República Bolivariana De Venezuela. Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior.

La Universidad Del Zulia. Facultad de Ingeniería.

Escuela de Ingeniería Eléctrica. Departamento de potencias.

Asignatura: Maquinas I.

Profesora:

María Artigas

Alumnos:

Gabriel Rincón C.I. 22.818.815

Karen Lacruz C.I. 22.168.036

Edwinson Rivas C.I. 19.937.620

Temilo Castellano C.I. 20.371.901

Maracaibo, 13 de marzo del 2015

Marco teórico

Transformador

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir

la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que

ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se

obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas,

dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de

tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción

electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un

núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única

conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El

núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico,

aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se

denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en

cuestión, respectivamente.

Relación de transformación

La relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensión

de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de

salida y la de entrada.

La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la

fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al

número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , según la ecuación:

La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado

secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del

secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.

Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el

devanado secundario o tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente

de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida.

Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al poder efectuar el

transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto

Joule y se minimiza el costo de los conductores.

Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al

aplicar una tensión alterna de 230voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el

secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre

el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del

transformador o relación de transformación.

Ahora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador

ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario:

El producto de la diferencia de potencial por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo

que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10amperios, la del

secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).

Objetivos

1. Determinar experimentalmente la polaridad de un transformador monofásico.

2. Calcular los parámetros del circuito equivalente de un transformador monofásico, a partir

de los ensayos practicados al mismo.

Procedimiento experimental

1. Identificación de las bobinas del transformador mediante una prueba de continuidad

Procedimiento:

Se conecta el ohmímetro en paralelo con la bobina a la que se le registrara continuidad, el

óhmetro registrara el valor de resistencia de dicho devanado. Posteriormente se conecta uno de

los terminales del óhmetro al resto de las bobinas del transformador, si el equipo no registra

valores entonces no existe continuidad entre estas.

Tabla de resultados:

1u1-1u3 1u1-1u2 1u3-1u2

Resistencia Ω 1.1 1.6 1.1

Tabla #1

2u1-2u3 2u1-2u4 2u1-2u2 2u2-2u4 2u3-2u4 2u3-2u2

Resistencia Ω 1.3 3.1 6.1 3.2 2.4 5.2

Tabla #2

3u1-3u2 3u1-3u3 3u2-3u3

Resistencia Ω 5.6 2.4 3.9

Tabla #3

2. Calculo de la relación de las bobinas del transformador

Procedimiento:

Alimentando todo el devanado de alta tensión con una fuente AC, se miden utilizando un

voltímetro las tensiones inducidas entre las bobinas del secundario del transformador.

Posteriormente se efectuara el cálculo de la relación entre las bobinas. El ensayo se realizara para

dos tensiones aplicadas distintas con la finalidad de establecer las semejanzas o diferencias entre

las relaciones calculadas.

Circuito a utilizar:

Tabla de resultados:

100 v 200 v

2u1 2u3 2u1 2u3

Bobinas Vm RT Vm RT

1u1-1u3 23.39v 4.2753 46.5 4.3011

1u1-1u2 54.9v 1.8215 109.9 1.8198

1u2-1u3 31.72v 3.1526 63.2 3.1646

3u1-3u3 28.92 3.4578 57.4 3.4843

3u3-3u2 29.34 3.4084 58.3 3.4305

3u1-3u2 58 1.7242 115.8 1.7272

Tabla #4

3. Polarización del transformador

Procedimiento:

Se conecta un borne de alta tensión y un borne de baja tensión mediante un puente de

polaridad, en los bornes restantes se conecta un voltímetro. El devanado de alta tensión es

alimentado por una fuente A.C. El voltimetro registrara una tensión. Si la tensión medida es menor

que la aplicada, la polaridad es sustractiva, en caso de que la tensión medida sea mayor que la

tensión aplicada al transformador se tendrá polaridad aditiva.

Circuito a utilizar:

Tabla de resultados:

Devanados conectados por puente: 1u3-2u1

Devanados donde se realizó la medición: 1u1-1u2

Devanado te tensión aplicada: 1u1-1u3

Voltaje aplicado (va) 100v

Voltaje medido (vm) 81.4v

Polaridad sustractiva

Tabla #5

4. Ensayo en vacío del transformador

Procedimiento:

Aplicada la tensión nominal al primario del transformador con el devanado del secundario

abierto, medir la tensión, potencia y corriente de excitador. Este ensayo tiene como finalidad la

determinación de los parámetros del circuito equivalente (rama de magnetización).

