Experiencia P49: Transformador Sensor de voltaje, salida de potencia

Laboratorio de Física con Ordenador
alumno
Experiencia P49: Transformador
Cuaderno del
Experiencia P49: Transformador
Sensor de voltaje, salida de potencia
Tema
Electricidad
DataStudio
P49 Transformer.DS
Equipo necesario
Sensor de voltaje (CI-6503)
Cables de conexión (SE-9750)
ScienceWorkshop (Mac)
( vea al final experiencia)
Cant.
1
2
ScienceWorkshop (Win)
( vea al final experiencia)
Equipo necesario
Bobinas primario/secundario (SE-8653)
Cant.
1
IDEAS PREVIAS
¿ Cómo se utiliza un transformador para incrementar o reducir una tensión de CA?
Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Un transformador se puede utilizar para aumentar o reducir voltajes de
CA. Se aplica una tensión CA a la bobina del primario del
transformador, la cual está rodeada de la bobina del secundario pero
no están conectadas eléctricamente una con otra. La bobina del primario
produce un flujo magnético cambiante a través de la bobina del
secundario. Si el número de espiras en el secundario es mayor que el
número de espiras del primario. La tensión inducida en el secundario será mayor que el voltaje en
el primario. Esto se llama un transformador de elevación. Si el número de espiras del secundario
en menor que el número de espiras del primario, la tensión se reducirá. Este se llama
transformador de reducción..
De acuerdo a la Ley de inducción de Faraday, la fuerza electromotriz inducida (tensión)
proporcional a la velocidad de cambio del flujo magnético a través de la bobina (d/dt) y al
número de espiras (N) en la bobina:
d
  N
dt
Puesto que la velocidad de cambio del flujo a través de las bobinas es la misma, la fuerza
electromotriz inducida (tensión) en la bobinas debería ser igual a la relación del número de espiras
de las bobinas:
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
d 

N
  s  s
dt N
 p Np
Un núcleo fabricado de material ferroso como el hierro puede cambiar la cantidad de flujo
magnético que se induce en la bobina del secundario.
RECUERDE

Siga todas las intrusiones de seguridad
PROCEDIMIENTO
En la primera parte de esta experiencia, ensamble un
transformador elevador (el número de espiras en el secundario
es mayor que el número de espiras del primario) En la segunda
parte de la experiencia, utilice las mismas bobinas pare
ensamblar un transformador reductor (el número de espiras en
el secundario es menor que el número de espiras del primario)
Utilice la característica ‘Salida’ del interfaz ScienceWorkshop pata suministrar una tensión al
primario del transformador en ambas configuraciones. Utilice le sensor de voltaje para medir la
tensión inducida en la bobina del secundario. Anote la tensión en la bobina del secundario para las
dos configuraciones: una con el núcleo de hierro en el interior de la bobina y otra sin el núcleo de
hierro dentro de la bobina..
Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para controlar el voltaje de salida del interfaz. Utilice el
software para registrar y visualizar las tensiones a través de las bobinas del primario y secundario.
Finalmente, compare la tensión en ambas bobinas,
PARTE IA: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR- TRANSFORMADOR ELEVADOR
1.
Conecte el interfaz al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador.
2.
Conecte un sensor de voltaje al Canal analógico B.
3.
Conecte los cables a los terminales de ‘SALIDA’ del interfaz
4.
Abra el archivo titulado:
DataStudio
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ScienceWorkshop (Mac)
ScienceWorkshop (Win)
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P49 Transformer.DS
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( vea al final experiencia)
( vea al final experiencia)
•
El archivo DataStudio se abre con una ventana generador de señales y de Osciloscopio. El
archivo DataStudio también contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook
•
Mire las páginas del final de esta experiencia para obtener información de cómo modificar el
archivo de ScienceWorkshop.
•
El osciloscopio muestra la tensión de " SALIDA" del interfaz a la bobina del primario y la
tensión de entrada del sensor de voltaje.
