Taller 4 Bobinas y Transformadores (488072)

TALLER 4
BOBINAS Y TRANSFORMADORES
APRENDIZ:
JOHN QUINTERO
MANTENIMIENTO DE EQUIPOS DE COMPUTO, DISEÑO E
INSTALACIÓN DE CABLEADO ESTRUCTURADO
SENA
25-10-2013
MEDELLIN
1- Escriba con sus palabras que importancia tienen los capacitores, los
inductores y los transformadores en el mundo electrónico actual.
Las bobinas, con las resistencias y los condensadores, forman el principal grupo de
componentes pasivos en la electrónica. Por su forma y construcción pueden
almacenar temporalmente energía eléctrica en forma de corriente y oponerse a los
cambios de la misma, fenómeno que recibe el nombre de inductancia.
Las bobinas son importantes y se aplican en el mundo electrónico:



Como filtros de línea telefónica, para eliminar las señales de alta frecuencia
de banda ancha y se colocan en extremos de los cables de la señal para
reducir el ruido.
En las fuentes de alimentación también para filtrar componentes de corriente
alterna, y solo obtener corriente continua en la salida.
Los motores de CD también poseen inductores para generar los campos
magnéticos necesarios para funcionar.
Un capacitor, es un componente que almacena energía, para luego irse
descargando, por ejemplo en el flash de una cámara, se usa un capacitor para
almacenar energía eléctrica por cierto tiempo (se carga) y luego descargarla en una
fracción de segundo (cuando el flash enciende)... en tu amplificador, los capacitores
sirven para que la batería de tu auto no se descargue, o para que cuando tu
amplificador funcione a más volumen el capacitor aporte esa energía que falta y
evite la descarga. También sirve para que tu alternador no se dañe, etc.
La importancia de los transformadores, se debe a que, gracias a ellos, ha sido
posible el desarrollo de la industria eléctrica. Su utilización hizo posible la realización
práctica y económica del transporte de energía eléctrica a grandes distancias.
2- Que son, para que sirven y como se construyen las bobinas toroidales
y solenoidales.
Bobina Toroidal.
La bobina o inductor son espiras de alambre enrollados en forma toroidal. Es decir
una bobina toroidal consiste en un hilo conductor por el que circula una corriente I
arrollado en forma de N espiras sobre un soporte toroidal.
La bobina toroidal es más eficiente que las solenoides, porque posee menor
reluctancia y mayor eficiencia magnética.
Las bobinas de núcleo toroidal se caracterizan por que el flujo generado no se
dispersa hacia el exterior ya que por su forma se crea un flujo magnético cerrado,
dotándolas de un gran rendimiento y precisión.
Con las bobinas toroidales se consiguen altos valores de Inductancia (L) en
pequeños tamaños o volúmenes, respecto de los otros solenoides.
Aplicaciones tiene muchas, siendo las básicas y principales las siguientes:
* En electricidad para hacer transformadores de potencia toroidales,
transformadores de protección; como elemento sensor en relés diferenciales.
* En electrónica como auto transformador, como bobina de choque, para hacer
filtros de banda ancha en comunicaciones, como mini transformadores toroidales
en circuitos impresos, etc.
* Los toroides se utilizan en las telecomunicaciones,
médicos, instrumentos musicales, amplificadores, balastos y más.
dispositivos
Bobina Selenoidal.
Un solenoide es cualquier dispositivo físico capaz de crear un campo magnético
sumamente uniforme e intenso en su interior, y muy débil en el exterior. Un ejemplo
teórico es el de una bobina de hilo conductor aislado y enrollado helicoidalmente, de
longitud infinita. En ese caso ideal el campo magnético sería uniforme en su interior
y, como consecuencia, fuera sería nulo.
En la práctica, una aproximación real a un solenoide es un alambre aislado, de
longitud finita, enrollado en forma de hélice (bobina) o un número de espirales con
un paso acorde a las necesidades, por el que circula una corriente eléctrica. Cuando
esto sucede, se genera un campo magnético dentro de la bobina tanto más uniforme
cuanto más larga sea la bobina.
La bobina con un núcleo apropiado, se convierte en un electroimán. Se utiliza en
gran medida para generar un campo magnético uniforme.
Solenoide o bobina solenoidal consiste en un conjunto de N espiras por las que
circula una corriente I arrolladas sobre un soporte cilíndrico de radio a y altura L.
