TEMA: T TEMA: Transformador ransformador Monofásico regulación con carga R, L yC 1.- OBJETIVOS: Analizar al transformador monofásico en carga Familiarizarse e identicar los bancos de carga resistiva, inductiva y caacitiva !bservar la regulación del transformador a diversos niveles de carga R, L y C MARCO TEÓRICO: TRANSFORMADOR Los transf Los transfor ormado madores res son disos disositi itivos vos ele electr ctroma omagn" gn"tic ticos os estáti estáticos cos #ue ermiten artiendo de una tensión alterna conectada a su entrada, obtener otra otra tens tensió ión n alte altern rna a ma mayo yorr o me meno norr #ue #ue la ante anteri rior or en la sa sali lida da del del transformador$ %ermiten as& roorcionar una tensión adecuada a las caracter&sticas de los recet recetor ores$ es$ Tambi"n ambi"n son fundam fundament entale aless ara ara el trans transort orte e de energ&a energ&a el"ctrica a largas distancias a tensiones altas, con m&nimas erdidas y conductores de secciones moderadas$
FUNCIONAMIENTO: Constan esencialmente de un circuito magn"tico cerrado sobre el #ue se arrollan dos bobinados, de forma #ue ambos bobinados están atravesados or el mismo 'u(o magn"tico$ )l circuito magn"tico está constituido *ara frecuencias industriales de + -z. or c/aas de acero de oco esesor ailadas, ara evitar las corrientes arásitas$ )l bobinado donde se conecta la corriente de entrada se denomina rimario, y el bobinado donde se conecta la carga 0til, se denomina secundario$ La corrie corriente nte altern alterna a #ue circul circula a or el bobinad bobinado o rimari rimario o magnet magnetiza iza el n0cleo de forma alternativa$ )l bobinado secundario está as& atravesado or un 'u(o magn"tico variable de forma aro1imadamente senoidal y esta
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variación de 'u(o engendra or la Ley de Lenz, una tensión alterna en dic/o bobinado$
TRANSFORMADOR MONOFÁSICO: Los transformadores, como la mayor&a de las má#uinas el"ctricas, disonen de un circuito magn"tico y dos circuitos el"ctricos$ 3obre el n0cleo magn"tico, formado or c/aas ailadas, van arrollados dos bobinados #ue se denominan rimarios y secundarios$ Al conectar el bobinado rimario de 4 2 esiras a una tensión alterna, se crea un 'u(o magn"tico alterno$ )ste 'u(o magn"tico, #ue se establece en todo el circuito magn"tico, recorre el bobinado secundario de 4 5 esiras induciendo en "l una fuerza electromotriz roduciendo la tensión en bornes 6 5$ A la relación de tensiones entre el rimario y secundario se le llama relación de transformación, ara un transformador ideal se cumle7
8ónde7
m 9 relación de transformación 62 9 tensión del rimario *6. 65 9 tensión del secundario *6. 42 9 n0mero de esiras del rimario 45 9 n0mero de esiras del secundario
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%otencia aarente
La otencia aarente *tambi"n llamada comle(a. de un circuito el"ctrico de corriente alterna es la suma *vectorial. de la energ&a #ue disia dic/o circuito en cierto tiemo en forma de calor o traba(o y la energ&a utilizada ara la formación de los camos el"ctricos y magn"ticos de sus comonentes #ue 'uctuara entre estos comonentes y la fuente de energ&a$ )sta otencia no es la realmente consumida :0til:, salvo cuando el factor de otencia es la unidad (cos φ=1), y se;ala #ue la red de alimentación de un circuito no sólo /a de satisfacer la energ&a consumida or los elementos resistivos, sino #ue tambi"n /a de contarse con la #ue van a :almacenar: bobinas y condensadores$ 3e la designa con la letra S y se mide en voltamerios (VA)$ 3u fórmula es7
%otencia activa )s la otencia #ue reresenta la caacidad de un circuito ara realizar un roceso de transformación de la energ&a el"ctrica en traba(o$ Los diferentes disositivos el"ctricos e1istentes convierten la energ&a el"ctrica en otras formas de energ&a tales como7 mecánica, lum&nica, t"rmica, #u&mica, etc$ )sta otencia es, or lo tanto, la realmente consumida or los circuitos$ Cuando se /abla de demanda el"ctrica, es esta otencia la #ue se utiliza ara determinar dic/a demanda$
<
3e designa con la letra P y se mide en vatios ()$ 8e acuerdo con su e1resión, la ley de !/m y el triángulo de imedancias7
Resultado #ue indica #ue la otencia activa es debido a los elementos resistivos$
%otencia reactiva
)sta otencia no tiene tamoco el carácter realmente de ser consumida y sólo aarecerá cuando e1istan bobinas o condensadores en los circuitos$ La otencia reactiva tiene un valor medio nulo, or lo #ue no roduce traba(o 0til$ %or ello #ue se dice #ue es una otencia devastada *no roduce vatios., se mide en voltamerios reactivos (VAR) y se designa con la letra !$
F"c#o$ %& Po#&'c" )l llamado triángulo de otencias es la me(or forma de ver y comrender de forma gráca #u" es el factor de otencia o coseno de => *Cos . y su estrec/a relación con los restantes tios de otencia resentes en un circuito el"ctrico de corriente alterna$ ?
