En este reporte se tiene introducción, objetivo,marco teórico, material y equipo, procedimiento de una practica con un transformador monofasico.Descri...
%ircuit %ircuito o equi#alen equi#alente te de un transfor transformado mador..... r.......... .......... .......... .......... ............ ................. ..............$ ....$
$.$
&eterm &etermina inació ción n de los 'arámet 'arámetro ross del circui circuito to equi#a equi#alen lente... te......... .............. ...........( ...(
$.)
*uncionam uncionamient iento o del transf transforma ormador dor...... .......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... ............. .................+ .........+
,lcances ,lcances - limita limitacion ciones es de la 'rácti 'ráctica ca de de Transf Transform ormador adores...... es............. ................. ............ .. ).1
Procedi Procedimien miento to 'ara 'ara el funci funcionam onamiento iento de un un transfo transformad rmador or.............. ......................12 ........12
Se le llama transformador al d!s2os!t!3o el%ctr!co 4&e transforma la 2otenc!a el%ctr!ca alterna con &n n!3el de 3olta5e a 2otenc!a el%ctr!ca alterna con otro n!3el de 3olta5e med!ante la acc!6n de &n cam2o magn%t!co. Consta de dos o ms /o3!nas de alam/re cond&ctor en rolladas alrededor de &n n7cleo ferromagn%t!co com7n. Estas /o3!nas no se enc&entran conectadas de manera d!recta normalmente. La 7n!ca cone8!6n entre las /o3!nas es el fl&5o magn%t!co com7n 4&e se enc&entra dentro del n7cleo com7n. Uno de los de3anados del transformador se conecta a &na f&ente de energ(a el%ctr!ca alterna 1 el seg&ndo9 o tercer de3anado en caso de 4&e c&ente con ms de dos de3anados9 s&m!n!stra energ(a el%ctr!ca a las cargas. El de3anado del transformador 4&e se conecta a la f&ente de 2otenc!a se llama de3anado 2r!mar!o o de3anado de entrada9 1 el de3anado 4&e se conecta a la carga se llama de3anado sec&ndar!o o de3anado de sal!da. S! *a1 &n tercer de3anado en el transformador9 se llama de3anado terc!ar!o. Los transformadores de corr!ente 1 los transformadores de 3olta5e son *erram!entas de gran !m2ortanc!a 2ara la *&man!dad9 1a 4&e son estas las 4&e reg&lan las d!ferenc!as de 2otenc!al 1 las d!ferenc!as de corr!entes 4&e e8!sten en las l(neas de energ(a. Los transformadores son &t!l!)ados en &na gran 3ar!edad de l&gares9 desde a2l!cac!ones en !nd&str!a9 a l&gares cot!d!anos como el cargador de &n cel&lar en casa9 el f&ndamento del transformador se /asa en la le1 de !nd&cc!6n m&t&a 1 a&to!nd&cc!6n 2or ende s& f&nc!onam!ento est /asado en la le1 de ,arada1. 2
Objetivo.
•
•
O/tener las relac!ones de transformac!6n de 3olta5e 1 corr!ente en transformadores monofs!cos 1 tr!fs!cos. Anal!)ar el efecto de la carga en &n transformador.
Un trasformador es &n d!s2os!t!3o 4&e cam/!a la 2otenc!a el%ctr!ca alterna con &n n!3el de 3olta5e a 2otenc!a el%ctr!ca alterna con otro n!3el de 3olta5e med!ante la acc!6n de &n cam2o magn%t!co. Consta de dos o ms /o/!nas de alam/re cond&ctor enrolladas alrededor de &n n7cleo ferromagn%t!co com7n. Estas /o/!nas estn com7nmente conectadas en forma d!recta. La 7n!ca cone8!6n entre las /o/!nas es el fl&5o magn%t!co com7n 4&e se enc&entra dentro del n7cleo :C*a2man9 ;<=;>. 3.1
Transformador ideal.
Un transformador !deal es &n d!s2os!t!3o s!n 2erd!das 4&e t!ene &n de3anado de entrada 1 &n de3anado de sal!da. Las relac!ones entre el 3olta5e de entrada 1 el de sal!da9 1 entre la corr!ente de entrada 1 la de sal!da9 se descr!/en en dos senc!llas ec&ac!ones. La i!ura 1 m&estra &n trasformador !deal. La relac!6n entre el 3olta5e 02:t> a2l!cando al lado 2r!mar!o del transformador 1 el 3olta5e 0s:t> 2rod&c!do en el lado sec&ndar!o es# Vp ( t ) Np = =u Vs ( t ) Ns
516
+onde ?&@ se def!ne como la relac!6n de transformac!6n del transformador. :C*a2man9 ;<=;>.
