UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCION Y SERVICIOS PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA CURSO: LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS 1 GUÍA DE LABORATORIO N° 7 EL TRANSFORMADOR DE POTENCIA MONOFÁSICO CONECTADO COMO AUTOTRANSFORMADOR 1.-
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.
2.- MARCO TEORICO: AUTOTRANSFORMADOR
ESQUEMA DE CONEXIÓN DE UN AUTOTRANSFORMADOR. Un autotransformador es una máquina eléctrica, de eléctrica, de construcción y características similares a las de un transformador, un transformador, pero pero que a diferencia de éste, sólo posee un único devanado único devanado alrededor de un núcleo ferromagnético. núcleo ferromagnético. Dicho Dicho devanado debe tener al menos tres puntos de conexión eléctrica; la fuente de tensión y la carga se conectan a dos de las tomas, mientras que una toma (la del extremo del devanado) es una conexión común a ambos circuitos ambos circuitos eléctricos (fuente y carga). Cada toma corresponde a una tensión diferente de la fuente (o de la carga, dependiendo del caso). En un autotransformador, la porción común (llamada por ello "devanado 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 (de allí su nombre) 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. Por esta razón, un autotransformador resulta en un aparato más compacto (y a menudo más económico) que un transformador de la misma potencia y tensiones nominales. De igual manera, un transformador incrementa su capacidad de transferir potencia al ser conectado como autotransformador.
OPERACION
Construcción de un autotransformador a partir de un transformador. En un transformador, las definiciones de primario y secundario son:
: Tensión en el devanado primario : Corriente en el devanado primario
: Tensión en el devanado secundario
: Corriente en el devanado secundario
Al conectarlo como autotransformador, hay que redefinir primario y secundario como:
: Tensión en el primario (devanado serie + común) : Tensión en el secundario (devanado común)
: Corriente en el primario (devanado serie + común)
: Corriente en el secundario (devanado común)
Comparando ambas posibilidades de conexión, se observa que se cumplen las siguientes relaciones:
Pero:
Despreciando la rama en paralelo:
Con respecto a la potencia, para el transformador se cumple que:
O bien, despreciando las pérdidas,
La potencia al conectarlo como autotransformador es:
O bien, despreciando las pérdidas,
si se sustituyen los valores y se agrupa correctamente, se obtiene:
Por lo tanto, al conectar un transformador como autotransformador, este aumenta su capacidad para transferir potencia en una proporción determinada por la relación de transformación de la conexión como transformador. La implicación directa de esta deducción matemática es que para transferir la misma cantidad de potencia entre dos circuitos, un autotransformador es de menor tamaño que un transformador equivalente.
FUNCIONAMIENTO
Al igual que los transformadores, los autotransformadores funcionan basados en el principio de campos magnéticos variantes en el tiempo, por lo que no pueden ser utilizados en circuitos de corriente continua. Para reducir al mínimo las pérdidas en el núcleo debidas a corrientes de Foucault y a la histéresis magnética, se suele utilizar acero eléctrico, laminado en finas chapas que luego se apilan y compactan. Las láminas del núcleo así construido se orientan haciendo coincidir la dirección del flujo magnético con la dirección de laminación, donde la permeabilidad magnética es mayor. 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 fabricar 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.
3.- ELEMENTOS A UTILIZAR:
01 Transformador de potencia monofásica de 100VA; 220/110V 60Hz. 01 Autotransformador variable de 0 – 240V, 60Hz. 01 Vatímetros. 02 Multímetro. Conductores varios.
4.- ACTIVIDADES: a) Verificación De La Polaridad Del Transformador: Conectar el circuito como se muestra en la figura 1 y las tensiones que nos indica el voltímetro puede ser aditiva y sustractiva. Si X, Y conectados y el voltímetro indica ( 1 − 2 ) son de la misma polaridad; X, Y conectados el voltímetro indicara: ( 1 + 2 ) son de polaridad opuesta.
