UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA SECCIÓN ELÉCTRICA LABORATORIO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN GRUPO: 1909 A PROFESOR: OSCAR CERVANTES TORRES ALUMNO: CARLOS DANIEL ESQUIVEL CÁRDENAS
PRACTICA 3 PREVIO “TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN” FECHA DE ELABORACIÓN: FECHA DE ENTREGA: SEMESTRE 2017-I
CALIFICACIÓN:
OBJETIVO. El alumno analizará cómo funciona el transformador de distribución estándar con devanado secundario de 120/240 volts.
INTRODUCCIÓN. Será desarrollada por el alumno. Temas sugeridos: Características de los funcionamiento. . Partes de un transformador.
transformadores
y
principio
de
Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario. Un transformador se compone de dos arrollamientos aislados eléctricamente entre sí y devanados sobre un mismo núcleo de hierro. Una corriente alterna que circule por uno de los arrollamientos crea en el núcleo un campo magnético alterno. La mayor parte de este flujo atraviesa el otro arrollamiento e induce en él una fuerza electromotriz (fem) alterna. La potencia es transmitida de un arrollamiento a otro por medio del flujo magnético del núcleo. El arrollamiento al que se suministra potencia se denomina primario y el que cede potencia secundario.
El flujo no es común a lo largo del circuito magnético, debido a la existencia de flujos disperso, tanto en el primario como en el secundario. - La resistencia óhmica de los devanados no es despreciable, por lo que habrá de tenerse en cuenta. - El núcleo del transformador está formado por un apilado de chapas magnéticas, que motivarán unas
pérdidas en el hierro. Flujo disperso: En el transformador ideal se suponía la existencia de un solo flujo a lo largo del circuito magnético; sin embargo, existe un flujo disperso en el primario y otro en el secundario debidos a las corrientes primarias y secundarias, respectivamente. Núcleo
Es el medio físico por el cual circula el flujo magnético formado por las líneas de fuerza. Debe ser construido con material magnético de la más alta permeabilidad, generalmente fabricado con láminas de acero al silicio de grano orientado, cortado y rolado automáticamente. La sección de los núcleos es rectangular para transformadores pequeños y cruciformes para tamaños grandes. Devanados o Bobinas
Constituyen el circuito eléctrico del transformador Se construyen utilizando alambre o solera de cobre o de aluminio Los conductores se forran de material aislante que puede tener diferentes características de acuerdo con la tensión de servicio. La temperatura y el medio en que van a estar sumergidos Tanque.
Es la carcasa del transformador donde se alojan todos los componentes del mismo. Boquillas terminales.
Son unos bornes que se encuentran en la parte exterior del transformador que sirven para alimentar al mismo, para así poder realizar la alimentación del circuito interno, y en la parte inferior se encuentran las boquillas de salida las cuales sirven para obtener el voltaje ya transformado. Medio refrigerante.
El refrigerante que se utiliza es el aceite ya que este extrae el calor del dispositivo recirculándolo por un radiador, el cual funciona como disipador de calor para el aceite y así poder volver a absorber calor del transformador, es necesario que se extraiga el calor, si no es así la máquina se puede averiar por las altas temperaturas que se generan. Indicadores.
Estos nos muestran las condiciones del transformador, por ejemplo indican nivel de aceite, la temperatura, presión, entre otros.
Transformadores Trifásicos
Transformadores monofásicos
La medición de resistencia de bobinado de transformadores tiene importancia fundamental, a fines de:
Cálculos del componente I²R en pérdidas del conductor. Cálculo de temperatura de Bobinado al finalizar un ciclo de prueba de temperatura.
Como base para asesorar posible daño en el campo.
Los transformadores están sujetos a vibraciones. Problemas ó fallos ocurren debido a mal diseño, ensamblaje, tratamiento, entorno inseguro, sobrecarga ó mal mantenimiento. La medición de la resistencia de los Bobinados asegura que las conexiones sean correctas y la medición de la resistencia indica que no hay desajuste grave. INSTRUMENTOS Y EQUIPO Módulo de fuente de alimentación (0-120/208V a-c) EMS 8821 Módulo de medición de c-a 0.5/0.5/0.5A) EMS 8425 Módulo de medición de c-a 50/250/250V) EMS 8426 Módulo de transformador EMS 8341 Módulo de resistencia EMS 8311 Módulo de inductancia EMS 8321 Cables de conexión EMS 8941
DESARROLLO 1.- Conecte el circuito ilustrado en la figura 3.1, usando los módulos EMS de transformador, resistencia, fuente de alimentación y medición de c-a. Observe que el devanado primario (3 a 4) va conectado a la salida de 0-208V c-a de la fuente de alimentación, es decir, las terminales 4 y 5. Los devanados secundarios del transformador (1 a 2 y 5 a 6), se conectan en serie para obtener 240V c-a entre los puntos A y B. Para R1 y R2 utilice secciones distintas del módulo de resistencia. 2.- a) Cerciórese de que todos los interruptores de resistencia estén abiertos.