•
El generador de señales está configurado para dar una salida senoidal de 60Hz,. Está
configurando en " Auto" así que automáticamente comienza y para de generar señal cuando
inicie o pare la medida de datos.
5.
Ajuste la ventana del osciloscopio y del generador de señales para que se puedan ver ambas.
PARTE IIA: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO- TARNSFORMADOR
ELEVADOR
•
No se necesita calibrar el Sensor de voltaje.
•
Las bobinas primaria y secundaria, consisten en una bobina interior con unas 200 espiras de
alambre gruesa, en una bobina exterior de unas 2000 espiras de alambre fina, y de un núcleo
de hierro que se ajusta dentro de la bobina interior. La bobina interior se ajusta dentro de la
bobina exterior más grande.
1.
Para construir un transformador elevador. Utilice los cables para conectar la bobina interior
a los terminales de "SALIDA" del interfaz.
2.
Conecte los terminales del sensor de voltaje a la bobina exterior..
3.
Ponga la bobina interior completamente dentro de la bobina exterior. Introduzca el núcleo
de hierro en la bobina interior tan dentro como pueda
.
PARTE IIIA: RECOGIDA DE DATOS- TRANSFORMADOR ELEVADOR
1.
Comience la medida de datos. (Pulse ‘Start’ en DataStudio o ‘MON’ en
ScienceWorkshop.)
2.
Observe las trazas de tensión en el osciloscopio.
3.
Utilice la herramientas de análisis de la ventana de gráficas para determinar la tensión de
salida a lo largo de la bobina primaria y la tensión inducida en la bobina secundaria.
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•
Pulse el " Cursor inteligente" en ScienceWorkshop o el botón Smart Tool en ’ DataStudio
en la ventana de osciloscopio.
•
Mueva el cursor/retícula al pico de la traza superior de "‘Output’ voltage (la tensión de la
bobina del primario) En DataStudio, el valor de la tensiónen ese punto es la coordenada y
que se muestra al lado de la retícula de ‘Smart Tool.’ En ScienceWorkshop el valor del
voltaje en ese punto se muestra al lado del botón del menú de canal de entrada..
4.
Anote la tensión de "salida" a través de la bobina del primario (interior) en la sección
informe de laboratorio..
5.
Mueva ‘Smart Tool/Smart Cursor’ al pico correspondiente del gráfico de "voltaje del canal
B" (la tensión en la bobina del secundario). Anote el voltaje a través de la bobina (exterior)
secundario.
6.
Retire el núcleo de hierro de la bobina interior.
7.
Utilice el ‘Smart Tool/Smart Cursor’ una vez más para encontrar el ‘tensión salida’
(primario) y el ‘tensión, Canal B’ (tensión secundario).
8.
Anote los nuevos voltaje a través del primario y del secundario cuando se retiró el núcleo.
9.
Pare la visualización de datos. Apague el amplificador de potencia.
PARTE IB: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR-TRANSFORMADOR REDUCTOR
1.
Pulse en la ventana del generador de señales para activarla. Cambie la amplitud de 0.2 V a
2.0 V. Pulse <enter> o <return> en el teclado para grabar el cambio.
2.
Pulse en la ventana del osciloscopio para activarla. Cambie la sensibilidad (voltios por
división ) para ambas señales " SALIDA" y " Voltaje, canal B". Cambie la traza de
"SALIDA" de 0.200 v/div a 2.000 v/div. Cambie la traza del ‘Canal B’ de 2.000 v/div a
0.200 v/div.
PARTE IIB: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO- TRANSFORMADOR
REDUCTOR
1.
. Introduzca el núcleo de hierro en la bobina interior
•
Cambie el transformador de elevador a reductor.
2.
Desconecte los cables de conexión de la bobina interior. Desconecte el sensor de voltaje de
la bobina exterior.
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3.
