Reporte Transformador

INSTITUTO TECNOLOGICO
DE LA PIEDAD.

Maquinas Eléctricas.

Ing. Rodolfo Guadalupe Hernández Rodríguez.

“REPORTE DE PRACTICA SOBRE
TRANSFORMADORES”.

Erick Rodríguez Torres.
Miguel Alejandro Guzmán Méndez.

1

Ing. Electrónica.

24 de marzo de 2010.
INDICE.

I. Introducción (marco teórico)………………….2

II. Objetivo……………………………….…….......8

III. Material……………………………………….…8

IV. Desarrollo…………………………………......10

V. Resultados…………………..........................11

VI. Conclusión…………………………………….16

VII. Fuentes informativas……………………...…16

VIII. Anexos…………………………………………17

2

INTRODUCCIÓN.

Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o
disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo
la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un
transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la
salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas,
dependiendo de su diseño, tamaño, etc.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción
electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas
devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas
o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la
entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen
transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado
"terciario", de menor tensión que el secundario.

Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las
variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo
magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo
magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de
una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

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) .

3

La razón de la transformación (m) del voltaje 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.

Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al
poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se
disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de los
conductores.

Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el
del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se
obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior,
como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o
espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del
transformador o relación de transformación.

Ahora bien, como la potencia de la electrica aplicada en el primario, en caso de
un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el
producto de la fuerza electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser
constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el
primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una
centésima parte).

4

TIPOS DE TRANSFORMADORES.

I. Según sus aplicaciones

Transformador elevador/reductor de voltaje.

Son empleados por empresas transportadoras eléctricas en las subestaciones de
la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por
efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la
energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir
nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización.

Transformador de aislamiento.

Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera
que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1.
Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan
directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes
de sensores lejanos, en equipos de electromedicina y allí donde se necesitan
tensiones flotantes entre sí.

Transformador de alimentación.

Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones
necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorporan fusibles que
cortan su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura
excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que
conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de
modo que hay que sustituir todo el transformador.

Transformador trifásico.

5

Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar
forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta (Δ) y las combinaciones
entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con
relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían.

Transformador de pulsos.

Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja
autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos y además de muy
versátil utilidad en cuanto al control de tensión 220.

Transformador de línea o flyback.

Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores
con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de
deflexión horizontal. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo
(foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta
que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes
niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus
bobinados secundarios.

Transformador con diodo dividido.

Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para
proporcionar la tensión contínua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo
dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el
bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que
soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va
directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.

Transformador de impedancia.

Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de
transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en los
amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la
baja de los altavoces. Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z,
y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde
el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar
una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al
revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n².

Estabilizador de tensión.

Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la
tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de

6

tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los
equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en
desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su
volumen, peso, precio y baja eficiencia energética.

Transformador híbrido o bobina híbrida.

Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los
teléfonos, tarjetas de red, etc.

Balun.

Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no
equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma
intermedia del secundario del transformador.

Transformador electrónico.

Esta compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la
corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible
reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos
más complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin
importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada.

Transformador de frecuencia variable.

Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda
de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento
en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.

Transformadores de medida.

Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los
transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés
protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los
transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés,
permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores,
instrumentos y relés.

II. Según su construcción.

Autotransformador.

El primario y el secundario del transformador están conectados en serie,
constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un

7

transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V
y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no
proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.

Transformador toroidal.

El bobinado consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de
ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más
voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo
flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.

Transformador de grano orientado.

El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada
sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro
dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La
chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en
transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas.

Transformador de núcleo de aire.

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En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin
núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el
carrete, para ajustar su inductancia.

Transformador de núcleo envolvente.

Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una
concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión.

Transformador piezoeléctrico.

Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no
están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario
y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristal
piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a
frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para
alimentar los fluorescentes del backlight de ordenadores portátiles.

OBJETIVO.