El solenoide se puede utilizar para magnetizar los destornilladores y evitar que los
tornillos se caigan. El solenoide incluso puede actuar como un generador.
3- ¿Qué es un filtro?
Un Filtro electrónico es un elemento que deja pasar señales eléctricas a través de
él, a una cierta frecuencia o rangos de frecuencia mientras previene el paso de
otras, pudiendo modificar tanto su amplitud como su fase. Es un dispositivo que
separa, pasa o suprime un grupo de señales de una mezcla de señales. Pueden
ser: analógicos o digitales, los filtros analógicos son aquellos en el que la señal
puede tomar cualquier valor dentro de un intervalo, mientras que la señal de los
filtros digitales toma solo valores discretos.
Los filtros también son clasificados dependiendo de las funciones que realizan. Los
filtros son sistemas de dos puertos, uno de entrada y otro de salida, que funcionan
en el dominio de la frecuencia. Su operación se basa en bloquear señales en
términos de su contenido espectral, dejando pasar señales cuya frecuencia se
encuentra dentro de cierto rango conocido como banda de paso y rechazando
aquellas señales fuera de este rango, conocido como banda de rechazo. Un filtro
trabaja sobre señales de entrada produciendo una señal de salida cuyo contenido
espectral depende del tipo de filtro.
Hay diferentes tipos de filtros dependiendo de la aplicación específica que realizan.
En términos prácticos, hay cuatro tipos básicos de filtros (Paso bajo, paso alto, paso
banda y elimina banda).
4- Que es un circuito RL, RC y RLC; cuál es su uso y explique cada uno de
ellos.
Circuito RL.
Un circuito RL es un circuito eléctrico que contiene una resistencia y una bobina en
serie. Se dice que la bobina se opone transitoriamente al establecimiento de una
corriente en el circuito.
Para un tiempo igual a cero, la corriente comenzará a crecer y el inductor producirá
igualmente una fuerza electromotriz en sentido contrario, lo cual hará que la
corriente no aumente. A esto se le conoce como fuerza contraelectromotriz.
Esta fem está dada por: V = -L (inductancia) dI/dt
Debido a que la corriente aumentará con el tiempo, el cambio será positivo (dI/dt) y
la tensión será negativa al haber una caída de la misma en el inductor.
Según kirchhoff:
V = (IR) + [L (dI / dt)]
IR = Caída de voltaje a través de la resistencia.
Esta es una ecuación diferencial y se puede hacer la sustitución:
x = (V/R) – I
Sustituyendo en la ecuación:
es decir;
x + [(L/R)(dx/dt)] = 0
Integrando:
Despejando x:
dx = -dI
dx/x = - (R/L) dt
ln (x/xo) = -(R/L) t
x = xo e –Rt / L
Debido a que
xo = V/R
El tiempo es cero, y corriente cero
I = (V/R) (1 - e –Rt / L)
V/R – I = V/R e –Rt / L
El tiempo del circuito está representado por  = L/R
I = (V/R) (1 – e – 1/)
Donde para un tiempo infinito, la corriente de la malla será I = V/R. Y se puede
considerar entonces el cambio de la corriente en el tiempo como cero.
Para verificar la ecuación que implica a t y a I, se deriva una vez y se reemplaza en
la inicial:
dI/dt = V/L e – 1/
Se sustituye:
V = (IR) + [L (dI / dt)]
V = [ (V/R) (1 – e – 1/)R + (L V/ L e – 1/)]
V – V e – 1/ = V – V e – 1/

Circuito RC.
Un circuito RC es un circuito compuesto de resistores y condensadores alimentados
por unafuente eléctrica. Un circuito RC de primer orden está compuesto de un resistor
y un condensador y es la forma más simple de un circuito RC. Los circuitos RC
pueden usarse para filtrar una señal, al bloquear ciertas frecuencias y dejar pasar
otras. Los filtros RC más comunes son el filtro paso alto, filtro paso bajo, filtro paso
banda, y el filtro elimina banda. Entre las características de los circuitos RC está la
propiedad de ser sistemas lineales e invariantes en el tiempo; reciben el nombre de
filtros debido a que son capaces de filtrar señales eléctricas de acuerdo a su
frecuencia.
En la configuración de paso bajo el condensador está en serie a la señal de salida
del circuito primero la resistencia, después el condensador; mientras que en la
configuración de paso alto el condensador cambia lugar con la resistencia.
Los circuitos RC son circuitos que están compuestos por una resistencia y un
condensador.
