1) Objetivos. a) Objetivo principal. Definir el comportamiento del transformador monofásico al aplicarle diferentes tipos de carga en el devanado secundario. b) Objetivos secundarios. - Determinar el correcto manejo de los bancos de resistencias, capacitancias e inductancias. - Construir graficas que representen los valores obtenidos del transformador. - Analizar las gráficas obtenidas. - Comparar las gráficas entre sí para determinar sus semejanzas y diferencias. - Determinar nuevos datos calculados a partir de los ya obtenidos. 2) Marco teórico. La carga aplicable a un transformador puede ser de varios tipos de configuración RLC, para el estudio se analizará con cargas fundamentales de cada tipo, es decir con carga resistiva (R), carga inductiva (L) y carga capacitiva (c) por separado, cada una de ellas se comporta de manera muy diferente a las demás. Tomando en consideración que la fuerza electromotriz (E2) que se induce en el secundario, está determinada por la suma vectorial del voltaje de utilización (v) más la caída de voltaje interna (ec) producida por los propios bobinados la cual es siempre constante. Dicha caída, tiene un desfase con respecto a la corriente que varía de acuerdo a la carga. a) Transformador monofásico con carga resistiva (R). La resistencia es el componente más pasivo que existe, si cruza una corriente alterna a través de ella, las variaciones no influyen demasiado en su comportamiento. Al aplicar carga resistiva al transformador, la intensidad (corriente) de la carga se mantiene en fase con el voltaje de utilización (v), al circular corriente por los bobinados se produce la caída interna (ec) que esta adelantada en un ángulo “x” con respecto a la intensidad (corriente). Vectorialmente esto se representaría de la siguiente manera: ⃗⃗⃗⃗⃗
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⃗⃗⃗
b) Transformador monofásico con carga capacitiva (C). Cuando se aplica carga capacitiva a un transformador, la corriente (I) en la carga se adelanta 90º con respecto al voltaje, esto quiere decir que la corriente se desfasa hacia adelante 90º con respecto al voltaje de utilización (V). Tomando en cuenta este desfase, se obtiene la caída interna (ec) del transformador (caída de voltaje). Vectorialmente podemos representar como sigue: ⃗⃗⃗⃗⃗
⃗
⃗⃗⃗
La resistencia que ofrece el capacitor lo calculamos de la siguiente forma.
c) Transformador monofásico con carga inductiva (L). Cuando a un transformador eléctrico se le aplica una carga inductiva, la corriente en la carga se atrasa con respecto al voltaje de utilización. El ángulo de la corriente respecto al voltaje de utilización varía de acuerdo a las características del bobinado de la carga. Como la caída de voltaje interno y la caída de voltaje en la carga tienen el mismo origen, se puede asumir que los desfases son similares, por esta razón tienen la misma dirección. ⃗⃗⃗⃗⃗
⃗
⃗⃗⃗
La resistencia que ofrece el inductor lo calculamos de la siguiente forma. Debido a los desfases que se da tanto en corrientes como en voltajes, la potencia cambia también vectorialmente. En el caso de la carga resistiva tendremos una
Potencia real o activa, en cambio con la carga capacitiva se presentará una potencia reactiva negativa (hacia abajo), mientras que en el caso de la carga inductiva se presentará una potencia reactiva positiva (hacia arriba).
3) Práctica. a) Equipo de medición. - Fuente de poder TF-123 - Fuente de poder PS-12 - Voltímetro analógico 120/220 AC - Amperímetro AC de 6 A - Transformador monofásico TT91 - Transformador monofásico TR-13 - Bancos de resistencias TB-40 y 3 PHASE RHEOSTAT - Bancos de inductancias TB-41 y LI22 - Bancos de capacitancia TB-42 y LC32 - Vatímetro 150W - Interruptor TO30 b) Realizar el siguiente circuito con las cargas de los bancos de resistencias, capacitores e inductancias.
