P1-transformadores

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA Laboratorio de Transformadores y motores de inducción Grupo: 2602A Profesor: Ing. Fernando Fierro Téllez Nombre: Robles Rojas Javier Iván “Resistencia óhmica y prueba de polaridad ”

Práctica #6 Fecha de realización: 5 de Marzo de 2018

Fecha de entrega: 12 de Marzo de 2018 Semestre: 2018-II

OBJETIVO • Determinar la resistencia óhmica de los devanados del banco de transformadores

monofásicos. • Conocer la polaridad del transformador.

INTRODUCCIÓN

Transformador ideal: Un transformador ideal es un artefacto sin pérdidas, con una bobina de entrada y una bobina de salida. Las relaciones entre los voltajes de entrada y de salida, y entre la corriente de entrada y de salida, se establece mediante dos ecuaciones sencillas. Transformador real: En un transformador real no se cumple lo visto en el transformador ideal ya que los materiales de los que se dispone en la naturaleza no pueden efectuar la conversión y transmisión perfecta de energía y aparecen algunas pérdidas que no se pueden evitar, aunque si es posible reducirlas a un valor mínimo. Clasificación En una primera aproximación, pueden establecerse distintas formas de clasificación de los transformadores (o autotransformadores): por la función que realizan, por la clase de servicio a que se destinan, por el tipo de construcción, etc.; las más usuales son las que a continuación se detallan: Por la función que realizan: -Transformadores elevadores. -Transformadores reductores. -Transformadores de distribución ó potencia. -Transformadores monofásicos ó trifásicos. Por el servicio a que se destinan: -Transformadores de subestación. -Transformadores de generador. -Transformadores para usos especiales: tracción, hornos, rectificadores, etc.. Por el tipo de construcción: -De columnas con bobinas cilíndricas.

-De columnas con bobinas rectangulares. -Acorazados, etc.. Polaridad de un transformador monofásico Dado que es importante, cuando dos o más transformadores se conectan juntos, conocer la dirección relativa del voltaje de cada transformador, se han establecido ciertas convenciones para designar la llamada polaridad de un transformador. Si una de las terminales del devanado de alto voltaje se conecta al lado adyacente opuesto del devanado de bajo voltaje, el voltaje en las terminales restantes o la suma o la diferencia de los voltajes primario o secundario, dependiendo de las direcciones relativas de los devanados. Si el voltaje es la suma se dice que el transformador tiene polaridad aditiva y si es la diferencia, entonces se dice que tiene polaridad sustractiva. EQUIPO

Banco de transformadores monofásicos. Cables banana banana. Puente de Wheatstone. 2 multímetros digitales. Multímetro analógico. Fuente de alimentación DESARROLLO:

1. MEDICIÓN DE RESISTENCIA ÓHMICA, MÉTODO DE PUENTE DE WHEATSTONE. 2. Identifique las partes constructivas del transformador, (núcleo, bobina, herrajes, placa de datos, etc.) tanto en el transformador monofásico como en el trifásico de 5 KVA. 3. Uso del puente de Wheatstone. Conecte la resistencia que va a medir en las terminales del puente marcadas como Rx. Escoja la escala adecuada en la perilla selectora del multiplicador. Presione el Botón BA y después el botón GA sin soltar BA y observe el movimiento de la aguja del galvanómetro.