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Conecte los cables de conexión desde los terminales de "SALIDA" del interfaz a la bobina
exterior. . Conecte el sensor de voltaje a la bobina interior.
.
PARTE IIBI: RECOGIDA DE DATOS- TRANSFORMADOR REDUCTOR
1.
Repita el procedimiento de recogida de datos como en la Parte IIIA.
•
Sugerencia: si la tensión que aparece es demasiado baja para medirse, cambie la escala
voltios por división del osciloscopio a 0.050 V/div.
2.
Anote la tensiónde través de la bobina del primario (exterior) y el voltaje de través de la
bobina del secundario 8 interior), con y sin núcleo en la sección informe de laboratorio
ANÁLISIS DE DATOS
1.
Calcule la relación de voltaje del primario al secundario para cada una de la cuatro medidas
y anote los resultados en la Tabla de Datos.
2.
Exprese la relaciones calculadas para el transformador elevador y para el transformador
reducto de manera que muestre cuanto se ha incrementado o reducido el voltaje (por
ejemplo "3 a 1").
3.
El número de espiras de la bobina interior es 235 (calibre de alambre #18 ) y el número de
espiras de la bobina exterior es 2920 (calibre de alambre #29).Calcule la relación del
número de espiras.
Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio.
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Informe de Laboratorio
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IDEAS PREVIAS
¿ Cómo se utiliza un transformador para incrementar o reducir una tensión de CA?
DATOS
Parte A: Transformador elevador
Transformador elevador
Voltaje primario (interior) (V)
Voltaje secundario (exterior)(V)
Con núcleo
Sin núcleo
Transformador elevador
relación: Vp – a -Vs
Con núcleo
Sin núcleo
Parte B: Transformador reductor
Transformador reductor
Voltaje primario (exterior) (V)
Voltaje secundario (interior) (V)
Con núcleo
Sin núcleo
Transformador reductor
Relación: Vp – a -Vs
Con núcleo
Sin núcleo
Relación de espiras
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CONCLUSIONES Y APLICACIONES
1.
¿ Cuándo utilizó la bobina interior con núcleo, como el primario, era la relación entre las
tensiones igual a la relación entre el número de espiras' ¿ Cómo explica la diferencia?
2.
¿ Por qué cambió la tensión del secundario cuando se retiró el núcleo de la bobina interior'
3.
¿ Cuándo la bobina exterior (con núcleo) se utilizó como primario, por qué se reduce el
voltaje una cantidad diferente a la elevada cuando el núcleo interior estaba en la bobina
primaria?
4.
¿ Qué tiene mayor efecto. Retirar el núcleo del transformador elevador ( primario interior) o
retirar el núcleo del transformador reductor (primario exterior)? ¿ Por qué?
5.
¿ Por qué ha utilizado una tensión alterna en esta experiencia en lugar de una tensión
continua?
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APENCICE.MODIFICACIÓN DEL ARCHIVO SCIENCEWORKSHOP
Abra el archivo ScienceWorkshop
Abra el archivo titulado:
ScienceWorkshop (Mac)
P48 Transformer
ScienceWorkshop (Win)
P48_XTRN.SWS
Esta experiencia utiliza la característica " salida" (Output) del interfaz ScienceWorkshop 750 para
proporcionar un voltaje de salida Elimine el amplificador de potencia en la ventana de
preparación de experiencia.
Elimine el icono del amplificador de potencia
Em la ventana de preparación, pulse en el icono amplificador de potencia y pulse <supr> (delete)
en el teclado.
Resultado: Una ventana de " peligro" (warning) se abre. Pulse " Aceptar" para volver a la
ventana de preparación
Resultados
El archivo ScienceWorkshop contiene un " osciloscopio" que muestra el " Voltaje de salida (V)"
(Output’ voltage (V)) y el "canal B’ voltaje (B) y la ventana del generador de señales la cual
controla la salida.
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