Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Industrial Máquinas Eléctricas GUÍA DE PRÁCTICA DE LABORATORIO N°03 INTEGRANTES: Arboleda Rivadeneira Luciana Belen Puemape More Diana Estefani Carhuallanqui Tapia, Qori Elvira de Jesus Ramirez Cotrina Cesar Ivan Guevara Black Fabio Alfonso PRÁCTICA EXPERIMENTAL N°03 FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO I. GENERALIDADES 1) Objetivos ∙ Reconocer el primario y secundario de un transformador ∙ Reconocer un transformador reductor ∙ Recortar ondas senoidales utilizando diodos rectificadores. ∙ Atenuar las ondas utilizando condensador electrolítico. ∙ Utilizar regulador de voltaje a 5V ∙ Implementar un dispositivo de conversión de corriente alterna a continua. 2) Fundamento teórico II. DESARROLLO 1) Materiales ∙ 01 transformador de 220 V a 12 V de toma central – de 05 A – máx 1A ∙ 04 diodos 1N4001 o 1 rectificador tipo puente (cualquiera de los dos) ∙ 01 capacitor de 2200 uF x 25V ∙ 01 regulador de voltaje 7805 ∙ 01 resistor de 1KΩ ∙ 01 m de cable mellizo Nº 16 ∙ 01 enchufe espiga plana ∙ Cinta aislante ∙ 1 extensión ∙ 1 destornillador plano ∙ 1 cutter ∙ 1 motor de cc. ∙ 1 protoboard ∙ Diodos led ∙ Resistores de 220 Ω Transformador Capacitor MARCO TEÓRICO: Corriente alterna: La corriente alterna es un tipo de corriente eléctrica que cambia la polaridad y magnitud en intervalos de tiempo de forma regular. Es decir, cambia su dirección de forma repetida. La onda que refleja la corriente alterna comienza a moverse desde cero hasta alcanzar un máximo, cuando llega ahí disminuye a cero y llega de nuevo a su máximo, pero en la dirección opuesta. De manera que cuando comienza realiza un ciclo positivo pasa por cero y realiza el ciclo en negativo, así sucesivamente. Por su parte, la corriente continua mantiene la polaridad sin cambio alguno y el valor de la tensión permanece constante [6] Transformador: Un transformador eléctrico es una máquina estática de corriente alterna que permite variar alguna función de la corriente como el voltaje o la intensidad, manteniendo la frecuencia y la potencia, en el caso de un transformador ideal[7] III. RESULTADOS Implementación del circuito https://drive.google.com/file/d/108-2r1gAyvM-l-tJF9m7YDlM4Odl9eOW/view?usp=sharing IV. CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la función del transformador? Un transformador es un dispositivo electromagnético que convierte la energía eléctrica de un nivel de tensión a otro mediante inducción electromagnética. Su función principal es permitir la transmisión eficiente de energía eléctrica a largas distancias reduciendo las pérdidas por efecto Joule. [7] Dependiendo de su uso, los transformadores pueden: Elevar la tensión (transformador elevador), como en las plantas generadoras de electricidad. Reducir la tensión (transformador reductor), como en los transformadores de distribución para el consumo residencial e industrial. Este proceso se basa en la ley de Faraday, que establece que un campo magnético variable induce una corriente en un conductor cercano. 2. Describa las partes de un transformador Un transformador consta de varios componentes esenciales: ● Núcleo Hecho de láminas de acero al silicio para reducir pérdidas por corrientes parásitas (pérdidas por histéresis y corrientes de Foucault). Su función es canalizar el flujo magnético generado entre los devanados primario y secundario. ● Devanado primario Es la bobina conectada a la fuente de alimentación. Al aplicarse una corriente alterna, genera un campo magnético variable que induce una corriente en el devanado secundario. ● Devanado secundario Es la bobina donde se induce la corriente transformada. Su número de espiras determina si la tensión de salida es mayor o menor que la de entrada. ● Aislamientos Materiales dieléctricos (papel aislante, aceites dieléctricos o resinas epoxi) que evitan el contacto entre las bobinas y el núcleo, evitando cortocircuitos. ● Tanque y sistema de refrigeración (en transformadores de potencia) En transformadores grandes, el calor generado debe disiparse mediante ventilación forzada, aceite dieléctrico, radiadores o incluso sistemas de enfriamiento por agua. 3. ¿Cuál es el rango de potencias de los transformadores de alta potencia, potencia media, baja potencia y muy baja potencia? ● ● ● ● Muy baja potencia: Menos de 1 kVA (usados en dispositivos electrónicos). Baja potencia: Entre 1 kVA y 10 kVA (aplicaciones industriales pequeñas y comerciales). Media potencia: De 10 kVA a 500 kVA (usados en distribución de energía). Alta potencia: Más de 500 kVA (empleados en transmisión de electricidad en redes nacionales). 4. ¿Cuál es la relación entre el calibre de los devanados y el voltaje del primario y secundario? La relación entre el calibre del conductor y el voltaje está determinada por la corriente que debe circular. En términos generales: Un voltaje más alto requiere menos corriente, por lo que el devanado puede ser de menor calibre. Un voltaje más bajo necesita más corriente, por lo que el devanado debe ser de mayor calibre para evitar sobrecalentamiento y pérdidas. Esto se debe a la ley de potencia eléctrica: 𝑃=𝑉×I, donde si el voltaje es alto, la corriente es menor, y viceversa. 