DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRÓNICACARRERA DE INGENIERÁ MECATRÓNICA

ASIGNATURA: MÁQUINAS ELÉCTRICAS

LABORATORIO No. 2

Tema de la práctica: TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

Realizado por: ORLANDO CAIZA

OBJETIVO GENERAL:

Conocer el funcionamiento y el comportamiento de un transformador monofásico y de que está compuesto y su funcionamiento.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Analizar la gráfica obtenida Identificar las principales características entre el primario y secundario Medir las diferentes tensiones de voltaje del transformador.

MARCO TEORICO:

Transformador Monofásico

Los transformadores son máquinas estáticas que se utilizan para variar los valores de tensión (V) e intensidad (I) en C.A.

Son utilizados en las líneas de transporte y distribución para elevar o reducir los valores de tensión eléctrica

Supongamos un arreglo como en el da la Figura (a), en el cual en una trayectoria cerrada de sección S y longitud L de material ferromagnético de permeabilidad infinita, al que llamaremos NÚCLEO, inmerso en un medio de permeabilidad magnética despreciable, bobinamos al menos dos bobinas a las que llamaremos PRIMARIO, SECUNDARIO, TERCIARIO... etc., de material conductor de resistencia nula con N1 y N2 vueltas en un sentido tal que de acuerdo a la ley de Lenz las tensiones por una lado y las corrientes por el otro tienen valores positivos con la polaridad indicada en el diagrama equivalente de la Figura (b), por lo que también se puede decir que las tensiones por un lado como las corrientes por el otro están en fase. Las tensiones y

corrientes en el dominio del tiempo son sinusoidales perfectas por lo que en el diagrama se representan a través de sus fasores.

Al establecerse las corrientes, tensiones y flujo magnético indicadas y teniendo en cuenta la idealidad del circuito magnético (permeabilidad infinita) se puede escribir de acuerdo a la ley de Faraday y de Ampere que:

A la relación N 1

N 2

=n se le denomina RELACION DE VUELTAS, mientras que a la

relación V 1

V 2 se le denomina RELACION DE TRANSFORMACION, estos parámetros

son fundamentales. Obsérvese que en el transformador monofásico la relación de vueltas coincide con la relación de transformación. La relación de transformación indica la capacidad del transformador en modificar el valor eficaz de las tensiones a un lado y otro del transformador. Si aplico una fuente de tensiona V1 del lado 1, tendré entonces

una tensión V 2=V 1

n del lado 2 con lo cual según el valor de n podre modificar como

quiera el valor de la fuente primaria. Análogamente si por el lado 2 circula una corriente

I2 entonces necesariamente por la lado 1 deberá circular una corriente I 1=I 2

n

Luego se concluye fácilmente que en un transformador ideal se cumple que:

Si la tensión en un bobinado es nula, entonces necesariamente también lo será en el otro.

Si la corriente en un bobinado es nula, entonces necesariamente también lo será en el otro.

Supongamos ahora que multiplicamos las relaciones de corrientes con las de tensiones, se obtiene que:

Entonces la potencia aparente de entrada es idéntica a la potencia aparente de salida del transformador con lo cual son iguales las potencias activas entre si así como las reactivas.

Supongamos ahora que configuramos el circuito eléctrico de la figura. Se cumple que: V 2=Z∗I 2 por tanto V 1=n∗Z∗I 2 . Pero también se cumple en el transformador que I 2=I 1∗n por lo que V 1=n2∗Z∗I1, luego:

V 1

V 2

=n2∗Z

Por lo que la impedancia vista por la fuente es n2∗Z .En consecuencia: una impedancia en un lado del transformador ideal presenta un valor que se ajusta en proporción directa al cuadrado de la relación de vueltas en el otro lado del transformador.Obsérvese que como la relación de vueltas es un “real” y recordando que el argumento de Z es el desfasaje entre la corriente y tensiones aplicadas, concluimos que el desfasaje entre tensiones y corrientes primarias es idéntico al desfasaje entre tensiones y corrientes secundarias en un transformador ideal.