c) Con el banco de resistencias como carga, tomar los datos medidos con pasos de 10. Resistencia R V1 I1 P1 I2 V2 119 1,5 160 1,60 92,00 118 1,6 170 1,80 92,00 118 1,7 185 2,00 91,00 118 1,85 200 2,20 92,00 117 1,95 220 2,40 91,00 117 2,1 230 2,60 91,00 116 2,25 245 2,80 90,00 116 2,4 260 3,00 90,00
d) Con el banco de inductancias como carga, tomar los datos medidos con cada valor posible. Inductancia L V1 I1 P1 I2 V2 119 0,5 10 0 94 119 1 20 0,9 94 118 1,36 20 1,4 94 117 1,8 25 2,1 92 117 2,25 30 2,7 92 117 2,7 35 3,3 92
e) Con el banco de capacitancias como carga, tomar los datos medidos con cada valor posible. Capacitancia C V1 I1 P1 I2 V2 118 0,33 5 0,2 94 118 0,74 5 1,1 96 120 1,2 5 1,7 96 120 1,35 10 2 97 120 1,3 10 2,7 97 120 2,24 15 3,2 97 121 2,65 15 3,7 97
4) Cuestionario. a) Realizar un solo gráfico con las características de regulación del transformador monofásico para las cargas resistiva, inductiva y capacitiva.
b) Analizar la regulación general y con cada una de las cargas R, L y C. Al presentar una carga en el lado secundario del transformador, se presentará lo que se conoce como caída de tensión, la diferencia entre el voltaje nominal y el voltaje con carga será nuestra regulación. En el caso de la carga resistiva podemos apreciar que existe una gran caída de tensión, esto es debido a que este tipo de cargas absorben lo que es la potencia activa o real. En el caso de la carga inductiva vemos que existe una caída de tensión un poco menor a la carga resistiva, además de constante, esto es debido a que la carga consume la potencia reactiva, mas únicamente un poco de la potencia activa debido a la resistencia de los bobinados. Y finalmente en el caso de la carga capacitiva, vemos que la regulación se reduce a la par que vamos aumentando el valor del capacitor, esto se debe a que el capacitor brinda potencia aparente, y esta influye levemente en el voltaje del bobinado secundario. c) Determinar y graficar la potencia reactiva, y el factor de potencia con los datos obtenidos en cada medición. P1
S 160 170 185 200 220 230 245 260
P1
S 10 20 20 25 30 35
P1
S 5 5 5 10 10 15 15
Resistencia R Q fp 147,2 0 1 165,6 0 1 182 0 1 202,4 31,0766794 0,550242 218,4 0 1 236,6 55,4937834 0,56356205 252 58,9830484 0,56346506 270 72,8010989 0,57109024
Inductancia L Q fp 33 31,4483704 -0,98747977 84,6 82,2019464 -0,46389687 131,6 130,071365 0,95627296 193,2 191,575677 0,12564865 248,4 246,581751 -0,41324834 303,6 301,575795 -0,73135325 Capacitancia C Q fp 18,8 18,1229137 -0,81480281 105,6 105,481562 -0,64394823 163,2 163,123389 0,33981752 194 193,742097 0,85229232 261,9 261,709018 0,49126157 310,4 310,037353 -0,26960333 358,9 358,586405 0,35668937
5) Conclusiones. - Los bancos de resistencias, capacitancias e inductancias son elementos de cuidado, una mala conexión con la fuente puede resultar en daños materiales. - Mediante las gráficas obtenidas es posible visualizar como el transformador actúa de diferente forma dependiendo del tipo de carga aplicada. - Al aplicar carga a un transformador se da una caída de tensión, la cual está relacionada con la regulación. - La potencia medida corresponde a la potencia real o activa, para hallar las otras potencias debe aplicarse formulaciones. 6) Recomendaciones. - Al terminar una conexión, revisarla por lo menos un par de veces para confirmar que está correctamente armada. - Tomar el mayor número de datos posibles al medir para obtener una gráfica más exacta. - Poner siempre en el diseño de conexión un interruptor extra como protección. 7) Bibliografía. - Varios autores (2008). Transformador con carga resistiva. http://www.unicrom.com/Tut_transformador_carga_resistiva.asp. Extraído el 15 de octubre del 2013 desde Unicrom. - Varios autores (2008). Transformador con carga capacitiva. http://www.unicrom.com/Tut_transformador_carga_capacitiva.asp. Extraído el 15 de octubre del 2013 desde Unicrom. - Varios autores (2008). Transformador con carga inductiva. http://www.unicrom.com/Tut_transformador_carga_inductiva.asp. Extraído el 15 de octubre del 2013 desde Unicrom. - Dr. Ing. Mario Guillermo Macri (2010). Transformador monofásico con carga. http://www3.fi.mdp.edu.ar/maquinaselectricas/Teorias%20PDF/MEI/PDF%20Presentaciones%20en%20Impress%20(.od p)/T02-Transformador%20monof%E1sico%20en%20carga.pdf. Extraído el 15 de octubre del 2013 desde Intranet, facultad de ingeniería.
