UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

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EL TRANSFORMADOR MONOFSICO

1.- PROBLEMACul es la razn entre la relacin de transformacin "a" con los voltajes primarios y secundarios en un transformador monofsico?Cmo determinar los parmetros del circuito equivalente del transformador monofsico: resistencia RC, reactancia Xm, resistencia equivalente Re y reactancia equivalente Xe?2.- INFORMACIN TERICAEl transformador es una mquina elctrica esttica que convierte la potencia CA de un nivel de voltaje en potencia CA de la misma frecuencia en otro nivel de voltaje.

La relacin de transformacin "a" en un transformador ideal, donde no existe perdidas de potencia, est dada por:(1)

(2)

Dnde:N1 y N2: Nmero de espiras del primario y secundario respectivamente V1 y V2: Voltajes primario y secundario respectivamenteI1 y I2: Corrientes del primario y secundario respectivamente Z1 y Z2: Impedancias del primario y secundario respectivamente

Sin embargo, el concepto de transformador ideal desprecia tres elementos que deben considerarse al evaluar las caractersticas de funcionamiento: 1) Resistencia de los devanados del primario y secundario, 2) Reactancia de dispersin y 3) Prdidas en el ncleo (histresis y corrientes de remolino). Al considerar estos elementos tendremos un trasformados real

Figura 1. Circuito equivalente exacto de un transformador real

Transformador Ideal

Aunque la fig. 1 es un modelo exacto de un transformador, no es la ms utilizada. Normalmente se utiliza los circuitos equivalentes que se muestran en las Figuras 2 y 3, referidos tanto al lado primario como al lado secundario respectivamente.

Para la determinacin de los parmetros del circuito equivalente se realizan los ensayos en circuito abierto y cortocircuito.

a) Ensayo de cortocircuito: Permite determinar Re y Xe, a partir de las mediciones de PCC, VCC, ICC.

(3)

b) Ensayo en circuito abierto: Permite determinar RC y Xm, a partir de las mediciones de V0, I0 y P0:

(4)

Fig. 2. Modelo Equivalente deTransformador referido al primario

Fig. 3. Modelo Equivalente deTransformador referido al secundario

La regulacin de voltaje a plena carga RV es una cantidad que compara el voltaje de salida del transformador en vaco V20 con el voltaje de salida a plena cargaV2pc:

La eficiencia de un transformador puede expresarse por:

3.- HIPTESISDeterminaremos los valores de los parmetros caractersticos del circuito equivalente del Transformador Monofsico, siendo estos Re, Xe, Rc y Xm. Y tambin aprenderemos a realizar las mediciones en el Transformador Monofsico a travs de los mtodos de Ensayo de Vaco y Ensayo de Cortocircuito.

4.- INSTRUMENTOS Y MATERIALES Una fuente CA 0-20 V, 4 A, 60 c/s Un transformador: N1 = 200, 800, 1600; N2 = 100, 400 Un cosmetro (Icos) modelo Polytest 1W Un multmetro Cables de conexin

Fuente de CACables de Conexin

Multmetro

Transformador

5.- DISEO EXPERIMENTAL

Fig. 4. El transformador como elevador y reductor de voltaje

Fig. 5. Prueba en cortocircuito del transformador

Fig. 6. Prueba en circuito abierto del transformador

6.- REALIZACIN DEL EXPERIMENTO Y OBTENCIN DE DATOS

6.1.- El transformador como elevador y reductor de voltajeInstalar el circuito de la figura 4 y ajustar la fuente de voltaje alterno Vf = 10 VAC, luego para los valores de N1 y N2 que se indican en la TABLA 1 medir V2.Tabla 1

N1N2AV1 (Voltios)V2 (Voltios)V1/V2

ELEVADOR10020010220.45

40080010210.48

REDUCTOR16004004102.44.17

80040021052

6.2.- Pruebas del transformadorPara esta prueba considere un transformador reductor de 800/100 vueltas, 96/12 VAC y Potencia Aparente S = 9.6 VA.

