El Transformador Monofásico Laboratorio #1

Dr. Edilberto Hall Grupo: 1-IE-131

Fecha de entrega: lunes 17 de agosto

Integrantes: Nuvia Campos (Encargada) Luis Batista Ricardo González Boris Pérez Mikío Sánchez Nicolle Thoms

OBJETIVOS

1. Conocer las relaciones de voltaje y corriente de un transformador.2. Estudiar las corrientes de excitación, la capacidad en volts amperes y las corrientes de

cortocircuito de un transformador.

EXPOSICIÓN

El transformador podemos considerarlo como un dispositivo de conversión de energía. Este no tiene parte mecánica por tanto es un dispositivo estático que posee componentes eléctricas y magnéticas, donde la parte eléctrica produce excitación y por parte de las bobinas se producen perdidas eléctricas debido a la resistencia de estas.En todo dispositivo de conversión de energía se producen pérdidas pero se asume que los transformadores son quasi-ideales asi que tenemos que la pérdida es muy pequeña.

Los transformadores pueden ser (donde a viene de la relación de vueltas):1. Elevador: a<1.02. Reductor: a>1.03. Acoplador: a=1.0

Físicamente los transformadores tienen una marca de polaridad para poder realizar las respectivas conexiones físicas

Este dispositivo siempre va a consumir energía estando conectado a la fuente, y la fuete lo que hace es magnetizar el núcleo. En condiciones de vacío (no hay carga) se necesitará una corriente para magnetizar el núcleo y se conoce como corriente de excitación y esta tiende a disminuir por la saturación del núcleo.

MATERIALES

Módulo de transformador EMS 8341Módulo de fuente de alimentación (120/208V c-a) EMS 8821Módulo de medición de c-a (100/100/250V) EMS 8426Módulo de medición de c-a (0.5/0.5/0.5A) EMS 8425Cables de conexión EMS 8941Ohmímetro

PROCEDIMIENTOS

1. Examinamos el transformador, sus terminales y alambrado. Identificamos:(a) núcleo, (b) devanados, (c) terminales en la cara del módulo.

2. (a)Voltaje nominal de cada uno de los tres devanados (Figura A-1, Anexos):

Terminales 1 a 2 = 120 V c-a.Terminales 3 a 4 = 208 V c-a.Terminales 5 a 6 = 120 V c-a.

(b) Voltaje nominal entre las terminales de conexión (Figura A-1, Anexos):

Terminales 3 a 7 = 104 V c-a.Terminales 7 a 8 = 76_ V c-a.Terminales 8 a 4 = 28 _ V c-a.Terminales 3 a 8 = 180 V c-a.Terminales 7 a 4 = 104 V c-a.Terminales 5 a 9 = 60_ V c-a.Terminales 9 a 6 = 60_ V c-a.

(c) Indique la corriente nominal de cada una de las siguientes conexiones (Figura A-1, Anexos):

Terminales 1 a 2 = 0.5 A c-a.Terminales 3 a 4 = 0.3 A c-a.Terminales 5 a 6 = 0.5 A c-a.Terminales 3 a 7 = 0.3 A c-a.Terminales 8 a 4 = 0.3 A c-a.

3. Resistencias en c-d de cada uno de los devanados (Figura A-2):

Terminales 1 a 2 = 10.5 ΩTerminales 3 a 4 = 23.1 ΩTerminales 3 a 7 = 12.2 ΩTerminales 7 a 8 = 10.0 ΩTerminales 8 a 4 = 5.5 _ Ω.Terminales 5 a 6 = 8.6 _ Ω Terminales 5 a 9 = 5.9 Ω Terminales 9 a 6 = 4.2__ Ω

4. Mediciones de los voltajes del secundario sin carga con 120V c-a al devanado primario.(a) Con ayuda del circuito suministrado en la guía.(b) Ajusto fuente a 120V c-a.(c) Mido E2 voltaje de salida.(d) Voltaje cero y apago fuente.(e) Repito para los devanados indicados.(f)Devanado 1 a 2 = 120 V c-a.

Devanado 3 a 4 = 220 V c-a.Devanado 5 a 6 = 125 V c-aDevanado 3 a 7 = 120 V c-a.Devanado 7 a 8 = 75_ V c-a.Devanado 8 a 4 = 25 _ V c-a.Devanado 5 a 9 = 60_ V c-a.Devanado 9 a 6 = 60_ V c-a.

5. (a) ¿Concuerdan los voltajes medidos con los valores nominales? Si algunos difieren explique por qué.

Si concuerdan, pero ciertamente hay ciertos que difieren y podemos decir que cuando la corriente fluye de manera continua en el devanado del trasformador se produce una cantidad de calor de desecho (potencia real), ósea que parte de la potencia de entrada se disipa en forma de calor.________________________________________________

(b) ¿Puede medir el valor de la corriente magnetizante (de excitación)? ¿Por qué?

No, ya que en el vacío o más bien cuando no hay carga la corriente de excitación casi ni se puede leer.___________________________________________________________

6. Devanado 1 a 2 y 5 a 6 tienen 500 vueltas. El devanado 3 a 4 tiene 865 vueltas.

(a)devanado1a2devanado5a6= 1

(b)devanado1a2devanado3a4= 100173

7. (a) Con ayuda del circuito de la guia, el medidor de corriente I 2 pone en corto circuito al devanado 5 a 6.(b) Aumentamos el voltaje hasta que la corriente I 2 sea 0.4 A c-a(c) Mediciones de I 1 y E1:

I 1 = 0.42 A c-a.E1 = 7.5 V c-a.

