Conceptos Clave en Medida Eléctrica y Transformadores Monofásicos

1. Errores de Medida

1.1. Errores Absolutos y Relativos

Error Absoluto (*E_ab*) = Valor Leído (*V_L*) - Valor Real (*V_r*)

Error Relativo (*E_r%*) = (*E_ab* / *V_r*) · 100

1.2. Precisión de un Aparato de Medida

Para definir la precisión de un aparato se utiliza la clase, que es el error absoluto máximo que puede cometer un aparato de medida referido al valor máximo de la escala de medida:

Clase = (*E_ab,máx* / *V_máx*) · 100

2. Ampliación del Alcance de un Amperímetro mediante Shunt

Consiste en conectar una resistencia en paralelo con el amperímetro para conseguir desviar parte de la corriente que se quiere medir. Para poder calcular la resistencia que deberá poseer el shunt necesitamos conocer antes la resistencia interna del amperímetro (*R_A*). Como la resistencia del shunt (*R_s*) queda en paralelo con la del amperímetro, su caída de tensión es la misma, cumpliéndose:

*R_A* · *I_A* = *R_s* · *I_s*

3. Pinza Amperimétrica

Aparato de medida que resulta muy cómodo para realizar comprobaciones rápidas de la intensidad de un circuito, porque no es necesario interrumpir el circuito. Hay pinzas amperimétricas tanto para CC como para CA.

4. Medida de la Frecuencia

La frecuencia se mide con el frecuencímetro, que se conecta entre los extremos de las fases de la red que se quiere medir la frecuencia.

5. Medida del Factor de Potencia

El factor de potencia se mide con el fasímetro. Se conecta de forma similar al vatímetro, porque posee circuitos amperimétricos y voltimétricos.

6. El Transformador Monofásico

Básicamente está formado por un núcleo compuesto de láminas de hierro y dos bobinados, a los cuales denominaremos primario y secundario. El bobinado primario con *N₁* espiras es aquel por el cual ingresa la energía y el secundario con *N₂* espiras es aquel por el cual se suministra dicha energía.

*U₁* / *U₂* = *N₁* / *N₂* = *m* (relación de transformación)

6.1. Transformador Monofásico Ideal

Para analizar un transformador, vamos a iniciar su estudio suponiendo que el mismo es ideal, por lo que debe presentar las siguientes características:

• Las bobinas primaria y secundaria no tienen resistencia óhmica.
• Todo el flujo magnético se encuentra en el núcleo de láminas de acero.
• El núcleo no tiene reluctancia.
• El núcleo no tiene pérdidas por corrientes parásitas ni por histéresis.

6.2. Transformador Ideal en Vacío

Si al transformador en estudio lo alimentamos desde su bobinado primario, por medio de una fuente de tensión alterna sinusoidal de la forma: *u₁* = *U*_máx sen *ωt*, en el núcleo se originará un flujo magnético (*Φ*), en correspondencia con dicha tensión, de acuerdo a las siguientes expresiones:

*U₁* = 4,44 *N₁* *f* *Φ*_máx

*U₂* = 4,44 *N₂* *f* *Φ*_máx

Este flujo magnético, también variable en el tiempo, dará lugar a que se induzcan fuerzas electromotrices en los bobinados. Sus valores, de acuerdo a la ley de Faraday, la polaridad asignada a dichas fuerzas electromotrices como positivas, y en función del sentido en que se realizan los bobinados, serán los siguientes:

Estas fuerzas electromotrices deben tener un valor y una polaridad tal que se opongan a la causa que las originó.

*m* = *U₁* / *U₂* = *N₁* / *N₂* = *E₁* / *E₂*

6.3. Transformador Ideal en Carga

Si al transformador anterior le colocamos una carga en su secundario, aparecerá una corriente en el secundario y otra en el primario. Como analizamos un transformador ideal en el cual no hay pérdidas, la potencia que se consume en la carga es la misma que suministra la fuente, por lo que se cumple:

*P₁* = *P₂* = *U₁* *I₁* cos *ϕ* = *U₂* *I₂* cos *ϕ*

*S₁* = *S₂* = *U₁* *I₁* = *U₂* *I₂*

De la cual surge:

*I₁* / *I₂* = *N₁* / *N₂* = *E₁* / *E₂* = *m*

Al mismo resultado podemos llegar teniendo en cuenta las fuerzas magnetomotrices presentes en el circuito magnético. Si recorremos el circuito magnético en sentido horario, en el bobinado primario tenemos una fuerza magnetomotriz cuyo valor es *N₁I₁* y en el bobinado secundario *N₂I₂* pero en sentido contrario. Dado que se considera el núcleo ideal, se cumple:

*N₁I₁* - *N₂I₂* = 0

o sea que:

*N₁I₁* = *N₂I₂*