Figura 1
b) Impedancia De Corto Circuito Como Transformador: Realizamos la prueba de corto circuito tomando un solo valor de corriente nominal y podemos calcular la impedancia de corto circuito como transformador figura 2.
Figura 2. (W) 11.9
(V) 7.7
(A) 3.3
(Ω) 2.33
(p.u)(Ω)
c) Realizar las conexiones posibles como autotransformador según la figura 3 elevadores: 220/330V y 110/330V. Determinar la potencia de ganancia para ambas conexiones.
Figura 3.
()
558.6W
d) Impedancia De Corto Circuito Como Autotransformador: Realizar la prueba de corto circuito del autotransformador por el lado AT y cortocircuitando el lado de baja, para ambas conexiones del autotransformador a y b de la figura anterior. Registrando la tensión de corto circuito , corriente nominal y la potencia de perdidas de la figura 4. (W) 14.4
(V) 8.8
(A) 4.9
(p.u)(Ω) 1.795
(W) 13
(V) 8.0
(A) 1.7
(p.u) (Ω) 4.706
e) Medir la corriente en el Puente de cortocircuito de la bobina de 110 para ambas polarizaciones.
5.- CUESTIONARIO
Un transformador y un autotransformador de potencias nominales y tensiones iguales. ¿Cuál cree Ud. Que tiene menos costo y por qué? Al tener un solo devanado para le primario y el secundario un autotransformador es mas barato que un transformador convencional y ademas tienes menos perdidas esto es mejor rendimiento 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. Por esta razón, un autotransformador resulta en un aparato más compacto (y a menudo más económico) que un transformador de la misma potencia y tensiones nominales. De igual manera, un transformador incrementa su capacidad de transferir potencia al ser conectado como autotransformador.
Las impedancias de cortocircuito en conexión aditiva y en conexión sustractiva son iguales? ¿por qué? No son iguales por que para el primer caso la tensión de los devanados es sustractiva mientras que para el segundo caso la tensión en los devanados es aditiva
¿Cuáles son las ventajas y desventajas de usar un transformador versus un autotransformador?
Las ventajas de este circuito (autotransformador) con respecto a los transformadores de los devanados son: Entrega más potencia que el transformador de 2 devanados que tenga las mismas especificaciones técnicas. Para especificaciones a potencias similares el autotransformador es más eficiente que el transformador del devanado El autotransformador requiere una corriente de excitación más baja que un transformador de 2 devanados para establecer el mismo flujo magnético en el núcleo.
¿Cuáles son las previsiones que se deben tomar cuando un transformador de potencia se quiere trabajar como autotransformador? La previsión que se debería tomar es la corriente de entrada que para este caso tenemos un transformador de 350VA entonces la corriente nominal en el bobinado de 220 sería de 1.6A pero para el bobinado de 110 es de 3.18A entonces si lo conectamos en serie los bobinados la máxima corriente que pasaría seria 1.6A que es lo máximo que puede aguantar el bobinado de 220V para no quemarlo.
6.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: Se realizó la práctica de forma ordenada y sin problemas y con los resultados esperados por lo tanto fue exitosa. Observamos que la impedancia en corto circuito del transformador monofásico es diferente al del autotransformador. Vemos que las impedancias de corto circuito del autotransformador son diferente de las conexiones de las bobinas sea aditiva o reductora. Para realizar la práctica del transformador conectado como autotransformador se tuvo que tener en cuenta la corriente nominal menor del bobinado que en este caso era de 1.6A era la corriente máxima que pasaba en el bobinado primario. Para la conexión de los bobinados en serie del transformador como autotransformador se tuvo que verificar la polaridad del transformador. Al conectar un transformador como autotransformador, este aumenta su capacidad para transferir potencia en una proporción determinada por la relación de transformación de la conexión como transformador.
7.- BIBLIOGRAFÍA: Libro de máquinas eléctricas 1 autor Ing. Darío Biella – Bianchi http://es.wikipedia.org/wiki/auotransformador#. http://udc./departamento.de.ingenieria.electrica.y.energetica/PDFs/autotransforma dores.
