UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA

SECCIÓN ELÉCTRICA

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS

GRUPO: 1751A

PROFESOR: FUENTES SANCHEZ JAIME

ALUMNO: CRUZ HERNANDEZ VICTOR MANUEL

PRÁCTICA 1

EL TRANSFORMADOR MONOFASICO

SEMESTRE 2013-I

PRACTICA No. 1

El transformador monofásico.

OBJETIVOS:

1.- Analizar la estructura de un transformador monofásico.

2.- Obtener la relación de transformación.

3.- Medición de la resistencia óhmica.

4.- determinar la polaridad del transformador.

5. obtención de la curva de saturación

INTRODUCCIÓN(a desarrollar por los alumnos)

El Transformador ideal, el transformador real, relación de transformación

Polaridad del transformador, curva de saturación

INSTRUMENTOS Y EQUIPO

Módulo de transformador.

Módulo de fuente de alimentación.

Módulos de medición de C.A (Voltaje y de Corriente).

Cables de conexión.

Óhmetro.

Para determinar estos parámetros se puede realizar a través de dos pruebas, las cuales son: Prueba de Vacío y Prueba de Cortocircuito.

a.- Prueba de Vacío:

Consiste en aplicar una tensión nominal V1 en cualesquiera de los enrollados del transformador, con el otro enrollado abierto, se le aplica al lado 1 voltaje y frecuencia nominal, registrándose las lecturas de la potencia de entrada en vacío P0 y la corriente en vacío I1. Es obvio que los únicos parámetros que tienen que ser considerados en la prueba de vació son Rm y jXm, la impedancia de dispersión, R1 +jX1, no afecta a los datos de prueba. Usualmente, la tensión nominal se aplica al enrollado de baja tensión. La figura 1, muestra el circuito de prueba utilizado.

Figura 1: Circuito Equivalente para la condición en Vacío

Nuestros parametros nos quedan:

; Ec.1

; Ec.2

Es válido mensionar que Im se calcula con la ecuación 3

; (Ec.3)

b.- Prueba de cortocircuito:

Esta prueba se realiza a voltaje reducido, hasta que circule una corriente nominal por el circuito. En este caso no se toma la rama de magnetización, esto es debido a que solo se requiere un pequeño voltaje para obtener las corrientes nominales en los embobinados debido a que dicha impedancias son limitadas por la impedancia de dispersión de los embobinados, por lo tanto la densidad de flujo en el núcleo será pequeña en la prueba de cortocircuito, las pérdidas en el núcleo y la corriente de magnetización será todavía más pequeña. La tensión reducida Vcc, llamada frecuentemente tensión de impedancia, se soluciona para que la corriente de cortocircuito Icc no ocasione daño en los enrollamientos. Se escoge usualmente Icc como la corriente de plena carga (nominal). Usualmente esta prueba se hace por el lado de alto voltaje (para que la corriente sea mas pequeña).

Figura 2: Circuito equivalente para la condición de cortocircuito

La potencia del cortocircuito es la perdida total en el cobre del transformador. Debido al efecto pelicular, Pcc puede ser mayor que las perdidas óhmicas en el cobre.

De la figura 2, obtenemos lo siguiente:

; (Ec.4)

; (Ec.5)

; (Ec.6)

Zeq, Xeq y Req son conocidas por impedancia equivalente, reactancia equivalente y resistencia equivalente, respectivamente.

Si V1 = V2, podemos decir que:

; (Ec.7)

Deberá notarse nuevamente que los parámetros están en funcion del enrrollamiento en el que se toman las lecturas de los instrumentos.

Ya que la resistencia equivalente Req es la suma de R1 y R'2 se deduce que:

; (Ec.8)

iV.-Características De Funcionamiento De Los Transformadores Monofásicos De Dos Enrollados.

La regulación y la eficiencia son las dos características de mayor importancia en el funcionamiento de los transformadores. Los cuales son usados en sistemas de potencia para la transmisión y distribución de energía.

Factor de Regulación:

La regulación de voltaje es una medida de la variación de tensión de salida de un transformador, cuando la corriente de carga con un factor de potencia constante varia de cero a un valor nominal. Considérese los dos embobinados del transformador mostrado en la figura 4-a. La carga esta conectada al lado2 y la fuente de voltaje al lado 1.Supongamos que el transformador esta entregando a la carga una corriente nominal a un voltaje nominal y con un factor de potencia específico. La fuente de voltaje es ajustada para obtener voltaje constante a este valor y la carga es desconectada del transformador, el voltaje de salida del transformador cambiará; la diferencia entre los valores del voltaje de salida cuando está sin carga, y el nominal a plena carga, expresada como una fracción del valor nominal, es definida como la regulación del voltaje nominal del transformador a un factor de potencia específico. La ecuación 9 representa el factor de regulación en porcentaje.