La relac!6n entre la corr!ente I2:t> 4&e fl&1e del lado 2r!mar!o del transformador 1 la corr!ente Is:t> 4&e sale del lado sec&ndar!o den transformador es# N p i p ( t )= N s is (t )
:;>
o i p ( t ) 1 = is ( t ) a
:>
En t%rm!nos de cant!dades fasor!ales9 estas ec&ac!ones son# V p V s
=a
:>
o I p I s
3.2
=
1
a
:>
#ircuito equivalente de un transformador
El modelo de &n c!rc&!to e4&!3alente de &na sola fase de &n transformador es mostrado en la i!ura 2. El c!rc&!to e4&!3alente cons!ste en &n transformador !deal con la relac!6n N=#N;9 s!em2re 5&nto con los elementos 4&e re2resentan las !m2erfecc!ones del transformador !deal. Un transformador de/e tener de3anados con &na res!stenc!a de cero 1 s!n 2%rd!das9 &na 2ermea/!l!dad !nf!n!ta en el n7cleo. El 3olta5e E = a tra3%s del 2r!mar!o del transformador !deal re2resenta los RMS del 3olta5e !nd&c!do en el de3anado 2r!mar!o 2or el fl&5o m&t&o 7. Esta es la 2orc!6n de fl&5o del de3anado 4&e &ne tanto la /o/!na 2r!mar!a como la sec&ndar!a.
)|Página
Máquinas Eléctricas Transformadores. LABORATORIO MÁQUINAS ELÉCTRICAS. i!ura 2. #ircuito equivalente de un transformador.
El fl&5o s!n&so!dal 7D 8ma8 Cos 9t9 el 3olta5e !nstantneo e= es# e 1= N 1
d
∅
d t
:>
e 1=−⍵ N 1 ∅max sin ⍵ t e 1= E1 mas cos ( ⍵ t + 90 )
. .
+6nde# E1=2 πf N 1 ∅max
.
Entonces el 3olta5e RMS como magn!t&d E = es# E1= 4.44 f N 1 ∅max
:F>
Es !m2ortante notar 4&e el fl&5o del fasor re)agado es el 3olta5e !nd&c!do E = 2or G
536
En el transformador !deal9 en el n7cleo se as&me 4&e t!ene &na rel&ctanc!a cero 1 otra con &na e8acta MM, /alanceada entre el 2r!mar!o 1 el sec&ndar!o. S! I ; re2resenta el com2onente de la corr!ente 4&e ne&tral!ce la MM, sec&ndar!a9 entonces. :Saadat9 =GGG>. I ´ 2 N 2= I 2 N 2
:G>
"or lo tanto9 2ara el transformador !deal9 de :F> med!ante :G> se t!ene. (|Página
Máquinas Eléctricas Transformadores. LABORATORIO MÁQUINAS ELÉCTRICAS. E 1
=
I 2
=
N 1
E 2 I ´ 2 N 2
3.3
:=<>
"eterminación de los $arámetros del circuito equivalente
Los 2armetros a2ro8!mados del c!rc&!to e4&!3alente son realmente o/ten!dos 2or las 2r&e/as e c!rc&!toJa/!erto 1 cortoJc!rc&!to. En la 2r&e/a de c!rc&!to a/!erto9 el 3olta5e nom!nal es a2l!cado en las term!nales de &n de3anado m!entras 4&e las term!nales del otro de3anado estn en c!rc&!to a/!erto. Los !nstr&mentos son conectados 2ara med!r las entradas del 3olta5e 0 =9 1 las entradas s!n carga de la corr!ente Io 1 la entrada de la 2otenc!a "o. S! el sec&ndar!o esta en c!rc&!to a/!erto9 la corr!ente I ; refer!da al sec&ndar!o ser cero 1 solo &na 2e4&eKa corr!ente s!n carga ser d!/&5ado 2or el s&m!n!stro. Tam/!%n la ca(da de 3olta5e 2r!mar!a :R=5=> Io se 2&ede des2rec!ar9 1 el c!rc&!to e4&!3alente se red&ce a la forma 4&e se m&estra en la i!ura 3. +ado 4&e la 2%rd!da del de3anado de co/re sec&ndar!o :2erd!das de 2otenc!a res!st!3a> es cero.
i!ura 3. #ircuito equivalente de la $rueba de circuito abierto.
