INFORME Nº 09
ELECTROMAGNETISMO
Semestre Académico
Profesor:
orario:
:
2011 – II
Jesús FLORES FLORES SANTIVAÑEZ SANTIVAÑEZ
!"e#es $:00%10:00 am
I&te'ra&tes: N( de C)di'o • • • •
Luis Benavides Acevedo David Diaz Huasasquiche Jhunior Roncal Laos Anthon Aricochea Aricochea
"echa de entre#a$ 24%11%11 24%11%11
10200145 10140166 10160147 0!200005
&rans'or(adores Relees )a#n*ticos +,)-) . +niversidad ,acional )aor de -an )arcos /Decana de A(*rica
TRANSFORMADORES – RELES E INTERRUPTORES MAGNÉTICOS Experiencia N° 9
I. TRANSFORMADORES Es una de las más importantes aplicaciones técnicas de la inducción Se puede encontrar en todos los tamaños, como transformador de alta tensión, en la transmisión de energía, o como transformador de baja tensión, prácticamente, en todos los aparatos que se alimentan con la tensión de la red. Los transformadores solo se pueden operar básicamente con corriente alterna. Entre las funciones que cumplen se encuentran:
Transmisión de Energía
n transformador puede transformar energía con pocas perdidas, de un ni!el de tensión al otro.
Adapa!ión de Tensión
n transformador con!ierte tensiones, es decir, transforma tensiones en otras ma"ores o menores
"rin!ipi# de$ Trans%#rmad#r
#or lo general, los transformadores constan de de!anados acoplados magnéticamente. Se diferencia entre el de&anad# primari#' es decir, el que consume potencia eléctrica, " el de&anad# se!(ndari#, es decir, el que entrega potencia eléctrica. $gualmente de modo análogo se %abla de: &ensión primaria ' " secundaria ( )orriente primaria i ' " secundaria i ( *umero de espiras del de!anado primario n' " del secundario n ( • • •
Los transformadores tienen di!ersas formas. En los pequeños transformadores monofásicos, como el que se muestra por ejemplo, ambos de!anados se encuentran arrollados en un solo lado del n+cleo de %ierro. )on esto se logra que el ujo magnético generado por una bobina se transmita casi por completo a la otra bobina. Las líneas de campo se encuentran prácticamente dentro del n+cleo, la dispersión es mínima " el circuito magnético se cierra a tra!és de los otros lados e-teriores. Si por el de!anado primario circula una corriente, debido a la !ariación del ujo magnético en el tiempo, en el de!anado secundario se inducirá una tensión. La relación entre las dos tensiones corresponderá a la e-istente entre el n+mero
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de espiras de los de!anados. Las corrientes, al contrario, tienen una relación in!ersamente proporcional a la de los de!anados u1 u2
=
n1 i 1 n2 i 2
=
n 1 u1 n 2 u2
=
i1 i2
)#mp#ramien# El transformador no se puede considerar en ning+n modo como un componente ideal, carente de dispersión " pérdidas. En la práctica se determinan perdidas que se maniestan en el calentamiento del transformador. Las causas de esto son: #erdidas en los de!anados debidas a las resistencia del alambre de cobre #erdidas en el %ierro debidas a corrientes parasitas " perdidas por %istéresis, causadas por la in!ersión magnética del %ierro #ara reducir estas pérdidas, el n+cleo el transformador se constru"e de capas de c%apas indi!iduales, aisladas entre sí. Esto e!ita considerablemente la formación de corrientes parasitas. La c%apa del transformador se constru"e de material magnético sua!e, con la cur!a de %istéresis angosta Las perdidas resisti!as son la causa especial de que la tensión secundaria del transformador con carga no permane/ca constante, sino que desciende. Este fenómeno se aprecia más en los transformadores pequeños, que poseen de!anados de alambre de cobre delgado. •
•
*.+Trans%#rmad#r sin nú!$e# , !#n nú!$e# Se estudiara la transmisión de energía en un transformador con o sin n+cleo de %ierro " se conocerá el efecto importante que tiene dic%o componente. 0onte el siguiente arreglo e-perimental. 1bra el instrumento !irtual generador de funciones. 2ealice los siguientes ajustes: 3orma de la cur!a : S$*S 3recuencia : 4556/ 1mplitud : ':' " '557 1cti!e el botón #89E2 " obser!e la luminosidad de la lámpara. 1pague de nue!o el botón #89E2 del generador de funciones. #ulse a continuación S&E#(, en la animación " complemente el transformador, como se indica, con el n+mero de %ierro )onecte de nue!o el generador de funciones " obser!e la luminosidad de la lámpara.
