El autotransformador Objetivos
El estudio de la relación entre el voltaje y la corriente de un autotransformador. Aprender como conectar un transformador estándar como un autotransformador.
Discusión Aquí hay un tipo especial de transformador que físicamente tiene un solo devanado. Funcionalmente, sin embargo, el único devanado funciona como ambos, el primario y el secundario. Este tipo de transformador es llamado autotransformador. Cuando un autotransformador es usado para intensificar el voltaje, parte del único devanado actúa como el primario, y la totalidad del devanado actúa como el secundario. Cuando un autotransformador es usado para reducir el voltaje, la totalidad del devanado actúa como el primario, y parte del devanado actúa como el secundario. La figura 4-1 (a) y la figura 4-1 (b) muestra autotransformadores conectados para intensificar y reducir la operación.
La acción del autotransformador es básicamente la misma que el transformador estándar de dos devanados. La potencia es transferida del primario al secundario por el campo magnético cambiante, y el secundario a su vez, regula la corriente en el primario para establecer la condición de igualdad necesaria de energía primaria y secundaria. La cantidad de disminución o aumento en el voltaje depende de la relación de vueltas entre el primario y el secundario, con cada devanado considerado como separado aunque algunos giros son comunes en ambos, el primario y el secundario. Los voltajes y corrientes en los diversos devanados se pueden encontrar por dos simples reglas: Potencia primaria aparente (VA) igual a potencia secundaria aparente (VA). (VA)p = (VA)s
(1)
EpIp = EsIs
(2)
La relación entre el voltaje primario (fuente) al voltaje secundario (carga) es directamente proporcional al número de vueltas N. Ep/Es = Np/Ns Así, en la figura 4-1 (a): Ep N aab N aab = = E s N a a b+ N b a c N a a c y en la figura 4-1(b): E p N a a b+ N b a c N a a c = = Es N aab N aab
Instrumentos y componentes
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Descripción Voltímetro de corriente alterna Resistencia Variable Transformador monofásico Amperímetro de corriente alterna Fuente de alimentación trifásica Set de cables de conexión
Procedimiento 1. Usando el Transformador EMS, la fuente de poder, la resistencia variable y los módulos de medición de corriente alterna, conectar el circuito mostrado en la figura 4-2. Note que el devanado 5 a 6 está conectado como devanado primario a través de la fuente de corriente alterna de 120V. La toma central del devanado, el terminal 9, está conectado a un lado de la carga y la porción 6 a 9 del devanado primario es conectada como el devanado secundario. 2. a) Coloque todos los interruptores del módulo de resistencia en su posición abierta para una carga de cero corriente.
b) Encienda la fuente de poder y ajuste para exactamente 120V de corriente alterna como es indicado por el voltímetro E1. (Esta es la tensión nominal para el devanado 5 a 6). c) Ajuste la carda de la resistencia RL a 30Ω. d) Mida y registre las corrientes I1, I2 y la salida de voltaje E2. I1 = 1.02 A ac I2 = 1.92 A ac E2 = 57.8 V ac e) Regrese el voltaje a cero y apague la fuente de poder. 3. a) Calcule la potencia aparente en los circuitos primario y secundario. E1 = 120 x 1.02 =122.4 VA p E2 = 57.8 x 1.92 = 110.97 VA s b) ¿Son estas dos potencias aparentes aproximadamente iguales? R: Sí, porque hay ±5% de precisión, c) ¿Es un autotransformador paso-abajo o paso-arriba? R: Es un paso abajo. 4. Conecte el circuito mostrado en la figura 4-3. Note que el devanado 6 a 9 está ahora conectado como el devanado primario a través de la fuente de 60V de corriente alterna. El devanado 5 a 6 ahora está conectado como el devanado secundario. 5. a) Coloque todos los interruptores del módulo de resistencia variables en su posición abierta para corriente de carga cero. b) Encienda la fuente de poder y ajuste para exactamente 60V de corriente alterna como es indicado por el voltímetro E 1. (Esta es la tensión nominal para el devanado 6 a 9).
c) Ajuste la carga de la resistencia RL a 60Ω. d) Mida y registre las corrientes I1, I2 y la salida de voltaje E2. I1 = 3.70 A ac I2 = 1.76 A ac E2 = 60 V ac e) Regrese el voltaje a cero y apague la fuente de poder. 6. a) Calcule la potencia aparente en los circuitos primario y secundario. E1 = 60 x 3.7 =222 VA p E2 = 120 x 1.76 = 211.2 VA s b) ¿Son estas dos potencias aparentes aproximadamente iguales? R: Sí, porque hay ±5% de precisión, c) ¿Es un autotransformador paso-abajo o paso-arriba? R: Es un paso arriba.
Test de conocimiento 1. Un transformador estándar tiene un rango de 60kVA. Los voltajes primario y secundario se estiman en 600volts y 120volts respectivamente. a) ¿Cuál es la estimación de corriente por cada devanado? R: P=VI 1.- 60000VA = 600V1 x I 60000 VA =100 A 600 v
2.-
60000 VA =500 A 120 v
b) Si el devanado primario es conectado a 600V de corriente alterna, ¿que kVA de carga puede ser conectada en el devanado secundario? R: Es la misma potencia 60kVA. 2. Si el mismo transformador de la pregunta 1 es conectado como un autotransformador a 600V de corriente alterna: a) ¿Cuál debería ser la salida de voltaje realizado utilizando diferentes conexiones? R: 600V y 120V b) Calcule los kVA de carga que un transformador puede generar para cada salida de voltaje R: 60kVA. c) Calcular las corrientes de los devanados para cada una de las tensiones de salida y notificar si exceden los valores nominales. R: Ya que hay un ±5% de precisión, los valores que no debe exceder son 126V ca y 630V ca.
3. Usando el módulo de transformador EMS y la fuente fija de 120V ca, ¿Qué devanados deberían usarse como devanado primario y secundario para una salida de voltaje de: a) 148V ac
b) 328V ac
c) 224V ac
d) 300V ac
