Este documento presenta información sobre transformadores monofásicos. Explica que un transformador monofásico es una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión y corriente de una corriente alterna manteniendo constante la potencia. Describe las partes principales de un transformador monofásico como el núcleo, las bobinas primarias y secundarias, y el cambiador de taps. También explica conceptos como la relación de transformación, polaridad y rendimiento.

1. 1
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL LIBERTADOR
INSTITUTO PEDAGÓGICO DE BARQUISIMETO
“LUIS BELTRÁN PRIETO FIGUEROA”
DEPARTAMENTO DE EDUCACIÓN TÉCNICA
Guía didáctica transformadores monofásicos
Asignatura: máquinas y transformadores eléctricos
Docente: verónica González
Barquisimeto 2015

2. 2
ÍNDICE
pag
Introducción……………………………………………………………3
Teoría ……………………………………………………………4 y5
desarrollo
¿Qué es un transformador?...........................................................................6y7
1- Principios de un transformador…………………………………………..8
2- Función de un transformador ……………………………………………9
3- Tipos de transformadores………………………………………………10
4- Parte II
5- Transformadormonofásico……………………………………………..11
6- Partes del transformador monofásico………………………………......12
7- simbologia……………………………..,…………………………………13
8- practica:
9- Relación de transformación de un transformador
monofásico…………………………………………………………….14,15
10-Diagrama de un transformador monofásico…………………………….16
11-Ecuaciones……………………………………………………………….17
12-Polaridad…………………………………………………………………18 y 19
13-Ejercicios………………………………………………………………….20,21,
……………………………………………………………………………...22,23
14-Materiales y equipos…………………………………………………………..24
15-Precauciones…………………………………………………………………25
16-Bibliografías………………………………………………………………….26

3. 3
INTRODUCCIÓN.
La presente guía didáctica servirá de apoyo a los estudiantes para
Desarrollar y comprender su conocimiento sobre los transformadores
monofásicos, podrá conocer conceptos básicos, principios y
fundamentos, partes su aplicación en la vida diaria, conexiones y
relación de transformación. Esta guía facilitara el aprendizaje y
proporcionara situaciones donde el estudiante desarrollara sus
competencias tomando en cuenta la interacción alumno-docente y el
intercambio de conocimientos construidos mutuamente.

4. 4
TEORIA
Primeros pasos: los experimentos con bobinas de inducción
El fenómeno de inducción electromagnética en el que se basa el funcionamiento del
transformador fue descubierto por Michael Faraday en 1831, se basa
fundamentalmente en que cualquier variación de flujo magnético que atraviesa un
circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida sólo
permanece mientras se produce el cambio de flujo magnético.
La primera "bobina de inducción" fue inventada por el sacerdote Nicholas Joseph
Callan en la Universidad de Maynooth en Irlanda en 1836. Callan fue uno de los
primeros investigadores en darse cuenta de que cuantas más espiras hay en el
secundario, en relación con el bobinado primario, más grande es el aumento de la
tensión eléctrica.
Los científicos e investigadores basaron sus esfuerzos en evolucionar las bobinas de
inducción para obtener mayores tensiones en las baterías. En lugar de corriente
alterna (CA), su acción se basó en un "do&break" mecanismo vibrador que
regularmente interrumpía el flujo de la corriente directa (DC) de las baterías.
En la década de 1880, pero dentro de un decenio, el transformador sería un papel
decisivo en la “Guerra de las Corrientes”, y en que los sistemas de distribución de
corriente alterna triunfaron sobre sus homólogos de corriente continua, una posición
dominante que mantienen desde entonces.

