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ENSAYO DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO En este trabajo práctico se determinarán los parámetros básicos y las características de un transformador monofásico. Con este propósito se someterá un transformador de pequeña potencia a ensayos indirectos estableciendo las condiciones especiales para medir los parámetros. En ésta serie de ensayos se determinarán las resistencias de los arrollamientos, la polaridad de los mismos, la relación de transformación, la corriente ya las pérdidas en vacío, la tensión de cortocircuito y las pérdidas en el cobre. En base a los valores experimentales obtenidos en los ensayos se calcularán los parámetros que permitirán establecer los distintos circuitos eléctricos equivalentes y trazas sus respectivos diagramas fasoriales. Elementos utilizados: Amperímetro “YEW”. Alcance: 0‐25A. Clase: 0,5. Voltímetro “YEW Type 2013”. Alcance: 0‐ 300V. Clase: 0,5 Watímetro “YEW”. Alcance: 0‐5A, 0‐240V. Clase:0,5. Llaves selectoras. Transformador variable “Fernández Verlusconi”. 0‐250V Transformador “Lombard”. 220/110V. S=3000VA. Osciloscopio digital “Fluke 123”.

Ensayo de Un Transformador Monofásico

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Ensayo de un transformador monofasico de mono etapa, ensayo de vació y cortocircuito paso a paso.

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ENSAYO DE UN TRANSFORMADOR MONOFSICOEn este trabajo prctico se determinarn los parmetros bsicos y las caractersticas de un transformador monofsico. Con este propsito se someter un transformador de pequea potencia a ensayos indirectos estableciendo las condiciones especiales para medir los parmetros.En sta serie de ensayos se determinarn las resistencias de los arrollamientos, la polaridad de los mismos, la relacin de transformacin, la corriente ya las prdidas en vaco, la tensin de cortocircuito y las prdidas en el cobre.En base a los valores experimentales obtenidos en los ensayos se calcularn los parmetros que permitirn establecer los distintos circuitos elctricos equivalentes y trazas sus respectivos diagramas fasoriales.

Elementos utilizados: Ampermetro YEW. Alcance: 025A. Clase: 0,5. Voltmetro YEW Type 2013. Alcance: 0300V. Clase: 0,5 Watmetro YEW. Alcance: 05A, 0240V. Clase:0,5. Llaves selectoras. Transformador variable Fernndez Verlusconi. 0250V Transformador Lombard. 220/110V. S=3000VA. Osciloscopio digital Fluke 123.

Introduccin al laboratorioLa energa elctrica provista por la compaa arriba al tablero seccional luego de atravesar al tablero principal, al medidor y a los conductores elctricos pertinentes. Aguas arriba de la simplificacin del tablero presentado existe un sistema seccionador y una serie de fusibles NH, loscuales permiten la desconexin y la proteccin de la instalacin respectivamente. La alimentacin es tetrapolar (red trifsica + conductor neutro) y su circulacin se realiza a travs de un conductor tipo Sintenax contenido en bandejas portacables.Ya una vez aguas abajo del tablero seccional presentado, coexisten diversas tomas de trifsica, monofsica y otros tableros seccionales. Esta instalacin es protegida por un interruptor termomagntico automtico de baja tensin tetrapolar. La proteccin humana est garantizada por un interruptor diferencial de las mismas caractersticas. La experiencia de laboratorio realizada recibe la alimentacin de un tomacorriente de uso general de un tablero seccional secundario.

Breve introduccin terica:Se denomina transformador a una mquina elctrica que permite aumentar o disminuir la tensin en un circuito elctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia.La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, es decir, sin prdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las mquinas reales presentan un pequeo porcentaje de prdidas, dependiendo de su diseo.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenmeno de la induccin electromagntica y estn constituidos, en su forma ms simple, por dos bobinas devanadas sobre un ncleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario segn correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestin, respectivamente.

El principio de funcionamiento consiste en que las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna, al aplicarse una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, crearn un campo magntico variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magntico variable originar, por induccin electromagntica, la aparicin de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

La relacin 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 nmero de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns)

La razn de transformacin (m) del voltaje entre el bobinado primario y el secundario depende de los nmeros de vueltas que tenga cada uno. Si el nmero de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habr el triple de tensin

Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energa elctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeas intensidades se disminuyen las prdidas por efecto Joule y se minimiza el costo de los conductores.

Ahora bien, como la potencia aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad (potencia aparente) debe ser constante.

Las prdidas en un transformador pueden dividirse en dos grupos.

1. Prdidas en el cobre: son debidas a la resistencia hmica presentada por los conductores, por lo cual aumentan a medida que se incrementa la corriente.2. Prdidas en el hierro: Pueden subdividirse en dos partes:a. Prdidas por histresis: son debido a que el ncleo del transformador se encuentra inmerso en un campo magntico generado por si mismo, y en consecuencia se imanta. Pero esto ocurre a la misma frecuencia que la corriente alterna aplicada, y por lo tanto desarrolla trabajo para sostener el fenmeno de ordenamiento interno.b. Prdidas por corrientes de Foucault: son el resultado de la variacin del flujo dentro de un material ferromagntico que es capaz de conducir la electricidad en bajo grado. Para contrarrestar estos efectos, se laminan los ncleos con el objetivo de incrementar su resistencia.

