UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELÉCTRICA CURSO: LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I GUIA DE LABORATORIO Nº 7 EL TRANSFORMADOR DE POTENCIA MONOFASICO CONECTADO COMO C OMO AUTOTRANSFORMADOR I.
OBJETIVO: Mediante ensayos de un transformador conectado como autotransformador determinar el circuito equivalente y los nuevos parámetros. Verificación de la potencia según sea su conexión.
II. MARCO TEÓRICO: AUTOTRANSFORMADOR Autotransformador como reductor Como se puede ver en la figura, el transformador tiene una tensión de entrada mayor a la de salida por lo que se considera como reductor.
Autotransformador como elevador Parecido al caso anterior el autotransformador se cambió de posición para que la tensión de entrada sea p or la parte donde en la anterior era la salida y de ahí se puede ver que la tensión de salida en la nueva conexión aumentara.
Calculo de tensión, corriente y potencia del autotransformador Primero utilizaremos como modelo la siguiente figura:
Donde se puede ver que el autotransformador está actuando como reductor. Entonces tendremos como tensión de entrada total:
VT
V1
V 2
Y una corriente que circula por el devanado común igual a:
ic
i1
i2
N .V N
Como se sabe que: V1
1
2
2
Reemplazamos en la ecuación de la tensión total tendremos: VT
N N N 1 V V N N 1
1
2
2
2
2
2
N .i N 2
Para el caso de las corrientes tenemos: i1
2
1
Reemplazando en la ecuación de la corriente que circula en el devanado común tendremos: ic
N N N N i i i 1 N N N 2
2
2
2
2
1
2
1
1
1
i
2
Para el caso de la potencia aparente tendremos: S'
V
.I c 2
N N N 2
1
1
i V 2
2
Como se sabe que la potencia en el bobinado serie y común es: S
V1.I1
V2 .I 2
Entonces comparando las dos ecuaciones de potencia aparente tendremos:
N
S'
2
N
1
1 .S
Autotransformador En un autotransformador, la porción común del devanado único actúa como parte tanto del devanado "primario" como del "secundario". La porción restante del devanado recibe el nombre de "devanado serie" y es la que proporciona la diferencia de tensión entre ambos circuitos, mediante la adición en serie con la tensión del devanado común La transferencia de potencia entre dos circuitos conectados a un autotransformador ocurre a través de dos fenómenos: el acoplamiento magnético (como en un transformador común) y la conexión galvánica (a través de la toma común) entre los dos circuitos De igual manera, un
transformador incrementa su capacidad de transferir potencia al ser conectado como autotransformador. La relación de transformación de un autotransformador es la relación entre el número de vueltas del devanado completo (serie + común) y el número de vueltas del devanado común. Por ejemplo, con una toma en la mitad del devanado se puede obtener una tensión de salida (en el devanado "común") igual a la mitad del de la fuente (o viceversa). Dependiendo de la aplicación, la porción del devanado que se utiliza sólo para el circuito de alta tensión se puede f abricar con alambre de menor calibre (puesto que requiere menos corriente) que la porción del devanado común a ambos circuitos; de esta manera la máquina resultante es aún más económica.
Aplicaciones Los autotransformadores se utilizan a menudo en sistemas eléctricos de potencia,
para
interconectar
circuitos
que
funcionan
a
tensiones
diferentes, pero en una relación cercana a 2:1 (por ejemplo, 400 kV / 230 kV ó 138 kV / 66 kV). En la industria, se utilizan para conectar máquinas fabricadas para tensiones nominales diferentes a la de la fuente de alimentación (por ejemplo, motores de 480 V conectados a una alimentación
de
600
V).
Se
utilizan
también
para
conectar aparatos, electrodomésticos y cargas menores en cualquiera de las dos alimentaciones más comunes a nivel mundial (100-130 V a 200-250 V). En sistemas de distribución rural, donde las distancias son largas, se pueden utilizar autotransformadores especiales con relaciones alrededor de 1:1, aprovechando la multiplicidad de tomas para variar la tensión de alimentación y así compensar las apreciables caídas de tensión en los extremos de la línea. Se utilizan autotransformadores también como método de arranque suave para motores
de
inducción tipo jaula
de
ardilla,
los
cuales
se
caracterizan por demandar una alta corriente durante el arranque. Si se alimenta el motor conectándolo a la toma menor de un autotransformador, la tensión reducida de la alimentación resultará en una menor corriente de arranque y por lo tanto en condiciones más seguras de operación, tanto para el motor como para la instalación eléctrica. Una vez que el motor ha alcanzado suficiente velocidad, se puede ir aumentando la tensión
de
alimentación
(en
tantos
pasos
como
tomas
posea
el
autotransformador) gradualmente, hasta llegar a la tensión de la red (cuando la relación de tomas es 1:1). En
sistemas
ferroviarios
de Alta
velocidad existen
métodos
de
alimentación duales tales como el conocido como 2x25 kV. En este, los transformadores de las subestaciones alimentan a +25 kV a la catenaria,
a -25 kV (en realidad 25 kV desfasados 180º) al feeder o alimentador negativo y con la toma intermedia o neutro puesta al carril. Cada cierto tiempo, 10 km típicamente, se conectan autotransformadores con 50 kV en el primario (entre catenaria y feeder negativo) y 25 kV en el secundario (entre feeder negativo y carril). De esta manera, la carga (trenes) se encuentra alimentada a 25 kV entre catenaria y carril pero la energía se transporta a 50 kV, reduciendo las pérdidas.
