UNIVERSIDAD FIDÉLITAS

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS No.1

PRÁCTICA No.1 TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS

MEDIDAS PRELIMINARES DEL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

ALUMNO: Arturo Fidel Neira Chávez

PROFESOR: ING. Arquímedes Herrera Rodríguez

III CUATRIMESTRE 2014

INTRODUCCIÓN

Los transformadores son dispositivos eléctricos que cambian o convierten niveles de voltaje

entre dos circuitos. En el proceso, los valores de corriente son también tranformados. Sin

embargo, la potencia transferida entre los circuitos no cambia. Excepto por unas típicamente

pequeñas pérdidas.

Esta transferencia de potencia ocurre solamente en Corriente Alterna o en condiciones de

transientes eléctricos.

La operación del transformador es basada en el principio de inducción descubierto por Michael

Faraday en 1831. El encontró que cuando un flujo magnético cambia en un circuito que enlaza,

un voltaje o FEM es inducida en el circuito. El voltaje inducido es proporcional al número de

vueltas enlazadas por el campo magnético variante .

De esta forma cuando dos circuitos son enlazados por un flujo magnético común, y estos tienen

diferentes número de vueltas, diferentes voltajes serán inducidos.

El desarrollo de los primeros transformadores práctico fue basado en núcleos toroidales por los

ingenieros húngaros Karoly Zipernowsky, Otto Blaky y Miksa Deri en 1885.

Aunque los modernos transformadores difieren considerablemente de los primeros modelos, el

principio de operación sigue siendo el mismo. Utilizados desde transformadores de potencia,

hasta microtransformadores soldados en circuitos impresos depositados en substratos via

técnicas litográficas. (tomado del libro “Transformer Design Principles, 2nd Edición, Autor:

Robert Del Vecchio y demás, CRC Press, 2010.”)

Análisis de Resultados

Verificación de la ubicación de los bobinados de Alta y Baja tensión

Fue posible determinar, en los transformadores utilizados en el laboratorio , la resistencia

eléctrica de cada bobina, mediante Multímetro digital. De esta forma la bobina de alta tensión

tendrá mayor cantidad de vueltas, siendo más grande la longitud del cable. Por lo tanto la

resistencia será mayor. Otro detalle es que la corriente del lado de alta tensión será menor que

en el lado de baja tensión (La potencia es la misma del lado del alta y baja tensión por lo que

Va Ia = Vb Ib). Por lo tanto el calibre del cable es menor. La resistencia del cable está en

función de la longitud del cable y del área de conducción o calibre.

Tabla No.1 Valores de resistencia eléctrica medidos en cada bobina de los 3 transformadores

Ubicación Resistencia Lado de Alta (Ω)

Resistencia Lado de Baja (Ω)

Trafo No.1 3,8 0,3Trafo No.2 3,4 0,3Trafo No.3 3,4 0,3

Determinación de la Polaridad de los Transformadores

De forma típica los terminales de los transformadores están marcados, a saber la parte de alta

con H1, H2 y la parte de baja X1, X2. Sin embargo si por alguna razón estas marcas no se

encuentran en el transformador, existen dos métodos más comunes. Uno de los métodos es

verficando si la polaridad es sustractiva o aditiva. En la Figura No.1 es posible apreciar el

circuito de medición para detectar el tipo de polaridad. Se pudo observar que en los trafos 1 y 2

la polaridad es aditiva y en el trafo 3 es sustractiva. En la tabla No.2 es posible observar los

valores obtenidos de voltaje entre bobinas.

Figura No.1 Esquemático de conexión para prueba de polaridad en transformadores monofásicos

Para la prueba de polaridad utilizando el método de golpe inductivo se colocó un voltímetro analógico de corriente directa en el secundario del transformador y una fuente de voltaje de corriente en el primario. Se conecta momentáneamente la fuente y se desconecta creando un impulso magnético en el núcleo, reflejando un voltaje inducido en el secundario.

Mediante el voltímetro fue posible observar el movimiento de la aguja visualizando si es aditivo o sustractivo la polaridad escogida del transformador. El movimiento de la aguja hacia la derecha implicó que la polaridad es aditiva y hacia la izquierda polaridad sustractiva. Esto es posible visualizarlo gracias al sentido físico del campo magnético generado en el núcleo por el bobinado de alta y la inducción del voltaje en la bobina del secundario (lado de baja).

Relación de Transformación de un transformador

El voltaje del secundario depende del voltaje en el primario y de la relación de transformación del transformador. Esta relación de transformación está dada por la cantidad de vueltas del conductor de la bobina del primario y la cantidad de vueltas de la bobina del secundario. Las ecuaciones que determinan la relación de ecuación cumple con las siguientes proporcionalidades:

Vp / Vs = Np / Ns = Is / Ip

Donde Vp: voltaje en el lado de alta, voltaje de primario

Vs: voltaje en el lado de baja, voltaje de secundario

Np: cantidad de vueltas del bobinado lado de alta

Ns: cantidad de vueltas del bobinado lado de baja

Is: Corriente en el lado de baja

Ip: Corriente en el lado de alta

En la tabla No.2 puede observarse el ensayo de la relación de transformación aplicando 120Vac, 60Hz en el lado de alta y en la tabla No.3 30Vac, 60Hz del lado de baja.

Tabla No.2 Medición de voltaje lado de baja aplicando 120V en primario

Ubicación Voltaje lado alta (V) Voltaje lado baja (V) Relación de Transf.Trafo No.1 122 30 4,06Trafo No.2 122 30 4,06Trafo No.3 122 30 4,06

Tabla No.3 Medición de voltaje lado de alta aplicando 30V en secundario

Ubicación Voltaje lado alta (V) Voltaje lado baja (V) Relación de Transf.Trafo No.1 122 30 4,06Trafo No.2 122 30 4,06Trafo No.3 122 30 4,06

Tabla No.4 Medición de corrientes lado de alta y baja con una carga resistiva

Ubicación Vp (V) Ip (A) Is (A) Relación de Transf.Trafo No.1 122 2 8 4Trafo No.2 122 2 8,1 4,05Trafo No.3 122 2 8,1 4,05

La relación de transformación en cada transformador experimentalmente dio 4,06. La relación

de transformación teórica debe ser de 4. La diferencia entre la relación de transformación

teórica y la experimental puede deberse a factores tales como elementos de fabricación de los

trafos, precisión en la cantidad de vueltas, etc.

Es posible también determinar el lado de alta y baja en los transformadores utilizando

medidores de inductancia, o métodos indirectos de medir la resistencia tales como el puente de

Wheastone. En transformadores de potencia grandes donde la resistencia debe minimizarse,

los valores son en orden de miliohms (para disminuir las pérdidas del cobre).

Conclusiones

1) El descubrimiento del efecto del campo magnético producido por una corriente pasando

a través de un conductor, permitió crear un electroimán, es decir, crear un campo

magnético producido por la corriente que pasa a través de una bobina.

2) El descubrimiento del principio de inducción por Faraday permitió crear un voltaje

variable en el tiempo en una bobina a partir del cambio de flujo magnético.

3) Utilizando estos principios, fue posible inventar los transformadores..

4) La eficiencia de un transformador está en función de la calidad del agrupamiento del

campo magnético producido por el primario del transformador.

Apéndice