Curva de Magnetización

La curva de magnetización o también conocida como “Curva de Histéresis de Magnetización” el cual es el resultado de magnetizar un materia, las características principales que esta curva tomara serán que al principio, la magnetización requerirá un esfuerzo eléctrico, el cual se definió como zona reversible; pasado este punto, la magnetización se producirá de una forma muy proporcional, denominado como zona lineal. Y finalmente, ya cuando la curva llega a un punto en donde no se podrá magnetizar más el material y será casi constante su inducción, esta fase de la curva se denomina como punto de inducción de saturación o también conocido como zona de saturación.La curva de magnetización de un material ferromagnético es aquella que representa el magnetismo en el material como función de la fuerza magnetizante.

Estas curvas se obtienes debido a que la permeabilidad de los materiales ferromagnéticos no es constante, entonces, para ilustrar el comportamiento de la permeabilidad de un material ferromagnético se aplica una corriente continua al núcleo que se ilustra en la figura 1, iniciando con 0 A y subiéndola lentamente hasta la máxima

corriente permitida. Cuando el flujo producido en el núcleo se pone en contra de la fuerza magneto motriz que lo produce, el plano resultante luce como la figura 4a. Este tipo gráfico se llama curva de saturación o curva de magnetización.

De la gráfica se observa que

Al principio un pequeño aumento en la fuerza magneto motriz produce un enorme aumento en el flujo resultante. Después de cierto punto, los subsiguientes aumentos en la fuerza magneto motriz, producen relativamente poco aumento en el flujo. Finalmente, un aumento en la fuerza magneto motriz casi no produce cambio alguno.

La región de la curva de magnetización en que la curva se aplana se llama región de saturación y se dice, entonces que el núcleo está saturado. En contraste, la región donde el flujo cambia muy rápidamente se llama región no saturada de la curva y se dice que el núcleo no está saturado. La zona de transición entre la región no saturada y la saturada, en ocasiones se llama la "rodilla" de la curva.

En la figura 4b y 4c se muestran otros gráficos estrechamente relacionados con el anterior. El gráfico 4b ilustra un gráfico de densidad de flujo magnético B contra intensidad magnética H. El 4c ilustra un gráfico de enlace de flujo l contra intensidad de corriente i.

El núcleo debe hacerse funcionar en la región no saturada de la curva de magnetización debido a que el flujo resultante debe ser proporcional, o aproximadamente proporcional, a la fuerza magneto motriz aplicada

EQUIPO UTILIZADO:

Fuente de Poder TF-123 Fuente de poder PS-12 Voltímetro analógico 120/220 AC Amperímetro AC de 2.5 A

Transformador Monofásico TT91 Transformador Monofásico TR-13

3. PROCEDIMIENTO:

3.1 En base a las características nominales especificadas en la placa del Transformador complete la siguiente tabla:Ord Característica1 S nominal 1000 VA2 V primario 120 V3 V secundario 90 V4 I primaria 8,6 A5 I secundaria 8,4 A6 F de trabajo7 fp 1

Conectar el secundario del trasformador, 1 y 2 en serie, 3 y 4 en serie, y luego estos conectarle en paralelo para que el trasformador entregue el mismo voltaje que el de la entrada, como se indica en el siguiente gráfico.

Procedimos armar el circuito 1 que se indica en la siguiente figura.

Prendimos la fuente de poder y fuimos subiendo el voltaje 1 en intervalos de 20 en 20 desde 0 hasta 192 conectado en voltaje de línea y en cada voltaje anotamos el valor de la corriente A1, luego al llegar a 192 comenzamos a bajar el voltaje en los mismos intervalos y a realizar la medición de la corriente I1 hasta llegar al voltaje en 0.

Armamos el circuito 2 que se indica en la figura.

R

S

V1

I1

V2

Calculamos la máxima corriente del trasformador con las características del mismo:

S=V∗I

I= SV

I=1000115

I=8.7 [A ]

Calculamos el 20%, 30% y el 50% de la corriente máxima obtenida de los cálculos.

Aumentamos el voltaje hasta llegar a dicha corriente y anotamos el valor del voltaje necesario para dicha corriente.