III. ELEMENTOS A UTILIZAR
01 transformador de potencia monofásica; 220/110 V 60 Hz. 01 autotransformador variable de 0 – 240 V, 60 Hz. 01 vatímetros 02 multímetro. Conductores varios
IV. ACTIVIDADES: 4.1.
4.2.
Verificación de la polaridad en el trasformador usado: como ya se uso el trasformador en el laboratorio N6 y se marco esta con un punto. Realizamos las conexiones necesarias para que nuestro trasformador monofásico trabaje como autotransformador Se realizaron 2 tipos de conexiones la primera es la que se muestra en la figura la segunda se cambian de posición los cables verde y morado en el lado de 110 V verde al punto y morado al no punto
Sa
N 2
S'
N 1
330 1 .S 1 .350 875 VA 220
Sb
N 2
S'
N 1
330 1 .S 1 .350 1400 VA 110
4.3.
Tomamos los valores de corriente, tensión y potencia
1ra conexión Ip1 [A] Ip2 [A] Is [A] Wcc1 [W] Vcc [V]
2da Conexión Ip1 [A] Ip2 [A] Is [A] Wcc1 [W] Vcc [V]
1.59 4.88 1.62 12.3 7.9 Z cc
V cc I entrada
Zccn
Z pu
V.
Z real Z n
V n I n
7.9V 1.59 A
220 1.6
4.96855
137.5
4.96855
1.57 1.66 1.66 12 7.7
0.0361349
137.5
CUESTIONARIO: 5.1.
Un transformador y un autotransformador de potencias nominales y tensiones iguales. ¿Cuál cree Ud. que tiene menos costo y por qué?
El AUTROTRASFORMADOR Su núcleo es más pequeño – menos hierro Presenta un solo bobinado – menos cobre Su impedancia es menor Su constricción es mucho más fácil
5.2.
¿Las impedancias de cortocircuito en conexión aditiva y en conexión sustractiva son iguales?, ¿por qué?
Las impedancias son las mismas, ya que trabajamos con el mismo trasformador
5.3
Dibujar el circuito equivalente referido a uno de sus lados del autotransformador.
5.4.
¿Cuáles son las ventajas y desventajas de usar un transformador versus un autotransformador? Ventajas
No hay bobinado secundario: reduciendo la corriente magnetizaste Menos hierro y menos cobre: Reduce las pérdidas totales, Reduce el peso, reduce el costo, mejora el rendimiento Menores caídas de tensión Menor tamaño Menor intensidad en vacío
Desventajas
Mayor intensidad de corto circuito Elevado esfuerzo dinámico en los conductores No existe aislamiento galvánico: aparición de tensiones primarias en el secundario Limitada relación de trasformación
5.5.
¿Cuáles son las previsiones que se deben tomar cuando un transformador de potencia se quiere hacer trabajar como autotransformador?
Una falla en el aislamiento de los devanados de un autotransformador puede producir que la carga quede expuesta a recibir plena tensión (la de la fuente). En sistemas de transmisión de energía eléctrica, los autotransformadores tienen la desventaja de no filtrar el contenido armónico de las corrientes y de actuar como otra fuente de corrientes de falla a tierra Existe una conexión especial llamada "conexión en "ZIG-ZAG" que se emplea en sistemas trifásicos para abrir un camino de retorno a la corriente de tierra que de otra manera no sería posible lograr, manteniendo la referencia de tierra del sistema.
6.
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
7.
La potencia obtenida en el autotransformador es mayor q la del trasformador utilizado Se redujo la resistencia de coroto circuito en el autotransformador. En el caso de adición la corriente obtenida es mucho mayor en este caso el triple y en caso de sustracción se obtuvo una corriente que en este caso es como uno Con las tensiones registradas se pueden lograr que ver que el trasformador trabaja como elevador y como reductor dependiendo de la conexión que se realice Cambia la corriente nominal cuando se realiza la corriente de corto circuito La tensión de entrada aumenta en nuestro caso a 330 de 220 o 110
BIBLIOGRAFÍA
http://es.slideshare.net/Pedro14058/autotransformadores https://es.wikipedia.org/wiki/Autotransformador http://www.monografias.com/trabajos93/los-autotransformadores/losautotransformadores.shtml