*. -)óm# se !#mpara $a $mpara en e$ de&anad# se!(ndari# de (n rans%#rmad#r !#n # sin nú!$e#/
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Con el núcleo, la lámpara se enciende
0. -En e$ rans%#rmad#r' 1(e in2(en!ia e3er!e (n nú!$e# de 4ierr# s#5re $a ransmisión de energía/ El núcleo de hierro procura un buen acoplamiento magnético entre el devanado primario y secundario. La mayor parte de las líneas de campo magnético pasan por el interior del núcleo de hierro. Gracias al núcleo de hierro el fuo magnético generado por el devanado primario se conduce a través del secundario.
0.+ Re$a!ión de rans%#rma!ión Se aplicara una tensión alterna al transformador, se medirá con el !oltímetro la amplitud de las tensiones primarias " secundarias " se calculara la elación de transformación. 0onte el siguiente arreglo e-perimental: 1bra el instrumento !irtual !oltímetro 1 pulsando sobre la imagen. 2ealice los siguientes ajustes: 2ango: 4 , ;) ;ispla" digital )onmutador giratorio en 20S pulsando sobre la imagen. 2ealice los siguientes ajustes: 2ango: ( , ;) ;ispla" digital )onmutador giratorio en 20S : tensión secundaria 6SE) 7 9'8:& aríe el n+mero de espiras del transformador n ' ? @55, n ( ? (55. La animación S&E#( muestra la manera de %acerlo Lea ambos instrumentos " transera los !alores: oltímetro 1: tensión primaría 6"RIM 7 *'89V oltímetro > tensión secundaria 6SE) 79'8;V
)a$!($e<
&ensión primaria, tensión secundaria: 6"RIM = 6SE) 70.* Espiras de primario espiras del secundario n*= n0 70
*. -)($ de $as a>rma!i#nes de re$a!ión de rans%#rma!ión de$ rans%#rmad#r es !#rre!a' e?p$i1(e !ada (na de e$$as/ El número de espiras correspondientes (. -"#r 1(@ raón Ba ensión de sa$ida es men#r 1(e $# esperad# de
a!(erd# !#n $a re$a!ión enre e$ númer# de espiras de $#s de&anad#s/ E-plique porque
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!or"ue el fuo magnético de dispersi#n hace "ue disminuya el fuo magnético del devanado secundario. !or"ue el núcleo desarmable tiene entrehierro muy grande y esto hace "ue se presente fuo de dispersi#n.
:.+Trans%#rmad#r !#n !arga Se aplicará una carga a un transformador " se medirá la tensión del secundario mientras se aumenta la carga. Los !alores medidos se anotarán en una tabla " se representaran grácamente 0onte el siguiente arreglo e-perimental. 1bra el instrumento !irtual !oltímetro 1 pulsando sobre la imagen. 2ealice los siguientes ajustes: 2ango. 4 , ;) ;ispla" digital )onmutador giratorio en 20S pulsando sobre la imagen. 2ealice los siguientes ajustes: 2ango: ( , ;) ;ispla" digital )onmutador giratorio en 20S " anótelos en la tabla.
)#mpare $#s &a$#res medid#s represenad#s en s( diagrama !#n $a sig(iene se$e!!ión. Cra>1(e 6 &s R' In@rpree -)($ a>rma!ión s#5re (n rans%#rmad#r es !#rre!a/ $% La tensi#n de salida disminuye cuando la carga resistiva aumenta. &% La tensi#n de salida aumenta cuando la carga resistiva disminuye. C% La tensi#n de salida aumenta cuando la carga resistiva disminuye. 'espuesta( C%
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)(esi#nari# s#5re e$ rans%#rmad#r *. -En 1(@ se dising(en e$ de&anad# primari# , e$ se!(ndari# de$ rans%#rmad#r/ Resp#nda El devanado primario consume potencia
0. -)óm# se !#mp#ran $a ensión , $a !#rriene en (n rans%#rmad#r p#r !(,# de&anad# primari# !ir!($a !#rriene a$erna/ Resp#nda. Las tensiones primaria y secundaria se comportan( de igual manera "ue el correspondiente número de espiras de los devanados.
:. L#s rans%#rmad#res n# s#n !#mp#nenes idea$es en $a pr!i!a men!i#ne $#s pr#5$emas 1(e presenan Calentamiento debido a las pérdidas. !erdidas en el hierro del núcleo debido a corrientes parasitas. !erdidas en los devanados debido a la resistencia del alambre de cobre )al acoplamiento entre los devanados debido a la dispersi#n.
. En (n rans%#rmad#r !#n !arga resisi&a' -(@ #!(rre !#n $a ensión/ La tensi#n del secundario disminuye.
II. RELEES MACNETI)OS *.+ F(ndamen# eóri!# En 'CD, cuando Samuel 0orse pudo %acer funcionar su telégrafo de registro de señales, desarrollado con el electroimán creado por F. 6enr" en 'C(@, fue el momento en el que nació el relee. Su nombre se deri!a del francés " al comien/o se utili/ó en las comunicaciones para la retransmisión de mensajes, de modo similar a las estaciones de rele!os "tes se podría pensar que los relees electromecánicos estarían pasados de moda. #ero en realidad, %o" en día se fabrican más relees que nunca antes. El relee es, en principio, un conmutador que, con una corriente eléctrica de mu" baja potencia, acciona contactos conmutadores que pueden conectar potencias ma"ores. Los relees e-isten en muc%as formas: • •
•
Estable o monoestable iestables, conocidos también como conmutador de control remoto con diferentes cantidades de contactos de conmutación. 2elees tempori/adores
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Sobre un aislante
0.+ )#ne!ar a$ Re$ee Se aplicará una tensión al de!anado de e-citación del relé. )on el contacto de conmutación se encenderá una lámpara en el circuito eléctrico principal. 0onte el siguiente arreglo e-perimental. 1bra " cierre !arias !eces la +ltima cone-ión " obser!e lo que sucede
*. -(@ s(!ede desp(@s de 1(e e$ re$ee se !#ne!a a $a ensión de a$imena!ión/ El relee emite un sonido de clic*. La lámpara se enciende. El inducido con los contactos se mueve.
Di#d# de &ía $i5re El de!anado de e-citación de un relee presenta una inductancia. &ras la carga eléctrica almacenada en la inductancia causa una punta de tensión negati!a. El diodo de la !ía libre permite que, tras la descone-ión de la batería, la corriente siga circulando bre!emente disipando la energía electromagnética acumulada, sin que se presenten las puntas de tensión. 8bser!e el circuito de conmutación " la forma de tensión al conectar " desconectar. #ulsando el botón !erde, el circuito se complementara con un diodo de !ía libre.
:.+ "(na de Ind(!!ión
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Se conectará " desconectará el relé " se obser!ará lo que sucede al desconectarlo. 1 continuación se repetirá el e-perimento con el diodo de !ía libre " se ad!ertirá la diferencia. 0onte el siguiente arreglo e-perimental. 1bra " cierre !arias !eces la cone-ión con la alimentación de tensión de 4 " obser!e el comportamiento de la lámpara uorescente. *ota: La lámpara se utili/ará solamente como indicador de Galta tensiónG. La lámpara se enciende sólo a apro-. ''5 , por debajo de esta tensión permanece oscura.
*. -)óm# se !#mp#ra (na $mpara de e2(&i#s !#ne!ada en para$e$# a$ de&anad# e?!iad#r de$ re$@/ +e ilumina al momento de desconectar la tensi#n.
0. -)($ es $a raón para 1(e $a $mpara !#ne!ada en para$e$# a$ de&anad# de e?!ia!ión de$ re$@ se i$(mine 5re&emene/ $utoinducci#n al desconectar la corriente. isipaci#n de la energía electromagnética almacenada. La tensi#n es mayor a -- / por un breve instante. $nclu"a el diodo de !ía libre " repita el e-perimento. La animación muestra la manera en que se debe conectar el diodo por medio de un puenteH pulse sobre el botón con el diodo para obser!arlo.
:. -)óm# se !#mp#ra (na $mpara de e2(&i#s !#ne!ada en para$e$# a$ de&anad# de e?!ia!ión de$ re$@ !#n di#d# de &ía $i5re/ 0o se enciende nunca.
