LABORATORIO DE MAQUINASELECTRICAS I

“TRANSFORMADOR MONOFASICO”

PROFESOR:

Pacheco Vera, Arturo

INTEGRANTES:

Calapuja Cruz, José Luis. (1111640)

2015

Introducción

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferro magnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

TRANSFORMADOR MONOFASICO

I.- OBJETIVO

Aplicar correctamente los conceptos y definiciones de un transformador monofásico.

Comprender el funcionamiento del transformador e identificar sus características.

Realizar pruebas a un transformador monofásico. Identificar la curva de saturación del transformador.

II.- MARCO TEORICO

EL TRANSFORMADOR

El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes. Un transformador elevador recibe la potencia eléctrica a un valor de voltaje y la entrega a un valor más elevado, en tanto que un transformador reductor recibe la potencia a un valor alto de voltaje y a la entrega a un valor bajo.

FUNCIONAMIENTO:

Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

TRANSFORMADOR MONOFASICO

Los transformadores, como la mayoría de las máquinas eléctricas, disponen de un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Sobre el núcleo magnético, formado por chapas apiladas, van arrollados dos bobinados que se denominan primarios y secundarios.

Al conectar el bobinado primario de N1 espiras a una tensión alterna, se crea un flujo magnético alterno. Este flujo magnético, que se establece en todo el circuito magnético, recorre el bobinado secundario de N2 espiras induciendo en él una fuerza electromotriz produciendo la tensión en bornes V2.

A la relación de tensiones entre el primario y secundario se le llama relación de transformación, para un transformador ideal se cumple:

RELACION DE TRANSFORMACION (TRANSFORMADOR IDEAL).

La relación de transformación indica el aumento o decremento 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:

EP

ES

=N P

N S

La relación de transformación (a) 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.

a=N P

N S

=V P

V S

=I SP

Z1=a2Z2

N1 y N2; número de espiras del primario y secundario respectivamente.V1 y V2; Voltajes primero y secundario respectivamente.I1 y I2; corriente del primario y secundario respectivamente.Z1; Impedancia del secundario referido al primario.

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:

P1=P2 V 1 . I 1=V 1 I 2

Los transformadores ideales descritos anteriormente, nunca se podrán construir en realidad. Lo que puede construirse son transformadores reales;

dos o más bobinas de alambre, físicamente envueltas alrededor de un núcleo ferromagnético. Las características de un transformador real se aproximan mucho a las de un transformador ideal, pero sólo hasta un cierto grado.

En un transformador ideal se desprecia tres elementos que deben considerarse al evaluar las características de funcionamiento:

Resistencia de los devanados del primario y secundario Reactancia de dispersión. Perdidas en el núcleo (histéresis y corrientes remolino).

Al considerar estos elementos tendremos un transformador real tal como se indica en la siguiente figura:

Aunque la figura es un modelo exacto de un transformador no es la más utilizada. Normalmente se utiliza los circuitos equivalentes que se muestran en las siguientes figuras.

Para la determinación de los parámetros del circuito equivalente se realizan los siguientes ensayos en circuito abierto y cortocircuito.

a) Ensayo en c/c: Permite determinar Re y Xe, a partir de las mediciones de Pcc, Vcc, Icc.

Factor de Potencia=cos∅=Pcc

V cc I cc=¿∅=arccos (

Pcc

V cc I cc)

ZE=V cc

I cc∠∅=Re+ jX e

b) Ensayo en c/a: Permite determinar Rc y Xm a partir de las mediciones de V0, I0 y P0.

Factor de Potencia=cos∅=P0

V 0 I 0=¿∅=arccos (

P0V 0 I 0

)

Y E=I 0V 0

∠−∅= 1Rc

+ 1jXm

La eficiencia en carga η de un transformador se puede escribir como:

η=1−P0+Pcc

P0+Pcc+Pa cosϕ

Si el transformador trabaja en condiciones distintas de la plena carga, las perdidas en el hierro se mantienen constantes, pero las perdidas en el cobre aumentan proporcionalmente al cuadrado de la intensidad, mientras que la potencia útil varia en forma directamente proporcional a la intensidad de la corriente. Por lo tanto si definimos el factor de utilización u:

u= Potencia aparente actualPotencia aparente nominal

La ecuación para determinar el rendimiento “η”

η=1−P0+u

2 Pcc

P0+u2Pcc+u Pacosϕ

PRUEVAS Y MEDICIONES DEL TRANFORMADOR MONOFASICO

EQUIPOS Y MATERIALES

01 Fuente de tensión variable AC monofásica. 01 Fuente de tensión variable DC. 01 Multímetro digital. 01 Vatímetro Monofásico. 01 Transformador Monofásico. Cables para conexión.