Si la aguja se mueve hacia la dirección marcada con el símbolo + quiere decir que la resistencia que se quiere medir es más grande que lo que marcan las perillas selectoras, aumente entonces los valores de las perillas comenzado por la de más valor, hasta que el galvanómetro que de en la posición cero. En caso contrario que la aguja se mueva hacia el símbolo de – quiere decir que el valor de las perillas excede el de la resistencia, por lo que se disminuirá el valor de las perillas hasta que el galvanómetro marque cero. El valor de la resistencia será entonces la multiplicación del valor de las perillas selectoras por el valor de la perilla multiplicadora. 4. Coloque unos cables banana-banana lo suficientemente largos para conectar las terminales del puente de Wheatstone (terminales Rx) con las terminales X1 - X2 del transformador bajo prueba T1. 5. Mida el valor resistivo de la bobina. Anote sus resultados en la tabla 1 . Tome dos veces más el valor óhmico, obtenga el valor promedio. 6. Desconecte los cables de las terminales X1y X2. 7. Conecte ahora los cables banana-banana con las terminales H1 y H2 del transformador bajo prueba. 8. Verifique que el TAP del transformador bajo prueba se encuentre en el número 1. Si no es así gire la perilla selectora hasta llegar al TAP necesario. 9. Repita el punto 5. 10. Con cuidado de no tocar otras partes del transformador, para cada posición de TAP repita el punto 5. 11. Desconecte los cables banana-banana de las terminales del transformador. Resistencia del devanado X1-X2 1ª medición 2ª medición 3ª medición Promedio

Resistencia del devanado H1-H2 TAP 1





0.08Ω

0.578 Ω

1.009 Ω

0.330Ω

0.406Ω

0.460Ω

0.08Ω

0.578 Ω

1.009 Ω

0.330Ω

0.406Ω

0.460Ω

0.08Ω

0.578 Ω

1.009 Ω

0.330Ω

0.406Ω

0.460Ω

0.08Ω

0.578 Ω

1.009 Ω

0.330Ω

0.406Ω

0.460Ω

12. Repita el procedimiento del punto 4 al 10 para los transformadores T1y T2. Los resultados que obtenga anótelos en la tabla 2 y tabla 3 para cada transformador respectivo.

1ª medición 2ª medición 3ª medición Promedio

Resistencia del devanado X1-X2





0.08Ω

0.379Ω

0.620Ω

0.403Ω

0.415Ω

1.336Ω

0.08Ω

0.379Ω

0.620Ω

0.403Ω

0.415Ω

1.336Ω

0.08Ω

0.379Ω

0.620Ω

0.403Ω

0.415Ω

1.336Ω

0.08Ω

0.379Ω

0.620Ω

0.403Ω

0.415Ω

1.336Ω

Resistencia del devanado X1-X2 1ª medición 2ª medición 3ª medición Promedio







0.1Ω

0.523Ω

0.740Ω

0.840Ω

0.751Ω

0.514Ω

0.1Ω

0.523Ω

0.740Ω

0.840Ω

0.751Ω

0.514Ω

0.1Ω

0.523Ω

0.740Ω

0.840Ω

0.751Ω

0.514Ω

0.1Ω

0.523Ω

0.740Ω

0.840Ω

0.751Ω

0.514Ω

MEDICIÓN DE RESISTENCIA ÓHMICA CON EL MÉTODO DE CAÍDA DE TENSIÓN. 13. Verifique que el TAP del transformador 1 se encuentre en la posición 3. 14. Conecte el circuito como lo muestra la figura 1.

15. Calcule la corriente nominal del transformador p ara el lado de baja tensión, como para el lado de alta tensión. Revise la placa de datos del transformador si es necesario. 16. La corriente que circulará por los devanados no deberá superar el 15% de la corriente nominal del devanando bajo prueba. Se sugiere que sea de 1 Ampere.

17. Revise que la perilla de la fuente de alimentación esté en cero volts; es decir en la posición extrema antihoraria. 18. Energice la fuente de alimentación y ajústela muy lentamente hasta que se observe 1 Ampere en el amperímetro. 19. Anote el voltaje al cual se llegó y la corriente con todos los decimales que muestran los instrumentos. Ix Vx 1A 78.8 mV 20. Reduzca a cero el voltaje de la fuente y apáguela. 21. Alambre el circuito de la figura 1 pero ahora usando el devanado de alta tensión. 22. Realice el mismo procedimiento de los puntos 15 al 20, ahora para el lado de alta tensión. Anote los valores de voltaje y corriente a continuación: IH 1A

VH 310mV

23. Repita el mismo procedimiento desde el punto 15 al 22 para los otros 2 transformadores. Verifique que también estén en el TAP 3 y anote a continuación sus resultados: Transformador 2: Ix 1A