6.2.1.- Prueba en cortocircuito (lado de alta tensin)Con la fuente Vf al mnimo, instalar el circuito de la figura 5, con el Polytest en modo de ampermetro, elevar Vf hasta que el ampermetro marque la corriente nominal del lado de alta tensin del transformador Icc = 0.1 A, enseguida cambiar el selector del Polytest al modo cosmetro (para la instalacin del cosmetro consulte con el profesor de prctica), anotar Icos as como la tensin medida en el voltmetro VCC, y completar la Tabla 2. La potencia en cortocircuito es PCC = (VCC)(Icos).Tabla 2: Prueba en Cortocircuito

Icc (A)Vcc (Voltios)Pcc(VATIOS)Re()Xe()

0.19.30.4656046.580.5

6.2.2.- Prueba en circuito abierto (lado de baja tensin)Con la fuente Vf al mnimo instalar el circuito de la figura 6, con el Polytest en el modo de corriente, luego elevar Vf hasta que el voltmetro marque el voltaje nominal del lado de baja tensin del transformador V0 = 12 VAC y medir la intensidad de corriente I0. Cambiar el selector del Polytest al modo Icos y medir esta corriente. Completar la Tabla 3. La potencia en cortocircuito abierto es P0 = (V0)(Icos)Tabla 3: Prueba en Circuito Abierto

Vo(V)Io(A)Po(VATIOS)Rc()Xm()

120.614.39253.1332.824.6

NOTA: Los datos de color rojo han sido obtenidos durante la realizacin del presente experimento y los de color azul a partir de los del experimento.

7.- ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS

7.1.- Para los datos de la tabla 1, verifique la ecuacin (1) Existe discrepancias? Explique.Con la ecuacin de un transformador ideal:

La relacin de transformacin vara por escaso margen, por ejemplo de 0.5 a 0.48; esto corrobora la teora, ya que esta frmula es vlida si no se toma en cuenta las prdidas de flujo en el aire, as como la resistencias en el cobre del transformador y las corrientes parsitas.

7.2.- Usando los datos de la Tabla 2, y la ecuacin (3) determine Re y Xe.

Hallando PCC:

PCC = VCC IcosPCC = 9.3 x 0.05 = 0.465 VA

Luego entonces:

Ahora determinaremos la impedancia equivalente:

Por lo tanto: (5)

7.3.- Usando los datos de la Tabla 3, y la ecuacin (4) determine Rc y Xm.

Hallando P0:P0 = V0 IcosP0 = 12 x 0.366 = 4.392Luego entonces:

Ahora determinaremos la impedancia equivalente:

Por lo tanto: (6)7.4.- Dibujar los circuitos equivalentes del transformador ensayado en la prctica, referido al primario y al secundario, indicando los valores de todos sus parmetros.

Modelo Equivalente deTransformador referido al primario

Modelo Equivalente deTransformador referido al secundario

7.5.- Para el transformador ensayado en la prctica, calcular la regulacin de voltaje a plena carga RV, y su eficiencia ; para un factor de potencia en atraso 0.8.Primero hallaremos RV:

Isnominal A ; F.P. = 0.8 en retraso Is

Ahora hallaremos la eficiencia:

Por lo tanto la eficiencia es:

8.- CONCLUSIONES El rendimiento del transformador se debe a que ste no se encontr en buenas condiciones, ya que solo obtuvimos un 61.2%. Lo cual no corrobora la teora que dice que un transformador en buenas condiciones debe dar una eficiencia mayor a 90%. En los circuitos equivalentes se ve que las impedancias formadas por Xm y Rc son pequeas en comparacin de la formada por Xe y Re, debido al mal estado del transformador desgastado por su uso. Cuando se contrast la teora del transformador ideal con las mediciones de laboratorio, hubo una pequea diferencia en los valores de la relacin de transformacin esto es explicado al no tener en cuenta la dispersin del flujo, la resistencia del flujo y las corrientes parsitas, adems de la imprecisin de instrumentos en las mediciones. La razn de transformacin a del transformador como elevador siempre es menor que 1; mientras que la razn de transformacin a del transformador como reductor siempre es mayor que 1. Logramos determinar los parmetros del circuito equivalente del transformador utilizado en el experimento (ver ecuaciones 5 y 6).