El objetivo para esta practica es comprobar como existen
transformadores elevadores de tensión y disminuidores. Y ver
como es que se comporta un transformador a distintas
frecuencias y amplitudes de una señal determinada de entrada
con respecto a su respuesta en funcionamiento.

Otro de los objetivos es verificar que existe una relación entre la
señal suministrada y la señal obtenida a la salida de cada uno
de los devanados, veremos y analizaremos como es esta
relación, si es de tipo lineal o si es que a determinas frecuencias
se rompe esta linealidad en el comportamiento del
transformador.

En si elobjetivo general es corroborar lo dicho en clase con
respecto a los transformadores y las relaciones existentes entre
sus devanados.

PRACTICA CON TRANSFORMADOR
REDUCTOR-ELEVADOR DE TENSION.

9

MATERIAL.

Generador de funciones (BK precision).

Osciloscopio (GW Instek GDS-1062). Multimetro (ONE plus).

10

Punta de osciloscopio. Punta caimán para generador de funciones.

Transformador.

DESARROLLO.

Para la realización de esta práctica, pues primeramente tuvimos que conectar a
los devanados lo necesario conforme a lo que se quisiera obtener. Es decir,
para la primera parte, se conecto a uno de los devanados (al primario o de
alimentación), es decir al que normalmente va la línea de tensión común en
nuestros hogares (120 Vrms a 60 Hz) la señal de entrada, que en este caso fue
obtenida del generador de funciones.

11

Después de que se conecto como alimentación para el devanado primario, se
procedió a conectar el canal uno del osciloscopio también a las terminales del
primario, para de esta manera visualizar la onda de entrada para cada una de las
mediciones realizadas, esto con la finalidad, de que cuando se variara alguno
de los parámetros de la señal de entrada se visualiza en el osciloscopio,
mientras que la otra punta del osciloscopio correspondiente al canal dos se
conecto en el devanado secundario en los extremos; la segunda parte fue
exactamente lo mismo que todo lo anterior, solo que esta ves la punta del canal
dos se conecto a la derivación central. Todo esto fue para visualizar el
comportamiento del transformador como elevador de tensión.

Es mas que obvio, que los parámetros, como lo fueron frecuencia y amplitud
de la onda de entrada se fue modificando, subiendo para visualizar la respuesta
del transformador acorde a la señal que le entraba.

Para la segunda parte, lo que se hizo fue similar a lo realizado en la parte
primera, solo que aquí, se alimento el transformador por el devanado
secundario con la señal de entrada, y fue ahora aquí donde se conecto la punta
del canal uno del osciloscopio, mientras que la punta del canal dos ahora se
conecto al devanado primario que es donde estamos obteniendo nuestra señal
de respuesta. Todo lo demás se realizo exactamente igual que para el primer
caso, solo que ahora el transformador se comporto como atenuador de tensión
como se podrá comprobar en los resultados.

RESULTADOS.

Para el transformador conectado como reductor, y conectadas las puntas del
osciloscopio del canal dos (grafica azul) a los extremos de la línea de salida del
transformador tenemos los siguientes resultados.

# foto Especificaciones.
1 Señal de entrada contra señal de salida.
2 Misma que la 1 pero con otro rango.
3 Misma que la 1 pero con otro rango.
4 Variando la amplitud desde el generador de funciones.
5 Variando la escala desde el generador de funciones.
6 Variando a otra escala desde el generador de funciones.
7 Subiendo amplitud.
8 Más amplitud que en la anterior desde el generador de funciones.
11 Mas amplitud y variando el Time/div del osciloscopio.

12

12 Misma que la 11 pero ahora con más amplitud desde el generador.
13 Foto 12 pero variando Time/div del osciloscopio.
14 Más amplitud desde el generador.
15 Más amplitud desde el generador que en la anterior (14).
16 Suma del canal 1 más el canal dos, mostrando valores.
17 Suma de canal 1 más el canal dos, solamente la señal.
18 Resta del canal 1 menos el canal dos, solamente la señal.
19 Resta del canal 1 menos el canal dos, mostrando la señal.
20 Mayor amplitud (considere que al decir esto se refiere a que tiene
mayor amplitud que en las anteriores).
21 Subiendo aun más la amplitud.