El circuito RC más simple que existe consiste en un condensador y una resistencia
en serie. Cuando un circuito consiste solo de uncondensador cargado y
una resistencia, el condensador descargará su energía almacenada a través de la
resistencia. El voltaje a través del condensador, que depende del tiempo, puede
hallarse utilizando la ley de Kirchhoff de la corriente, donde la corriente a través del
condensar debe ser igual a la corriente a través de la resistencia. Esto resulta en
la ecuación diferencial lineal:
.
Resolviendo esta ecuación para V se obtiene la fórmula de decaimiento exponencial:
Donde V0 es el voltaje del condensador en el tiempo t = 0.
El tiempo requerido para el voltaje para caer hasta
es denominado "constante de
tiempo RC" y es dado por
Se caracteriza por que la corriente puede variar con el tiempo. Cuando el tiempo es
igual a cero, el condensador está descargado, en el momento que empieza a correr
el tiempo, el condensador comienza a cargarse ya que hay una corriente en el
circuito. Debido al espacio entre las placas del condensador, en el circuito no circula
corriente, es por eso que se utiliza una resistencia.
Cuando el condensador se carga completamente, la corriente en el circuito es igual
a cero.
La segunda regla de Kirchoff dice: V = (IR) - (q/C)
Donde q/C es la diferencia de potencial en el condensador.
En un tiempo igual a cero, la corriente será: I = V/R cuando el condensador no se
ha cargado.
Cuando el condensador se ha cargado completamente, la corriente es cero y la
carga será igual a: Q = CV
Circuito RLC.
En electrodinámica un circuito RLC es un circuito lineal que contiene una resistencia
eléctrica, una bobina (inductancia) y un condensador (capacitancia).
Existen dos tipos de circuitos RLC, en serie o en paralelo, según la interconexión de
los tres tipos de componentes. El comportamiento de un circuito RLC se describen
generalmente por una ecuación diferencial de segundo orden (en donde los circuitos
RC o RL se comportan como circuitos de primero orden).
Con ayuda de un generador de señales, es posible inyectar en el
circuito oscilaciones y observar en algunos casos el fenómeno de resonancia,
caracterizado por un aumento de la corriente (ya que la señal de entrada elegida
corresponde a la pulsación propia del circuito, calculable a partir de la ecuación
diferencial que lo rige).
Debemos considerar ahora aquellos circuitos RCL en los que se introducen fuentes
de c– c que producen respuestas forzadas, las cuales no se desvanecen cuando el
tiempo se hace infinito. La solución general se obtiene por el mismo procedimiento
seguido para los circuitos RL y RC: la respuesta forzada se determina
completamente, la respuesta natural se obtiene en una forma funcional adecuada
que contiene el número apropiado de constantes arbitrarias, la repuesta completa
se escribe como suma de las repuestas forzada y natural y por último se determina
y aplican las condiciones iniciales a las respuesta completa para hallar los valores
de las constantes.
En consecuencia, aunque básicamente la determinación de las condiciones para un
circuito que contenga fuentes de c – c no es diferente para los circuitos. La repuesta
completa de un sistema de segundo orden, consta de una repuesta forzada, que
para una excitación de c – c es constante, vf (t) = vf
Y una repuesta natural: vn(t) = Aes1t + Bes 2t .
Por tanto,
v(f)= vf + Aes1t + Bes 2t
Supondremos ahora que ya ha sido determinadas s1, s2 y vf a partir del circuito,
quedan por hallar A y B la última ecuación muestra la interdependencia funcional de
A, B, v y t , y la sustitución del valor conocido de v para t = 0+ proporciona por tanto,
una ecuación que relacione Ay B. Es necesario otra relación entre A y B y ésta se
obtiene normalmente tomando la derivada de la repuesta e introduciendo en ella el
valor conocido de dv/dt para t = 0+.
dv/dt = 0 + s1Aes1t + s2Bes 2t
Resta determinar los valores de v y dv/ dt para t = 0+, como ic = C dvc / dt, debemos
reconocer la relación entre valor inicial de dv/dt y el valor inicial de la corriente de
algún condensador.
El objetivo es hallar el valor de cada una de las corrientes y tensiones tanto
t=0- como para t=0+; conociendo estas cantidades los valores la derivadas
requeridas pueden calcular fácilmente.
La corriente constante que pasa por la bobina exige una tensión cero a través de
ella, vL(0 -) = 0.
Y una tensión constante a través del condensador exige que pase por él una
corriente
cero, iC(0 -) =0.