5. 5
EL NACIMIENTO DEL PRIMER TRANSFORMADOR
Entre 1884 y 1885, los ingenieros húngaros Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy y
Miksa Déri, de la
3
Compañía Ganz, de ese país, crearon en Budapest el modelo “ZBD”
detransformador de corriente alterna, basado en un diseño de Gaulard y Gibbs
(Gaulard y Gibbs sólo diseñaron un modelo de núcleo abierto). Descubrieron la
fórmula matemática de los transformadores:
donde Vs es la tensión en el secundario y Ns es el número de espiras en el
secundario; Vp y Np se corresponden al primario.
Su solicitud de patente hizo el primer uso de la palabra transformador, que había
sido acuñada por Bláthy Ottó.
En 1885, George Westinghouse compró las patentes del ZBD y las de Gaulard y
Gibbs. Él le encomendó a William Stanley la construcción de un transformador de
tipo ZBD para uso comercial. Este diseño se utilizó por primera vez comercialmente
en 1886.

6. 6
DESARROLLO
¿QUE ES UN TRANSFORMADOR?
Hace algo más de un siglo que se inventó el Transformador. Este dispositivo
ha hecho posible la distribución de energía eléctrica a todos los hogares,
industrias, etc. Si no fuera por el transformador tendría que acortarse la
distancia que separa a los generadores de electricidad de los consumidores.
Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético (eléctrico y
magnético) que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una
corriente alterna de forma tal que su producto permanezca constante (ya que
la potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin
pérdidas, tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida).
Ojo no hay transformadores de corriente continua, solo hay de
corriente alterna. Como la mejor forma de transportar la corriente eléctrica
es en alta tensión, pero después hay que disminuirla hasta 220V al llegar a las
viviendas, solo es posible transportar la corriente en c.a. ya que existen
transformadores.

7. 7
5
FUNCIÓN DE UN TRANSFORMADOR
Un transformador de voltaje puede realizar tres funciones:
- Elevación de voltaje.
- Reducción de voltaje.
Aislación de voltaje.
Elevación de voltaje: es cuando el voltaje en el secundario es mayor que en
el primario.
Reducción de voltaje: es cuando el voltaje del secundario es menor
que el primario.
Aislación de voltaje: es cuando el voltaje es igual en los dos devanados.

8. 8
PRINCIPIOS DE UN TRANSFORMADOR
¿Principios de funcionamientos?
Los transformadores, como la mayorías de las maquinas eléctricas
disponen de un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Sobre
el núcleo magnético, formadas por chapas apiladas, van arrollados
dos bobinados que se denominan primarios y secundarios.
Los transformadores independientemente que puedan aumentar o
disminuir el voltaje, según sea el caso, tienen la propiedad de
conservar siempre la misma frecuencia que posee la C.A de la fuente
de entrada original a la que se encuentra conectado. En el caso de
los transformadores destinados al uso industrial, comercial o
doméstico, la frecuencia de la corriente alterna será siempre de
50 o de 60 Hz (Hertz o ciclos por segundos), cuestión esta que
dependerá exclusivamente de cual sea la adoptada en cada país en
particular.
Cuando el transformador se emplea para rebajar el voltaje o tensión
aplicada a su entrada se denomina “reductor de tensión “.
En el caso de los transformadores que funcionan a la inversa, ósea,
convirtiendo una tensión de voltaje bajo en otro voltaje de valor más
alto se denominan “elevadores de tensión”, lo cual depende del
número de vueltas o espiras que posea sus devanados.

9. 9
Ejemplo de funciones:

10. 10
Tipos de transformadores:

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Parte II
¿Qué son los transformadores monofásicos?
Son máquinas estáticas que se utilizan para variar los valores de
tensión (v) e intensidad (i) en C.A
Partes de un transformador monofásico

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Partes:
El núcleo
El núcleo está formado por varias chapas u hojas de metal
(generalmente material ferromagnético) que están apiladasuna junto
a la otra, sin soldar, similar a las hojas de un libro. La función del
núcleo es mantener el flujo magnético confinado dentro de él y evitar
que este fluya por el aire favoreciendo las perdidas en el núcleo y
reduciendo la eficiencia. La configuración por láminas del núcleo
laminado se realiza para evitar las corrientes de Foucault, que son
corrientes que circulan entre láminas, indeseadas pues favorecen las
perdidas.
Bobinas
Las bobinas son simplemente alambre generalmente de cobre
enrollado en las piernas del núcleo. Según el número de espiras
(vueltas) alrededor de una pierna inducirá un voltaje mayor. Se juega
entonces con el número de vueltas en el primario versus las del
secundario. En un transformador trifásico el número de vueltas del
primario y secundario debería ser igual para todas las fases.
Cambiador de taps
El cambiador de taps o derivaciones es un dispositivo generalmente
mecánico que puede ser girado manualmente para cambiar la razón
de transformación en un transformador, típicamente, son 5 pasos uno
de ellos es neutral, los otros alteran la razón en más o menos el 5%.
Por ejemplo esto ayuda a subir el voltaje en el secundario para
mejorar un voltaje muy bajo en alguna barra del sistema.
Relé de sobrepresión

