UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCOFacultad: Ing.
Elctrica, electrnica mecnica y minas
CARRERA PROFESIONAL: DE INGENIERIA MECANICA
INFORME DE LABORATORIO N4 DE CIRCUITOS ELECTRICOS ITEMA:
PARAMETROS DE LOS TRANSFORMADORES
DOCENTE: Ing. Marco A. Malpartida RodrguezSEMESTRE 2015-I
CUSCO -PERU
INFORME DE LABORATORIO N41.-Hacer el fundamento terico del
experimentoRELACION DE TRANSFORMACION EN TRANSFORMADORESEl
transformador.- Es un dispositivo que convierte energa elctrica de
un cierto nivel de voltaje, en energa elctrica de otro nivel de
voltaje, por medio de la accin de un campo magntico. Est
constituido por dos o ms bobinas de alambre, aisladas entre s
elctricamente por lo general y arrolladas alrededor de un mismo
ncleo de material ferromagntico. El arrollamiento que recibe la
energa elctrica se denomina arrollamiento de entrada, con
independencia si se trata de la mayor (alta tensin) o menor tensin
(baja tensin). El arrollamiento del que se toma la energa elctrica
a la tensin transformada se denomina arrollamiento de salida. En
concordancia con ello, los lados del transformador se denominan
lado de entrada y lado de salida.El arrollamiento de entrada y el
de salida envuelven la misma columna del ncleo de hierro. El ncleo
se construye de hierro por que tiene una gran permeabilidad, o sea,
conduce muy bien el flujo magntico.En un transformador, el ncleo
tiene dos misiones fundamentales: Desde el punto de vista elctrico
-y esta es su misin principal- es la va por que discurre el flujo
magntico. A travs de las partes de la culata conduce el flujo
magntico siguiendo un circuito prescrito, de una columna a otra.
Desde el punto de vista mecnico es el soporte de los arrollamientos
que en l se apoyan.Dependiendo del propsito de la instalacin, un
transformador se puede conectar de distintas formas. En el caso de
los transformadores monofsicos, hay distintas formas de conectarlos
a la fuente de alimentacin y a la carga. Dos o ms transformadores
se pueden conectar en distintas formas para cumplir con distintos
requerimientos.El empleo de transformadores estticos resuelve
tambin un segundo problema, cual es el que se presenta en los
lugares de utilizacin de la energa elctrica. Los receptores
elctricos deben trabajar a tensiones bajas, de acuerdo con lo
reglamentado oficialmente. Ello exige que las tensiones elevadas
empleadas en el transporte de la electricidad sean rebajadas a
valores no peligrosos para las personas encargadas de manejar los
aparatos elctricos.Segn su funcin, los transformadores pueden ser
de dos tipos distintos:Elevadores. Son transformadores colocados en
las centrales productoras de energa elctrica, cuya funcin consiste
en elevar la tensin generada en el alternador hasta el valor
deseado para el transporte. Reductores. Son transformadores
colocados en los lugares de utilizacin de la energa elctrica, cuya
funcin consiste en reducir la tensin de la red a un valor aceptable
para su empleo prctico. En la prctica, la reduccin total desde la
tensin de transporte hasta la de utilizacin se efecta en escalones
de tensin intermedios, mediante sucesivos transformadores
reductores.