Hasta la foto número 25 en ningún momento se vario la frecuencia de la señal
de entrada al devanado del transformador.

Las siguientes fotos (de la 26 a la 40) son en base a la señal de entrada que se
muestra en la foto numero 25, pero ahora variando diferentes parámetros.

26 Variando la frecuencia del generador para (mayor frecuencia,
escala en generador a 100Hz, y dentro de esta escala la
variación).
variación).
variación).
variación).
escala en generador a 10KHz, y dentro de esta escala la
variación).
variación).
variación).

13

variación).
variación).
escala en generador a 1MHz, y dentro de esta escala la variación).
Esta captura en especial muestra la frecuencia límite para la que
al ir aumentando la frecuencia el potencial de salida aumentaba;
pues si subo mas la frecuencia el V disminuye
Aquí se ve claramente como aumentamos la frecuencia de la
señal de entrada al devanado del transformador; y el voltaje en
comparación con la foto 39 disminuyo.
41 Límite de la frecuencia, si seguía subiendo la frecuencia en la
escala de 1MHz solo se modificaba la frecuencia de la onda de
salida, pero ya no bajaba el potencial de salida.
42 Mayor frecuencia que la anterior.
45 Límite de la frecuencia, si seguía subiendo la frecuencia en la
escala de 1MHz solo se modificaba la frecuencia de la onda de
salida, pero ya no bajaba el potencial de salida.
46 Aquí se ve como al subir la frecuencia en relación con la foto 45,
como la 45 era el limite, en esta se aprecia que al subir un poco
más la frecuencia dentro del mismo rango de 1MHz la amplitud a
la salida bajo, es decir el potencial o voltaje de salida disminuyo.

Las siguientes fotos (de la 47 a la 79) son con el transformador aun conectado
como reductor, pero ahora tomando la señal de salida del transformador desde
la derivación central, es decir se está alimentando el transformador con el
generador de funciones conectado al devanado primario, mientras que la señal
del canal dos, ósea la onda azul nos muestra la respuesta del transformador a la
onda de entrada.

14

47 Generador en rango a 100Hz (61.377 Hz en la señal de entrada).
48 Subí amplitud en relación con la anterior.
59 Rango a 100 Hz, modificando frecuencia para la foto 58.
63 Rango a 10KHz, modificando frecuencia para la foto 58.
68 Rango a 1MHz, modificando frecuencia para la foto 58.
73 Operación CH1 (canal1) más CH2 (canal2).

Todas las siguientes fotos son con el transformador ahora conectado alreves,
osea como aumentador de potencia; es decir al devando secundario se le
suministra la señal de entrada, mientras que del devanado primario se obtiene
la señal de respuesta a la variación de la señal de entrada. La señal de entrada
al transformador, se suministro en los extremos.


15

80 Señal de entrada con el transformador conectado como
aumentador en los extremos, mismos valores que para la foto 79.
81 Foto de entrada contra salida.
82 Aumentando la amplitud de la entrada, más que en la anterior.
95 Rango del generador a 100Hz, variando la frecuencia para la foto
94.
94, mayor frecuencia que en la anterior.
98 Rango del generador a 10KHz, variando la frecuencia para la foto
103 Misma foto que la anterior pero con el Time/div del osciloscopio
de manera que se aprecia mucho mejor la forma de la onda.
104 Foto de la 103 aun mejor.
105 Rango del generador a 1MHz, variando la frecuencia para la foto
106 Onda limite, en base a la captura de la 94, si se sigue subiendo la
frecuencia baja más la amplitud de la onda de salida. Hasta que
llega un punto en el que solo se ve afectada la frecuencia, y no
baja más la amplitud.

16


CONCLUSION.

