Divulgación Tranformadores, frecuencia.

[natanael]

Hoy en un laboratorio de telecomunciones me puse ha hacer un tranformador. Lo hice con un cable de cobre como de unos 0.3 mm de diametro, en un cilindro de metal como de 1 cm de diametro di como 30 vueltas para la conexion primaria a un largo como de 2 cm, y como unas 90 para el secundario, como saben esto de primario o secundario es relativo ya que lo que quería hacer era elevar el voltage.

Puse el generador de señales a 60 Hz y a una voltaje pico a pico Vpp=12, lo conecté al primario y al secundario un osciloscopio analógico cuya escala del voltaje estaba en a 5 voltios por cuadro y la divicion del tienpo era a 5 ms por cuadro.

Sencillamente no vi ninguna onda, tube que bajar la escala a 20 mV para ver apenitas la onda.

Esto me dejó desconcertado porque había otro transformador igual casi igual que el mío que hice a mano, y éste funcionó perfectamente, éste elevaba el voltage normalemnte (cláro era de frabrica ese tranformador!).

Volví a conectar el que hice y por inventar subí la frecuencia a 600 Hz, y allí estaba, la onda pero igualmente su amplitud nunca alcanzó el voltage que queria amplificar, que eran los 12 voltios. aumenté el la frecuencia a 600000 Hz = 600 KHz, y el resultado fué que casi supero los 12 voltios eran como 8 voltios que salían por el secundario.

Con todo esto, alquien me podría explicar como se relaciona le frecuencia en un tranformador. Porque evidentemente esta relacionada.

Y en ese caso como hacen los tranformadores normales de fábrica para amplificar a 60 Hz?.

No sé pero por lo que hice hoy no solo la formula clásica del transformador define el comportamiento del mismo. Me imagino que tiene que haber alguna fórmula que relacione la frecuencia con su operatividad.

Si alguién sabe de esto o de alguna guía o pdf entendible para el diseño de tranformadores donde se tome en cuenta los efectos de la frecuencia, les agradecería.

[asegade]

Re: Tranformadores, frecuencia.

Hola.

El núcleo es parte del problema. Se debe usar núcleo de hierro-silicio laminado para estas frecuencias industriales para minimizar las pérdidas Foucoult.
Pero el problema real radica en que cuando conectaste 30 espiras a un generador de señales, la tensión en bornes del transformador cayó muy po debajo de lo que tu esperabas. Si mides tanto la tensión en el primario como en el secundario verás que se cumple que V1/N1 = V2/N2.
Para un diseño correcto además necesitas un núcleo cerrado. Con esta condición la ecuación de diseño es :
V = 4.44*f*N*Ac*B
con:
V tensión eficaz en bornes de la bobina
f frecuencia
N número de vueltas
Ac área del núcleo (m^2)
B inducción de pico (no mas de 1.2 T para estas chapas comunes)

Como verás, supuesto que el núcleo estuviese cerrado, para esa sección el Ac se aproxima a 1cm^2 o sea 1e-4 m^2, así que
V = 4.44*60*30*1e-4*1.2 = 0.95
Al estar el núcleo abierto, no puedes llegar a estos valores de B, así que será aún mas pequeña la tensión V.

Si en lugar de un generador de funciones hubieses usado una fuente de alterna con baja impedancia de salida, hubieras notado que tu devanado se calentaba enormemente.

Saludos

[natanael]

Re: Tranformadores, frecuencia.

Tienes razón, gracias por la ayuda, el generador de señales que estaba usando tenía 50 ohm de salida. Ignoraba completamente este hecho, pero una preguntita más una fuente ideal con esta impedancia de salida y una bobina pueden reprentarse de esta forma....



La curva azul es la diferencia de potencial entre la bobina. Siempre he tenido esta duda, Gracias de antemano.

[asegade]

Re: Tranformadores, frecuencia.

Cuando conectas en el modelo de bobina un canal del osciloscopio virtual, estás viendo la tensión en los bornes de la bobina. Recuerda que la resistencia produce un desfasaje distinto de la corriente que la bobina, y por eso las tensiones eficaces o las meidas no se pueden sumar para completar un lazo (ley de mallas) pero si vale que los valores instantáneos verifican la ley de mallas.

Saludos

[natanael]

Re: Tranformadores, frecuencia.

Buenas,

No sabía si hacer esta prengunta en un hilo nuevo, porque es una continuacion de mis experiencias de tratar de hacer desde cero transformador, pero bueno!

La pregunta sería un poco mas larga sin la animación.

Ayer probé con dos bobinas y pasó lo siguiente, en la bobina B1=8.1 mH puse las puntas del osciloscopio, y en la bobina B2=120 uH puse el generador de sañales de 50 ohm de salida y a una frecuancia de 600 kHz, las bobinas las saqué de una circuito de un monitor viejo, eran bobinas con un núcleo como de hierro, pero bueno para llegar a mi pregunta, cuando alejaba una bobina de la otra como se vé en el video, la amplitud de la onda variaba en el osciloscopio, variaba muy igual como la formula para la fuerza entre polos magneticos,

$\dst Fm=Km\frac{P1P2}{ {r}^{ 2} }$.