En el transformador que se muestra en la figura 1 tiene NP
espiras de alambre sobre su lado primario y NS de espiras de
alambre en su lado secundario. La relacin entre el voltaje VP(t)
aplicado al lado primario del transformador y el voltaje VS(t)
inducido sobre su lado secundario esVP(t) / VS(t) = NP / NS = aEn
donde a se define como la relacin de espiras del transformadora =
NP / NS La relacin entre la corriente Ip(t) que fluye en el lado
primario del transformador y la corriente is(t) que fluye hacia
fuera del lado secundario del transformador esNP * IP(t) = NS *
IS(t)IP(t) / IS(t) = 1 / aEn trminos de cantidades fasoriales,
estas ecuaciones sonVP / VS = aIP / IS = 1 / aNtese que el ngulo de
la fase de VP es el mismo que el ngulo de VS y la fase del ngulo IP
es la misma que la fase del ngulo de IS. La relacin de espiras del
transformador ideal afecta las magnitudes de los voltajes y
corrientes, pero no sus ngulos.Las ecuaciones anteriores describen
la relacin entre las magnitudes y los ngulos de los voltajes y las
corrientes sobre los lados primarios y secundarios del
transformador. Para generar el flujo magntico, es decir, para
magnetizar el ncleo de hierro hay que gastar energa elctrica. Dicha
energa elctrica se toma del arrollamiento de entrada. El constante
cambio de magnetizacin del ncleo de hierro origina prdidas. Estas
prdidas pueden minimizarse eligiendo tipos de chapa con un bajo
coeficiente de prdidas. Adems, como el campo magntico vara respecto
al tiempo, en el hierro se originan tensiones que dan orgenes a
corrientes parsitas, tambin llamadas de Foucault. Estas corrientes,
asociadas con la resistencia hmica del hierro, motivan prdidas que
pueden reducirse empleando chapas especialmente finas, de unos 0.3
mm de espesor, aisladas entre s (apiladas). En cambio, en un ncleo
de hierro macizo se produciran prdidas por corrientes parsitas
excesivamente grandes que motivaran altas temperaturas. Una vez
descritos los dos principales componentes, va a tomar conocimiento
del principio de la transformacin: El flujo magntico, peridicamente
variable en el tiempo, originado por la corriente que pasa a travs
del arrollamiento de entrada induce en el arrollamiento de salida
una tensin que vara con la misma frecuencia. Su magnitud depende de
la intensidad y de la frecuencia del flujo as como del nmero de
vueltas que tenga el arrollamiento de salida.Polaridad en un
transformador.- A diferencia de la corriente directa, no hay
polaridad positiva o negativa fija en la corriente alterna, de aqu
que los transformadores no pueden tener polaridad fija en sus
terminales.
Las bobinas secundarias de los transformadores monofsicos se
arrollan en el mismo sentido de la bobina primaria o en el sentido
opuesto, segn el criterio del fabricante. Debido a esto, podra ser
que la intensidad de corriente en la bobina primaria y la de la
bobina secundaria circulen en un mismo sentido, o en sentido
opuesto.Polaridad Aditiva: La polaridad aditiva se da cuando en un
transformador el bobinado secundario est arrollado en el mismo
sentido que el bobinado primario.Esto hace que los flujos de los
dos bobinados giren en el mismo sentido y se sumen.Polaridad
Sustractiva: La polaridad sustractiva se da cuando en un
transformador el bobinado secundario esta arrollado en sentido
opuesto al bobinado primario.Esto hace que los flujos de los dos
bobinados giren en sentidos opuestos y se resten. Para determinar
la polaridad del transformador, se coloca un puente entre los
terminales del lado izquierdo del transformador y se coloca un
voltmetro entre los terminales del lado derecho del mismo, luego se
alimenta del bobinado primario con un valor de voltaje (Vx). Si la
lectura del voltmetro es mayor que Vx el transformador es aditivo o
si es menor el transformador es sustractivo.
2.- Porque la finalidad de la identificacin de la polaridad de
los transformadores en generalLa finalidad de la prueba de
polaridad es determinar si el transformador es de polaridad aditiva
o sustractiva y tambin para saber si es un reductor o un elevador;
la polaridad tiene una gran importancia en la conexin de los
transformadores, sobre todo, si estos han de ser conectados en
paralelo o en bancos. Dos o ms terminales de los devanados
(bobinas) tienen la misma polaridad cuando las corrientes que
entran simultneamente por los terminales producen flujos que son
concurrentes. Para producir flujos concordantes dos bobinas tienen
que tener la misma polaridad, ya sea aditiva o sustractiva.