Vx 78.2mV

IH 1ª

VH 0.485 V

Transformador 3: Ix 1A

Vx 151.2mV

IH 1A

VH 0.522V

4. Calcule por ley de Ohm la resistencia de los devanados. Llene la tabla 4. Transformador Devanado de baja T1 Devanado de alta T1 (En TAP 3) Devanado de baja T2

Resistencia óhmica Rx=0.0788Ω Rh=0.31 Ω Rx=0.0782 Ω

Devanado de alta T2 (En TAP 3)

Rh=0.485 Ω

Devanado de baja T3

Rx=0.1512 Ω

Devanado de alta T3 (En TAP 3)

Rh=0.522 Ω

PRUEBA DE POLARIDAD POR EL MÉTODO DE IMPULSO INDUCTIVO DE C-D. 25 .Revise que el transformador bajo prueba se encuentre en el TAP 3. 26. Arme el circuito como el de la figura 2. Use en este circuito el vóltmetro analógico (escala de 2.5 Vc-d) y el multímetro digital en la función de amperímetro de C-D (escala de 10 A c-d).

27. Revise que la perilla de la fuente de voltaje se encuentre en ce ro volts, es decir, en la posición extrema antihoraria. 28. Energice la fuente de alimentación y ajuste el voltaje hasta que el amperímetro marque 1 Ampere. Mientras esto sucede observe el sentido de la flexión de la aguja del vóltmetro analógico. ¿Hacía que lado se mueve? R: Izquierda. 29. Tal cual como conectó los cables del vóltmetro analógico páselos al lado de baja tensión del transformador. 30. Mirando la aguja del vóltmetro desenergice la fuente de alimentación y revise hacia qué dirección se movió la aguja (derecha o izquierda).

Anótelo: Derecha. 31. Si la aguja se flexiona en el mismo sentido para las dos mediciones hechas entonces quiere decir que el transformador tiene polaridad aditiva. Si la aguja se flexiona en sentidos contrarios para los dos casos quiere decir que el transformador tiene polaridad sustractiva. 32. Regrese la perilla de voltaje de la fuente de alimentación a cero volts. 33. Realice los puntos desde el 31 al 32 para los dos transformadores restantes. Llene la tabla 5. Transformador T1 T2 T3

Movimiento de la aguja (1ª medición) Izquierda Izquierda Izquierda

Movimiento de la aguja (2ª medición) Derecha Derecha Derecha

Tipo de polaridad Sustractiva Sustractiva Sustractiva

PRUEBA DE POLARIDAD POR EL MÉTODO DE CORRIENTE ALTERNA. Si V2 > V1 Polaridad aditiva Si V2 < V1 Polaridad sustractiva 34. Revise que el transformador bajo prueba se encuentre en el TAP 3. 35. Arme el circuito como el de la figura 3, que se muestra a continuación. Note cómo un cable une la terminal designada como X1 con la terminal designada como H1. 36. Coloque la perilla de la fuente de alimentación en el sentido anti-horario para tener 0 volts. 37. Energice la fuente de alimentación y ajuste el vóltmetro (V1) hasta obtener 100 V a-c. 38. Tome las mediciones de los dos voltímetros y anótelas con todos los decimales: V1=100 V.

V2= 73 V.

39. Reduzca a cero el voltaje de alimentación y desenergice la fuente de alimentación. 40. ¿De acuerdo con los valores vistos en los voltímetros, el transformador tiene polaridad aditiva o sustractiva? R: Sustractiva. 41. Realice los mismos pasos desde el punto 34 al 39 para los otros dos transformadores. Llene la tabla 6. Transformador T1 T2 T3

