla un conductor y luego se devana en forma de bobina, se neutralizan los campos magnéticos, lo mismo sucede con la inducción mutua, pero no es beneficioso el algunos circuitos, ya que genera zumbidos y por ello se enrollan los alambres.
Ejemplo:Dos bobinas mutuamente acopladas, A y B, tienen 300 y 900 espiras respectivamente. Una corriente de 5 amperes en la bobina A produce un flujo magnético de 40.000 maxwells (líneas) en la bobina A y 25.000 maxwells en la bobina B. Determinar a) la auto inductancia de la bobina A, b) la inductancia mutua entre las bobinas A y B, y c) la fem inducida en la bobina B cuando la corriente en la bobina A se interrumpe en 0,2 segundos.
SOLUCIÓN.
a) La inductancia de la bobina A está dada por:
b) Dado que, la inductancia mutua entre las bobinas está dada por:
c) la fem inducida en la bobina B es:
4.- MÉTODO DE CONVECCIÓN DE PUNTOS
Es un método que permite esquematizar un circuito sin tener tomar encuentra directamente el sentido de los arrollamientos de los embobinados.
Si existen más de una bobina, se coloca un punto en algún terminal de cada una, de manera tal que si entran corrientes en ambas terminales con puntos (o salen), los flujos producidos por ambas corrientes se sumarán. Al seguir esta convención, las bobinas acopladas presentadas previamente pueden esquematizarse de la siguiente manera:
“se dibuja un punto en un extremo de cada bobina. Si las corrientes entran (o salen) en ambos terminales con punto, entonces los flujos producidos por las corrientes se suman (M es > 0).
En el método de convección de puntos se debe aplicar la Regla general que nos dice: si ambas corrientes entran (o salen) de los puntos, el signo del voltaje mutuo será el mismo que el del voltaje auto inducido. En otro caso, los signos serán opuestos.
Para este metodo se debe considerar la influencia de la inductancia mutua sobre los voltajes de el circuito se tiene, aplicando:
EJEMPLO:
Si v(t)=14.14 cos(100 pi + 20°), encontrar V2(rms) e I2(rms):
Según los sentidos elegidos para las corrientes, I1 entra a un punto e I2 entra en el otro, por lo tanto el signo del voltaje mutuo será el mismo al del voltaje autoinducido:
FIN
Por Ahora…