Como se odrá observar en el triángulo de la ilustración, el factor de otencia o coseno de => *Cos . reresenta el valor del ángulo #ue se forma al reresentar grácamente la otencia activa *P. y la otencia aarente *S., es decir, la relación e1istente entre la otencia real de traba(o y la otencia total consumida or la carga o el consumidor conectado a un circuito el"ctrico de corriente alterna$ )sta relación se uede reresentar tambi"n, de forma matemática, or medio de la siguiente fórmula7
)s un indicador del correcto arovec/a@miento de la energ&a el"ctrica$ )l Factor de %otencia uede tomar valores entre y 2, lo #ue signica #ue7
1
Muy malo
*+,
e1celente
%or e(emlo, si el Factor de %otencia es ,+ (valor mínimo exigido por la EPESF) indica #ue del total de la energ&a abastecida or la 8istribuidora sólo el + B de la energ&a es utilizada or el Cliente mientras #ue el + B restante es energ&a #ue se desarovec/a$ )n los artefactos tales como lámaras incandescentes *focos., lanc/as, calefón y estufas el"ctricas, toda la energ&a #ue re#uieren ara su funcionamiento se transforma en energ&a lum&nica o energ&a calórica, en estos casos el Factor de %otencia toma valor 2 *2 B energ&a activa.$
.- E!UIPO: E/0o /#2"%o Fuente (a AC Monofásico
Transformador
+
6at&metro Analógico Amer&metros
6olt&metros y
Cables conectores
• • • •
3itc/
Danco de resistencias trifásico$ Danco de inductancias trifásico$ Danco de caacitancias trifásico$ Amer&metro
E
3.- PROCEDIMIENTO: <$2$ 6ericar #ue el interrutor del circuito de carga est" en estado abierto <$5$ Realizar las cone1iones del diagrama de la gura <$2 manteniendo el circuito sin energ&a <$<$ Colocar el selector del Danco de Resistencias en su osición MGHMA R en terminales, e#uivalente a m&nima corriente <$?$ Alimentar el Circuito %rimario con una tensión nominal del transformador *62., el mismo #ue se debe mantener constante a lo largo de todo el e1erimento$ Cierre el interrutor T< <$+$ Cerrar el interrutor de la carga <$E$ Hncrementar la Carga del transformador con el cursor del banco de resistencias de manera #ue se roduzcan incrementos de corriente de $+ Amerios *H2., /asta un má1imo de ?$+ Amerios <$I$ Tomar lecturas de 62, H2, 65 y H5 <$J$ Aagar la fuente <$$ Abrir el interrutor de la carga y reemlace el banco de resistencias or uno de inductancias, con el selector en la osición cero *., active la fuente y cierre el interrutor de la carga <$2$ Hncrementar la carga del transformador con el selector de la inductancia utilizada desde la osición /asta la E, tome lecturas de 62, H2, 65 y H5$ *6eri#ue en cada medición #ue la tensión de entrada sea constante.$ 4. CUESTIONARIO TABU5ACIÓN DE DATOS: CAR6A RESISTIVA V1 7V8
V 7V8
I1 7A8 I
I 7A8
P1 78
22+ 22+ 22+ 22+ 22+ 22+
5 JJ JJ JI,+ JE
2,+ 2,I+ 5,2 5,+ 5,I
2,I 5 5,+ < <,+
2+ 2J 55+ 5E+ <2
CAR6A CAPACITIVA NIVE5 !FF 2 5 < ? + E I
V1 7V8 22+ 22+ 22+ 22+ 22+ 22+ 22+ 22+
V 7V8 ?,5 < <,+ ? ? ? ? ?,2
I1 7A8 ,I 2,5 2,? 2,J 5,5 5,++
I 7A8 ,I 2,5+ 2,J 5,? 5,J <,?
P1 78 2 2 2 2 2+ 5
CAR6A INDUCTIVA
NIV E5 !FF 2 5 < ? + E
V1 7V8 22+ 22+ 22+ 22+ 22+ 22+ 22+
V 7V8 2 ,+ 5 5 5,+ 2, 2,
I1 7A8 I 7A8 ,? 2,5 2,E5 5,? 5,IE <,
,? 2,I 5,++ <,< <,?
P1 78 2 2+ 5+ < ? +
Realizar un solo gráco con las caracter&sticas de la regulación del transformador monofásico ara las cargas Resistiva, Hnductiva y Caacitiva
CAR6A RESISTIVA
J
< 5 5 2
J
JJ
V 7V8 JJ JI
JJ
JI$+ JE
JE J+ J? J<
$+
2
2$+
5
5$+
<
<$+
?