V1 100 101 100

V2 73 73 73

Tipo de polaridad Sustractiva Sustractiva Sustractiva

CUESTIONARIO

1. Explique el principio de funcionamiento del transformador ideal. Un transformador ideal es una máquina sin pérdidas, con una bobina de entrada y una bobina de salida. Las relaciones entre las tensiones de entrada y de salida, y entre la intensidad de entrada y de salida, se establece mediante dos ecuaciones sencillas. O En la que es la relación entre el número de espiras primarias y secundarias o relación de transformación; es la componente de carga de la corriente primaria; es la corriente secundaria o de carga; y son el número de espiras del primario y del secundario, respectivamente. 2. Mencione el funcionamiento y clasificación de las partes activas del transformador de potencia. Embobinado Primario: Transporta la corriente suministrada por la fuente de potencia. Embobinado Secundario: Se encarga de inducir las corrientes que alimentan a la carga. Núcleo Magnético: Es el encargado de canalizar el máximo flujo magnético entre las dos bobinas. Terminales: Son los puntos de conexión. 3. Mencione el funcionamiento y clasificación de las partes auxiliares de un transformador de potencia.

-tanque, recipiente o cubierta, es un elemento indispensable en aquellos transformadores cuyo medio de refrigeración no es el aire, sin embargo puede prescindirse de él en casos especiales. Su función es la de contener en su interior a los componentes principales. -boquillas terminales, interconectan los componentes internos del transformador con el exterior. -medio refrigerante, debe ser buen conductor del calor puede ser líquido ( como en la gran mayoría de los transformadores de gran potencia ), sólido o semisólido. -conmutadores, cambiadores de derivación o taps: son órganos destinados a cambiar la relación de voltajes de entrada y salida, con el objeto de regular el potencial de un sistema o la transferencia de energía activa o reactiva entre los sistemas interconectados. Existen dos tipos de ellos: el sencillo, de cambio sin carga, y el de cambio de carga por medio de señal, o automático. -indicadores, son aparatos que monitorean el estado del transformador, por ejemplo: el nivel del líquido, la temperatura, la pres ión, etc. Líquido, la temperatura, la presión, etc. -radiadores, son aparatos que monitorean el estado del transformador, por ejemplo: el nivel del líquido, la temperatura, la presión, etc 4. Indique por lo menos tres formas de clasificar al transformador de potencia. Por su núcleo -Tipo columna (no acorazado) -Acorazado -Envolvente -Radial. · Por número de fases -Monofásico -Trifásico · Por el número de devanados -Dos devanados. -Tres devanados. · Por medio refrigerante -Aceite. -Aire --Liquido inerte 5. ¿Por qué es importante medir la resistencia óhmica de los devanados del transformador? La medición de la resistencia de los devanados de los transformadores, es usada entre otros, para revisar conexiones y determinar si hay condiciones de circuito abierto o la existencia de una condición de alta resistencia en los conductores dispuestos en paralelo. Estas condiciones de resistencia se presentan en muchos casos, en los taps de los transformadores, dado que por sus contactos circula la corriente de carga. Por tal razón, es importante realizar esta prueba, en todas las posiciones de los taps. También es necesario conocer el valor de la resistencia óhmica de cada uno de los devanados del transformador para poder determinar: Perdidas por efecto joule y elevación de temperatura en el cobre 6. ¿Qué factores afectan a la medición de la resistencia óhmica?