Figura 3.1 b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 208V c-a, según lo indica el voltímetro de la fuente de alimentación. c) Mida y anote en la tabla 3.1 el voltaje total de salida del transformador ET, los voltajes en cada una de las cargas, E1 y E2, las corrientes de línea I1 e I2, y la corriente del hilo neutro IN. 3.- a) Ponga 300 ohms en cada circuito de carga, cerrando los interruptores correspondientes. b) Mida y anote todas las cantidades en la tabla 3.1. c) ¿Por qué la corriente del hilo neutro es igual a cero? La corriente en el hilo neutro debe de ser 0 ya que el circuito está equilibrado y no hay pérdidas de corriente ya que las pérdidas son las que van por el hilo neutro.
NÚMERO DE PROCEDIMIENTO 2(c) 3(b) 4(b) 5(c) 6(f)
R1
R2
Ω
Ω
∞
∞
300 300 300 400
300 1200 1200 400
I1 I2 mA mA 0 0 0.32 0.017 0.12 0 0.13 0 0.35 0 Tabla 3.1.
IN mA 0 0.30 0.13 0.14 0.33
E1 V 86.5 106.5 49 49.5 146.6
E2 V 43.96 103.6 178.5 180 142.6
Er V 242.7 209.5 227.4 229 212
4.- a) Ponga 1200 ohms en la carga R2, mientras que deja 300 ohms en la carga R1. b) Mida y anote todas las cantidades en la tabla 3.1. c) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. d) ¿Es igual la corriente del hilo neutro a la diferencia entre las dos corrientes de línea? En este caso no pudimos observar del todo que esto sea cierto ya que los aparatos de medición no son muy exactos pero podemos consideras las corrientes de líneas iguales y la del hilo neutro es cero.
5.- a) Desconecte el hilo neutro del transformador quitando la conexión entre el transformador y el medidor de corriente del neutro IN. b) Conecte la fuente de alimentación y ajuste a 208V c-a, según lo indica el voltímetro de la fuente de alimentación. c) Mida y anote todas las cantidades en la tabla 3.1. d) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. e) Si la carga R1 y R2 fueran lámparas incandescentes de una casa ¿Qué se observaría? Se observaría un incremento en el brillo de las lámparas al estar conectadas a las dos fases.
6.- a) Vuelva a conectar la línea del neutro del transformador al medidor de la corriente en el neutro IN. b) Sustituya la carga R2, con el módulo de inductancia. c) Ajuste R1 a una resistencia de 400 ohms. d) Ajuste R2 a una reactancia inductiva XL de 400 ohms. e) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 208V c-a. f) Mida y anote todas las cantidades en la tabla 3.1. g) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.
h) ¿Es igual la corriente en el hilo neutro a la diferencia aritmética entre las corrientes de línea? No, ya que la diferencia es una resta vectorial, ya que se refiere a la diferencia entre las fases que van en 120°
PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1. El sistema de potencia eléctrico instalado en una casa es de 120/240V c-a y tiene las siguientes cargas: Línea 1 a Neutro 7 lámparas de 60W c/u 1 lámpara de 100W 1 motor (5 A c-a) Línea 2 a Neutro 1 televisión de 200W 1 tostador de 1200W 4 lámparas de 40W c/u Línea 1 a Línea 2 1 secadora de 2kW 1 estufa de 1Kw
a) Calcule las corrientes de la línea 1, la 2 y del hilo neutro (suponga que el factor de potencia es del 100% en todos los aparatos Línea 1 a Neutro
= (7 × 6 0) + (100) = 520 = 520 ⁄120 = 4.33 = 4.33 + 5 = 9.33 Línea 2 a Neutro
= (4 × 4 0) + (200) + (1200) = 1560 = 1560 ⁄120 = 13 Línea 1 a Línea 2
Cargas = (2000) + (1000) = 3000 = 3000 ⁄240 = 12.5
. b) Si se abre el conductor neutro, ¿Cuáles lámparas brillaran más y cuáles menos? c)
2. Un transformador de distribución de 2400V a 120/240V, tiene una capacidad de 60KVA a) ¿Cuál es la corriente de línea nominal del secundario (240V)?
= 60000 ⁄240 = 250
b) Si la carga se coloca toda en un lado (línea a neutro, 120V), ¿Cuál es la máxima carga que el transformador puede soportar sin sobre calentarse? CONCLUSIONES. En esta práctica pudimos observar el cómo funciona un transformador bifásico y como se pueden repartir las cargas en una instalación para mantener un equilibrio en el transformador y así obtener el mayor rendimiento del mismo, así mismo pudimos ver qué pasa si no lo está y cómo responde el transformador y la carga.