Pregunta 1): podría relacionarse esta formula con la variación que veía reflejada en el osciloscopio?

Pregunta 2): Esta formula es válida para cualquier campo magnetico?, es decir la geometría del campo magnetico varía mucho si es producido por un toroide que al producido por un iman, o una corriente electrica por un hilo recto.

Son unas pequeñas duditas que salieron despues que note éste fenómeno.

[asegade]

Re: Tranformadores, frecuencia.

Las respuestas son respectivamente Si y No.
La fuerza de atracción magnética solo tiene una expresión de este tipo para dipolos que se encuentran alejados uno del otro, o en un experimento como el que hiciste con bobinas coaxiales.
Muy bonito el vídeo. Además del Geogebra ¿Qué programa usaste para generar el vídeo?

[natanael]

Re: Tranformadores, frecuencia.

Hola asegade, el geogebra es una maravilla, el programa que utilice es BSR Screen Recorder 4, me gusta porque es facil de usar y puedes selecionar la parte de la pantanlla que quieras grabar.

Como aun seguía sin respuesta, me puse a escribir como 5 minutos antes de tu ultima respuesta, me ha dado tiempo de tomar algunos datos experimentales para publicarlos en este hilo, para tener un poco mas de base al hablar hacerca de esto. "Juro por todos los FÍSICOS que los datos los tomé hoy en la mañana y no fueron inventados"

Hoy en la mañana con ayuda de un amigo colocamos nuevamente las bobinas y medimos la relación que existe entre la distancia de separación de las bobinas y la fem inducida en la bobina de 8.2 mH, esa es la bobina que está conectada al osciloscopio.

Hora bien en este video se muestran los puntos (color verde) que relacionan estas dos magnitudes. En el eje "Y" tendríamos a la diferencia de potencial captada por el osciloscopio en la bobina de 8.2 mH, y en el eje "X" tendríamos a la distancia que separa las dos bobinas. Utilizamos una escala lo suficientemente pequeña como para ver la curva bien definida.

La curva roja del video es la función real que relaciona la fuerza de atraccón entre los polos de un imán. En este caso sería un electro imán la bobina de 120 uH, que gracias a el generador de señales que estaba a una frecuencia de 1 Mhz y a un voltaje de 12.5 volts, se pudo inducir en la otra bobina esa otra señal.

La curva esta adaptada, haciendo que las constantes de la expresíon $\dst {F}_{m}={K}_{m}\frac{{p}_{1}{p}_{2}}{{r}^{2}}$, es decir, el valor de $\dst {K}_{m}{p}_{1}{p}_{2}$, fueron igualados a 340, para que la función real coincidiera con los datos experimentales. Aparte de estas constantes puedes ver otras como por ejemplo X' y Y' (translación de la curva), estas fuaron adaptadas de tal forma para que conincidiera mejor con los datos tomados.

La función real quedo de esta forma, $\dst y=\frac{340}{{(x+1.4)}^{2}}+3.5$, es la que mejor que pude amoldar a los datos experimentales.

Ahora bien, como muchos dirán: "este si es vivo, modificando la formula original para que cuadre con los datos tomados", para los que saben de topología, aquí lo que importa es la topología de la curva en cuestión, mas sencillo de entender es que la escala de la curva se mantiene, por lo tanto el dominio y la imagen de la curva mantiene la misma relación, esto es por la estructura algebraica de la variable independiente de la formula de la fuerza entre polos magneticos.

Esto es lo que quería sumar a la pregunta principal, como pueden ver la curva se adapta casi perfecta a los datos que tomé hoy, ahora reafirmo con mas confianza mis preguntas. Para mí esta similitud es sorprendente, porque tenemos a un campo magnetico variable en el tiempo, producido por la bobina de 120 uH, este campo atraviesa dos materiales distintos, bueno!, primero el núcleo de ferrita de la bobina de 120 uH, y luego atrabiesa el aire que separa las bobinas físicamente, luego atraiesa el núcleo de ferrita de la otra bobina de 8.2 mH conectada al osciloscopio, todo esto para llegar a inducir en el embobinado una fem que varía con respecto a la distancia, casi igual como varía la fuerza entre polos magneticos. Pareciera que en este fenómeno, lo importante no es la intesidad del campo magnetico, sinó mas bien el flujo del mismo.

Qué opinas tú de esto?, por que yo creo que si la geometría del fujo magnetico varía ya la formula creo que no se cumple.

[Al2000]

Re: Tranformadores, frecuencia.

...cuando alejaba una bobina de la otra como se vé en el video, la amplitud de la onda variaba en el osciloscopio...

Lo que estás viendo en el osciloscopio es la fem inducida en la bobina B1 por el campo magnético de la bobina B2. La variación te muestra que el campo magnético de la bobina B2 varía con la distancia.

Saludos,

Al

[natanael]

Re: Tranformadores, frecuencia.

La variación te muestra que el campo magnético de la bobina B2 varía con la distancia.

Hola Al, sabrías como varía (en todas las direcciones y sentidos posibles) el campo magnetico en un bobina?