5- Cual dispositivo se usa para verificar y medir los condensadores y los
inductores.
Multímetro y osciloscopio.
6- Que diferencias genera en un transformador el material con que está
hecho su núcleo.
Transformador: El Transformador es un dispositivo eléctrico que consta de una
bobina de cable situada junto a una o varias bobinas más, y que se utiliza para unir
dos o más circuitos de corriente alterna (CA) aprovechando el efecto de inducción
entre las bobinas .La bobina conectada a la fuente de energía se llama bobina
primaria. Las demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. Un
transformador cuyo voltaje secundario sea superior al primario se llama
transformador elevador. Si el voltaje secundario es inferior al primario este
dispositivo recibe el nombre de transformador reductor. El producto de intensidad
de corriente por voltaje es constante en cada juego de bobinas, de forma que en un
transformador elevador el aumento de voltaje de la bobina secundaria viene
acompañado por la correspondiente disminución de corriente.
Núcleo: El núcleo magnético está formado por laminaciones de acero que tienen
pequeños porcentajes de silicio (alrededor del 4%) y que se denominan
"laminaciones magnéticos", estas laminaciones tienen la propiedad de tener
pérdidas relativamente bajas por efecto de histéresis y de corrientes circulantes.
Están formados por un conjunto de laminaciones acomodadas en la forma y
dimensiones requeridas.
La razón de usar laminaciones de acero al silicio en los núcleos de las máquinas
eléctricas, es que el silicio aumenta la resistividad del material y entonces hace
disminuir la magnitud de las corrientes parásitas o circulantes y en consecuencia
las pérdidas por este concepto.
Existen 2 tipos de núcleos fundamentales de estructura del transformador ellos son
el tipo columnas y el tipo acorazado, los cuales se detallan a continuación.

Núcleo tipo columnas: este tipo de núcleo se representa en el siguiente
gráfico, Este núcleo no es macizo, sino que está formado por un paquete de
chapas superpuestas, y aisladas eléctricamente entre sí.
La aislación entre chapas se consigue con barnices especiales, con papel de seda,
o simplemente oxidando las chapas con un chorro de vapor.

Núcleo tipo acorazado: este tipo de núcleo es más perfecto, pues se reduce
la dispersión. Obsérvese que las líneas de fuerza de la parte central,
alrededor de la cual se colocan las bobinas se bifurcan abajo y arriba hacia
los 2 costados, de manera que todo el contorno exterior del núcleo puede
tener la mitad de la parte central. Esto vale para las 2 ramas laterales como
también para las 2 cabezas. Para armar el núcleo acorazado también se lo
construye en trozos, unos en forma de E y otros en forma de I, y se colocan
alternados, para evitar que las juntas coincidan.
El hecho que los núcleos sean hechos en dos trozos, hace que aparezcan juntas
donde los filos del hierro no coinciden perfectamente, quedando una pequeña luz
que llamaremos entrehierro. Obsérvese que en el tipo núcleo hay dos entrehierros
en el recorrido de las fuerzas, y que el acorazado también, porque los dos laterales
son atravesados por la mitad de líneas cada uno.
7- Cuál es el motivo que los transformadores de sus hogares estén llenos
de aceite.
Transformadores con aislamiento de aceite: El bajo costo, la elevada rigidez
dieléctrica y la posibilidad de recuperación aun después de estar sometidos a
solicitaciones dieléctricas excesivas, hacen del aceite mineral el material aislante
más ampliamente usado en transformadores. El aceite se refuerza con aislamientos
sólidos de varias maneras.
8- Observe el transformador de su barrio y averigüe en el internet uno
similar, escriba una tabla con sus características.
Transformador de distribución: Se denomina transformadores de distribución,
generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de
tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos.
Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre postes,
algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las clases de 18 kV,
se construyen para montaje en estaciones o en plataformas. Las aplicaciones
típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos,
talleres y centros comerciales.
Descripción: Se fabrican en potencias normalizadas desde 25 hasta 1000 kVA y
tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV. Se construyen en otras tensiones
primarias según especificaciones particulares del cliente. Se proveen en frecuencias
de 50-60 Hz. La variación de tensión, se realiza mediante un conmutador exterior
de accionamiento sin carga.
Características Generales: Su principal característica es que son refrigerados en
aire con aislación clase F, utilizándose resina epoxi como medio de protección de
los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la
instalación. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kVA,
tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.