verificación de circuitos magnéticos, autoinducción e

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL LA PLATA DEPARTAMENTO DE ELECTROTECNIA

LABORATORIO DE ELECTROTECNIA

CÁTEDRA: ELECTROTECNIA I

TRABAJO PRACTICO Nº 4

Verificación de circuitos magnéticos, autoinducción e inducción mutua. Principio del transformador.

Deformación de la corriente.

Edición 2002

Minister io de Cultura y EducaciónMinister io de Cultura y Educación Univers idad Tecnológ ica Nac ionalUnivers idad Tecnológ ica Nac ional

Facultad Regional La PlataFacultad Regional La Plata

Departamento de ElectrotecniaDepartamento de Electrotecnia

Laborator io de ElectrotecniaLaborator io de Electrotecnia

Cátedra: Cátedra: Electrotecnia IElectrotecnia I

Ensayo de Laboratorio: Verificación de circuitos magnéticos,

autoinducción e inducción mutua. Principio del transformador. Deformación de la corriente.

CÁTEDRA: ELECTROTECNIA I ESTRUCTURA

Ing. DANIEL ARNAIZ – Profesor Asociado Ordinario Ing. GABRIEL MIJALOVSKY – Profesor Adjunto Ordinario Ing. PEDRO BAZALAR VIDAL – Jefe de Trabajos Prácticos Interino Ing. GUSTAVO AGOSTI – Jefe de Trabajos Prácticos Interino

ALUMNO:

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COMISIÓN Nº : INTEGRANTES:

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CONTENIDO

1. Objetivos del Ensayo

2. Circuito y Equipo a Ensayar

3. Componentes: Equipos, Instrumentos, Elementos accesorios

4. Procedimiento de Ensayo

5. Planillas de Registro de Datos, Gráficos y Eventos de Ensayo

6. Material Auxiliar: Curvas Características

7. Cálculos, Planillas de Registro de Datos Calculados

8. Conclusiones






Al osciloscopio Al osciloscopio Al osciloscopio

1. Objetivos del Ensayo

- Verificar las magnitudes electromagnéticas básicas, sus unidades, y la

validez de sus relaciones mediante su determinación por cálculo y medición.

- Analizar, diferenciar y resolver circuitos magnéticos en corriente alterna, por

aplicación de sus leyes fundamentales.

- Comprobar el fenómeno de autoinducción e inducción mutua.

- Visualizar la forma de onda de la corriente en función de las características

magnéticas del núcleo.

- Desarrollar circuitos prácticos que posibiliten verificar los distintos procesos

electromagnéticos, mediante el uso de instrumental de laboratorio.

2. Circuito y equipo de ensayo

Pw Td 220 Vca Fuente de A

V V 50 Hz Alimentación R

L

Transformador didáctico Td

Características:

Núcleo ferromagnético tipo “O” con culata o armadura desmontable

Chapa de acero silicio DA 3650

Factor de apilamiento Kfe = 0,94

Longitud de entrehierro Lefe � 0,28 mm






Peso específico Pefe = 7850 kg/m3

Bobinas: N = 270 espiras U = 220 Vca R = 1,4 Ù

N = 150 espiras U = 120 Vca R = 0.3 Ù

3. Componentes: Equipos, Instrumentos, Elementos accesorios

Fuente de alimentación por autotransformador variable monofásico: 220 / 0-

250 Vca-50 Hz, 0-300 Vcc - Inom= 3 A – Marca BIM Nº 19732/A

Osciloscopio marca FARNELL Nº 19927, Modelo 12-4DA, de 2 canales, con

sus correspondientes puntas de prueba.

Wattimetro electrodinámico marca NORMA, Nº 15824

Voltímetro marca HOWEST Nº 1426, hierro móvil, 150 / 300 / 600 V CA 50

Hz, C=1, Rv= 4,53 / 9,14 / 18,33 kÙ

Voltímetro marca HOWEST Nº 1427, hierro móvil, 150 / 300 / 600 V CA 50

Hz, C=1, Rv= 4,53 / 9,14 / 18,33 kÙ

Voltímetro–mV marca RB Nº 15857, bobina móvil., 60 mV/3 VCC, C=0,5, Rv=

10 / 1000 Ù

Amperímetro marca RB Nº 15628, hierro móvil, 1,2 / 6 A CA 50 Hz, C=1

Amperímetro marca RB Nº 8175, bobina móvil, 2 A CC, C=1

Regla milimetrada / Cinta métrica

Balanza de resortes marca Brancheti Nº 13764 0 a 15 kg. apreciación 20 g.

