Trasformadores Trasformad ores y Maquinas DC. Lab. N° 03.
LABORATORIO N° (03) “EL AUTOTRANSFORMADOR”
CARRERA CICLO SECCIÓN DOCENTE CURSO ALUMNOS
: TECNOLOGÍA MECÁNICA ELÉCTRICA. : III : “B”
: BENITES JARA PEDRO PABLO. : TRANSFORMADORES Y MAQUINAS DC. : ✓ TURPO CASTILLO ELMER. CÉSAR. ✓ VILCHEZ SILVA JULIO CÉSAR.
FECHA DE ENTREGA: 06/10/2017 2017 II –
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TECSUP – TRUJILL TRUJILLO O 2017 II
Trasformadores Trasformad ores y Maquinas DC. Lab. N° 03.
OPERACIÓN DE TRANSFORMADORES Y MÁQUINAS DC
Laboratori Laboratorio o3 “EL AUTOTRANSFORMADOR”
2017-II 2
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Trasformadores Trasformad ores y Maquinas DC. Lab. N° 03. “
I.
EL AUTOTRANSFORMADOR
”
OBJETIVOS: ✓
Determinar la polaridad instantánea en los devanados del transformador. ✓ Aprender cómo se conectan conectan los devanados devanados del transformador en serie y paralelo. ✓ Reconocer las características características físicas de un autotransformador. autotransformador. verificar el funcionamiento del autotransformador. autotransformador. ✓ Conectar y verificar
II.
FUNDAMENTO TEORICO:
1. Marcas de Polaridad Dos o más terminales de los devanados (bobinas) tienen la misma polaridad cuando las corrientes que entran simultáneamente por los terminales producen flujos que son concurrentes. La polaridad de los devanados de un trasformador es importante cuando se pretende asociar las fases entre ellos, para poder determinar la polaridad, colocamos dos o más bobinas en serie, dependiendo de cada una, tendremos la suma o diferencia de las tensiones instantáneas inducidas en ellos. Dos bobinas para producir flujos concordantes tienen que tener la misma polaridad. El método consiste en marcar un punto arbitrario, los otros puntos serán marcados a partir de la 1ª bobina. Los puntos indican los terminales por los cuales deben entrar las corrientes para producir p roducir flujos concordantes. Se debe energizar el sistema y tomar lecturas del voltaje, las cuales pueden conducir a dos alternativas: ✓
Si el voltaje Vx tiene un valor igual a V1 + V2, entonces entonces las marcas serán: Diagonales. ✓ Si el volta je Vx tiene un valor igual a V1 − V2, entonces las marcas serán: Co-lineales.
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Figura 1.a: Determinación de las Marcas de Polaridad de un transformador.
Figura 1.b: Determinación de las Marcas de Polaridad de un transformador. 2. CONEXIÓN DE LOS DEVANADOS DE LOS TRANSFORMADORES. a. Primario en Serie, Secundario en Serie En este tipo de conexión, los voltajes primarios deben ser iguales para que de esta manera el voltaje V1, se divida de manera en los voltajes primarios, es decir V1,T1=V1,T2=V1/2, el voltaje V2 sería la suma de los voltajes secundarios. En esta conexión, la corriente que circula por los devanados primarios es I 1 y por los devanados secundarios es I 2.
T1
I1
V2,T1
V1,T1
V1
I2
V2
T2 V1,T2
V2,T2
Figura 2. Conexión Serie / Serie b. Primario en Serie, Secundario en Paralelo Para este tipo de conexión se debe cumplir que ambos transformadores tengas los mismos voltajes primarios y secundarios, es decir, misma relación de transformación y que las impedancias de los transformadores sean necesariamente iguales para que la corriente que aporten cada devanado secundario sean iguales. i guales.