Las 2%rd!das del co/re en el 2r!mar!o R =Io; es !ns!gn!f!cante9 la entrada s!n carga "o re2resenta en el transformador las 2%rd!das del n7cleo com7nmente conoc!das como 2erd!das del *!erro. Los elementos de der!3ac!6n Rc 1 m 2&ede entonces ser determ!nadas a 2art!r de las ec&ac!ones# 2
Los dos com2onentes de la corr!ente s!n carga son# I c =
V 1
:=;>
P0
I m=√ I 0 − I c 2
2
:=>
"or lo tanto la reactanc!a de magnet!)ac!6n es cero. En la 2r&e/a de corto c!rc&!to9 &na 3olta5e red&c!do 0sc esta a2l!cada en las term!nales de los de3anados m!entras 4&e las otras term!nales de los de3anados estn en corto c!rc&!to. Los !nstr&mentos estn conectados 2ara med!r el 3olta5e de entrada 0sc9 la corr!ente de entrada Isc 1 la 2otenc!a de entrada "sc. La tens!6n a2l!cada se a5&sta *asta 4&e la corr!ente nom!nal es solo &n 2e4&eKo 2orcenta5e de la tens!6n nom!nal. El 3alor corres2ond!ente /a5o fl&5o en el n7cleo9 las 2erd!das 2or corr!ente 1 el n7cleo son totalmente des2rec!a/les9 1 la rama de der!3ac!6n se 2&ede om!t!r. "or lo tanto la 2otenc!a de entrada 2&ede ser tomada 2ara re2resentar la 2erd!da 2or co/re en la /o/!na. El transformador a2arece como &n corto c&ando se 3e desde el 2r!mar!o con la !m2edanc!a de f&ga e4&!3alentemente e=9 4&e cons!ste en la !m2edanc!a de f&ga 2r!mar!a 1 la !m2edanc!a de f&ga sec&ndar!a9 se 2&ede *acer referenc!a con la i!ura %. :Saadat9 =GGG>.
i!ura %. #ircuito equivalente $ara $rueba de corto circuito
Re= 1 e= 2&eden entonces ser determ!nados a 2art!r de las relac!ones# Z e 1=
V sc
:=>
I sc
I (¿ ¿ sc 2 ) P sc Re 1=
:=>
¿
"or lo tanto9 la reactanc!a de f&ga e4&!3alente es# X e 1=√ Z e 1− Re 1 2
3.%
2
:=>
uncionamiento del transformador.
El c!rc&!to e4&!3alente a*ora se 2&ede &t!l!)ar 2ara 2redec!r las caracter(st!cas de f&nc!onam!ento del transformador. Un as2ecto !m2ortante es 4&e la ef!c!enc!a del transformador desde 2otenc!a9 es desde el GP a GGP9 la ef!c!enc!a ms alta se o/t!enen a 2art!r de transformadores con 2&nt&ac!ones ma1ores.
n=
potencia de salida potenciadeentrada
:=F>
La ef!c!enc!a con3enc!onal de &n transformado en n fracc!ones de la 2otenc!a a 2lena carga esta dada 2or. n=
n∗S∗ PF
( n∗S∗ PF ) +n + Pcu + P c 2
:=>
+onde S es la 2otenc!a nom!nal a 2lena carga de 3oltJam2ere9 " c& es la 2erd!da en el co/re a 2lena carga 1 2ara &n transformador tr!fs!co9 3!ene dada 2or. s =3|V 2|| I 2|
"c es la 2%rd!da del *!erro a la tens!6n nom!nal9 2ara 3ar!ar I ; con factor de 2otenc!a constante9 la m8!ma ef!c!enc!a se 2rod&ce c&ando. d ∨ I 2∨¿=0 dn
:;=>
¿
"ara la cond!c!6n anter!or9 se 2&ede demostrar fc!lmente 4&e se 2rod&ce la m8!ma ef!c!enc!a c&ando la 2erd!da de co/re es !g&al a 2erd!da en el n7cleo en N de carga 2or &n!dad dada 2or. n=
√
Pc Pcu
:;;>
Otra caracter(st!ca de rend!m!ento !m2ortante de &n transformador es el cam/!o en la tens!6n del sec&ndar!o de s!n carga a 2lena carga. La reg&lac!6n de 3olta5e se def!ne como el cam/!o en la magn!t&d de la tens!6n en term!nales del sec&ndar!o de s!n carga a 2lena carga9 e82resado como &na 2orcenta5e de 3alor a 2lena carga. ¿ V ∨¿∗100 ¿ V nl ∨−¿ V ∨ ¿ ¿ Regulacion =¿ 2
2
:;>
2
+onde 0; es el de 2lena carga de tens!6n nom!nal9 V nl en la ec&ac!6n anter!or 2
se 2&ede calc&lar med!ante el &so de c!rc&!to e4&!3alente 4&e *ace referenc!a 1a sea al 2r!mar!o o al sec&ndar!o. C&ando el c!rc&!to e4&!3alente se denom!na del lado 2r!mar!o9 la reg&lac!6n de la tens!6n se 2&ede calc&lar 2or med!o de la s!g&!ente ec&ac!6n. |Página
C&ando el c!rc&!to e4&!3alente se denom!na al lado sec&ndar!o9 la reg&lac!6n de la tens!6n se 2&ede calc&lar 2or med!o de la s!g&!ente ec&ac!6n. :Saadat9=GGG>. ¿ V ∨¿∗100 |V ´ |−¿ V ∨ ¿¿ Regulacion =¿ 2
1
%
2
:;>
&lcances ' limitaciones de la $ráctica de Transformadores.