Las medidas de resistencia de devanados de transformadores presentan un desafío particular dentro de las medidas de resistencia de los equipos eléctricos, debido a la naturaleza altamente magnética de los bobinados. Los equipos de medidas de resistencia de devanados deben hacer frente a la fuerte carga inductiva para poder aplicar la CC estable necesaria que magnetice el devanado, además de tener en cuenta el grupo de conexión y la temperatura. 7. De los métodos utilizados, ¿cuál es más exacto y por qué? Método de caída de tensión, ya que se hace circular por el devanado una corriente directa cuyo valor se mide con la mayor precisión, e igualmente se mide la caída de potencial entre los extremos de la bobina. Aplicando la ley de ohm, se determina la resistencia correspondiente. 8. Corrija El valor de la resistencia óhmica por temperatura, considerando una temperatura ambiente de 23 ᵒC y una temperatura de operación a 70 ᵒC con los valores promedios de las mediciones de la tabla 1, 2 y 3. 9. ¿Por qué es importante llevar a cabo la prueba de polaridad en los transformadores? La importancia de marcar la polaridad, es para poder conectar los transformadores en paralelo (esto evita cortocircuitos por flujo contrarios de corriente) o para poder utilizarlos adecuadamente como autotransformadores. 10. ¿Se lleva el mismo procedimiento para monofásicos y trifásicos, por qué? Sí. Ya que cualquier transformador de potencia responde de igual manera al procedimiento que se le aplique debido a su principio de funcionamiento. 11. ¿Qué métodos existen? Método de los dos voltímetros.- Este método consiste en a plicar al devanado de alta tensión un voltaje alterno de valor nominal o menor. El observador, colocado frente a las terminales de baja tensión, debe puentear previamente las dos terminales de su izquierda y colocar 2 voltímetros, uno entre las terminales de alta tensión y otro entre las terminales de su derecha. El voltímetro colocado en alta tensión dará una lectura VH (V1) y el voltímetro colocado entre la alta y la baja tensión dará la suma algebraica de voltajes. V (Vx). Método de impulso inductivo.- Este método consiste en aplicar C.D. a uno de los devanados cuidando de no exceder el valor nominal. Se debe realizar un pequeño cálculo supervisado por el instructor. El observador, colocado frente a las dos terminales de baja tensión, por medio de un voltímetro de C.D. debe averiguar la polaridad de la tensión aplicada, de acuerdo a las conexiones del diagrama. 12. ¿Por qué se da la deflexión de la aguja del multímetro analógico al desenergizar el devanado primario en la prueba de impulso inductivo?

Si al cerrar el interruptor, el voltímetro marca dentro de la escala, significa que le fue aplicado a su borne, (+) una tensión cuya polaridad era positiva con relación a su otro borne, esto quiere decir que la terminal del transformador conectado al borne (+) del voltímetro es la correspondiente, a la terminal del devanado excitado, conectado al borne (+) de la batería (polaridad sustractiva o colineal). Una deflexión en sentido contrario a la escala nos indicara que el borne (-) del voltímetro le fue aplicado un voltaje (+) luego la terminal conectada a este borne será la correspondiente a la terminal (+) del devanado excitado (polaridad aditiva o diagonal). 13. ¿Por qué el de voltaje en V2 puede ser mayor o menor que V1, en la prueba de corriente alterna? Porque estaríamos usando un transformador con polaridad aditiva. 14. ¿Explique de qué otras maneras podemos determinar la polaridad de un transformador de potencia? Método del Transformador Patrón. El TTR es un transformador de polaridad conocida que realiza dos operaciones simultáneas relación de transformación descrita anteriormente y verificación de polaridad que opera de la siguiente manera: El transformador de polaridad conocida y el bajo prueba se conectan en paralelo por el lado de alta tensión, por el lado de baja solo se conectan los terminales de uno de los devanados de ambos transformadores, dejando libre los restantes. En estas condiciones se aplica una tensión de valor reducido a los terminales de alta, se mide la tensión entre los terminales libres del lado de baja tensión; si el voltímetro indica cero o un valor mínimo, la polaridad de ambos transformadores será la misma. CONCLUSIONES

Con base a los objetivos previstos, se pudo comprobar la resistencia óhmica de los devanados del banco de transformadores monofásicos; ya que los métodos implementados fueron los correctos para dicho estudio. Al conocer la polaridad del transformador se pudo comprender la importancia de este ya que en el caso de transformadores de más de 3 devanados separados, para al momento de acoplarlos en serie o en paralelo bajo ciertas condiciones, los voltajes se encuentren en fase y no se produzcan sobrecargas que los anularían o los quemarían automáticamente por oposición de fase. BIBLIOGRAFÍA

http://wwwprof.uniandes.edu.co/~antsala/cursos/FDC/Contenidos/11_Transformador_Ideal.pdf (Kosow, 2005) Bibliografía Kosow, I. L. (2005). Máquinas eléctricas y transformadores . Barcelona, España: Prentice-Hall.

P1-transformadores

Recommend Documents