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T1
I1
I1,T1
I2
V2,T1
V1,T1
V2
T2
V1 V1,T2
V2,T2
I2,T2
Figura 3. Conexión Serie / Paralelo c. Primario en Paralelo, Secundario en Serie. Para esta conexión los transformadores deben tener necesariamente los mismos voltajes primarios, la corriente que circula por I 1,T1 y I1,T2 serán iguales. I1
I1,T1
T1 V2,T1
V1,T1
V1
I1,T2
I2
V2
T2 V2,T2
V1,T2
Figura 4. Conexión Paralelo / Serie d. Primario en Paralelo, Secundario en Paralelo. Los requisitos mínimos necesarios para este tipo de conexión es que los transformadores tengan el mismo voltaje primario y secundario ( Misma relación de transformación ). I1
I1,T1
T1
I1,T2 V1,T2
I2
V2,T1
V1,T1
V1
I1,T1
V2
T2 V2,T2
I2,T2
Figura 5. Conexión Paralelo/ Paralelo 5
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Lo ideal es que, en todas las conexiones, los transformadores tengan la misma impedancia de cortocircuito, de no ser así es necesario evaluar los parámetros eléctricos que soportarán los devanados para no superar sus valores nominales .
3. EL AUTOTRANSFORMADOR. Estos dispositivos se construyen con el mismo núcleo que los transformadores, pero con un solo devanado y una conexión intermedia. Los autotransformadores al igual que los transformadores pueden ser: Reductores U2 < U1 Elevadores U2 > U1
• •
Figura 6: El autotransformador 4. EL AUTOTRANSFORMADOR DE REGULACION. Son dispositivos empleados para obtener una tensión variable mediante un sistema capaz de ir poniendo en conexión las diferentes espiras del bobinado principal. Se construyen con contactos deslizantes o con contactos fijos seleccionados mediante un conmutador múltiple rotativo.
Figura 7: Autotransformador de Regulación. 6
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5. EL AUTOTRANSFORMADOR EN VACIO Trabaja en vacío cuando está conectado el primario y el circuito secundario está abierto. En este caso, al igual que en el transformador, circula por el devanado primario, una corriente I 1 para mantener el flujo en el circuito magnético.
Figura 8: Autotransformador en vacío. La relación de transformación será:
r t
N 1 N 2
E 1
E 2
6. EL AUTOTRANSFORMADOR CON CARGA Trabaja con carga, cuando el secundario suministra una corriente, es decir cuando se le ha conexionado una carga. Entonces el primario absorbe de la red una corriente mayor que la de vacío, manteniéndose la relación.
r t
N 1 N 2
I 2 I 1
Figura 9: Autotransformador con carga. 7
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III.
EQUIPOS Y MATERIALES
Cantidad 01 01 01 05 01 Varios
Descripción Fuente de alimentación Autotransformador Vatímetro digital Multímetro digital Módulo resistivo Conductores de conexión
Marca Lab Volt
Modelo 8821-27
Observación Buen estado Buen estado Buen estado Buen estado Buen estado Buen estado
EN ESTE ESTE LABORATORIO LAB ORATORIO TRAB TRABAJ AJARÁ ARÁ CON TENSIONES PELIGROSAS. NO MODIFIQUE NI HAGA NINGUNA OTRA CONEXIÓN, SALVO QUE SU PROFESOR LO AUTORICE. ANTES DE ENERGIZAR, SOLICITE SOL ICITE LA AUTORIZACIÓN AUTORIZA CIÓN A SU PROFESOR.
IV.
PROCEDIMIENTO
En este tercer laboratorio realizamos las siguientes actividades.
Acti Ac ti vidad vi dad N°(01), (Iden ti fi cac ió n de d e marcas mar cas de pol p ol ari dad) dad ) Paso 1. primeramente, marcar los transformadores proporcionados por el profesor como T1 y T2. Paso 2. Seguidamente escoger el transformador marcado con T1 y realizar un puente entre un terminal del primario y un terminal del secundario, colocar una marca en el lado donde no se ha realizado el puente, tal como la figura 10.
