Transformadores Rels e Interruptores magnticosExperiencia N9TRANSFORMADOREs 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 slo se pueden operar bsicamente con corriente alterna. Entre las funciones que cumplen se encuentran: Transmisin de energa Un transformador puede transportar energa, con pocas prdidas, de un nivel de tensin aotro. Adaptacin de tensin Un transformador convierte tensiones, es decir, transforma tensiones en otras mayores o menores. PRINCIPIO DEL TRANSFORMADORPor 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 primaria1 y secundaria i2 Nmero de espiras del devanado primario n1 y del secundario n2Los transformadores tienen diversas formas. En los pequeos transformadores monofsicos, como el que se muestra en el ejemplo, ambos devanados se encuentran arrolladosen un slo 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.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: ComportamientoEl transformador no se puede considerar de ningn modo como un componente ideal,carente dedispersin y prdidas. En la prctica se determinan prdidas que se manifiestan en el calentamiento del transformador. Las causas de esto son: Prdidas en los devanados debidas a la resistencia del alambre de cobre Prdidas en el hierro debidas a corrientes parsitas y prdidas por histresis, causadas por la inversin magntica del hierroPara reducir estas prdidas, el ncleo del transformador se construye de capas de chapas individuales, aisladas entre s. Esto evita considerablemente la formacin de corrientes parsitas. La chapa del transformador se construye de material magntico suave, con una curva de histresis angosta. Las prdidas resistivas son la causa especial de que la tensin secundaria del transformador con carga no permanezca constante, sino que descienda. Este fenmeno se aprecia ms en los transformadores pequeos, que poseen devanados de alambre de cobre delgado.1. Transformador sin ncleo y con ncleoSe estudiara la transmisin de energa en un transformador con y sin ncleo de hierro y se conectara el efecto importante que tiene dicho componente.

Monte el siguiente arreglo experimental.

Abra el instrumento virtual generador de funciones pulsando sobre la imagen del instrumento.Realice los siguientes ajustes:Forma de la curva SINUSFrecuencia de 500HZAmplitud 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 complete el transformador, como se indica, con el ncleo de hierro.Conecte de nuevo el generador de funciones y observe la luminosidad de la lmpara.2. Relacin de transformacin:Se aplicar una tensin alterna al transformador; se medir con el voltmetro la amplitud de las tensiones primarias y secundarias y se calcular la relacin de transformacin.

Monte el siguiente arreglo experimental:

Abra el instrumento virtual voltmetro A pulsando sobrela imagen. Realice los siguientes ajustes: Rango: 5 V, DC Display digital Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)Abra el instrumento virtual voltmetroB pulsando sobrela 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:Voltmetro A: tensin primaria UPRIM = 1.78VVoltmetro B: tensin secundaria USEC = 0.80VFinal del formularioPrincipio del formularioFinal del formularioVare el nmero de espiras del transformador n1 = 400, n2 = 200. La animacin STEP2 muestra la manera de hacerlo.Principio del formularioLea ambos instrumentos y transfiera los valores:Voltmetro A: tensin primaria UPRIM =1.78VVoltmetro B: tensin secundaria USEC =0.83Final del formularioPrincipio del formularioCalcule:Tensin primaria/ tensin secundaria: UPRIM / USEC = 2.14Espiras del primario/ espiras del secundario n1 / n2 = 2Final del formularioPrincipio del formularioCul afirmacin sobre la relacin de transformacin del transformador es correcta?Las tensiones se comportan casi de igual manera que el nmero de espiras correspondiente. Final del formularioPrincipio del formularioPor qu razn, la tensin de salida es menor que lo esperadode acuerdo conla relacin entre el nmero de espiras de los devanados? Explica porque.Por que el flujo magntico de dispersin hace que disminuya el flujo del devanado secundario.Porque el ncleo desarmable tiene un entrehierro muy grande, y esto hace que se presente flujo de dispersin

3. Transformador con cargaSe 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 representarn grficamente.Monte el siguiente arreglo experimental.Abra el instrumento virtual voltmetro Apulsando sobrela imagen. Realice los siguientes ajustes: Rango: 5 V, DC Display digital Conmutador giratorio en RMS (valor eficaz)Abra el instrumento virtual voltmetroB 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.Lea los valores medidos en el voltmetro B y antelos en la tabla.Compare los valores medidos representados en su diagrama con la siguiente seleccin. Cul diagrama es correcto?