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Es un dispositivo mecánico que nivela el aumento de presión del
transformador que pueden hacerlo explotar. Sin embargo existen
varios equipos que explotan a pesar de tener este dispositivo. Existen
el relé de presión súbita para presiones transitorias y el relé de
sobrepresión para presiones más permanentes.
Tablero de control
Contiene las conexiones eléctricas para el control, relés de
protección eléctrica, señales de control de válvulas de sobrepresión
hacia dispositivos de protección.
Simbología de un transformador monofásico

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PRACTICA
Relación de Transformación.
La relación de transformación indica el aumento o disminución que
sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de
entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la
de entrada.
La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada
al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la
obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número
de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , según
la ecuación:
La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado
primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas
que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple
del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.
Dónde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de
entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario o tensión de
salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente de
entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario o corriente
de salida.

15. 15
Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía
eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas
intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se
minimiza el costo de los conductores.
Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces
mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de
230voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario
(una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras).
A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las
del secundario se le llama relación de vueltas del transformador
o relación de transformación.
Ahora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en
caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el
secundario:
El producto de la diferencia de potencial por la intensidad (potencia)
debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad
circulante por el primario es de 10amperios, la del secundario será
de solo 0,1 amperios (una centésima parte).

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Diagrama de un transformador monofásico.

17. 17
Ecuaciones fundamentales de un transformador monofásico:
¿Qué es polaridad en un transformador?

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Las bobinas secundarias de los transformadores monofásicos se arrollan en el mismo
sentido de la bobina primaria o en el sentido opuesto, según el criterio del fabricante.
Debido a esto, podría ser que la intensidad de corriente en la bobina primaria y la de
la bobina secundaria circulen en un mismo sentido, o en sentido opuesto.
Polaridad Aditiva:
La polaridad positiva se da cuando en un transformador
el bobinado secundario está arrollado en el mismo sentido que
el bobinado primario.
Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en el mismo
sentido y se sumen.
Los terminales “H1” y “X1” están cruzados. Ver diagrama.
Polaridad Sustractiva:
La polaridad sustractiva se da cuando en
un transformador el bobinado secundario esta arrollado en
sentido opuesto al bobinado primario.
Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en sentidos
opuestos y se resten.
Los terminales “H1” y “X1” están en línea. Ver diagrama.
Como determinar la polaridad de un transformador
Para determinar la polaridad del transformador, se coloca un puente entre los terminales
del lado izquierdo del transformador y se coloca un voltímetro entre los terminales del lado
derecho del mismo, luego se alimenta del bobinado primario con un valor de voltaje (Vx).
Ver el diagrama.

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Si la lectura del voltímetro es mayor que Vx el transformador es aditivo o si es menor
el transformador es sustractivo.
Rendimiento de un transformador
El rendimiento de un transformador es variable y depende varios factores:
- Del valor de la potencia suministrada
- De la forma del transformador y
- De la calidad de los materiales con los que fue construido (núcleo y bobinados).
El rendimiento, por ser un dato relativo (un dato de potencia medida depende del otro dato de
potencia medido). se expresa en porcentaje. Ver la fórmula abajo.
Para determinar el rendimiento de un transformador, se alimenta el bobinado primario con
el voltaje nominal, se coloca la carga nominal en el bobinado secundario y se miden la
potencia de entrada Pa (potencia absorbida por el transformador) y la potencia de salida Pu
(potencia útil).
Estos valores medidos se reemplazan en la siguiente fórmula.
Rendimiento (%) = (Pu x 100) / Pa
Dónde:
Pu=Potenc iaútil - Pa = Potencia absorbida.