Figura 10. 8
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Paso 3. Conectar el lado primario a su tensión nominal. V1
V2
20V ✓
10.1V
Vx 30.03V
De acuerdo con el resultado obtenido, en qué lado del secundario colo caría la marca de polaridad, ¿En ¿En el lado del puente o en el lado lib re? ❖
Se colocaría en el lado del puente se marcaria, debido a que este está en diagonal y el resultado fue la suma de los voltajes V1 + V2.
Paso 4. luego repetir los pasos anteriores para el transformador T2. Los resultados que pudimos obtener esta en paralelo ya que el voltaje nos salió 9.96, se puede afirmar que el trafo es sustractivo su polaridad es la misma.
Acti Ac ti vidad vi dad N°(02). Con exi ón de un u n t r ansfo ans form rm ador. ado r. Paso 1. Realizar la conexión de la figura 2, 4 y 5 y anotar los resultados, tener cuidado con las marcas de polaridad, consider ar ar el valor de R = 629 Ω para todos los casos.
Conexión Paralelo /Serie
Conexión serie / paralelo
V1
220 V
220 V
V2
220 V
55.6 V
I1
0.046 A
0.354 A
I2
0.046 A
0.09 A
V1T1
220 V
220 V
V1T2
220 V
220 V
V2T1
110 V
110 V
V2T2
110 V
110 V
❖
De acuerdo con los resultados obtenidos podemos observar al conectar paralelo el primario y serie el secundario se logra obtener un t rasformador de aislamiento.
❖
Comente los resultados obtenidos de la conexión serie/paralelo podemos decir que se obtuvo un trasformado reductor en la cuarta parte con respecto al primario.
.
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a. Conexión Conexi ón Paralelo /Serie Se puede decir que es un trasformador fue de aislamiento, debido a que a que la corriente del primario es igual a la del secundario y el voltaje es el mismo en la entrada y en la salida.
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b.
Conexión serie / paralelo
En un trasformador reductor debido a que es la cuarta parte con respecto al primario.
Actividad N° (03) Autotransformador Paso 1. Primeramente, realizamos el siguiente circuito que se muestra, conectando una resistencia de 880 Ω conectado en paralelo una resistencia de 4400//1100 Ω.
Paso 2. Seguidamente procedimos a realizar las mediciones e induciendo al circuito realizado un voltaje de entrado de 220 V y el voltaje de salida fue de 322 V.
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Paso 3. Identifique las conexiones del autotransformador con la ayuda de un multímetro.
Figura 11
Paso 4. Seguidamente Implementar el circuito de la figura f igura 3.
Figura 12 Paso 5. Luego alimentar el autotransformador con su tensión nominal y los valores obtenidos anotamos en la siguiente tabla.
V1 220
V2 321.8
I1 0.37
220 voltios / 880 = 0.37 4400//1100 = 880
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Paso 6. Seguidamente con los resultados anteriores calcular la relación de transformación del autotransformador :
rt 0.68
Paso 7. seguidamente implementar el circuito de la figura, consultar con el profesor el valor de R y de V.
Figura 13 1. Aumente el voltaje voltaje desde cero hasta hasta que se alcance el voltaje voltaje nominal (V) o los amperímetros indique la corriente nominal, luego anotar sus resultados en la siguiente tabla:
V1
I1
V2
I2
220.8 V
0.134 A
326.4 V
0.267 A
2. Con los resultados resultados anteriores calcule la potencia de paso:
SD = V1.I1
SD = V2.I2 87.14 VA
29.58 VA 3. Calcule la potencia propia.
SB = (V1- V2). I1
SB = U2. (I2 – I1)
-14.15 VA
-42.45 VA
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V.
CUESTIONARIO
1) ¿Investi ¿Investigue gue otros método s para determinar las marcas de polaridad pol aridad de un transformador y explique? Para determinar la polaridad del transformador, se coloca un puente entre los terminales del lado izquierdo del transformador y se coloca un voltímetro entre los terminales del lado derecho del mismo, luego se alimenta del bobinado primario con un valor de voltaje de voltaje (Vx).
2) De las conexi ones de los tr ansform adores (Figu (Figura ra 3, 4, 5 y 6), 6), cual es el de uso más común en la industria. El uso más común en la industria es el autotransformador.