5. ¿Cuál es la relación entre el Número de vueltas de los devanados y el voltaje del primario y secundario? La relación de vueltas en un transformador es el cociente entre las espiras del secundario y el primario, determinando si el transformador es elevador (aumenta el voltaje, reduce la corriente) o reductor (disminuye el voltaje, aumenta la corriente). En transformadores reales, factores como resistencia, inductancia de fuga y pérdidas en el núcleo afectan la relación ideal de voltaje y corriente. Para medir esta relación se usan pruebas como TR (relación de voltajes), TRL (por inductancia) y pruebas de circuito abierto (LVOC, VOC, VOCX), adaptadas a distintas necesidades y tipos de transformadores. [8] 6. ¿Cómo se aplica la relación de transformación de los transformadores? Los transformadores permiten transportar energía eléctrica de forma eficiente ajustando el voltaje mediante la relación de transformación : Np / Ns = Vp / Vs = Is / Ip Si Ns > Np, el transformador eleva el voltaje; si Ns < Np, lo reduce. Se usan para: ● ● ● ● Transporte y distribución de electricidad. Electrodomésticos y dispositivos electrónicos. Seguridad eléctrica (diferenciales). En la práctica, existen pérdidas por resistencia, corrientes parásitas e histéresis, pero siguen siendo esenciales en la industria eléctrica. [7] 7. Describa el funcionamiento del transformador con base en las leyes del electromagnetismo. El funcionamiento del transformador se basa en las leyes del electromagnetismo, en especial la Ley de Faraday y la Ley de Lenz: ● Inducción electromagnética (Ley de Faraday): Cuando una corriente alterna circula por la bobina primaria, genera un campo magnético variable en el núcleo ferromagnético. Este campo magnético induce una fuerza electromotriz (fem) en la bobina secundaria. Sentido de la corriente inducida (Ley de Lenz): La corriente inducida en el secundario se opone a la causa que la origina, garantizando la conservación de la energía. ● Relación de transformación (rt = Np/Ns): Si Np > Ns, se reduce la tensión (transformador reductor). Si Np < Ns, se aumenta la tensión (transformador elevador). [8] 8. ¿Qué función cumple el diodo rectificador en el circuito de salida del transformador? El diodo rectificador en el circuito de salida del transformador tiene la función crucial de convertir la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Esto lo logra permitiendo que la corriente fluya solo en una dirección, bloqueando la parte negativa de la señal de CA. Así, se obtiene una corriente pulsante que se puede suavizar posteriormente. 9. ¿Qué función cumple el capacitor conectado en el cátodo de los diodos rectificadores? El capacitor conectado en el cátodo de los diodos rectificadores actúa como un filtro, suavizando las pulsaciones de la corriente rectificada y proporcionando una corriente continua más estable. Este capacitor se carga durante la parte positiva de la señal de CC y descarga durante la parte negativa, reduciendo las variaciones de voltaje y creando una corriente más suave. 10. ¿Cuál es la función del regulador de voltaje? El regulador de voltaje tiene la función de mantener un voltaje de salida constante, independientemente de las fluctuaciones de voltaje en la entrada. Esto es esencial para proteger los dispositivos electrónicos que requieren un voltaje específico para funcionar correctamente. El regulador de voltaje asegura que la corriente continua que llega a los dispositivos sea adecuada y estable. 11. ¿Cómo se convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC)? La conversión de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC) se realiza mediante un proceso llamado rectificación. Este proceso utiliza dispositivos semiconductores conocidos como diodos para permitir el paso de la corriente en una sola dirección, eliminando o invirtiendo la parte negativa de la señal de CA [1]. Proceso de Rectificación 1. Rectificación de Media Onda: Utiliza un solo diodo para permitir el paso de solo una parte de la onda de CA, resultando en una señal de CC pulsante. 2. Rectificación de Onda Completa: Utiliza múltiples diodos (generalmente en un puente rectificador) para convertir toda la señal de CA en una salida de CC más suave y continua [1]. Filtrado Después de la rectificación, se utilizan condensadores para suavizar las pulsaciones de la corriente rectificada, proporcionando una corriente continua más estable [2]. Regulación Finalmente, se pueden usar reguladores de voltaje para mantener un voltaje de salida constante, asegurando que la corriente continua sea adecuada para los dispositivos electrónicos [1]. 