Circuito a utilizar:

Tabla de resultados:

V1 (voltios) I1 (amperios) P1 (vatios) V2 (voltios)

220 32mA 5 120.2

180 30mA 5 99.3

160 27.4mA 5 87.7

140 25.2mA 4.2 77.3

120 23.2mA 3.5 66.2

100 21mA 2.1 55

Tabla #6

5. Ensayo en cortocircuito del transformador

Procedimiento:

Se aplica la tensión desde 0 V hasta conseguir la corriente nominal por el secundario del

transformador, con el devanado del secundario cortocircuitado a través de un amperímetro, medir

la tensión, potencia y corriente. Este ensayo tiene como finalidad la determinación de los

parámetros del circuito equivalente (rama serie).

Circuito a utilizar:

Tabla de resultados:

I1 (amperios) V1 (voltios) P (vatios) I2 (amperios)

0.75 25.11 8 1.30

0,90 32,09 12 1,65

1.05 35.98 15.5 1.85

1.20 40.4 18.1 2.05

1.35 45.1 22 2.20

Tabla#7

Post-Laboratorio

1. Explique la importancia del proceso de polarización del transformador monofásico

La polarización de este dispositivo eléctrico es muy importante ya que su finalidad es

identificar los puntos de polaridad de las bobinas del transformador, para saber si las bobinas

del transformador son sustractivas o aditivas, ya que esto nos identifica que tipo de

transformador es, si es elevador, reductor o igualador.

2. Calcule los parámetros y dibuje el circuito equivalente del transformador monofásico

Ensayo de vacío, valores promedio:

Resistencia de vacio promedio Reactancia de vacio promedio

8.0799KΩ 12.8257KΩ

Tabla #8

Ensayo de cortocircuito, valores promedio:

Resistencia de cortocircuito promedio Reactancia de cortocircuito promedio

12.32127Ω 31.19125Ω

Tabla #8

Circuito equivalente:

3. Explique los objetivos perseguidos con los ensayos al transformador monofásico

Ensayo de cortocircuito: En este ensayo se determinan las pérdidas en el cobre, la tensión

y el factor de potencia en cortocircuito y los parámetros de la rama serie del circuito

equivalente. El ensayo se realiza haciendo circular una corriente nominal, o próxima a ella,

de frecuencia nominal, preferentemente a un arrollamiento de alta tensión, y con el otro

arrollamiento cortocircuitado, se mide la corriente I’1 y la potencia P’cc absorbidas y

tensión aplicada Ucc, mucho menor que la nominal.

Al estar el transformador cortocircuitado, la tensión de salida es nula y no entrega

potencia, por lo tanto toda la potencia absorbida se gasta en pérdidas. Si la corriente

primaria es nominal, la secundaria también lo será y en ambos arrollamientos las pérdidas

en el cobre serán nominales.

Ensayo de vacío: En este ensayo se determinan las pérdidas en el hierro, la corriente y el

factor de potencia en vacío y los parámetros de la rama paralela del circuito equivalente.

El ensayo se realiza aplicando tensión nominal, de frecuencia nominal, preferentemente a

un arrollamiento de baja tensión, y con los otros arrollamientos abiertos, se mide la

corriente I’0 y la potencia P’0 absorbidas y tensión aplicada U.

Al estar el transformador en vacío, no entrega potencia, y toda la que absorbe se gasta en

pérdidas. Como la corriente secundaria es nula, en ese arrollamiento no hay pérdidas en el

cobre y, por otra parte como la corriente primaria en vacío es mucho menor a la nominal,

las pérdidas en el cobre del primario son despreciables. Entonces si la tensión y la

frecuencia son nominales, las pérdidas en el hierro también serán nominales

4. Explique las precauciones al realizar los ensayos del transformador monofásico

Ensayo en cortocircuito: La indicación de alimentar al transformador “preferentemente”

por un arrollamiento de alta tensión se basa en que, de esa forma, la corriente necesaria

será más fácil de obtener y medir y, además, la tensión tendrá un valor más acorde con los

alcances normales de los instrumentos. Si el transformador posee más de dos

arrollamientos, el ensayo se realiza tomando los arrollamientos de a dos y dejando los

restantes a circuito abierto.

Ensayo en vacío: La indicación de alimentar al transformador “preferentemente” por un

arrollamiento de baja tensión se basa en que, de esa forma, la tensión necesaria será más

fácil de obtener y medir y, además, la corriente tendrá un valor más acorde con los

alcances normales de los instrumentos.