Entre hierro con rótulo “A” (δe) (lámina plástica cuyo espesor deberá ser

determinado por cálculo).

Tablero de fuerza motriz con interruptor termomagnético y bornera de

conexionado.

2 Borneras de conexionado

1 Interruptor unipolar a cuchilla Nº 8681

Cables unipolares con terminales abiertos

Cables unipolares con terminales abiertos / tipo plug.

Resistencia variable Nº 9905, 5 Ù, 6.3 A






4. Procedimiento de Ensayo

General:

a) Se relevarán y esquematizarán las partes componentes del núcleo del

transformador didáctico, sus dimensiones y pesos a efectos de contar con

los datos necesarios para los cálculos correspondientes.

b) Se procederá al armado del circuito de ensayo sin conectar el

osciloscopio y con el interruptor unipolar cortocircuitando la resistencia

variable. Se solicitará al auxiliar docente a cargo la verificación del circuito y

la autorización para alimentarlo;

PRIMERA PARTE: Autoinducción e inducción mutua.

Verificación de circuitos magnéticos.

Principio del transformador.

Autoinducción:

Se alimentará la bobina de 300 espiras con CA, estableciendo un valor de

tensión igual al nominal. Se medirá la corriente correspondiente. Luego se

cambiará la alimentación a CC y se regulará un valor de tensión hasta llegar

la misma indicación de corriente en el amperímetro.

Inducción mutua, principio del transformador:

Se alimentará una bobina del circuito con CA, estableciendo su valor de

tensión nominal. Se medirá la corriente correspondiente y la existencia o no,

de diferencia de potencial en la otra bobina. Luego se cambiará la

alimentación a CC y se regulará el valor de tensión necesario a fin de

obtener la misma indicación de corriente en el amperímetro. Se verificará si

existe o no, diferencia de potencial en la otra bobina.






Verificación de circuitos magnéticos:

a Se establecerá un valor de tensión de CA de aproximadamente el 50 %

del nominal a una de las bobinas situadas en el núcleo. Se intentará retirar la

culata desmontable y se observará y analizará el comportamiento del circuito

frente a tal acción.

b Se elevará la tensión hasta el valor nominal de la bobina y se medirán las

diferencias de potencial en cada bobina, la corriente y potencia

correspondientes.

c Se reducirá la tensión a cero, se intercalará como entre-hierro la lámina

aislante provista, identificada con el rótulo “A” y se elevará nuevamente la

tensión al valor nominal. Se registrarán los valores de tensión en ambas

bobinas, y de corriente y potencia correspondientes. Se analizarán las

diferencias y similitudes con el caso b)

SEGUNDA PARTE: Deformación de la corriente

a) Se abrirá el interruptor que cortocircuita la resistencia variable. Se

conectarán los canales A y B y la masa del osciloscopio en los puntos

indicados.

b) Se alimentará una bobina con su valor de tensión nominal de CA, la que

establece la circulación de su corriente nominal Io. Se energizará el

osciloscopio y se procederá a verificar las formas de onda de: la tensión

aplicada, la diferencia de potencial en la otra bobina y la corriente circulante

Io. Se observará el comportamiento de las ondas visualizadas para distintos

estados, mientras se va reduciendo la tensión aplicada hasta cero.

c) Ambas bobinas se retirarán de su posición en el núcleo y se

superpondrán entre si, quedando con núcleo de aire.

d) Se alimentará entonces la bobina con un valor de tensión de CA que






posibilite la circulación de una corriente de igual valor eficaz que la nominal

Io, obtenida en el procedimiento b) de este ensayo. Se energizará el

osciloscopio y se procederá a verificar las formas de onda de la tensión

aplicada y de la corriente circulante Io. Se observará el comportamiento de

las ondas visualizadas para distintos estados, mientras se va reduciendo la

tensión aplicada hasta cero.

5.

