GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

Transformador con carga

Fundamento  

En la siguiente figura se encuentra el esquema de un transformador con carga.

Fig.1

                                                                                                                                                                  

G es un generador de corriente alterna acoplado al transformador.

V_P es un voltímetro que mide la caída de tensión eficaz en el generador.

A_P es un amperímetro que mide la intensidad eficaz de la corriente en el circuito primario.

R_P es la resistencia de carga en el primario, en nuestro experimento R_P = 470 W.

B_P es la bobina del primario (2000 espiras y resistencia óhmica 42 W).

N es un núcleo de hierro laminado don-de van devanadas las bobinas del primario y del secundario.

B_S es la bobina del secundario (400 espi-ras y resistencia óhmi-ca 2,3 W).

V_S es un voltímetro que mide la caída de tensión eficaz a la salida del secundario.

A_S es un amperímetro que mide la intensidad eficaz de la corriente en el secundario.

R_S es la resistencia de carga del secundario, en este experimento R_S = 220 W.

Fig.2

Se puede observar que el primario del transformador consta de una resistencia y de una bobina y a ese circuito le suministra potencia  el generador. A su vez el primario transmite al secundario parte de esa potencia. El secundario recibe una potencia y dado que el circuito es resistivo, esa potencia  se emplea en generar energía  calorífica.

 

El primario por constar de bobina y resistencia conlleva que haya una diferencia de fase entre la intensidad y el voltaje. En el secundario la diferencia de fase es despreciable, ya que la resistencia es muy grande comparada con la reactancia capacitiva de la bobina.

 

La potencia del primario se pude calcular mediante la ecuación.

 

     

                                                     

Vp la mide el voltímetro, Ip el amperímetro y j es el ángulo de fase, el cual se calcula en el experimento.

 

De esa potencia una parte de la misma  se emplea en efecto térmico en la resistencia total del primario, que vale R_T = 470 + 42 = 512 W, por tanto,  la potencia que el primario puede transmitir al secundario es:

                                                            

La potencia que aparece en el secundario donde solo se consideran efectos resistivos vale:

                                                                

Si la potencia P_T se transmitiese íntegramente al secundario, entonces P_T = P_S, sin embargo, esto no es así, debido principalmente a que existen corrientes de Foucault y a que parte del flujo magnético procedente del primario se dispersa por el entorno y no llega al secundario.

 

En este experimento se calculan  P_T  y  P_S ;  y se analiza la relación entre ambas magnitudes.

Designamos los componentes con la siguiente nomenclatura:

Fotografías

Las fotografías (1 y 2) sirven para calcular el ángulo de desfase en el primario del transformador, valor que va a permanecer constante para todas las medidas, ya que no varía la frecuencia de la corriente ni los elementos del circuito. Para este fin se ha empleado un osciloscopio, una sonda del mismo se conecta a la resistencia óhmica y la otra a la salida del generador, (no se muestra la fotografía  porque al tener muchos cables resulta poco clarificador todo el dispositivo). En la fotografía 1, aparece la pantalla con las curvas de la tensión y en la fotografía 2, la figura de Lissajous correspondiente a la composición de las mismas. Se mide el ángulo de desfase por los dos métodos y después se halla el valor medio.

En la sección designada como “Conjunto de fotografías de diversas medidas” se toman las lecturas de los voltímetros y de los amperímetros. Los datos se llevan a la Tabla 1 y se completan las columnas allí indicadas.

Foto 1

Foto 2

Foto para la toma de medidas

La fotografía superior es una vista superior del montaje eléctrico. Este dispositivo se mantiene en todo el experimento y solamente cambian las lecturas de los aparatos, al actuar sobre el cursor que lleva incorporada la fuente de alimentación

 

Todas las medidas se recogen en “Conjunto de fotografías de diversas medidas”. En dicho conjunto no se muestran las fotografías completas del montaje,  sino solamente las lecturas de los aparatos.

 

 

Tabla 1

 

Ángulo de desfase  a partir de la fotografía 1,      j₁ =

Ángulo de desfase  a partir de la fotografía 2,      j₂=

Valor medio del ángulo de desfase,                       j =

 

                              

Gráficas

a) Represente la potencia transmitida, P_T (en el eje X) frente a la potencia en el secundario (eje Y). Calcule la ecuación que relaciona ambas magnitudes.

b) Represente la potencia recibida del generador Pp (eje X)  frente a la potencia transmitida P_T   (eje Y). Calcule la ecuación que relaciona ambas magnitudes.

c) Represente la potencia recibida del generador Pp (eje X)  frente a la potencia del secundario P_S (eje Y). Calcule la ecuación que relaciona ambas magnitudes.