Final del formularioPrincipio del formularioCul afirmacin sobre un transformador es correcta?A) La tensin de salida disminuye cuando la carga resistiva aumentaB) La tensin de salida aumenta cuando la carga resistiva disminuyeC) La tensin de salida aumenta cuando la carga resistiva disminuyeCuestionario sobre el transformador1. En qu se distinguen el devanado primario y el secundario del transformador?El devanado primario consume potencia.2. Cmo se comportan la tensin y la corriente en un transformador por cuyo devanado primario circula corriente alterna?

Las tensiones primaria y secundaria se comportan de igual manera que el correspondiente nmero de espiras de los devanadosLas corrientes primaria y secundaria se comportan de manera inversa al correspondiente nmero de espiras de los devanados.3. Los transformadores no son componentes ideales. En la prctica se presentan los siguientes problemas: Calentamiento debido a las perdidas Perdidas en el hierro del ncleo debido a corrientes parasitas Perdida en los devanados debido a la resistencia del alambre de cobre. Mal acoplamiento entro los devanados debido a la dispersin.

4. En un transformador con carga resistiva. Que ocurre con la tensin?La tensin del secundario disminuye

Relees Magnticos

1. FUNDAMENTO TEORICOEn 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 utilizo en las comunicaciones para la retransmisin de mensajes, de modo similar a las estaciones de relevos (celis) propias de la poca en que el correo era transportado por diligencias tiradas a 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 mas relees que nunca antes.El relee es, en principio, un conmutador que, con una corriente muy baja de potencia, acciona contactos conmutadores que pueden conectar potencias mayores.Los relees existen en muchas formas: Estable o monoestable (regresan a la posicin inicial) Biestables, conocido 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 atreves del ncleo de hierro. El circuito magntico se cierra a travs del hierro exterior y la armadura. El campo magntico produce una fuerza de atraccin sobre una armadura. En la armadura se encuentran los contactos de conmutacin fijados con un aislante. La armadura es mvil y la fuerza de atraccin magntica la desplaza hacia la bobina con el 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 mono estables, la fuerza de un resorte procura que el contacto retorne a su posicin inicial.

2. CONECTAR EL RELEESe 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).Principio del formularioQu sucede despus de que el rel se conecta a la tensin de alimentacin?El relee emite un sonido de clic.La lmpara se enciende.El inducido con los contactos se mueve

Diodo de va libreEl devanado de excitacin de un relee representa una inductancia. Tras la carga elctrica almacenada en la inductancia causa una punta de tensin negativa.El diodo de 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 la tensin al conectar y desconectar. Pulsando el botn verde, el circuito se complementara con un diodo de va libre.

3. Punta de induccinSe 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.1. Principio del formularioCmo se comporta una lmpara de efluvios conectada en paralelo al devanado excitador del rel?Se ilumina al momento de desconectar la tensin2. Cul es la razn para que la lmpara conectada en paralelo al devanado de excitacin del rel se ilumine brevemente?Auto induccin al momento de desconectar la corriente. Disipacin de la energa electromagntica acumulada. La tensin es mayor a 110V por un breve instante.

Final del formularioIncluya el diodo de va libre y repita el experimento. La animacin muestra la manera en que se debe conectar el diodo por medio de un puente; pulse sobre el botn con el diodo para observarlo.Principio del formulario3. Cmo se comporta una lmpara de efluvios conectada en paralelo al devanado de excitacin del rel con diodo de va libre?No se enciende nunca.4. Final del formularioPrincipio del formularioCul es la razn de la ausencia de una punta de induccin al desconectar un rel con diodo de va libre?La corriente puede continuar circulando brevemente en el devanado de excitacin. Disipacin de la energa electromagntica almacenada en el circuito del diodo de va libre.Final del formularioPrincipio del formularioFinal del formularioFinal del formularioPrincipio del formularioFinal del formularioPrincipio del formularioFinal del formularioPrincipio del formulario