Los ensayos de polaridad sirven para la conexin en paralelo de
transformadores. 3.- Analizar y explicar si por el lado del
secundario se puede someter a tensin de prueba, para polarizar un
transformador.Si se puede polarizar por el lado secundario a un
transformador sometiendo a una tensin de prueba pero para verificar
dicha polarizacin se debe tener en cuenta que la tensin de entrada
es de 110v por lo tanto debe utilizarse otro transformador para que
convierta la tensin original de 220v a 110v de esta manera podremos
comprobar que es de la misma naturaleza es decir se descubre que es
de polaridad sustractiva.Tal como se vio en ensayo para
transformadores monofsicos, se aplica al primario una tensin
reducida, que se grada para de esta manera tener en el secundario
un voltaje normal. 4.- Desarrollar el proceso para polarizar un
transformador de varios devanadosLa polaridad de los devanados de
un trasformador es importante cuando se pretende asociar las fases
entre ellos, para poder determinar la polaridad, colocamos dos o ms
bobinas en serie, dependiendo de cada una, tendremos la suma o
diferencia de las tensiones instantneas inducidas en ellos.Despus
de haber identificado los extremos de las bobinas mediante los
ensayos de identificacin de fases anteriores, se determina la
polaridad relativa instantnea, usando un voltmetro de C.A. y una
fuente de tensin de C.A. adecuada (de tensin nominal o inferior).
El reconocimiento de polaridad consta de las siguientes
etapas:1-.Seleccionar cualquier arrollamiento de alta tensin y
usarlo como bobina de referencia.2-.Unir mediante una conexin una
terminal de la bobina de referencia con una terminal de cualquier
otro arrollamiento de polaridad desconocida.3-.Designar al otro
terminal de la bobina de referencia con un punto de polaridad
(+).4-.Conectar un voltmetro (C.A.) entre el terminal marcado con
un punto de la bobina de referencia y el otro terminal de la bobina
de polaridad desconocida.5-.Aplicar tensin a la bobina de
referencia.6-.Anotar los valores de tensin en bornes de la bobina
de referencia Vr y el de la tensin de ensayo entre bobinas,
Vt.7-.Si la tensin de ensayo, Vt es superior a Vr, la polaridad es
aditiva, y debe marcarse un punto en la bobina ensayada. 8-.Si la
tensin de ensayo, Vt es menor que Vr, la polaridad es sustractiva,
y debe marcarse un punto en la bobina ensayada.9-.Etiquetar el
terminal marcado con punto en la bobina de referencia con la
denominacin H1 y el terminal marcado con punto en la bobina de
ensayada con X1.10-.Repetir las etapas 2 a 9 anteriores para los
restantes arrollamientos del transformador.
Fig.:5 Transformador trifsico de laboratorioCuando las bobinas
se conectan en serie, se une una terminal de una bobina con el
terminal de polaridad opuesta de la otra de manera que las
tensiones sean aditivas. Si se conectasen al revs, las tensiones
inducidas se opondran entre s (obtenindose una tensin de salida
cero). Slo pueden conectarse en paralelo bobinas, de idnticos
valores nominales de tensin. La razn de ello, estriba en que cuando
las bobinas estn en paralelo, las tensiones inducidas se oponen en
cada instante entre s. As, si dos bobinas de distintas tensiones
nominales estn en paralelo, se desarrollan grandes corrientes
circulatorias en ambos devanados debido a que la impedancia
equivalente interna de los arrollamientos es relativamente pequea,
mientras que la diferencia neta entre las tensiones inducidas
(desiguales) es relativamente grande.Las bobinas de distintas
tensiones nominales, sin embargo, pueden conectarse en serie,
aditiva o sustractiva. Esto hace aumentar el nmero de relaciones de
transformacin posibles .en los transformadores con varios
devanados.