I 7A8
Análisis:
Como se observa en la curva de regulación ara una carga resistiva el volta(e conforme aumenta la corriente, resenta un decaimiento en su valor, esto es roducido dado #ue la carga resistiva conforme aumenta la corriente, ierde caracter&sticas resistivas de a oco, además #ue a una corriente mayor resenta un calentamiento or lo cual se ierde energ&a or efecto Koule, esto /ace en consecuencia #ue el volta(e decaiga$ CAR6A CAPACITIVA ?$? ?$5 ?$5
?
?
?
?
?$2
?
<$J <$+
<$E V 7V8 <$? <$5 < < 5$J 5$E 5$?
$+
2
2$+
5 I 7A8
5$+
<
<$+
?
Análisis:
%ara este tio de carga se observa lo contrario #ue la curva de regulación anterior, ues en esta, el volta(e resenta un aumento en su valor, esto se debe a #ue la carga caacitiva almacena energ&a en forma de camo el"ctrico, lo #ue genera un aumento de tensión$
CAR6A INDUCTIVA < 5$+ 5$+ 5
5
5
2$ 2$
2$+ 2 V 7V8 2 $+ $+ J$+
$+
2
2$+
5
5$+
<
<$+
?
I 7A8
Análisis:
Al igual #ue la curva de regulación ara una carga resistiva, esta curva resenta un decaimiento, ues al igual #ue la resistiva esta carga inductiva genera efecto Koule y ierde energ&a, lo #ue roduce una ca&da de tensión$
Analizar la regulación general y con cada una de las cargas R, L y C CAR6A RESISTIVA: Analizando las cargas resistivas se uede observar #ue el volta(e y la corriente se encuentran en fase$ )ntonces7
∅=0
2
%or lo #ue, se tiene un factor de otencia unitario$ f$92 CAR6A CAPACITIVA: %ara cargas caacitivas, la corriente se encuentra adelantada resecto al volta(e$ )ntonces7
∅ >0
%or lo #ue, en este caso se tiene un factor de otencia adelantado$ CAR6A INDUCTIVA: )n el análisis de cargas inductivas como ueden ser motores y transformadores, la corriente se encuentra retrasada grados con resecto al volta(e$ )ntonces7
∅ <0
%or lo #ue, en este caso se tiene un factor de otencia retrasado$ 8eterminar y gracar la %otencia Reactiva y el factor de otencia con los datos obtenidos en cada medición %otencia Activa7
P1= Pvatimetro
%otencia Aarente7
S 1= I 1∗V 1 VA
%otencia Reactiva7
[
N
]
Q=√ S1− P1 [ VAr ] 2
2
P 1 f . p.= S1
Factor de %otencia7 CAR6A RESISTIVA
%ara una carga resistiva se cumle #ue7 S 7VA8 1*, 1*, 41*, ;*, 3*;,
! 7V"$8 J+,2J
22
9.0. ,JI ,J? ,<5 ,55 ,EE
CAR6A CAPACITIVA %ara una carga caacitiva se cumle #ue7 S 7VA8 ;*, 13; 1<1 ,3 +3*,
! 7V"$8 I,JJ 2
9.0. ,25? ,I5 ,E5 ,?J ,+ ,EJ
CAR6A INDUCTIVA %ara una carga inductiva se cumle #ue7 S 7VA8 4< 13; 1;<*3 < 31*4 3;4*1
! 7V"$8 ??, 2
Po#&'c" R&"c#"
25
9.0. ,52I ,2 ,2
Resistiva
Caacitiva
Hnductiva
? <+ < 5+ ! 7V"$8 5 2+ 2 +
2
5
<
?
+
E
I
J
I
J
P"sos
F"c#o$ Po#&'c" Resistiva
Caacitiva
2
<
Hnductiva
$5+ $5 $2+ FP
$2 $+
5
?
+
E
P"sos
Análisis:
)l factor de otencia de la carga resistiva es aro1imadamente 2, uesto #ue toda su otencia activa *real. se convierte en aarente, es decir no e1isten "rdidas or otencias reactivas$ CONC5USIONES
Como se observó en el análisis de las grácas el valor del factor de otencia ara una carga resistiva es uno uesto #ue no e1iste otencia reactiva, es decir #ue toda la otencia activa *real. se convierte en aarente$ 2<
Los datos obtenidos en la ráctica al arecer ten&an un error grande ya #ue algunos valores obtenidos no concuerdan con lo #ue se conoce en la teor&a Los elementos tienen tolerancias or lo cual los cálculos resentarán errores$
BIB5IO6RAF>A
Teor&a y análisis de las má#uinas el"ctricas A$ )$ Fitzgerald Má#uinas el"ctricas y transformadores Hrving L$ Ooso, %-$8 Má#uinas el"ctricas )stifan C/aman Má#uinas el"ctricas M$ %$ OostenPo, LM RiotrousPi
2?