PROCEDIMIENTO:

1.- Verificar la continuidad de cada devanado del transformador.

Use la escala más baja del ohmímetro, mida y anote la resistencia de cada uno de los devanados.

TERMINALES RESISTENCIAEXISTE CONTINUIDAD

SI O NO

H1 – H2

X1 – X2

2.- Comprobar la relación de transformación en un transformador.

A continuación medirá las tensiones del secundario, sin carga, cuando se aplican 110 VAC al devanado primario.

a) Conecte el circuito que se ilustra y solicite la aprobación del instructor.b) Ajuste la fuente de alimentación a 110 VCA con el voltímetro V1.c) Mida y anote las tensiones de salida con el voltimetro V2, de acuerdo a

las indicaciones de la tabla 2.

DEVANADOS RELACION DE TRANSFORMACION

a = V1 / V2PRIMARIO

( V1 )SECUNDARIO

( V2 )

3.- Determinar la polaridad de los devanados del transformador.

a) Conecte el siguiente circuito.

b) Si S1 hace contacto instantáneo y se observa que el voltímetro analógico instalado en los terminales X1 y X2 indica deflexión en sentido “horario”, implica que la polaridad del arrollamiento primario (devanado H1 – H2) es la misma de la fuente de la polaridad del arrollamiento secundario (devanado X1 – X2) igual a la del voltímetro analógico, caso contrario se invertirá los terminales de conexión:

c) Anote la polaridad en la siguiente tabla.

DEVANADOPOLARIDAD

POSITIVO (+) NEGATIVO (-)

H1 – H2

X1 – X2

4.- Determinar el efecto de saturación del núcleo del transformador.

a) Conecte el circuito mostrado.

b) Mida y anote la corriente de excitación “ I ” y el voltaje de salida V2 para cada tensión de entrada que se indica en la tabla de 4.

TENSIONPRIMARIA ( V1 )

TENSIONSECUNDARIA ( V2 )

CORRIENTEDE EXCITACIÓN ( ma )

10

20

30

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

c) Graficar la corriente de excitación ( I ) respecto de la tensión primaria ( V1 ), luego trace una curva continua que pase por los puntos obtenidos y observe que la corriente de magnetización aumenta rápidamente después de alcanzar cierta tensión de entrada.

Dimensiones del Transformador a Utilizar

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 1000

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

CORRIENTE DE MAGNETIZACION

CORRIENTE DE MAGNETIZACION

Datos tomados:

6a = 11.4cma = 1.9cm2a = 3.8K = factor del tipo de la chapa

b = 3.8 cmSn = 2a.bSn = 3.8cm x 3.8cmSn =14.44cm²

Snt=f ( Snk

)2

Snt=60Hz .(14.44 cm²7

)2

Snt=244.824V A

Snt = Vn x In In = Snt / Vn

In = 1.11 Amp.

MEDICIONES EN EL LABORATORIO CON LOS INSTRUMENTOS

Tensión en el primario

Tensión en el segundario

Conclusiones

Un transformador a cortocircuito, la potencia , la disipada representa la potencia por perdidas en el cobre , ya que son perdidas por calentamiento resistivo en los devanados y son proporcionales a la corriente en los mismos

Un transformador a cortocircuito, las pérdidas en el hierro son despreciables, ya que el voltaje en el primero es muy pequeño y por ende la inducción también, por lo tanto las corrientes parasitas y pérdidas por histéresis serán pequeñas.

Con los transformadores se han podido resolver una gran cantidad de problemas eléctricos, en los cuales si no fuera por estos sería imposible resolver.

Se distinguieron las partes principales de un transformador, como el núcleo magnético y los devanados.

Se conoció que la razón de transformación del voltaje entre el bobinado primario y el segundario depende del número de vueltas que tenga cada uno.

Gracias a los transformadores la distribución de energía eléctrica se ha podido usar y distribuir a las diferentes ciudades del mundo, desde las plantas generadoras de electricidad, independientemente de la generadora.

Se conoció una diferencia fundamental en la construcción de transformadores, la cual depende de la forma del núcleo, el sistema de enfriamiento, o bien en términos de su potencia y voltaje para aplicaciones, como por ejemplo clasificar en transformadores de potencia a tipo distribución.

BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/funcionamiento-de-los-transformadores.