LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS IPRÁCTICA NO. 2. TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS: PRUEBAS DE VACÍO Y CORTO

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDEREscuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones - E³T

“Perfecta combinación entre energía e intelecto”

PREINFORMENo. 2

TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS: PRUEBAS DE VACÍO Y CORTOCristian Barreto, Edwar Ibagué, David TorresPresentado a: Ing. Cristian Camilo Jiménez

Leiva

OBJETIVOS

Determinar; la polaridad de un transformador monofásico.

Realizar las pruebas de vacío y cortocircuito a untransformador monofásico.

Conectar el transformador como auto transformador y determinar su relación de transformación.

Realizar las pruebas de vacío y cortocircuito al autotransformador monofásico.

Determinar experimental mente el rendimiento y la regulación del transformador monofásico.

Determinar experimental mente el rendimiento y la regulación del auto transformador monofásico.

Evaluar la comprensión de lo realizado y observadoen el laboratorio.

EQUIPOS NECESARIOS

2 Wáttmetros. 2 Ampérmetros (0 a 10 A). 1 Multímetro digital 1 Vóltmetro de bobina móvil (0 a 20 V) 2 Transformadores de corriente (20/5A). 1 Transformador monofásicobidevanado.

INTRODUCCIÓN

Es posible determinar experimentalmente los valores delas resistencias e inductancias del modelo deltransformador. Una aproximación adecuada para estosvalores se puede lograr con sólo dos ensayos: la pruebade circuito abierto y la prueba de cortocircuito.

Para realizar estas pruebas es necesario saber lapolaridad de los bornes del transformador, para esto sepuede identificar de varias formas. En este casotentemos que identificar los bornes de alta y bornes debaja. Para esto se utilizamos una convención. Laconvención norteamericana utiliza la letra H (H1,

H2,H3…) para los bornes del devanado de alta y la letraX (X1, X2, X3…) para los bornes del devanado de baja.(Existe la norma Europea donde U,X para el lado de altay u,x para el lado de baja).

De tal forma al aplicar una tensión al devanado alta conpolaridad positiva (H1) entonces es positivo en el borne

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de baja (X1) entonces sabemos la relación detransformación es positiva con respecto a las tensiones.

Pero el concepto de polaridad del transformadortambién se puede tratar desde el punto de vista de lacorriente, para esto se utiliza un voltímetro de bobinamóvil. Se aplica un pulso de tensión de continuareducida por el lado de baja. Si el voltímetro señala unatensión positiva, el terminal al que se mide tiene lamisma polaridad del lado positivo del lado de bajaque se excitó.

Figura 1. Polaridad aplicando un pulso de continua.

En transformadores de baja potencia se puededeterminar la polaridad usando un puente de polaridad.

Nombre que se le da a la conexión entre los devanados.

Figura 2. Polaridad utilizando el puente de polaridad.

Como se ve en la figura 2. Se energiza el transformadorpor el lado de alta, y se mide la tensión aplicada asícomo los bornes del lado de baja y de alta que no estánunidos por el puente. Y se exponen a las condicionesque vemos en la figura 2. Para saber la polaridad.

Para la prueba de vacío realizamos la siguienteconexión:

Figura 3. Conexión para la prueba de vacío del transformador.

Como se observa en la figura 3. Se mide la tensiónaplicada por el lado de baja (Este lado requiere aplicarmenor tensión), la corriente suministrada y la potenciaque toma el transformador. Y como el devanadosecundario está abierto toda la potencia la consume eltransformador en la resistencia de su devanadoalimentado y en el núcleo (Perdidas por histéresis yfoucault).

Para la prueba de cortocircuito relizamos la siguienteconexión:

Figura 4. Conexión para la prueba de cortocircuito deltransformador.

Como vemos en la figura 4. Se excita por el lado de alta(Por el lado de alta podemos obtener la corrientenominal con un valor de tensión menor) y por el lado debaja se conecta en cortocircuito y se realizan lasrespectivas mediciones. Como no hay carga conectadaen la prueba de corto circuito toda la potencia laconsume el transformador en la resistencia deldevanado y en el núcleo. Esta última perdida es muypequeña, porque la tensión aplicada es muy pequeña yse puede despreciar.

En la práctica, con devanados de iguales característicasque las de un transformador bidevanado, es posiblelograr mayor transferencia de potencia. Esto se lograsi

además del acoplamiento magnético, se realiza unacoplamiento eléctrico entre los devanados.

Figura 5. Conexión para la prueba de vacío del autotransformador.

Como vemos en la figura 5. El acoplamiento entre lasbobinas del lado de alta y lado de baja. Paraaprovechar mejor la conexión, se une un borne deldevanado de alta con el borne del lado de baja dediferente polaridad. Entonces, los devanados quedanconectados en serie aditiva.

Para un auto transformador los parámetros del circuitotambién se determinan a través de las pruebas de vacíoy cortocircuito.

Para la prueba de vacío se realiza la conexión como seve en la figura 5. Se alimenta el autotransformador porel lado de menor tensión, en lo posible a tensiónnominal y el lado de alta sin carga. En esta prueba sepuede hallar la relación de transformación haciendo lamedición de tensión entre los puntos y .

Figura 6. Conexión para la prueba de cortocircuitodel autotransformador.

Para la prueba de cortocircuito del autotransformador se hace de manera similar altransformador, alimentado

el lado de mayor tensión para obtener la corrientenominal con una tensión menor, mientras que el lado debaja permanece en cortocircuito. Como muestra lafigura6.

Como en cualquier máquina eléctrica, el rendimiento esel cociente entre la potencia útil o potencia secundaria yla potencia total o de entrada en el primario.

El rendimiento depende de la condición de carga queexista. Es decir, si se modifica la potencia que la cargaconsume y/o su factor de potencia, la eficiencia cambia.Sin embargo, el rendimiento no depende de si el factorde potencia es en adelanto o en atraso. La máximaeficiencia se obtiene para factor de potencia uno y unacondición de carga que depende de las pérdidas en elnúcleo. Para cada factor de potencia, la condición decarga a la cual se presenta la mayor eficiencia es lamisma.

La regulación del transformador o del autotransformadores una medida de la variación de tensión que seexperimenta en el lado secundario, cuando se pasa devacío a una condición de carga dada, manteniendoconstante la tensión en el primario. La regulación seexpresa en tanto por ciento de la magnitud de la tensiónque se presenta con la carga considerada.

Para cada condición de carga la regulación es diferente,e incluso depende de si el factor de potencia es enadelanto o en atraso.

La regulación se calcula como la diferencia entre lamagnitud de la tensión en el secundario en vacío (Vso) yla magnitud de la tensión en el secundario en carga(Vs), expresada en tanto por ciento de la magnitudde la tensión en carga; manteniendo constante lamagnitud de la tensión en el primario.

BIBLIOGRAFÍA

Chapman J. Stephen. Máquinas eléctricas.Editorial Mc Graw Hill, Bogotá, Colombia, 1987.

Fraile Mora, Jesús, Máquinas Eléctricas; U.P.M., Editorial Mc Graw Hill , 1993