; (Ec.9)

Como generalmente, la corriente de excitación será pequeña comparada con la corriente nominal de un transformador de núcleo de hierro, la rama en derivación consiste de Rm y Xm puede no considerarse para cálculos de regulación de voltaje. Este circuito equivalente simplificado referido al lado 2 se muestra en la siguiente Figura 3-b.

Como el transformador está entregando la corriente nominal IL2 a un factor de potencia COS (L), el voltaje de carga es V2. El correspondiente voltaje de entrada es V1 / a referido al lado 2. Cuando la carga se remueve, manteniendo el voltaje de entrada constante se observara en la figura 4.b que el voltaje en los terminales de carga, cuando IL2 = 0, es V1 / a, luego la ecuación 10 representa el factor de regulación de voltaje, en porcentaje, no considerando la rama de magnetización.

; (Ec.10)

Donde:

; (Ec.11)

Los terminos V2, IL2 son los valores nominales

Figura 3-a: Transformador de núcleo de hierro de dos enrrollados alimentando una carga inductiva (ZL2).

Figura 3-b:Circuito equivalente aproximado referiodo al lado 2 del transformador ilustrado en 3a.

b.- Rendimiento:

Supongamos el transformador de núcleo de hierro exhibido en la fígura 3-a. Supóngase que el voltaje de la salida se mantiene constante al valor nominal y el transformador formado con factor de potencia COS (L), está entregando a la carga, una corriente IL2 (no es necesariamente el valor nominal). Las pérdidas en el transformador son los que se tienen en el núcleo debida a la histéresis, a las corrientes parásitas y la óhmicas en las resistencias de los enrrollamientos. Por Pc se presentan las pérdidas en el núcleo; como las pérdidas en el núcleo son dependientes de la densidad de flujo y la frecuencia puede considerarse que Pc permanece constante en el tiempo si el voltaje de salida y la frecuencia se mantienen constantes en el tiempo. Las pérdidas óhmicas en los enrrollamientos, están en función de la corriente. A cualquier corriente IL2, kas pérdidas óhmicas totales en el transformador son I2L2 Req2; estas pérdidas son llamadas pérdidas en el cobre, luego ka ecuación 12, representa el rendimiento del transformador.

; (Ec.12)

; (Ec.13)

Si IL2 es la corriente nominal, entonces se obtiene la eficiencia nominal del transformador.

DESARROLLO:

l.- Examine la estructura del módulo de transformador:

a.- Observe que el núcleo del transformador está hecho de laminaciones en acero.Identifíquelo.

b.- Observe que los devanados del transformador están conectados a las terminales en lacarátula del módulo.

2.- Identifique los devanados del transformador, anote los valores nominales de acuerdo a la tabla l.

3.- Haga la conexión del siguiente circuito. (Figura 1)

a.- Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 120 V c.a., realizando las mediciones de losdevanados indicados en la tabla l.

TERMINALES

VALORES NOMINALES V

VALORES MEDIDOS V

1 2 120 1203 7 104 1047 8 76 768 4 28 27.75 9 60 59.89 6 60 59.3

4.- Concuerdan los valores medidos con los valores nominalesSI

5.- Calcule la relación de transformación de acuerdo a los valores medidos en la tabla 1.

α=V1 /V2V1-2 /V3-7 1.153V1-2 /V7-8 1.57V1-2 /V8-4 4.28V1-2 /V5-9 2V1-2 /V9-6 2

6.- Conecte el circuito que aparece en la figura 2. Observe que el medidor de corriente I2 pone en corto circuito el devanado 5-6.

a.- Conecte la fuente de alimentación y aumente gradualmente el voltaje hasta que la corriente de corto circuito I2 sea de 0.4 amperes de c. a.b. - Mida y anote:I1 0.38 V1 12.26I2 0.38 V2 0.5

c.- Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación.

d- Calcule la relación de corriente α = 1

7.- Conecte el circuito que aparece en la figura 3. Observe que el medidor de corriente I2 pone en corto circuito el devanado 3-4

a.-Conectar la fuente de alimentación y aumente gradualmente el voltaje hasta que la corriente I1 sea de 0.4 amperes de c. a.b.-Mida y anote:I1 4 V1 118.1

I2 2.54 V2 0.35c.- Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.d- Calcule la relación de corriente α = 0.6475

8.- Conecte el óhmetro como se muestra en la figura 4 y mida la resistencia de los devanados que se indican en la tabla 3.

