Practica No. 1 El transformador monofásico.
Objetivos.
1.- Analizar la estructura de un tr ansformador monofásico. 2.- Obtener la
2.- Identifique los devanados del transformador, anote los valores nominales de acuerdo a la tabla I. OBJETIVOS 1. Determinar la polaridad de los devanados del transformador. 2. Aprender cómo se conectan los devanados del transformador en serie aditiva. 3. Aprender cómo se conectan los devanados del transformador en serie substractiva. EXPOSICION
Cuando se energiza el devanado primario de un transformador por medio de una fuente de c -a, se establece un flujo magnético alterno en el núcleo del transformador. Este flujo alterno concatena las vueltas de cada devanado del transformador induciendo así voltajes de c-a en ellos. Estudie el circuito que se ilustra en la figura. 1
2
3
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4
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10
FIGURA 40-1 Por definición, un voltaje en c-a cambia continuamente su valor y su polaridad, por lo tanto, el voltaje aplicado al devanado primario (terminales 1 y 2) cambia constantemente la polaridad de la terminal 1 con respecto a la de la terminal 2. Las terminales 1 y 2 no pueden tener jamás la misma polaridad. La terminal 1 debe ser siempre positiva o negativa con respecto a la terminal 2. Por consiguiente, el f lujo magnético
alterno induce voltajes en todos los demás devanados, haciendo que aparezca un voltaje de c-a en cada par de terminales. Las terminales de cada devanado también cambian de polaridad la una en relación a la otra. Cuando se habla de la “polaridad” de los devanados de un transformador, se trata de identificar todas las
terminales que tienen la misma polaridad (positiva o negativa) en el mismo instante. Por lo común se utilizan marcas de polaridad para identificar estas terminales. Estas marcas pueden ser puntos negros, cruces, números, letras o cualquier otro signo que indique cuáles terminales tienen la misma polaridad. Por ejemplo, en la Figura 1 se utiliza ron puntos negros . Estos puntos negros, o “ marcas de polaridad ” señalan que en un instante dado, cuando: 1 es positivo con respecto a 2, 3 es positivo con respecto a 4, 6 es positivo con respecto a 5, 7 es positivo con respecto a 8, y 10 es positivo con respecto a 9
Conviene hacer notar que una terminal no puede ser po sitiva por sí sola, sólo puede serlo con respecto a otra terminal. En consecuencia, en cualquier momento dado, las terminales 1, 3, 6, 7, y 10 son todas positivas con respecto a las terminales 2, 4, 5, 8 y 9. Cuando las baterías ( o celdas) se conectan en serie para obtener un mayor voltaje de salida, la terminal positiva de una de las baterías se debe conectar con la terminal negativa de la siguiente. Cuando se
conectan
3.- Haga la conexión del siguiente circuito. (Figura 1) a) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 120 V C. A., realizando las mediciones de los devanados indicados en la tabla I.
TERMINALES 1-2 3-7 7-8 8-4 5-9 9-6
VALORES NOMINALES (VOLTS) 120 V/ 0.5 A 104 V/ 0.3 A 76 V/ 0.3 A 28 V/ 0.3 A 60 V/ 0.3 A 60 V/ 0.3 A Tabla I.
VALORES MEDIDOS (VOLTS) 120 V 104 V 76 V 27.8 V 60 V 59.7 V
4.- ¿Concuerdan los valores medidos con los valores nominales? R= Si 5.- Calcule la relación de transformación de acuerdo a los valores medidos de la Tabla I.
−⁄− −⁄− −⁄− −⁄− −⁄−
= ⁄ 1.15 1.58 4.29 2 2
Tabla 2.
6.- Conecte el circuito que aparece en la figura 2. Observe que el medidor de corriente I2 pone en corto circuito el devanado 5-6.
a) Conecte la fuente de voltaje de alimentación y aumente gradualmente el voltaje hasta que la corriente de corto circuito I2 sea de 0.4 amperes de C. A. b) Mida y anote:
c)
3.97 A 3.7 A
120 V 307 V
Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación.
d) Calcule la relación de corriente = 0.93
7.- Conecte el circuito que aparece en la figura 3. Observe que el medidor de corriente I2 pone en corto circuito el devanado 3-4.
a) Conecte la fuente de alimentación y aumente gradualmente el voltaje hasta que la corriente I1 sea de 0.4 amperes de C.A. b) Mida y anote:
4.43 A 1.8 A
120 V 167 V
a) Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación. b) Calcule la relación de corriente = 0.4 8.- Conecte el óhmetro como se muestra en la figura 4 y mida la resistencia de los devanados que se indican en la tabla 3.
TERMINALES 1-2 3-7 7-8 8-4 5-9 9-6
RESISTENCIA (Ω) 240 346.66 253.33 93.33 120 120
Tabla 3.
En función del valor de la resistencia del devanado diga quien tiene mayor número de vueltas y porque: El devanado 3 – 7 indica que tiene la mayor cantidad de resistencia por lo cual se concluye que este devanado es el que tie ne el mayor número de vueltas.
