Laboratorio Nº1

Transformador Monofásico: Relaciones de Transformación

I. Objetivos

1. Reconocer las principales características y parámetros que posee un transformador monofásico

2. Determinar las relaciones de transformación de un transformador monofásico con varias salidas

3. Utilizar debidamente los instrumentos de medición en la determinación de las relaciones de transformación

II. Fundamentación Teórica

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.

Los transformadores son dispositivos que basan su funcionamiento en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado e material ferromagnético, fabricado bien sea de hierro dulce o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada paran 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. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

2.1. Funcionamiento

Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, circulará por éste una corriente alterna que creará a su vez un campo magnético variable. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

2.2. Transformador Ideal y Relación de transformación

El transformador ideal es un dispositivo sin perdidas que tiene un devanado de entrada y un devanado de salida. Y las relaciones entre el voltaje de entrada y el de salida, corriente de entrada y corriente de salida se llama relación de transformación.

La relación de transformación nos indica el aumento ó decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, por cada volt de entrada cuántos volts hay en la salida del transformador.

La razón de la transformación (a) 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:

UpUs

= NpNs

= IsIp

=a

2.3. Tipos de Transformadores

1. Transformadores Elevadores: Este tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que : a<1

2. Transformadores variables: También llamados "Variac", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen de tensión de salida variable ajustable, dentro de dos valores.

3. 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.

4. Transformador de alimentación: Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio.

5. Transformador Reductor: Encargado de reducir la alta tensión a baja tensión, donde: a>1

6. Transformador Trifásico: Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -triángulo- (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían.

2.4. Principales características de un transformador monofásico

La regulación y la eficiencia son las dos características de mayor importancia en el funcionamiento de los transformadores. Los cuales son usados en sistemas de potencia para la transmisión y distribución de energía.

Factor de Regulación: La regulación de voltaje es una medida de la variación de tensión de salida de un transformador, cuando la corriente de carga con un factor de potencia constante varía de cero a un valor nominal. 

Rendimiento: La ecuación representa el rendimiento del transformador:

IV Tabla de datos.

Tensión delprimario

Tensión del secundario

Relación de transferencia

Primera medición 220 59 3,7288

Segunda medición 220 159 1,3836

Tercera medición 220 189 1,164

Cuarta medición 220 219 1,0045

Quinta medición 220 381 0,5774

V. Cuestionario

4.1. A partir de las ecuaciones correspondientes demuestre la relación de transformación considerando: tensiones, Nº de espiras y corrientes.

e=−N∗dθdt

Up=e

Up=−Np∗d∅ pdt

;Us=−Ns∗d∅ sdt

UpUs

= NpNs

=aquedademostrado

La relación entre la corriente que fluye por el primario del transformador y la corriente del secundario es:

Np∗i p=N s∗is

i pis

=NpNs

=1a

4.2. Determinar la relación de transformación en cada una de las mediciones.

Relación de Transformación K

1º Medición 3.728

2º Medición 1.384

3º Medición 1.164

4º Medición 1.004

5º Medición 0.577

4.3. Hallar el error porcentual de las diferentes relaciones de transformación.

Error porcentual [%]

e%=¿V 1−V 2∨ ¿V 1

∗100¿

1º Medición 0.005

2º Medición 0.003

3º Medición 0.002

4º Medición 0.005

5º Medición 0.07

4.4. ¿Qué expresa la relación de transformación en un transformador?

Expresa el aumento o decremento que sufre e valor de la tensión del primario con relación a la tensión del secundario. Y esto 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

4.5. Si el Nº de espiras del secundario es de 154 espiras, ¿cuál será el número de espiras del primario?

k=N pNs

= Np154

Np=154∗k

4.6. Si el Nº de espiras del primario es de 560 espiras, ¿cuál será el número de espiras del secundario?

k=N pNs

=560Ns

Ns=560∗k

4.7. ¿Cómo actúa el transformador en cada una de las mediciones?

En las primeras cuatro mediciones actúa como un transformador reductor ya que k>1, y en la última medición como un transformador elevador: k<1.

Conclusiones.

En la presente practica de laboratorio hemos logrado ver el comportamiento de un transformador monofásico el cual como sabemos tiene la tarea de transformar un volt5aje de entrada en otro voltaje de salida.

En esta práctica hemos logrado observar que la tensión del secundario puede variar dependiendo del número de espiras que se maneja en la bobina 2 del transformador, es decir, si existe mayor numero de espiras en el segundo que en el primario la tensión de salida aumenta este tipo de transformador se lo denomina elevador, ocurre algo similar si el numero de espiras del secundario es menor a las del primario en este caso la tensión disminuye y a este tipo de transformador lo denominamos reductor. En caso de que el número de espiras sea equivalente tanto en el primario como en el secundario, la tensión se mantiene y denominamos al transformador como uno aislador.

Hemos verificado la existencia de la relación de transferencia que existe entre la tensión de entrada y de salida.

Nos hemos capacitado en el uso de nuevos instrumentos de laboratorio como ser el banco de transistores y los interruptores los cuales pueden permitir realizar más de una medición sin necesidad de que tengamos que mover el instrumento, o que necesitemos de otros similares.

VII. Bibliografía

1. Chapman, Steepheen: Máquinas eléctricas. MacGraw-Hill.2. http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador