MAGNETISMO

1. IDENTIFICACIÓN DE POLOS:

Antes de iniciar con el laboratorio debemos identificar los polos de los imanes para conocer el comportamiento de las limaduras de hierro al acercarlas al imán  Para conocer los polos del imán debemos acercarlo a una brújula, esta marcara el norte cuando el polo del imán es positivo .





2.CAMPO MAGNÉTICO DE LOS IMANES
Ubicamos los imanes bajo una hoja blanca y pondremos limaduras de hierro para ver el campo que se genera. Al poner el imán de manera horizontal se puede observar un campo magnético producido por el imán, debido a que solo hay un campo magnético ya sea positivo o negativo. En la siguiente foto se muestra que se generan unas órbitas alrededor del imán, entre mayor sea el imán  mayor sera el campo de fuerza.

Al ubicar el imán de manera vertical , se generan dos campos magnéticos ya que  el imán esta esta atrayendo las limaduras de hierro tanto en el polo positivo, como en e polo negativo, por lo cual se ve una división de campo magnético positivo y campo magnético negativo.

3. FORMACIÓN DE CAMPO UNIFORME:
Para formar un campo uniforme,  se deben poner dos imanes, preferiblemente del mismo tamaño, ubicar los en polos opuesto para que se atraigan, al  poner las limaduras de hierro vemos que están forman unas lineas de unión en medio de los dos imanes.

Si ubicamos los imanes con cargas iguales, vemos el comportamiento del campo magnético al ser repelidas las cargas, cuando ponemos las limaduras de hierro se ve claramente este comportamiento, por lo cual en este momento no hay un campo magnético uniforme porque no hay lineas de fuerzas unidas entre, por lo contrario, se repelen.




Si ubicamos en medio de los imanes un material de plástico o madera las lineas de fuerzas no desaparecen ya que el campo magnético logra atravesar la madera, ya que esta no se opone al campo magnético.


4. CAMPO MAGNÉTICO EN UNA BOBINA
Con alambre esmaltado se crea una bobina, primero se busca un material para enrollar la bobina, puede ser madera o plástico  Una vez creada la bobina se energiza con un voltaje no  mayor de 10V,  esto depende del numero de espiras que tenga el conductor, en este caso  utilizamos 10V. Una vez energizada la bobina se identifican los polos de la bobina con una brújula.

Una vez identificados los polos, se pone un cartón  delgado sobre la bobina y se aplican las limaduras de hierro, el efecto que se produce es igual al de los imanes,  el campo magnético que se genera en la bobina se produce alrededor de este, mostrando las órbitas o niveles de atracción o fuerza que tiene la bobina, mostrando el campo magnético en el polo positivo y en el polo negativo.

TRANSFORMADORES

PRUEBA DE POLARIDAD:

Las bobinas secundarias de los transformadores monofásicos se arrollan en el mismo sentido de la bobina primaria o en el sentido opuesto, según el criterio del fabricante.

Debido a esto, podría ser que la intensidad de corriente en la bobina primaria y la de la bobina secundaria circulen en un mismo sentido, o en sentido opuesto.

Polaridad Aditiva:

La polaridad positiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario está arrollado en el mismo sentido que el bobinado primario.

Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en el mismo sentido y se sumen.

Los terminales “H1” y “X1” están cruzados. Ver diagrama.

Polaridad Sustractiva:

L polaridad sustractiva se d cuando en un transformador el bobinado secundario esta arrollado en sentido opuesto al bobinado primario.

Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en sentido opuesto y se resten.

Los terminales "H1" Y "X1" estan en linea. 

Como determinar la polaridad de un transformador

Para determinar la polaridad del transformador, se coloca un puente entre los terminales del lado izquierdo del transformador y se coloca un voltimetro entre los terminales del lado derecho del mismo, luego se alimenta del bobinado primario con un valor de voltaje (VX).

Si la lectura del voltimetro es mayor que Vx el transformador es aditivo o si es menor el transformador es sustractivo.

CONEXION DE LOS TRANSFORMADORES TRIFASICOS:

Un transformador trifásico está constituido por tres transformadores, que se encuentran separados o combinados sobre un solo núcleo. Los primarios y secundarios de cualquiera de ellos pueden conectarse en estrella o en delta, dando lugar a un total de cuatro posibilidades de conexión en el transformador trifásico:

Conexión Delta-Delta:

Características:
    -Los voltajes primarios de línea y de fase son iguales:

    -Las tensiones secundarias cumplen la siguiente relación:

    -La relación entre tensiones de fase es:

    -La relación entre los voltajes de línea es:

Gráfica Explicativa:

Conexión Delta-estrella:

Características:
    -Los voltajes de línea y de fase son iguales en el primario y en el secundario:

  

    -Los voltajes de línea de primario y secundario guardan la siguiente relación:

Gráfica Explicativa:

Conexión Estrella-delta:  

Características:
    -Los voltajes primarios de línea y de fase cumplen la relación:

    -Las tensiones secundarias de línea y fase son iguales:

    -La relación de tensiones de fase es:

    -La relación entre los voltajes de línea del primario y secundario es:

Gráfica Explicativa:

Conexión Estrella-estrella: 

Características:
    -Los voltajes de línea se relacionan con los voltajes de fase según las expresiones:

    -Los voltajes de línea de primario y secundario guardan la siguiente relación:

Gráfica Explicativa:

CIRCUITOS EQUIVALENTES  DE LOS ENSAYOS DEL TRANSFORMADOR:

  El Transformador real. Circuito equivalente 

Ensayo en cortocircuito 

  Ensayo en vacio 

EJERCICIOS DEL CALCULO DE LOS PARÁMETROS DEL TRANSFORMADOR:

1.     Se tiene dos bobinas toroidales A y B de iguales dimensiones, 700 espiras cada una. El núcleo tiene una sección cuadrada de 25 cm². La resistencia óhmica del alambre es despreciable, al igual que el flujo de dispersión.

El radio interior del núcleo es de 5 cm, y el exterior, de 10 cm.

La bobina A tiene núcleo de Fe con una permeabilidad relativa de 3000, y sus pérdidas totales alcanzan a 2.5 Watt/ Kilo a 1 Tessla y 50 Hz. La densidad del Fe es de 7.65 gr/cm3. La bobina B tiene núcleo de aire.Ambas bobinas se emplean en corriente alterna, a 50 Hertz, y cada una a un voltaje tal, que en ambas la inducción magnética máxima es de un Tessla.

a.     Calcular la inductancia de la bobina A.

b.     Calcular la inductancia de la bobina B.

c.      ¿Qué valor indica un wátmetro puesto ala entrada de la bobina A?

d.     ¿Y a la entrada de la bobina B?

e.      ¿A que voltaje está la bobina A?

f.       ¿Y la bobina B?

g.     Calcular la componente magnetizante de la corriente de excitación en la bobina A.

h.     Ídem para la bobina B.

i.       Calcular la componente de pérdidas de la corriente de excitación de la bobina A.

j.       Ídem para la bobina B.

    Solución.

a.     L_A = ( m * N² * S )  / l_m = (3000 * 4p *10^-7 * 700² * 25 * 10^-4) / 2p * r_m = 9.80 Henry.          r_m = (0.10 + 0.05) / 2 = 0.075.

b.     L_A = ( m * N² *S ) / l_m = (1/3000) * L_A = 3.27 * 10^-3 Henry.

c.      Peso Fe = Volumen * densidad = p * h (r² - r²_int) * 7.65 = p * h (10² - 5²) * 7.65 = 9012.44 (gramos).

Lectura Wátmetro = 2.5 (W/K) * 9.012 = 22.53 (Watt).

d.     Cero, pues no hay pérdidas magnéticas.

e.      V_A = 4.44 * B_max * S N * f = 4.44 * 1 * 25*10^-4 *700 * 50 = 388.5 Volt.

f.       El mínimo voltaje V_A.

g.     H = (N * i) / l_m = B / m Þ i_A = (B* l_m) / (m * N) = (1*0.47) / (3000 * 4p *10^-7 * 700)    ;   i_A = 0.18 A (max) e i_A = 0.13 A (rms).

h.     i_B = (B * l_m) / (m * N) = (1*0.47) / (4p *10^-7 * 700)  = 535.71 A (max). (378.81 A rms).

i.       P_R = V * i_P Þ i_P = P_R / V = 22 * Ö3 / 388.5 = 0.06 (A) (rms).

j.       No hay pérdidas magnéticas, luego i_P = 0 en este caso.

¿COMO SE CALCULA EL RENDIMIENTO Y LA REGULACIÓN DEL TRANSFORMADOR?

Puesto que el transformador real tiene impedancias en serie en su interior, su tensión de salida varía con la carga, aún si la tensión de alimentación se mantiene constante. Para comparar cómodamente los transformadores, en cuanto a esto, se acostumbra definir una cantidad llamada Regulación de Voltaje (RV). La Regulación de Voltaje a plena carga es una cantidad que compara el voltaje de salida del transformador en vacío con el voltaje de salida a plena carga:

RV = ( V_S,_SC – V_S,_PC ) / ( V_S,_PC ) * 100 %

Puesto que en el vacío, V_S = V_P / a , la regulación de voltaje también puede expresarse como:

RV = ( V_P/a – V_S,_PC) / (V_S,_PC ) * 100 %

Si el circuito equivalente del transformador está dado en sistema por – unidad, entonces la regulación de voltaje es:

RV = ( V_P,_PU – V_S,_PC,_PU ) / ( V_S,_PC,_PU ) * 100 %

Generalmente se considera conveniente tener una regulación de voltaje tan pequeña como sea posible. Para un transformador ideal, RV = 0 %. No siempre es aconsejable tener una regulación de voltaje baja, aunque algunas veces los transformadores de impedancia y regulación de voltajes altos se usan deliberadamente para reducir las corrientes de falla en un circuito.

Para obtener la regulación de voltaje en un transformador se requiere entender las caídas de voltaje que se producen en su interior. Consideremos el circuito equivalente del transformador simplificado de la figura 5. Los efectos de la rama de excitación en la regulación de voltaje del transformador puede, ignorarse, por lo tanto que solamente las impedancias en serie deben tomarse en cuenta. La regulación de voltaje de un transformador depende tanto de la magnitud de estas impedancias como del ángulo fase de la corriente que circula por el transformador. La forma más fácil de determinar el efecto de la impedancia y de los ángulos de fase de la corriente circulante en la regulación de voltaje del transformador es analizar el Diagrama Fasorial, un esquema de los voltajes y corrientes fasoriales del transformador.

Figura 5

En los diagramas siguientes, el voltaje fasorial V_S se supone con un ángulo de 0° y todos los demás voltajes y corrientes se comparan con dicha suposición. Si se aplica la ley de voltajes de Kirchhoff al circuito equivalente de la figura 5 (b), el voltaje primario se halla:

V_P / a = V_S + R_EQ I_S + j X_EQ I_S

CIBERGRAFÌA:

http://www.unicrom.com/Tut_polaridad_transformador.asp

http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/bobinas_trafos/trafos_trif.htm

http://patricioconcha.ubb.cl/transformadores/ejercici.htm

http://patricioconcha.ubb.cl/transformadores/transformador_monofasico.htm