3) ¿Por ¿Por qué es import ante determinar la potencia pro pia y la pot encia de paso de un autotransformador? Es muy importante para poder diseñar un autotransformador y de esta manera poder conocer sus límites permisibles en cuanto a potencia aparente transformable y su potencia interna.
4) ¿Cuál ¿Cuál es la relación qu e exist exist e entr entre e la potenci a propia y la potencia de paso? La potencia de paso es el doble aproximadamente, aproximadamente, siendo esta una potencia interna del autotransformador y la otra potencia aparente transformable de este.
5) Investigue sobre las aplicaciones de los autotransformadores de regulació n y mencion e 5 de ellas. ellas. ✓
Para enlazar enlazar redes de media tensión con neutro aislado. aislado.
✓
Arranque de motores motores a voltaje reducido.
✓
Para determinar la caída de la impedancia a plena carga en el autotransformador y aplicarlas en líneas de distribución.
✓
Como pequeños transformadores domésticos 220/127V 14
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6) Busque Busq ue y anote los datos de placa de un autotransf ormador co mercial y de un transformador con los mismos voltajes de entrada y salida y potencia.
¿Compare
las
dimensiones,
pesos
y
corriente
de
cortocircuito)
Transformador
Aut Au t ot ransf ran sf or mador mad or
• • • • • • •
C mm 169 A mm 180 Perdidas cortocircuito (W) 83 Perdidas vacío (W) 24 Peso (Kg) 12 B mm 104 Rendimiento Rendimiento 97.5%
Se puede decir que los dos en este caso poseen una potencia de paso de 3Kva y el autotransformador es mucho más pequeño y con mucho mayor eficiencia que el transformador.
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VI.
CONCLUSIONES.
En este tercer laboratorio se pudo llegar a las siguientes conclusiones: ✓
Se logró, determinar la polaridad instantánea en los los devanados del transformador conectando en seri o paralelo los devanados del transformador.
✓
Se pudo
conectar verificar
y analizar
el funcionamiento
del
autotransformador. ✓
Se comprobó la polaridad del transformador aplicando la ley de Kirchhoff, es decir que al conectar un vatímetro el voltaje que marca m arca es mayor que el voltaje de entrada es aditivo y si el valor que marca el voltímetro es la mitad del voltaje de entrada es sustractiva.
✓
Se comprobó que que si el circuito realizado realizado es sustractivo sustractivo podemos decir decir que su polaridad es en paralelo y cuando es sumativa su polaridad es en serie.
✓
Se comprobó que se puede obtener un trasformador trasformador de aislamiento aislamiento con dos trasformadores de 220V/110V, al conectar el primario en paralelo y el secundario en serie y así obtener el mismo voltaje de entrada al transformador.
✓
Logramos realizar un transformador transformador reductor en la cuarta cuarta parte con respecto a la tensión del primario conectando los transformadores en serie / paralelo.
VII. RECOMENDACIONES Para este tercer laboratorio debemos tener presente las siguientes recomendaciones: ✓
Verificar correcto funcionamiento del trasformador, midiendo continuidad, usando un multímetro o una pinza amperimetríca.
✓
Manipular correctamente correctamente los equipos como, como, el multímetro y la pinza, entre otros equipos y así evitar algún daño.
✓
Verificar que la fuente de tención este apagada apagada antes de realizar realizar las conexiones de los diferentes circuitos realizados en este laboratorio.
✓
Verificar el buen estado de todos todos los equipos y materiales, antes de realizar los diferentes circuitos 16
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Cuando se trabaja cerca de corriente es necesario usar obligatoriamente obligatoriamente ropa adecuada con zapatos dieléctricos.
✓
Comprobar los cables cables antes de utilizar; si estas tienen continuidad, continuidad, para evitar cualquier problema a la hora de realizar nuestra prueba.
✓
Prestar mucha atención atención al docente docente a lo explicado explicado en el laboratorio, para así poder realizar un correcto procedimiento al trabajo.
VIII. ANEXOS
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