5. Desarrolle conclusiones y observaciones pertinentes a los ensayos

Gabriel Rincón

Tras realizar las pruebas pertinentes en el trasformador puede concluirse que;

En el ensayo de vacío efectivamente pudo verificarse que efectivamente la tensión denominada

tensión de vacío, es la misma tensión nominal del lado donde se realizó el experimento, lo cual

guarda relación a una de las condiciones de aplicación de este ensayo, el cual nos menciona que

debe realizarse a tensión fija. Además de esto como se puede observar en la tabla #8 donde se

muestran la impedancia de vacío correspondiente a la rama paralela del equivalente, son

resistencias y reactancias excesivamente grandes, lo cual es debido a que el circuito se encuentra

sin carga alguna conectada.

En el ensayo de cortocircuito se pudo observar que la corriente denominada corriente de

cortocircuito, corresponde efectivamente a la corriente nominal del lado de aplicación del ensayo,

esto es debido a que se realiza este experimento con una tensión variable hasta obtener la

llamada también corriente de calentamiento la cual corresponde efectivamente a las perdidas en

el cobre debido a los devanados del transformador, las cuales en un transformador bien diseñado

debería ser minina, para cumplir con la definición elemental de transformadores, dicha definición

efectivamente fue comprobada en nuestro ensayo, esto se puede observar detalladamente en la

tabla #9 donde nos muestran las reactancias y resistencias obtenidas para los diferentes valores

de tensión aplicados, las cuales fueron relativamente bajas en comparación a las obtenidas en el

ensayo de vacio.

Temilo Castellano

Al realizar las medidas en los devanados del transformador con sus diversas combinaciones

entre los terminales de alta y baja tensión se observó que las resistencias fueron de un valor bajo,

esto se debe a las características propias de la construcción del transformador ya que estas

características permiten y garantizan que las pérdidas en el transformador sean mínimas.

En el ensayo al vacío del transformador se observó que las corrientes que pasan por el

devanado primario son muy pequeñas (en la escala de mili-amperios) esto significa que la rama de

magnetización posee una impedancia muy alta (en la escala de kilo-ohm) y por ende la poca

potencia disipada por los devanados. También se observó que mientras disminuía el voltaje

también lo hizo la corriente manteniendo así la relación de transformación durante el

procedimiento.

Por otro lado en la prueba de cortocircuito se concluye que las pérdidas en la rama serie se

pueden considerar como despreciables ya que se trabaja con un valor de voltaje relativamente

pequeño en comparación con el voltaje nominal, de manera que toda la potencia absorbida se

debe a las perdidas por efecto joule. Cabe destacar que a pesar de que los valores de tensión son

pequeños por los devanados circulaba las corrientes nominales de los respectivos devanados. Esta

prueba sirve para obtener los parámetros de los devanados primario y secundario del

transformador.

Edwinson Rivas

Los transformadores son dispositivos electromagnéticos estáticos que permiten partiendo de

una tensión alterna conectada a su entrada, obtener otra tensión alterna mayor o menor que la

anterior en la salida del transformador. Permiten así proporcionar una tensión adecuada a las

características de los receptores. También son fundamentales para el transporte de energía

eléctrica a largas distancias a tensiones altas, con mínimas perdidas y conductores de secciones

moderadas. Al estudiar experimentalmente este dispositivo se llegó a la determinación de que

depende a su polarización puede utilizarse como reductor de voltaje o como elevador de voltaje,

tomando en cuenta que su eficiencia es bastante alta sin embargo se toma en cuenta que existen

en el perdidas por efecto de calor, la cual producen las corrientes parasitas, también se realizaron

lecturas en dos modos de conexión; fueron conexión en corto circuito y en circuito abierto, al

percibir las mediciones se notó que se tomaron las medidas de transformadores elevadores ya

que, la corriente en el secundario fue menor a la del primario.

Karen Lacruz

Los transformadores como cualquier maquina no son exactamente perfectos siempre existen

ineficiencias, en el caso del transformador son las perdida son en el núcleo, por flujo de dispersión

y por histéresis; claro está que estas pérdidas son muy pequeñas pero hay que tener en cuentan

que existen, y que se pueden representar en un circuito eléctrico equivalente para hacer los

cálculos más exactos. Estas pérdidas son las que provocan que la relación de transformación no

sea 100% exacta, aunque si sean muy cercanas.

Siguiendo con los ensayos de vacio (circuito abierto) y cortocircuito, se puede observar

en la primera tabla mencionada se observa que al aplicar tensión nominales en el primario

y el secundario abierto, se obtienen los valores de corriente y potencia, con estos valores

se consigue la rama de magnetización, posteriormente en la siguiente tabla se observa

que al aplicar tensión desde 25 voltios hasta conseguir la corriente nominal con el

secundario cortocircuitado se pueden obtener potencia y corriente de corto, con estos

valores se consigue la rama serie.