Relación de transformación

Programas: GCSE, Sek I/II

Abrir la versión completa ↗

Objetivo

Averiguar cómo depende la tensión en el devanado secundario de un transformador del número de espiras de los devanados.

El montaje

Una fuente de tensión alterna de 6 V, 50 Hz (onda senoidal) está conectada al devanado primario del transformador (500 espiras, par de bornes de la izquierda). El devanado secundario (250 espiras, par de la derecha) no está conectado a nada. Encima del transformador hay voltímetros de alterna: el de la izquierda en el devanado primario, el de la derecha en el secundario. El número de espiras está impreso en las bobinas; el borne superior de cada par es el principio del devanado.

Procedimiento

1. Anote las lecturas de los dos voltímetros y el número de espiras de las dos bobinas.
2. Calcule la relación de tensiones \(U_2 / U_1\) y la relación de espiras \(N_2 / N_1\).
3. En la tarjeta de parámetros del transformador, ponga Espiras del secundario en 1000. Anote las lecturas y compare de nuevo las relaciones.
4. Ponga Espiras del secundario en 500, y después Espiras del primario en 250 y luego en 1000. ¿Cómo cambia \(U_2\)?

Resultado esperado

Los voltímetros de alterna muestran el valor eficaz: con una amplitud de 6 V, en el devanado primario se leen 4,24 V. Con 250 espiras en el devanado secundario se obtienen 2,08 V, con 1000 espiras unos 8,3 V: el transformador es reductor o elevador según la relación de espiras. Con 500 espiras en el secundario y 250 en el primario también son unos 8,3 V, con 1000 en el primario unos 2,1 V: lo que importa es la relación de espiras, no su número. La relación de tensiones es aproximadamente igual a la relación de espiras, \(U_2 / U_1 \approx N_2 / N_1\). Es un 2% menor porque parte del flujo magnético del devanado primario no pasa por el secundario.

Preguntas

1. ¿Cuántas espiras hacen falta en el devanado secundario para obtener 12 V a partir de 4,24 V?
2. ¿Cuál es la relación de espiras en el paso 3? ¿El transformador es elevador o reductor?
3. ¿Por qué el devanado secundario da tensión aunque no está conectado al primario por ningún cable?

Respuestas

1. \(N_2 = N_1 \cdot U_2 / U_1\) = 500 · 12 / 4,24 ≈ 1415 espiras. El transformador del banco da un 2% menos que la relación de espiras, así que en el banco hacen falta unas 1415 / 0,98 ≈ 1440 espiras.
2. \(N_2 / N_1\) = 1000 / 500 = 2. El devanado secundario tiene más espiras que el primario, así que el transformador es elevador: la tensión sube de 4,24 V a unos 8,3 V.
3. La corriente alterna del devanado primario crea un flujo magnético alterno, y el núcleo de acero lleva este flujo a través del devanado secundario. Un flujo magnético variable induce una tensión en cada espira del secundario (inducción electromagnética), así que la energía pasa a través del campo magnético sin ningún contacto eléctrico.