12. ¿Cuáles son las aplicaciones de una fuente que convierte corriente alterna a continua? Las fuentes que convierten corriente alterna (CA) a corriente continua (CC) tienen una amplia gama de aplicaciones en diversos campos. Aquí te presento algunas de las más comunes: Aplicaciones de Fuentes de Alimentación CA a CC 1. Electrónica de Consumo: Muchos dispositivos electrónicos, como televisores, computadoras, y teléfonos móviles, requieren una fuente de alimentación de CC para funcionar correctamente [3] 2. Cargadores de Baterías: Los cargadores de baterías para dispositivos portátiles, vehículos eléctricos y sistemas de energía renovable utilizan fuentes de alimentación de CC para cargar las baterías de manera eficiente [4] 3. Equipos Industriales: En la industria, las fuentes de alimentación de CC se utilizan para alimentar motores, controladores de procesos y otros equipos que requieren una corriente estable y continua [3] 4. Telecomunicaciones: Los sistemas de telecomunicaciones, como los repetidores de señal y las estaciones base, dependen de fuentes de alimentación de CC para mantener una operación continua y confiable [4] 5. Sistemas de Energía Renovable: Los paneles solares y las turbinas eólicas generan energía en forma de CC, que luego se convierte en CA para su uso en la red eléctrica o se almacena en baterías [3] 13. ¿Cómo se convierte la corriente continua (CC) a corriente alterna (AC)? La conversión de corriente continua (CC) a corriente alterna (CA) se realiza mediante un dispositivo llamado inversor. Este proceso es esencial en muchas aplicaciones, especialmente en sistemas de energía renovable y en la alimentación de dispositivos que requieren CA. Proceso de Conversión 1. Oscilador: El inversor utiliza un oscilador para generar una señal de CA a partir de la CC. Este oscilador crea una onda cuadrada que alterna entre niveles altos y bajos de voltaje [5]. 2. Modulación de Ancho de Pulso (PWM): Para obtener una forma de onda más cercana a la senoidal, se utiliza la modulación de ancho de pulso. Este método ajusta el ancho de los pulsos de la señal cuadrada para suavizar la salida [6]. 3. Transformador: En algunos inversores, un transformador se utiliza para ajustar el voltaje de salida a los niveles requeridos por los dispositivos que se alimentarán [6]. 4. Filtro: Finalmente, se emplean filtros para eliminar las componentes de alta frecuencia de la señal modulada, produciendo una salida de CA más limpia y estable [5]. V. CONCLUSIONES ● A partir del estudio de la corriente alterna y sus aplicaciones, se ha comprendido la importancia de los transformadores en la transmisión y distribución de energía eléctrica. Estos dispositivos permiten modificar los niveles de voltaje, optimizando la eficiencia del sistema eléctrico y reduciendo pérdidas por efecto Joule. Su funcionamiento se basa en la inducción electromagnética, donde la relación entre el número de espiras de los devanados determina si el voltaje se eleva o se reduce. ● Asimismo, se analizó la conversión de corriente alterna en corriente continua y viceversa. La rectificación mediante diodos permite transformar la corriente alterna en una señal de corriente continua, la cual es filtrada y regulada para alimentar dispositivos electrónicos. Por otro lado, los inversores convierten la corriente continua en corriente alterna utilizando osciladores y modulación de ancho de pulso, lo que resulta esencial en aplicaciones como sistemas de energía renovable y telecomunicaciones. ● Se identificó que, aunque estos procesos son altamente eficientes, existen pérdidas inevitables en los sistemas eléctricos debido a la resistencia de los materiales, corrientes parásitas y pérdidas por histéresis en los transformadores. No obstante, la implementación de materiales adecuados y sistemas de refrigeración permite minimizar estos efectos y mejorar el rendimiento energético. ● En conclusión, el análisis de la corriente alterna y sus procesos de transformación es fundamental para la comprensión de los sistemas eléctricos modernos, ya que permite mejorar la eficiencia en la distribución de la energía y garantizar un suministro estable para aplicaciones industriales, comerciales y domésticas. VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] ¿Qué es la Rectificación y cómo se Convierte AC en DC? | Estudyando [2] Convierte Corriente Alterna A Continua Con Esta Guía Paso A Paso [3]riaa.uaem.mx/xmlui/bitstream/handle/20.500.12055/4141/ROPRRL06.pdf ?sequence=1 [4]https://dspace.uclv.edu.cu/server/api/core/bitstreams/b06d223a-5d33-4a6 a-9957-fe5cfac435e3/content [5] https://unlp.edu.ar/wp-content/uploads/33/33733/60cfb5a5b69660615b9f72a 11e87e717.pdf [6]«Transformadores», Endesa. https://www.fundacionendesa.org/es/educacion/endesa-educa/recursos/corri entes-alternas-con-un-transformador-electrico [7]Universidad Europea, «Corriente alterna: ¿Cómo funciona?», Universidad Europea, 8 de septiembre de 2023. https://universidadeuropea.com/blog/que-es-corriente-alterna/ [8]https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/93648/05Jabj05de10.p df?sequence=5 [9]https://www.fundacionendesa.org/es/educacion/endesa-educa/recursos/co rrientes-alternas-con-un-transformador-electrico [10]https://www.voltech.com/es/apoyo/articulos-tecnicos/relacion-de-vueltas/ [11]https://www.fundacionendesa.org/es/educacion/endesa-educa/blog/el-tr ansformador-y-la-induccion-electromagnetica