(d)Reducimos voltaje a cero y apagamos fuente de alimentación. (e) Calculo de la relación de corriente.

I 1/I 2=¿1.05

(f)Considere esta relación de corriente, ¿es la inversa de la relación de vueltas? Explique por qué.

Si se cumple la relación inversa, ya que al poner en corto al devanado 5 a 6 permite despreciar las pérdidas en el núcleo, lo que significa que las ecuaciones de relación de trasformación de un transformador ideal se pueden utilizar._____________________

8. (a) Con ayuda del circuito suministrado en la guía, el medidor de corriente I 3 pone en cortocircuito al devanado 3 a 4. (b)Aumentamos el voltaje hasta que la corriente I 1 sea 0.4 A c-a.(c) Mediciones de I 3 y E1:

I 3 = 0.22 A c-a.E1 = 6 V c-a.

(d)Reducimos voltaje a cero y apagamos fuente de alimentación. (e) Calculo de la relación de corriente (ver cálculos en anexo):

I 1/I 3=¿1.82

(f)Considere esta relación de corriente, ¿es la inversa de la relación de vueltas? Explique por qué.

Si se cumple la relación inversa, ya que al poner en corto al devanado 3 a 4 permite despreciar las pérdidas en el núcleo, lo que significa que las ecuaciones de relación de trasformación de un transformador ideal se pueden utilizar.______________________

9. Determinación de lo que conocemos como corriente de excitación de un transformador que es un efecto de saturación del núcleo.

(a)Con ayuda del circuito suministrado en la guía.(b)Ajustamos la fuente a 25V c-a. (c) Se tomaron las mediciones de las corrientes de excitación I 1 y el voltaje de salida E2para cada voltaje de entrada indicado en la Tabla 39-1.

E1V c-a

I 1mA c-a

E2V c-a

25 8.9 25

50 13.1 5075 18.2 78

100 23.8 106125 31.5 132

150 44.1 160175 65.4 187

200 99.7 212

Tabla 39-110. (a) Con los valores de corriente trazamos una curva, Gráfica de la figura 39-5.

(b) Observamos que la corriente de magnetización aumenta rápidamente después de alcanzar cierto voltaje de entrada.

(c)¿Ha variado la relación de voltaje entre los dos devanados, debido a la saturación del núcleo? Explique por qué.

La saturación no afecta la relación entre los voltajes de los embobinados para este caso porque los fabricantes diseñan los núcleos ferromagnéticos de las máquinas para que sus valores nominales de funcionamiento trabajen cerca del comienzo del codo de saturación que es el punto en que la gráfica de saturación deja de ser lineal y la permeabilidad deja de ser constante. De lo contrario con el núcleo saturado la inducción prácticamente no varía, por más campo (mayor corriente magnetizante) que se aplique en la sección de área del material ferromagnético; esto ocurre porque el material no tiene más dominios en su estructura que alinear que contribuyan a la magnetización del mismo._________________________________________________

0 20 40 60 80 100 1200

50

100

150

200

250

I1 (mA c-a)

E1 (V

a-c

)

Figura 39-5

PRUEBA DE CONOCIMIENTOS

1. Si la corriente que pasa por el devanado secundario 9 a 6, fuera de 1A c-a ¿Cuál sería la corriente que pasa por el devanado primario 1 a 2?

V 1V 2

=I 2I 1; 12060

= 1I 1; I 1=0,5 A

2. Si se pone en corto circuito el devanado secundario 7 a 8 y el devanado primario 5 a 6 toma una corriente de 0,5A c-a:

a. Calcule la corriente de cortocircuito que pasa por el devanado 7 a 8.V 1V 2

=I 2I 1; 12016

=I 20,5; I 2=3,75 A

b. ¿Por qué se deben realizar estas pruebas con la mayor rapidez posible?Porque las corrientes de cortocircuito suelen ser muy grandes y podrían dañar el transformador.

3. Si se aplica 120V c-a al devanado 3 a 4, indique los voltajes que se tendrían en:

a. Devanado 1 a 2: 148120

=120V 12

;V 12=97,3V

b. Devanado 5 a 9:14860

=120V 59

;V 59=48,6V

c. Devanado 7 a 8:14816

=120V 78

;V 78=13V

d. Devanado 5 a 6:148120

=120V 12

;V 12=97,3V

4. ¿Cuál de los devanados del procedimiento 7 disipa más calor? ¿Por qué?

El primario, porque posee más corriente y debido a las perdidas eléctricas i2r

5. Si se aplicara un voltaje de 120 V c-a al devanado 1 a 2 con el devanado 5 a 6 en cortocircuito

a) ¿Cuál sería la corriente de cada devanado?

La corriente de excitación

b) ¿Cuántas veces es mayor esta corriente que su valor normal?

Muchas veces mayor.

c) ¿Cuántas veces es mayor el calor generado en los devanados en estas condiciones, que en condiciones normales?

Muchas veces mayor

ANEXO

Figura A-1.Se observan los valores nominales de los terminales.

1-2 3-7

7-8 8-4

5-6 9-6

Figura A-2. Resistencias en c-d de los devanados.

9-6 8-4 7-8

5-6 3-4 3-7

Figura A-3. Voltaje de salida para los devanados. (Parte 4.f)

Figura A-4 .Voltaje E1=¿7.5V c-a. (Parte 7)

E1V c-a

I 1mA c-a

E2V c-a

25

50

75

100

125

150

175

200

Tabla A-5. Referente a la parte 9.