Podemos concluir que existe una relación entre el devanado
primario y el secundario, además de que al variar la señal de
entrada con respecto a la frecuencia y la amplitud, para
determinadas frecuencias no pasaba absolutamente nada en la
señal de respuesta, mientras que en otros rangos de frecuencias
sucedia, que al ir incrementando la frecuencia y la amplitud se
modificaba también la señal de salida, iba subiendo
proporcionalmente para el caso del transformador como elevador,
mientras que disminuía proporcionalmente para el caso de
reductor de tensión, pero al llegar a determinadas frecuencias,
después de ir subiendo, repentinamente bajaba la tensión a la
salida del devanado implementado en ese momento como
devanado de salida, y después de bajar al subir un poco más la
frecuencia, de nueva cuenta comenzaba a subir; mientras que en
el caso de ser utilizado como reductor de tensión, a determinadas
amplitudes y frecuencias, después de ir descendiendo, al subir un

17

poco más la frecuencia, subía la tensión y luego nuevamente
bajaba.

Es decir el transformador llegaba al límite para el cual cumplía
satisfactoriamente con el funcionamiento como reductor o como
elevador.

FUENTES INFORMATIVAS.
•ELECTRONICA INDUSTRIAL-Dispositivos y sistemas.
Timothy J. Maloney.
Prentice-Hall.
Mexico D.F. Traduccion de la primera Ed. En Ingles. 1983.

http://es.answers.yahoo.com/question/index?
qid=20080319185313AA2c9u3

http://www.scribd.com/doc/2063782/DSE-2-Amplificacion-de-
pequena-senal-con-transistores-BJT-y-FET

ANEXOS.

A continuación las fotos obtenidas para los resultados.

1. Foto.

18

2. Foto.

3. Foto.

4. Foto.

5. Foto.

19

6. Foto.

7. Foto.

8. Foto.

20

9. Foto.

10. Foto.

11. Foto.

21

12. Foto.

13. Foto.

14. Foto.

22

15. Foto.

16. Foto.

17. Foto.

23

18. Foto.

19. Foto.

20. Foto.

24

21. Foto.

22. Foto.

23. Foto.

25

24. Foto.

25. Foto.

26. Foto.

26

27. Foto.

28. Foto.

29. Foto.

27

30. Foto.

31. Foto.

32. Foto.

28

33. Foto.

34. Foto.

35. Foto.

29

36. Foto.

37. Foto.

38. Foto.

30

39. Foto.

40. Foto.

41. Foto.

31

42. Foto.

43. Foto.

44. Foto.

32

45. Foto.

46. Foto.

47. Foto.

33

48. Foto.

49. Foto.

50. Foto.

34

51.

52. Foto.

53. Foto.

35

54. Foto.

55. Foto.

56. Foto.

57. Foto.

36

58. Foto.

59. Foto.

60. Foto.

37

61. Foto.

62. Foto.

63. Foto.

38

64. Foto.

65. Foto.

39

66. Foto.

67. Foto.

68. Foto.

40

69. Foto.

70. Foto.

71. Foto.

72. Foto.

41

73. Foto.

74. Foto.

75. Foto.

76. Foto.

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77. Foto.

78. Foto.

79. Foto.

43

80. Foto.

81. Foto.

82. Foto.

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83. Foto.

84. Foto.

85. Foto.

45

86. Foto.

87. Foto.

88. Foto.

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89. Foto.

90. Foto.

91. Foto.

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92. Foto.

93. Foto.

94. Foto.

95. Foto.

48

96. Foto.

97. Foto.

98. Foto.

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99. Foto.

100.Foto.

101.Foto.

50

102.Foto.

103.Foto.

104.Foto.

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105.Foto.

106.Foto.

107.Foto.

52

108.Foto.

109.Foto.

110.Foto.

53

111.Foto.

112.Foto.

113.Foto.

54

114.Foto.

115.Foto.

Señal de entrada del generador:

55

Señal de la toma de corriente:

Ondas de los canales calibrados:

56

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