TITULO: EL TRANSFORMADOR MONOFASICO

RESUMEN: En esta práctica del transformador monofásico se encontraran los parámetros del circuito equivalente, también la relación de transformación “a” y por ultimo ver en el laboratorio cómo funciona el transformador.

OBJETIVOS:

Verificación del transformador como elevador y reductor de voltaje. Determinación de los parámetros del circuito equivalente del transformador monofásico

(Rc , Xm ,Re, Xe ).

FUNDAMENTO TEORICO:

El transformador es una maquina eléctrica estática que convierte la potencia CA de un nivel de voltaje en potencia CA de la misma frecuencia en otro nivel de voltaje.

La relación de transformación “a” en un transformador ideal, donde no existe perdidas de potencia, está dada por:

a =

N1

N 2 =

V 1

V 2 =

I 1

I 2

Z1 = Z2

Dónde: N1 y N2 : Numero de espiras del primario y secundario respectivamente.V 1 y V 2 : Voltaje primario y secundario respectivamente.I 1 y I 2 : Corrientes del primario y secundario respectivamente.Z1 y Z2 : Impedancias del primario y secundario respectivamente.

Sin embargo, el concepto de transformador ideal desprecia tres elementos que deben considerarse al evaluar las características de funcionamiento:

1) Resistencia de los devaneados del primario y secundario.2) Reactancia de dispersión.3) Perdidas en el nucleo (histéresis y corrientes de remolino).

Al considerar estos elementos tendremos un transformador real.

Figura 1. Circuito equivalente exacto de un transformador real.

Aunque en la figura 1 es un modelo exacto de un transformador, no es la mas utilizada. Normalmente se utiliza los circuitos equivalentes que se muestran en las figuras 2 y 3, referidos tanto al lado primario como al lado secundario respectivamente.

Para la determinación de los parámetros del circuito equivalente se realizan los ensayos en circuito abierto y cortocircuito.

a) Ensayo de cortocircuito: Permite determinar Re y X e , a partir de las mediciones de

Pcc , V cc , I cc .

φ = arcos ( PccVccIcc )

ZE =

VccIcc φ = Re + j X e

b) Ensayo en circuito abierto : Permite determinar Rc y Xm , a partir de las ecuaciones de V 0 , I 0 y Po :

φ = arcos( PoV 0 I 0

) Y E=

I 0

V 0 ∠ - φ =

1Rc - j

1Xm

La regulación de voltaje a plena carga RV es una cantidad que compara el voltaje de salida del

voltaje transformador en vacío V 20 con el voltaje de salida a plena carga V 2 pc :

RV =

V ¿

V 2 pc x 100% =

V 1

a−V 2 pc

V 2 pc x 100%

V 1

a=V 2

+Req 2 I 2+ jX ¿¿ eq2 I ¿¿¿ I 2¿

La eficiencia de un transformador puede expresar por:

η=V 2 I 2 cosφ2

Pcu+Pnucleo +V2 I 2 cosφ2 x 100%

Pcu=( I 2 )2Req 2

Pnucleo≈P0=(V p/ a )2

Re

INSTRUMENTOS Y MATERIALES:

Una fuente AC regulable 0-220v, 10A , 60Hz

Una fuente AC regulable 0-20v, 4A , 60Hz

Un transformador : N1=200, 800, 1600 ; N2=100 ,400

Un vatímetro

Pinza amperimetrica

Un voltímetro

METODO Y ESQUEMA EXPERIMENTAL

Fig. 4: El transformador como elevador y reductor de voltaje.

Fig. 5: Prueba en cortocircuito del transformador.

Fig. 6: Prueba en circuito abierto del transformador.

DATOS EXPERIMENTALES

El transformador como elevador y reductor de voltaje. Se instalara el circuito de la figura 4

y ajustar la fuente de voltaje alterno V f=10V AC , luego para los valores de N1 yN 2 que

se indica en la tabla 1, medir V 2 .

TABLA 1

N1 N2 a V 1 (Voltios ) V 2 (Voltios ) V 1 /V 2

Elevador 300 600 0.5 10 18 0.56400 800 0.5 10 18.5 0.54

Reductor 600 300 2 10 4.8 2.08800 400 2 10 4.5 2.22

Prueba en cortocircuito (lado de alta tensión): Con la fuenteV f al mínimo se instalara el

circuito de la figura 5, luego elevar V f hasta que el amperímetro marque la corriente

nominal del lado de alta tensión del transformador Icc=1 A . Medir en el voltímetro la

tensión de cortocircuito Vcc , y en el vatímetro la potencia en cortocircuito Pcc . Completar la tabla 2.

TABLA 2: Prueba en cortocircuito

Icc( A ) Vcc (Voltios) Pcc (Vatios ) φ1 95 25 74.74

Prueba en circuito abierto (lado de baja tensión): Con la fuente V f al mínimo instalar el

circuito de la figura 6, luego elevar V f hasta que el voltímetro marque el voltaje nominal

del lado de baja tensión del transformador V 0=110V AC . Medir en el amperímetro la

corriente en circuito abierto P0 . Completar la tabla 3.

TABLA 3: Prueba en circuito abierto

V 0 (Voltios) I 0( A ) P0 (Vatios) φ110 0.322 18 59.46

ANALISIS, RESULTADS Y DISCUSION

1. La relación de transformación tiene una pequeña variación en sus equivalentes, las causas serian el efecto Joule (la transformación de calor cuando una corriente eléctrica pasa por un conductor) y por las corrientes parasitas.

2. Re=25 y Xe=91 . 65

3. Rc=671. 66 y Xm=396 . 27

CONCLUSIONES

Se encontró la relación de transformación “a” con los voltajes primarios y secundarios del transformador monofásico.

Al verificar la relación de transformación en el transformador ideal y el valor en el circuito equivalente del transformador real, esta igualdad tiene una pequeña variación debido a la resistencia de los devanados del primario y secundario, la reactancia de dispersión y las perdidas en el núcleo (histéresis y corrientes de remolino)

Se hallaron los parámetros del transformador monofásico Rc , Xm ,Re, Xe .

BIBLIOGRAFIA

Maquinas Eléctricas - S. Chapman- 3ed en español Maquinas Eléctricas y Sistemas de Potencia - Theodore Wildi