Figura 2. Circuito equivae!te "e &lcances es$erados( ge!era"or e!1
Com2ortam!ento general del Transformador. Com2ro/ac!6n de las ec&ac!ones 4&e descr!/en el com2ortam!ento del Transformador. Conocer la forma correcta de cone8!6n del Transformador. O/ser3ar la relac!6n del cam2o magn%t!co 1 el fl&5o del transformador. Relac!6n de los Ta2s en el transformador. Com2ro/ac!6n de la relac!6n de transformac!6n de 3olta5es. +!ferenc!as 1 s!m!l!t&des entre transformadores red&ctores 1 transformadores am2l!f!cadores. Com2ortam!ento del 3olta5e en term!nales del sec&ndar!o.
2
&lcances lo!rados(
Se o/ser36 el com2ortam!ento del transformador al 3ar!ar los Ta2s en el sec&ndar!o. "or med!o de las ec&ac!ones anal!)adas en clase9 se 2red!5o el com2ortam!ento del Transformador. Se a2rend!6 la forma correcta de cone8!6n del Transformador. Se 2&do anal!)ar el com2ortam!ento de &n transformador red&ctor 1 &n ele3ador. O/tenc!6n de la relac!6n de transformac!6n de 3olta5es.
El es2ac!o de tra/a5o es algo red&c!do 2ara el n7mero de al&mnos 4&e entran al la/orator!o. El t!em2o 4&e se t!ene 2ara la real!)ac!6n de las 2rct!cas es red&c!do com2arado con la com2le5!dad 1 con lo e8tenso 4&e es cada &no de los temas 3!stos. ,allos 2resentes en los !nstr&mentos re4&er!dos 2ara la real!)ac!6n de las 2rct!cas :e5em2lo los m<(metros9 en la f&entes9 falsos en los ca/les9 etc.>. ,alta de e82er!enc!a 2ara la man!2&lac!6n del e4&!2o en el m/!to 2ract!co. * *.1
Material ' Equi$o. Material(
< 2&ntas En la i!ura * se &t!l!)6 estas 2&ntas de 2r&e/a 2ara la cone8!6n del e4&!2o. Estas 2&ntas act7an como ca/le9 con las c&ales se !nterconecta el c!rc&!to.
En la i!ura 0 se m&estra el transformador &t!l!)ado 2ara la 2rct!ca. Caracter(st!cas del transformador. << 0A =;<;<=;< 0. ;. A < -). i!ura 0. Transformador.
,&ente de al!mentac!6n#
Se &t!l!)6 &na f&ente de al!mentac!6n tr!fs!ca :i!ura > 2ara al!mentar el lado 2r!mar!o del transformador.
;. Al!mentar el transformador a la fase de 3olta5e : de la f&ente de al!mentac!6n med!ante la cone8!6n del Ta2 = del transformador a la fase 3ar!a/le de 3olta5e 9 res2ect!3amente. . Conectar el Ta2 ; del transformador al ne&tro de la f&ente de 3olta5e 3ar!a/le. . Los Ta2s = 1 ; son &sados como 2r!mar!o9 se o/t!ene =;< 0 A en el 2r!mar!o. . Calc&lar la relac!6n de transformac!6n 2ara todos los Ta2s. +e = a ; :=;<0A>9 de a F :=<0;9A>9 de F a :F0;9>9 de a :;0;9A>9 de a :=<09A>9 de a :;<0.GA>9 de F a :=<0.A> : i!ura 12>.
i!ura 12. Transformador mostrando Ta$s.
. F. . G.
Al!mentar el 2r!mar!o con <0. Se com!en)a con la 2rct!ca. Conectar el sec&ndar!o con los d!ferentes Ta2s a la carga res!st!3a. Em2e)ar la 2ract!ca conectando el sec&ndar!o con los Ta2s 1 F a la carga res!st!3a 1 med!r 3olta5e en sec&ndar!o. : i!ura 13>
=. Conectar el sec&ndar!o con los Ta2s 1 a la carga res!st!3a 1 med!r 3olta5e en sec&ndar!o. : i!ura 10>
i!ura 10. #one4ión Ta$s 3 ' %.
=.Se term!na la 2rct!ca. =.En la 2rct!ca no se m!d!eron los Ta2s 9 G 1 2ero se mostrarn como mater!al !l&strat!3o en la i!ura 15 i!ura 2 1 i!ura 21.