Desarrollo:

Esquema representativo del circuito empleado

Ensayo de Vaco:Se tomarn las lecturas que registran los instrumentos indicados en el esquema elctrico,cuando se aplique la tensin (preferentemente lado BT) para los siguientes valores: 50 % y100% de la tensin nominal. Simultneamente con las mediciones se observar en unosciloscopio la forma de onda de la corriente de vaco.En el ensayo de vaco como ZC tiende a infinito, R1 y X1, componentes serie del circuitoequivalente, son despreciables.

Cuadro de valores medidos y calculados

Diagrama representativo de la saturacin del hierro

Componentes de corrientes de prdidas (If) y de magnetizacin (Iu)

De lo expuesto anteriormente resulta evidente que las prdidas en el hierro se ven afectadaspor el aumento de la tensin aplicada y ajeno a lo estudio, por variaciones de la frecuencia dered. Esto puede explicarse en base a las siguientes ecuaciones:

Las prdidas en el hierro en un transformador son funcin de una cifra de prdidas intrnsecadel material (P0), una constante de frecuencia (C(50Hz)=1; C(60Hz)=1,26) y el cuadrado de lainduccin (B). La induccin es directamente proporcional a la tensin aplicada e inversamentea la frecuencia (f), a las vueltas del arrollamiento (N) y a la seccin (S) de los bobinados, dndek es una constante de conversin de unidades. Combinando ambas frmulas, obtenemos:

Concluyendo, las prdidas en el hierro en un transformador son funcin de dos parmetros dered: la tensin E aplicada y la frecuencia f, ya que consideramos a todas las demscomponentes de la ecuacin como constantes constructivas de la mquina elctrica.Mediante la siguiente fotografa podemos notar la distorsin que se produce en la forma de lacorriente durante el ensayo de vaco, esto se debe a la no linealidad que existe entre el flujo yla intensidad de corriente, dado por la curva de magnetizacin (sta ha sido expuestaanteriormente).

Pantalla del osciloscopio representando la distorsin en la onda de la corriente

Ensayo de Cortocircuito:Se tomarn las lecturas que registran los instrumentos, cuando aplicando tensin reducida(preferentemente del lado de alta tensin) se tengan los siguientes valores aproximados decorriente en el primario: 50% y 100% de la corriente nominal, previamente cortocircuitando elotro arrollamientoEn el ensayo de cortocircuito como la corriente por la rama paralelo, es despreciable respectoa la que circula por la carga en cortocircuito, se eliminan B0 y G0.

Cuadro de valores medidos y calculados:

Mediante el anlisis anterior, verificamos nuevamente la linealidad del efectoJoule, que ocasiona las prdidas en el cobre.

Clculo del rendimiento

El estudio efectuado, arroja que el rendimiento de ste transformador, se mantiene casi ensu mximo nivel para toda condicin de carga ya que K=1 para ambos estados estudiados. Acontinuacin se adjunta un diagrama caracterstico del rendimiento en funcin de lacorriente de secundario, notndose rendimiento mximo cuando las prdidas en el cobrepor efecto Joule son iguales a las prdidas en el hierro por histresis y corrientes parsitas ode Foucault.

Diagrama representativo del rendimiento en funcin de la carga de la mquina

Conclusiones:Mediante la realizacin del presente trabajo prctico pudimos completar el proceso de adopcin de los conocimientos pertinentes desarrollados en clase, pudiendo aplicar la teora en el anlisis de un circuito real. A su vez, hemos logrado familiarizarnos con el uso de ciertos instrumentos electrotcnicos, que podrn ser requeridos en un futuro al desempearnos como ingenieros.Respecto a la temtica del trabajo, hemos logrado determinar las prdidas elctricas tanto en el hierro como en el cobre y en base a esto averiguar el rendimiento del transformador en cuestin. Del anlisis a carga parcial inferimos que las prdidas en el hierro y en el cobre no siguen una misma proporcionalidad, basndonos en que las prdidas en el hierro son constantes para todo estado de carga, mientras que las del cobre, haciendo honor al efecto Joule, siguen una proporcionalidad cuadrtica en funcin de la corriente, reflejo de la carga de la mquina elctrica.Profundizando en las prdidas en el hierro, son dos aquellas corrientes que no generan trabajo elctrico. Una es la de magnetizacin, encargada de generar la fuerza electro motriz opuesta al generador (segn Faraday Lenz) que evita que se dispare la corriente en el primario, debido a la baja impedancia del bobinado, y la otra conocida como corriente de Foucalt o parsita, que recircula a travs del ncleo ferromagntico, originada por la presencia de flujo y un campo de alta resistencia elctrica.Las prdidas en el cobre, no merecen un mayor desarrollo, ya que la potencia disipada por efecto Joule, fue caso de estudio en los laboratorios de Fsica I.En relacin al rendimiento, es valido notar que ste alcanza su mximo cuando las prdidas en el hierro son iguales a las producidas en el cobre, de esta manera, un diseador de transformadores podr dimensionar su mquina para que opere a su mximo rendimiento al nivel de carga que le sea conveniente en trminos de costos de la energa.