En función del valor de la resistencia del devanado diga por cual devanado (s) circula mayor amperaje: Como el amperaje es directamente proporcional a la resistencia se puede concluir que el devanado 3 – 7 es por el cual circula un mayor amperaje.
a) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.
Prueba de polaridad.
9.- Arme el circuito que se muestra en la figura 5. Use un multímetro analógico en la función de voltímetro y seleccione con la perilla 0 – 20 V C.D., conecte la terminal positiva a la terminal 1 y la negativa a la terminal 2 del tr ansformador.
a) Encienda la fuente de alimentación, mueva la perilla de voltaje muy lentamente y ajuste la corriente aproximadamente a 0.2 amperes. b) Sin tocar la perilla de control el voltaje, pase a la terminal positiva y negativa de voltímetro, a la terminal 3 y 4 del transformador. c)
Observe la deflexión de la aguja del voltímetro de C.D., en el momento que apague la fuente de alimentación. Si la aguja del voltímetro se desvía momentáneamente a la izquierda, las terminales 1 y 3 tiene la misma marca de polaridad (Polaridad sustractiva). Si la aguja del voltímetro se mueve a la derecha tiene polaridad aditiva.
¿Qué polaridad se tiene en los devanados 1 a 2 y 3 a 4?
Pruebas de polaridad.
Para determinar si un transformador posee polaridad aditiva o sustractiva, procedemos como sigue:
1. Conectamos el devanado de alto voltaje a una fuente de C.A. E g de bajo voltaje (por ejemplo, de 120 Volts). 2. Conectamos un alambre de cierre o puente J entre dos terminales AV y BV adyacentes cualesquiera. 3. Conectamos un voltímetro Ex entre las otras dos terminales AV y BV adyacentes.
4. Conectamos otro voltímetro Ep a través del devanado AV. Si E x da una lectura más alta que Ep, la polaridad es aditiva. Esto quiere decir que H 1 y X1 están diagonalmente opuestas. Por otra parte si Ex da una lectura más baja que Ep, la polaridad es sustractiva y las terminales H1 y X1 son adyacentes.
En esta prueba de polaridad, el puente J conecta en serie el voltaje Es del secundario con el voltaje del primario Ep. Por consiguiente, Es no suma a Ep ni resta de él. En otras palabras, Ex = Ep + Es o Ex = Ep - Es, según la polaridad. Ahora podemos ver cómo se originaron los términos aditivo y substractivo. Al realizar la prueba de polaridad, se puede conectar una fuente ordinaria de 120 V y 60 Hz al devanado AV, aun cuando su voltaje nominal sea de varios cientos de kilovolts.
Prueba de conocimientos.
1.- Si la corriente de corto circuito que pasa por el devanado del secundario 9 - 6 fuera de 1 ampere de C. A., ¿Cuál sería la corriente que pasaría por e l devanado primario 1 – 2? R= Como se calculó en el punto 5 la relación de transformación de estos devanados es α= 2, y debido a que la relación de transformación es ⁄ = ⁄ = , sustituimos en la formula y nos quedaría de la siguiente manera:
1
=2
Despejando
1 = = 0.5 2
2.- Si se pone en corto circuito el devanado secundario 7 – 8 y el devanado primario 5 – 6 toma una corriente de 0.5 amperes. Determinar la corriente de corto circuito que pasara por el devanado 7 – 8. R= Al tener los valores nominales de ambos transformadores se puede obtener una relación de transformación entre ambos como se propone a continuación.
=
=
120 = 1.58 76
Obteniendo está relación de transformación podemos sustituir en la fórmula para obtener el valor de la corriente que pasa a través del devanado 7 – 8.
= (0.5)(1.58) = 0.79
3.- ¿Por qué las pruebas de corto circuito deben realizarse con la mayor rapidez posible? R= Porque al poner en corto circuito el transformador podemos dañar los devanados y se puede quemar el transformador.
4.- Si se aplica un voltaje de 120 Volts de C. A. al devanado 1 – 2 con el devanado 5 – 6 en corto circuito, ¿Cuál será la corriente de cada devanado, cuantas veces es mayor esta corriente que su valor nominal y cuantas veces es mayor el c alor generado en los devanados en estas condiciones? R=
Conclusiones.
En esta práctica se lograron calcular las relaciones de transformación de distintas maneras demostrando que esta se pueden obtener a partir del conocimiento ya sea de corrientes o de voltajes, también se observó una relación entre el número de vueltas y la resistencia que presenta cada transformador, además se aprendió el método para conocer la polaridad de los transformadores necesaria para diversas ap licaciones.
Bibliografía.
Wildi, Theodore, Maquinas eléctricas y sistemas de potencia. Editorial Prentice Hall, sexta edición, Ciudad de México, 2007 Págs. 204 a 205
http://www4.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/maquinas_electricas_1/apuntes/06.pdf