TERMINALES

RESISTENCIA ()

1 – 2 8.63 – 7 14.47 – 8 11.18 – 4 4.35 – 9 4.19 – 6 4.8

En función del valor de la resistencia del devanado diga quien tiene mayor número de vueltas y por que

Las terminales 3-7 presentan mayor resistencia y su numero de vueltas es mayor

En función del valor de la resistencia del devanado diga por cual devanado (s) circula mayor amperaje

Las terminales 8-4 es en la que su amperaje es mayor

9.- Determinación del efecto de saturación del núcleo del transformador.a.- Conectar el circuito que se ilustra en la figura 5 observando que las termínales 4 y 5 de la fuente de alimentación se van a utilizar para proporcionar un voltaje variable de O a 220 volts de ca.

b.- Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 25 volts de ca.

c- Mida y anote la corriente de excitación I1, y el voltaje de salida V2 de acuerdo a la tabla 2:

V1 (V c.a.)I1 (mA c.a.) V2(V c.a.)

25 0 25.150 0 49.9275 0.01 75.6

100 0.01 94.6125 0.01 12.4150 0.02 149.67175 0.04 173.5200 0.08 201.6

d.- Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

Prueba de polaridad

10. Arme el circuito que se muestra en la figura 6. Use un multímetro analógico en la función devoltímetro y seleccione con la perilla 0-20 V CD, conecte la terminal positiva a la terminal 1 y lanegativa a la terminal 2 del transformador.

11.- Encienda la fuente de alimentación, mueva la perilla de voltaje muy lentamente y ajuste la corriente aproximadamente a 0.2 Amperes.

12.- Sin tocar la perilla de control de voltaje, pase la terminal positiva y negátiva del voltímetro, a la terminal 3 y 4 del transformador.

13.- Observe la deflexión de la aguja del voltímetro de CD, en el momento que apague la fuente de alimentación. Si la aguja del voltímetro se desvía momentáneamente a la izquierda, las terminales 1 y 3 tienen la misma marca de polaridad (Polaridad sustractiva). Si la aguja del voltímetro se mueve a la derecha tiene polaridad aditiva.

c.- ¿Qué polaridad se tiene en los devanados 1 a 2 y 3 a 4?POSITIVO

PRUEBA DE CONOCIMIENTOSEl reporte de la práctica debe de incluir procedimiento teórico y operaciones donde se requiera.

2.- Graficar la curva de saturación de transformador de acuerdo a los datos obtenidos en la tabla 4. Observando el comportamiento de la corriente de magnetización que aumenta rápidamente después de alcanzar cierto voltaje de entrada.

3.- Si la corriente de corto circuito que pasa por el devanado del secundario 9-6 fuera de 1 ampere de c.a., ¿cuál sería la corriente que pasaría por el devanado primario 1-2?

DE NUEVE A SEIS MEDIA VUELTA, DE 5 A 6 SON AMBOS VOLTAJES DE 9 A 6 250 VUELTAS

4.- Si se pone en corto circuito el devanado secundario 7 - 8 Y el devanado primario 5-6 toma una corriente de 0.5 amperes, determinar la corriente de corto circuito que pasará por el devanado 7-8

I1 = I2 * E1/E2= 0.5*1.59= 0.79 A

5.- ¿Por qué las pruebas de corto circuito deben realizarse con la mayor rapidez posible?

PORQUE SUFRE SOBRECALENTAMIENTO ENTRE LOS CONDUCTORES

6.- Si se aplica un voltaje de 120 Volts de ca al devanado 1-2 con el devanado 5-6 en corto circuito, ¿cuál será la corriente de cada devanado, cuántas veces es mayor esta corriente que su valor nominal y cuántas veces es mayor el calor generado en los devanados en estas condiciones.

DEVANADO DE 1 A 2 69.2 V c.a.

CONCLUSIONES

EN ESTA PRACTICA CONOCIMOS EL MOTOR MONOFASICO ASI COMO SUFUNCIONABILIDAD Y Y SABER COMO CONECTARLO PARA HACER MEDICIONES