9.- TRANSFERENCIA1.- Realiza una revisin bibliogrfica de las principales aplicaciones del transformadorTanto en materia de electricidad industrial y comercial como en radiotelefona, telefona, televisin y electrnica en general, encuentra el transformador un campo de utilizacin. Un caso significativo es el de los sistemas de potencia en los que hace posible que la generacin, transporte y consumo de energa elctrica se realicen a tensiones ms rentables en cada caso. El transporte resulta ms econmico cuando ms alta sea la tensin ya que la corriente y la seccin de los conductores son menores.Los transformadores tienen mucha importancia en nuestra vida cotidiana ya que todos los aparatos elctrico tienen o dependen de un transformador para su funcionamiento por ejemplo sin los transformadores no podramos recargar los celulares y ni siquiera podramos prender el estreo o la televisin.

TRANSFORMADOR ELEVADOR DE VOLTAJESon empleados por empresas transportadoras elctricas en las subestaciones de la red de transporte de energa elctrica, con el fin de disminuir las prdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energa elctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilizacin.TRANFORMADOR DE AISLAMIENTOProporciona aislamiento galvnico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentacin o seal "flotante". Suele tener una relacin 1:1. Se utiliza principalmente como medida de proteccin, en equipos que trabajan directamente con la tensin de red. Tambin para acoplar seales procedentes de sensores lejanos, en equipos de electro medicina y all donde se necesitan tensiones flotantes entre s.TRANSFORMADOR ESTABILIZADOR DE TENSINEs un tipo especial de transformador en el que el ncleo se satura cuando la tensin en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensin en el secundario quedan limitadas. Tena una labor de proteccin de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha cado en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensin electrnicos, debido a su volmen, peso, precio y baja eficiencia energtica.

2.- Se puede usar un transformador de 50 Hz en un sistema de 60 Hz?En transformadores, supngase de la misma capacidad. Si el fabricante lo hace para 50 Hz, utiliza ms cobre (mas espiras y lo tiene que hacer ms robusto-17% ms), por tanto se incremente las prdidas en el cobre. Pero en 60 Hz se incrementa las corrientes parsitas y el fenmeno de histresis por tanto se incrementan las prdidas en el ncleo.En teora al trasformador no le pasa nada funcionalmente, lo que "sufre" es el dispositivo que est conectado a l, especficamente cargas inductivas de corrientealterna. Y como regla general contra mayor es la frecuencia, menor debe ser el tamao deltransformadorpara un mismo rendimiento

La respuesta es que, S lo puedes conectar, y el resultado que obtendrs es que el rendimiento ser diferente, es probable que se caliente. El voltaje que obtendrs va a ser menor, porque depende de la frecuencia de operacin, a menor frecuencia menor voltaje de salida en este caso.

3.- Por qu se oye un zumbido cuando estamos cerca de un gran transformador de potencia?El campo magntico, crea un fenmeno denominado "magnetostriccin" que no hace otra cosa ms que poner a vibrar las capas metlicas presentadas en el transformador del ncleo. Es importante mencionar que mientras ms anillos tenga nuestra bobina y que la corriente sea mayor; el sonido es ms grande ya que el campo magntico tambin lo es. Al sumergir las bobinas en sustancia liquida (liquido dielctrico) el sonido disminuye pero aun as se escucha.

LABORATORIO DE MQUINAS ELCTRICAS I