DATOS DE LA PRÁCTICA:

V1 [v] V2 [v] I [mA] I [A]0 0 0 0

20 20 20 0,0240 40 90 0,0961 61 125 0,12580 80 160 0,16

100 101 260 0,26120 122 420 0,42140 140 670 0,67160 160 1100 1,1180 180 2400 2,4190 190 3750 3,75

Datos de corrientes en el circuito 2Porcentaje 20% 30% 50%Corriente Calculada [A] 1.74 2.61 4.35Voltaje Medido [V] 3 3.9 5.6

CUESTIONARIO:

R

N

V1

I1

1.- Para cada paso de medición calcule el índice de relación de tensiones V1/V2 y la potencia de entrada S1

V1 [v] V2 [v] I [mA] I [A] V1/V2 S1 [VA]0 0 0 0 0

20 20 20 0,02 1,00 0,440 40 90 0,09 1,00 3,661 61 125 0,125 1,00 7,62580 80 160 0,16 1,00 12,8

100 101 260 0,26 0,99 26120 122 420 0,42 0,98 50,4140 140 670 0,67 1,00 93,8160 160 1100 1,1 1,00 176180 180 2400 2,4 1,00 432190 190 3750 3,75 1,00 712,5

2.1 Realizar la gráfica de V2 función V1, I1 función V1, V1/V2 función I1 , S1 función V1 del circuito 1 y realizar el análisis de los cada caso.

Se puede observar que el voltaje en el primario es aproximado al del secundario por la relación 1:1 que tenia nuestro transformador

Podemos observar en la gráfica que obtuvimos de los datos tomados que el voltaje V1 es directamente proporcional a la corriente I1 debido que mientras aumenta el voltaje, aumenta la corriente y si disminuye el voltaje de igual manera la corriente.

00.02

0.090.125

0.160.26

0.420.67 1.1 2.4

3.750

20406080

100120140160180200

Gráfica I1-V1

Series1

Podemos observar en la gráfica que obtuvimos de los datos de la relación voltaje V1/V2 hace que la corriente crezca mientras mas grande es la relación la corriente aumenta.

Podemos observar en la gráfica que obtuvimos de los datos tomados que el voltaje S1 es directamente proporcional a la corriente V1 por el voltaje debido que mientras aumenta el voltaje, aumenta la potencia y si disminuye el voltaje de igual manera la la potencia.

Observamos que obtenemos la curva de magnetización y que al conectar una carga al lado secundario del transformador obtenemos que a voltajes altos obtenemos corriente pequeñas, siempre y cuando se esté conectando una carga.

3.- Realizar el análisis del cortocircuito.

Observamos que cuando realizamos un cortocircuito en el secundario obtenemos las corrientes máximas en el transformador, pero obtenemos voltajes mínimos, es lo contrario a cuando se coloca la carga. Esto se debe que cuando realizamos un cortocircuito sabemos que circula la corriente máxima por dicho cable pero el voltaje se aproxima a cero debido a la alta corriente que circula por dicho conducto. Observamos que para que no se queme el trasformador solo le hacemos funcionar con un 50% para que la corriente que circula no sea mayo al que soporta el transformador y se queme.

CONCLUSIONES.

0 0.4 3.67.625

12.8 2650.4

93.8 176432

712.50

40

80

120

160

200

Gráfica S1-V1

S1-V1

1.001.00

1.001.00

0.990.98

1.001.00

1.001.00

00.5

11.5

22.5

33.5

4

Gráfica V1/V2-I1

Series1

Axis Title

Observamos que cuando tenemos una carga al secundario obtenemos voltaje altos pero corriente pequeñas.

Al conectar el secundario en cortocircuito obtenemos que existes corrientes máximas pero voltaje muy pequeños.

Que para no quemar a un transformador que se conecte en cortocircuito hay que trabajar con el 50% de la capacidad del transformador, debido que hay circulación de la corriente máxima por dicho cable.

BIBLIOGRAFÌA:

http://www.inta.es/descubreAprende/htm/accion6.htm http://www.fing.edu.uy/iie/ense/asign/introelec/Documentos/Teorico/

ApuntesIntroParte2.pdf http://www.lhusurbil.com/sep/euskera/u07a01/a.htm http://patricioconcha.ubb.cl/transformadores/materiales_ferromagneticos.htm