LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS I
LABORATORIO N° 01
EL TRANFORMADOR MONOFÁSICO 1. PROBLEMAS
¿Cuál es la razón de transformación “a” del transformador como elevador y como reductor? ¿Cómo determinar los parámetros del circuito equivalente del transformador monofásico (resistencia R C, reactancia X m, resistencia equivalente R e y la reactancia equivalente X e)? ¿Cuál es la eficiencia del transformador?
2. INFORMACION TEORICA TEORICA Y FORMULACION FORMULACION DE HIPOTESIS El transformadores una maquina eléctrica estática, niveladora de voltajes.
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La relación de transformación “a” en un transformador ideal, en donde existe perdida de potencia, está dado por:
N1 y N2; número de espiras del primario y secundario respectivamente. V1 y V2; Voltajes primero y secundario respectivamente. I1 y I2; corriente del primario y secundario respectivamente. Z1; Impedancia del secundario referido al primario.
Los transformadores ideales descritos anteriormente, nunca se podrán construir en realidad. Lo que puede construirse son transformadores reales; dos o más bobinas de alambre, físicamente envueltas alrededor de un núcleo ferromagnético. Las características de un transformador real se aproximan mucho a las de un transformador ideal, pero sólo hasta un cierto grado.
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En un transformador ideal se desprecia tres elementos que deben considerarse al evaluar las características de funcionamiento: Resistencia de los devanados del primario y secundario Reactancia de dispersión. Perdidas en el núcleo (histéresis y corrientes remolino).
Al considerar estos elementos tendremos un transformador real tal como se indica en la siguiente figura:
Aunque la figura es un modelo exacto de un transformador no es la más utilizada. Normalmente se utiliza los circuitos equivalentes que se muestran en las siguientes figuras.
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Para la determinación de los parámetros del circuito equivalente se realizan los siguientes ensayos en circuito abierto y cortocircuito.
a) Ensayo en c/c: Permite determinar Re y Xe, a partir de las mediciones de Pcc, Vcc, Icc.
b) Ensayo en c/a: Permite determinar R c y Xm a partir de las mediciones de V0, I0 y P0.
La eficiencia en carga η de un transformador se puede escribir como:
Si el transformador trabaja en condiciones distintas de la plena carga, las perdidas en el hierro se mantienen constantes, pero las perdidas en el cobre aumentan proporcionalmente al cuadrado de la intensidad, mientras que la potencia útil varia en forma directamente proporcional a la intensidad de la corriente. Por lo tanto si definimos el factor de utilización u:
La ecuación para determinar el rendimiento “η”
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3- CONTRASTACION DE HIPOTESIS
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3.1 EQUIPO Fuente alterna regulable Transformador de N 1=1600, 800, 200 y N 2= 400,100 Voltímetro Amperímetro y Cosímetro [ I cosΦ] modelo Polytest 1W
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3.2 DISEÑO EXPERIMENTAL
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3.3 REALIZACIÓN DEL EXPERIMENTO Y OBTENCION DE DATOS: a) El transformador como elevador y reductor: Los datos obtenidos en laboratorio se presentan en las siguientes tablas
Transformador como Elevador N1
N2
a
400 400
1600 800
0.25 0.5
V1(voltios) V2 (voltios) 10 10
40.9 19.8
V1/V2 0.2445 0.5051
Transformador como Reductor N1
N2
a
200 800
100 400
2 2
V1 (voltios) V2 (voltios) 10 10
4.8 4.9
V 1 / V2 2.0833 2.0408
a) Pruebas del Transformador: Para esta prueba considerar un transformador reductor 800/100 vueltas, 96/12 V AC y Potencia Aparente S=9.6 VA.
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Prueba en Corto Circuito, los datos obtenidos en esta prueba se presentan en la siguiente tabla.
Hallando el factor de potencia
Hallando la impedancia equivalente:
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Icc (A)
Vcc
IcosΦ(A)
Pcc(Vatios)
Φ
Re(Ω)
Xe(Ω)
0.1
9.7
30
0.291
72.54°
29.1
92.53
Prueba en Circuito Abierto, los datos obtenidos en esta prueba se presentan en la siguiente tabla. Hallando el factor de potencia
Hallando la impedancia equivalente: V0 (V)
I0 (mA)
IcosΦ(A)
P0(Vatios)
Φ
Rc(Ω)
Xm(Ω)
12
420
180
2.16
64.62°
66.67
31.65
3.4 ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS a) Para los datos de las primeras tablas verifique la ecuación (1). ¿Existe discrepancia? Explique:
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Con la ecuación de un transformador ideal:
La relación de transformación varía por escaso margen, por ejemplo de 0.25 a 0.2445; esto corrobora la teoría, ya que esta fórmula es válida si no se toma en cuenta las pérdidas de flujo en el aire, así como resistencias en el cobre del transformador y corriente parasitas. b) Con los datos de las tablas 2 y 3, determine el rendimiento del transformador para cargas con factor de potencia: 1 y 0.7 en función de la carga nominal aplicada al secundario y complete los datos.
Prueba en c/c (Primario)
Prueba en c/a (Secundario)
Vcc = 9.7 Icc = 0.1 Pcc = 0.291
V0 = 12 I0 = 0.42 P0 = 2.16
Hallando los parámetros necesarios para determinar el rendimiento del transformador.
⁄) ( Para factor de potencia 1 y 0.7 se tienen:
y respectivamente. Hallando el rendimiento:
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Para Φ=1, se tiene: η=97.5 % Para Φ=0.7, se tiene: η= 95.39%
c) Hacer los circuitos equivalentes del transformador de la práctica referida al primario y al secundario con todos los parámetros determinados.
Circuito equivalente referido al primario:
A partir del circuito anterior y con los parámetros conocidos se puede llegar al circuito equivalente referido al primario que se presenta a continuación: FACULTAD DE INGENIERÍA – ESCUELA ACADEMICO- PROFESIONAL INGENIERÍA MECÁNICA
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Circuito equivalente referido al secundario:
A partir del circuito anterior y con los parámetros conocidos se puede llegar al circuito equivalente referido al secundario que se presenta a continuación:
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4. CONCLUSIONES El rendimiento del transformador es muy elevado, esto confirma que la teoría pues un transformador en buenas condiciones es una maquina eléctrica que puede alcanzar rendimientos mayores del 90%. En los circuitos equivalentes se ve que las impedancias formadas por Xm y Rc es muy grande en comparación de la formada por X e y Re esto conlleva a la explicación por que en los experimentos se dice que la corriente que viaja por X m y Rc es despreciable.
En el rendimiento se ve que con un factor de potencia inductivo la eficiencia del transformador disminuye. Cuando se contrasto la teoría de transformador ideal con las mediciones de laboratorio, hubo una pequeña diferencia en los valores de la relación de transformación esto es explicado al no tener en cuenta la dispersión del flujo, la resistencia del flujo y las corrientes remolino, además de la imprecisión de instrumentos en las mediciones.
5. TRANSFERENCIA
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De dos aplicaciones del transformador monofásico en la industria.
Transformador de aislamiento Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en resistencias inesianas, en equipos de electro-medicina y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí.
Estabilizador de tensión Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética.
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