Planillas de Registro de Datos

Relevamiento del Núcleo

Partes Dimensiones [mm] Pesos [kg]

A B C D E

Armadura

Núcleo

D

B C

A

D

B

E

C

A

E






Tabla de valores medidos

Verificaciones V1 V2 Io Pw Observaciones

Auto Inducción CA

Auto Inducción CC

CA

Inducción

mutua CC

a)c

b)

1ºPart

e:

Circuitos

magnéticos c)

2º Parte: Deformación de la corriente V1 V2 Io Pw

b) con núcleo de hierro

d) con núcleo de aire

Gráficos:

2º Parte: Se deberán representar, toda vez que cualitativamente se justifique,

las formas de onda de la tensión aplicada, de la diferencia de potencial en la

otra bobina y de la corriente circulante Io, conforme han sido visualizadas en el

osciloscopio.

Eventos de Ensayo:






6. Material Auxiliar

Curvas Características






7.

Cálculos

Inducción mutua, principio del transformador partes a y b.

Se deberán calcular la relaciones de espiras y de transformación en función de

las tensiones obtenidas.

Verificación de circuitos magnéticos

1) Con los datos del núcleo y las bobinas y como valor teórico de tensión

para el cálculo el correspondiente al aplicado para la parte b) del ensayo

correspondiente, se resolverá el circuito magnético con el objeto de determinar

los valores teóricos, de la corriente Io y de la potencia Pw, a efectos de su

comparación con los valores medidos. A tal fin se deberán considerar: el

entrehierro propio, las curvas características del núcleo, las pérdidas

instrumentales y en el cobre de la bobina, como así también las correcciones

en las pérdidas propias del núcleo debidas a sus características constructivas.

2) Con los datos del núcleo y las bobinas y como valores teóricos para el

cálculo los correspondiente a la parte c) del ensayo correspondiente (V1, Io y

Pw), se resolverá el circuito magnético con el objeto de determinar el valor

teórico del entre-hierro identificado con el rótulo “A”, a efectos de su

comparación con su valor indicado. A tal fin se deberán considerar: el

entrehierro propio, las curvas características del núcleo, las pérdidas

instrumentales y en el cobre de la bobina, como así también las correcciones

en las pérdidas propias del núcleo debidas a sus características constructivas






Planillas de Registro de Datos Calculados

V Ömáx Sn1 Sn2 ln1 ln2 Bn1máx Bn2máx δe

1)

2)

Se Bemáx Hemáx Fmmn1 Fmmn2 Fmme Fmmt Immáx Pu

1)

2)

Pnt Ip Im I0 Pcu P(v) P(w) Pt Pw

1)

2)

Referencias

V Tensión aplicada en [V]

Ömáx Flujo máximo en [Wb]

Sn1 Sección de la armadura en [m2]

Sn2 Sección del núcleo en [m2]

ln1 Longitud de la armadura en [m]

ln2 Longitud del núcleo en [m]

Bn1máx Inducción magnética máx. en la armadura en [Wb/m2]

Bn2máx Inducción magnética máx en el núcleo en [Wb/m2]

δe Longitud del entrehierro con rótulo “A” [m]

Se Sección del entrehierro [m2]

Bemáx Inducción magnética máx. en el entrehierro [Wb/m2]

Hemáx Intensidad de campo magnético máx. en el entrehierro [A V/m]

Fmmn1 Fuerza magnetomotriz máx. en la armadura [A V]

Fmmn2 Fuerza magnetomotriz máx. en el núcleo [A V]






Fmme Fuerza magnetomotriz máx. en el entrehierro [A V]

Fmmt Fuerza magnetomotriz máx. total [A V]

Immáx Corriente magnetizante máxima en [A]

Pu Pérdidas unitarias en [W/kg]

Pnt Pérdidas totales del núcleo en [W]

Ip Corriente de pérdidas en [A]

Im Corriente magnetizante en [A]

I0 Corriente de vacío en [A]

Pcu Pérdidas en el cobre de la bobina en [W]

P(v) Pérdidas en la bobina del voltímetro en [W]

P(w) Pérdidas en la bobina voltimétrica del watímetro [W]

Pt Pérdidas totales [W]

Pw Potencia indicada por el watímetro en [W]

Consignar valor predefinido de entrehierro del núcleo Lefe, en [m]

Consignar los valores medidos

8 Conclusiones

Importante: Los alumnos deberán concluir sobre consideraciones relevantes

que elaborarán como resultado de todos y cada uno de los puntos

correspondientes al procedimiento de ensayo, como así también sobre las

situaciones eventuales

verificación de circuitos magnéticos, autoinducción e

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