20. 20
EJERCICIOS:
1-
Un trasformador ideal con500 espiras en el primario y 100 en el
secundario se conectaa una red de c.a de 1900 v, 50 hz. Averiguar la
relación de transformación y la tensión del secundario
Solución: m=
𝑁1
𝑁2
=
500
100
=5
Como el número de espiras del secundario es menos que el primario, el
transformador reducirá la tensión (en este caso 5 veces).
m=
𝑉1
𝑉2
= 𝑉2
𝑉1
𝑚
=
1.900
5
=380 v.
EJERCICIO 2
2- Un transformador casiideal que tiene 90 vueltas en el primario y 2250
en el secundario está conectado a una fuente de 120 V y 60 Hz. El
acoplamiento entre el primario y el secundario es perfecto, pero la
corriente magnetizante es de 4 A.
Calcule
a. El voltaje efectivo a través de las terminales del secundario.
b. El voltaje pico a través de las terminales del secundario.
c. El voltaje instantáneo a través del secundario cuando el voltaje instantáneo
a través del primario es de 37 V.

21. 21
Solución:
a) La relación de vueltas es:
N2/N1 = 2250/90 = 25. (9.5)
Por lo tanto, el voltaje a través del secundario es 25 veces mayor que el voltaje
a través del preimario porqueel secundario tiene 25 veces mas vueltas. Por
consiguiente:
E2 = 25 .E1 = 25. 120 =3000v.
En lugar de razonar como antes, podemos aplicar la ecuación (9.5):
E1/E2 = N1/N2
120/ E2= 90/2250 V
La que de nuevo da E2 = 3000 V.
b) El voltaje varia sinusoidalmente, por consiguiente, el voltaje secundario
pico es
E2 (pico) = √2E =√2 .3000 = 4.242v
c) el voltaje a través del secundario es 25 veces mayor que E1 en todo
instante. Por lo tanto, cuando e1 = 37v, e2= 25.37= 925v.

22. 22
Ejercicio 3
Calcule el voltaje E y la corriente I en el circuito , sabiendo que el
transformador ideal T tiene una relación de vueltas del primario al secundario
de 1:100.
5Ω 20kΩ
T
40kΩ E
10v
N1 N2
1:100
5 Ω 2 Ω
𝐸
100
4 Ω
10v
Eg

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Solución;
La impedancia del circuito de la figura 9.18 es
Z = √ 𝑅2 + (𝑋L – 𝑋C)2
= √42 + (5 − 2)2
= √16 + 9
= 5 Ω
La corriente en el circuito es
I = E/Z = 10/5 = 2ª.
El voltaje a través del resistor es
E/100 = IR = 2.4 = 8v
Por lo tanto, el voltaje real E es,
E = 8 .100= 800v.

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Materiales y equipos de laboratorio
 (01) Banco de transformadores.
 Transformador monofasico
 (01) Osciloscopio.
 (01) Voltímetro digital y/o analógico.
 (01) Amperímetro digital y/o analógico.
 (02) Vatímetros.
 (1) Resistencias
 (2) Bobinas.

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PRECAUCIONES
Por razones de seguridad se les exige e los estudiantes:
a. No utilizar prendas metálicas durante la permanencia dentro del
laboratorio (relojes, anillos, cadenas, entre otros).
b. Las damas deben portar el cabello recogido.
c. No se permite el uso de camisas sin mangas.
d. Deben utilizar zapatos deportivos.
e. Todos deben utilizar la bata de laboratorio.
f. No energizar hasta previa orden del profesor o instructor.
g. Leer la práctica antes de entrar al laboratorio.

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BIBLIOGRAFIA
http://mantenimientoelectronico.blogspot.es/1214433540/funciones-de-un-transformador/
http://www.tecnologia-industrial.es/
http://www.unicrom.com/Tut_polaridad_transformador.asp
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