. -)($ es $a raón de $a a(sen!ia de (na p(na de ind(!!ión a$ des!#ne!ar (n re$@ !#n di#d# de &ía $i5re/ La corriente puede continuar circulando brevemente en el devanado de e1citaci#n. isipaci#n de la energía electromagnética almacenada en el circuito del diodo de vía libre.
III. INTERR6"TOR DE LMINAS F6NDAMENTO Los interruptores de láminas constan de dos contactos de muelle, mu" cercanos, colocados dentro de un cuerpo de !idrio. Si el tubito de !idrio se encuentran cerca de un campo magnético los contactos adoptas polaridades distintas " se sierran abruptamente. ;e este modo se establece la cone-ión eléctrica entre ambos contactos. Los interruptores de láminas se comparten de diferente manera, seg+n sea el modo en que se acercan el imán al tubo
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1rriba: Se encuentran presente dos campos para dos puntos de concentración. En la mitad del tubo de los contactos permanecen abiertos. 1bajo: El campo se encuentra en la mitad del tubo. El interruptor de láminas solo tiene un punto de conmutación.
E?perimen# de Inerr(p#r de Lminas Se obser!a el funcionamiento de un interruptor de láminas. #ara esto se montara un circuito eléctrico con una lámpara, que se encenderá " apagara por medio de un interruptor de láminas cuando un campo magnético actué sobre el interruptor. 0onte en siguiente arreglo e-perimental. Saque de su soporte los ( imanes permanentes pase uno de los imanes cerca del interruptor de láminas " obser!e el comportamiento del interruptor cuando se pasa el imán en diferentes posiciones, como se describe a continuación: ertical: polo norte %acia abajo ertical: polo sur %acia abajo 6ori/ontal: polo norte %acia la i/quierda 6ori/ontal: polo sur %acia la i/quierda
*. -)($es a>rma!i#nes s#5re $#s p(n#s de !#nm(a!ión se !#n>rman !#n e$ e?perimen#/ a% +i un polo pasa cerca del interruptor de láminas, aparece un punto de conmutaci#n. b% +i el imán pasa hori2ontalmente, cerca del interruptor de láminas, aparece un punto de conmutaci#n. c% +i el imán pasa hori2ontalmente, cerca del interruptor de láminas, aparece dos puntos de conmutaci#n. d% +i un polo pasa cerca del interruptor de láminas, aparece dos puntos de conmutaci#n.
0. -Rea!!i#na e$ inerr(p#r de $minas !#n ma,#r sensi5i$idad Gin!$(s# !#n disan!ias ma,#resH !(and# se a!er!a e$ imn &eri!a$ ( 4#ri#na$mene/ Es más sensible al acercar el imán %ori/ontalmente.
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;.+ )6ESTIONARIO El polo sur del imán pasa delante del interruptor de láminas.
*. -)(n#s p(n#s de !#nm(a!ión apare!en/ $parecen 3 puntos de conmutaci#n.
0. -(@ ap$i!a!i#nes iene e$ inerr(p#r de $aminas GreedH/ +e utili2a para la detecci#n de obetos. Como el interruptor de lamina esta sellado y nunca está e1puesto al ambiente e1terno se utili2an en aplicaciones tales como el e"uipo minero y el monitoreo del nivel de fuidos. Generalmente se usa en aplicaciones industriales.
"rin!ipi# de$ inerr(p#r a$$ Los sensores o elementos 6all se basan en el efecto 6all. Si un sensor 6all se e-pone a un campo magnético, a su salida se genera una tensión, que tiene una relación lineal con la intensidad del campo magnético. Los sensores de efecto 6all con salida análoga se utili/an para medir la intensidad de campos magnéticos. En muc%os casos no se requiere ninguna información análoga sobre la intensidad de un campo magnético, sino que solo basta con saber si e-iste o no. En esto consiste la función de los interruptores 6all. Los interruptores 6all son, en sí, sensores de efecto 6all con salida digital o de conmutación.
Inerr(p#res a$$ (nip#$ares La modicación de estado de conmutación se produce ante el cambio de polaridad de un campo magnético de suciente intensidad.
Ap$i!a!i#nes 8*
Inerr(p#res a$$ 5ip#$ares ;eterminación de la posición del embolo en cilindros neumáticos 0edición de la posición de rotores 0edición del n+mero de re!oluciones
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