7.- Cuales son las condiciones para instalar transformadores
monofsicos en una red trifsica?Primeramente se debe verificar que
tipo de transformador es; para lo cual realizaremos la polarizacin
de dicho transformador y etiquetar si es de polaridad sustractiva o
de polaridad aditiva.Sabemos que en una red trifsica habr muchos
transformadores en cada monofsico por lo tanto estos debern ser de
la misma especie (aditiva o sustractiva). Los enrollados primarios
de una conexin delta abierta pueden estar conectados en triangulo
abierto o en estrella abierta. Con el primario en estrella abierta,
habr una considerable intensidad desequilibrada (es decir, la suma
de las intensidades de las dos fases) pasando a travs del neutro,
por lo tanto, es esencial que el neutro primario este bien
conectado a tierra.Con el primario en delta abierta, aunque falta
una fase, el primario est conectado al suministro elctrico
trifsico, por lo que se mantienen las relaciones de tensin
nominales entre fases. Estas tensiones son transformadas en los
enrollados secundarios, los cuales mantienen las relaciones de
tensin en las tres fases salientes. Por lo tanto el valor de tensin
suministrada a la carga trifsica desde la delta abierta es la misma
que desde una delta cerrada convencional.Sin embargo, la capacidad
de transporte de intensidad de una delta abierta se ve reducida,
puesto que solo hay dos enrollados en servicio. Por lo tanto, la
capacidad de potencia se ve reducida. La potencia mxima que puede
ser suministrada por una conexin en delta abierta es tan solo de
alrededor del 58 % de la capacidad de una delta cerrada.8.- A que
grupos de conexin representa el presente experimento? Presenta algn
inconveniente esta conexin? El presente experimento representa al
grupo de conexin - abierta (o V-V)La conexin delta-abierta se
observa en la figura 6
Figura 6 Conexin en V-V (o Delta abierta)La potencia disponible
que sale del grupo en delta-abierta pierde el 16% de la potencia
nominal del grupo original. As, un transformador est produciendo la
potencia reactiva que el otro est consumiendo. Este intercambio de
energa entre los dos transformadores es l que limita la salida al
84% de la potencia nominal del grupo original, en lugar del casi
100% esperado en otras condiciones.La conexin delta abierta tambin
se emplea cuando ocasionalmente es necesario suministrar una pequea
potencia trifsica a una carga principal monofsica. En tal caso se
emplean esta conexin, en la cual el transformador T2 es mucho ms
grande que T1.9.- Observaciones y conclusionesLa Relacin de
Transformacin de un Transformador sirve para poder hallar su
valores, y as compararlos si son reales o no con lo terico e
ideal.Los transformadores usados en el estudio tenan variacin de
tensin en sus terminales secundarios lo cual dificulto en exceso
para la realizacin de este experimento.En un transformador se
conoce con el nombre de relacin de transformacin compuesta al
cociente que resulta de dividir los valores de las tensiones de las
lneas primaria V1 y secundaria V2 cuando el transformador funciona
en vaco.La conexin en delta abierta puede ser tambin muy til para
servir cargas monofsicas, con tan solo una pequea cantidad de carga
trifsica conectada. Al igual que ocurre con la delta cerrada, se
puede hacer una toma central en uno de los enrollados para
suministrar a cargas monofsicas que necesiten una tensin ms
baja.Una de las ventajas de tener un banco de tres transformadores
monofsicos individuales es que, en caso de fallo de un
transformador, puede no ser necesario desconectar completamente el
suministro del usuario. Un servicio trifsico puede ser suministrado
con la conexin de dos transformadores monofsicos. Esto es lo que se
conoce como configuracin en "delta abierta" o en estrella
abierta-delta abierta. La mayora de las redes de distribucin son
trifsicas y tambin un buen nmero de usuarios de tipo comercial e
industrial hacen uso de sistemas de alimentacin trifsicos, esto
hace que sea necesario considerar la importancia que tienen los
sistemas trifsicos en las instalaciones elctricas y en consecuencia
los transformadores trifsicos en estas.La energa de un sistema
trifsico se puede transformar, ya sea por medio de tres
transformadores monofsicos (formando un banco trifsico) o bien
mediante el uso de un transformador trifsico. Por razones de tipo
econmico, de espacio en las instalaciones y confiabilidad en los
equipos, se puede decir, que en general, es preferida la solucin
del uso de transformadores trifsicos en las instalaciones elctricas
que requieren de este tipo de alimentacin.
