TRANSFORMADOR MONOFASICO

1. OBJETIVOS

Analizar en forma experimental la relación de transformación y la polaridad en los transformadores monofásicos utilizando los métodos más usuales en la determinación de la polaridad.

Calcular las perdidas en el devanado y en el hierro a partir de pruebas de corto circuito y vacío respectivamente, para luego hallar el circuito equivalente de dicho transformador monofásico.

Hallar el rendimiento de un transformador monofásico.

2. EQUIPOS Y/O INSTRUMENTACION

1 transformador monofásico de 1 kVA, 220/115V

1 variac (autotransformador variable)

3 voltímetros (ac) 0-300V

2 amperímetros (ac) 0-20 A

1 vatímetro monofásico 150-300V,5-10 A

1 panel de carga monofásica

2 llaves cuchilla trifásica

Conectores

3. FUNDAMENTO

Un transformador es un dispositivo para convertir energía eléctrica de un nivel de voltaje a energía eléctrica de otro nivel de voltaje mediante la acción de un campo magnético.

Cuando se aplica un voltaje al primario de un transformador, se produce un flujo en el núcleo, como lo indica la ley de Faraday. El flujo variable en el núcleo induce un voltaje en el devanado secundario. Puesto que los núcleos de los transformadores tienen muy alta permeabilidad, la fuerza magnetomotriz neta requerida por el núcleo para producir su flujo es muy pequeña. Dado que la fuerza magnetomotriz neta es pequeña, la fuerza magnetomotriz del primario debe ser aproximadamente igual y opuesta a la del secundario. Este hecho conlleva a la relación de corrientes del transformador ideal sea:

a=V1/V2=I2/I1=N1/N2

a= relación de transformaciónN=# de vueltas del devanado (1: primario, 2: secundario)

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN TRANSFORMADOR

Un transformador real tiene flujos dispersos que únicamente atraviesan los devanados primario o secundario, pero no los dos. Además, hay pérdidas de energía por histéresis, corrientes parasitas y perdidas en el cobre. Estos hechos son tenidos en cuenta en el circuito equivalente del transformador.

DONDE:

A) PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO (o vacío)

B) PRUEBA DE CORTO CIRCUITO (para el cálculo de Reqp y Xeqp)

IMPORTANTE:

Solo bastara un voltaje primario del orden 2 al 12% de la nominal para conseguir que circulen corrientes nominales por las bobinas. Puesto que voltajes mayores provocarían corrientes muy elevadas que quemarían el transformador.

|Zse|=VscIsc

Zse = Impedancia en serie

Isc = Corriente en corto circuito

Vsc= Voltaje en corto circuito

PF=cosθ=W SC

V SC∗I SC

PF = factor de potencia

WOC = potencia activa (en vatios) que consume en circuito abierto

ZSE= θ °I SCV SC

ZSE=ℜqp+JXeqp

IV.- PROCEDIMIENTO:

POLARIDAD Y RELACION DE TRANSFORMACION:

1- Armar el siguiente circuito que se muestra a continuación:

2.- Energizar el circuito estando el cursor del auto transformador en cero voltios. Luego variar la salida del auto transformador hasta obtener en el voltímetro V1 el voltaje nominal.

3.- Determinar la polaridad y calcular la relación de transformación a partir de las medidas realizadas; llenar el cuadro N°1

A = V1 / V2

V3 = V1 + V2……………………….Polaridad Aditiva

V3= V1 – V2…………………………Polaridad Sustractiva

V1 V2 V3RELACION DE

TRANSFORMACION

POLARIDAD

57 -11,35 46 1,24 Aditiva

88.4 -17,28 71,1 1,24 Aditiva

125,6 -23 101,1 1.24 Aditiva

160,2 -42 128,09 1,25 Aditiva

V. CUESTIONARIO:

3.- Presentar en forma ordenada los valores obtenidos en la prueba de corto circuito.

V(VOLTIOS) A(AMPERIOS)238 0.3220 0.2250 0.4255 0.49280 0.64

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70

50

100

150

200

250

300

V vs I

4.- De la prueba de corto circuito graficar a partir de las lecturas de las potencias consumidas W el voltaje de impedancia y el factor de potencia del corto circuito cos (Φcc ) (porcentaje calculado a partir de w, v e i) como funciones de la corriente de corto circuito.

Esta parte de la prueba no se logró realizar debido a que no teníamos en disposición un vatímetro en estado funcional.

Expresaremos de forma teórica algunos conceptos:

Usando los valores nominales de potencia aparente, pérdidas en vacío (w0) y pérdidas en corto circuito (wcc). Se calcula el porcentaje para una carga igual a 25%, 50% y 100% de la nominal, con un factor de potencia 1.

% =

Donde:

Potencia de salida = Psal + P0 + Pcc

% =

La impedancia:

Entonces el voltaje de impedancia

V= Zeq x Req

Factor de potencia

f.p = cos (Φcc )

5.- Con los resultados obtenidos en las pruebas de circuito abierto (vacio) y de corto circuito, calcular el circuito equivalente referido al primario del transformador.

V1 V2 V3 RELACION DE TRANSFORMACION POLARIDAD57 -11.35 46 1.2396 ADITIVO

88.4 -17.28 71.21 1.241 ADITIVO125.62 -23 101.1 1.2423 ADITIVO160.2 -42 128.09 1.2506 ADITIVO

Circuito equivalente reducido del transformador en carga:

Las tensiones primaria y secundaria de los transformadores suelen ser muy distintas, debido a la relación de transformación (cuando más grande sea mayor será la diferencia). Entonces los diagramas vectoriales resultan irrealizables a la misma escala para las magnitudes correspondientes a uno y otro devanado, y la comparación numérica de las constantes (resistencias, reactancias, etc.) no conduce a una deducción práctica.

Para superar estos inconvenientes, es útil considerar el traslado de valores a magnitudes comparables tanto para el lado primario o secundario, según las relaciones siguientes Tensión secundaria reducida al primario

Corriente secundaria reducida al primario

Tensión secundaria reducida al primario

Corriente secundaria reducida al primario

Resistencia del secundario reducida al primario

Reactancia del secundario reducida al primario

De lo expuesto consideramos el circuito equivalente reducido al lado

VI.- OBSERVACIONES Y/O CONCLUSIONES:

OBSERVACIONES:

En la prueba de corto circuito se observó que se alimentaba por el lado de alta tensión al transformador; esto se hace generalmente para poder así necesitar poca corriente nominal para la prueba ya que por el lado de baja tensión se necesitaría mas corriente. Entonces se concluye que la prueba de corto circuito es recomendabe hacerlo por el lado de alta tensión para así tener una fuente de menor amperaje

CONCLUSIONES:

La prueba con carga permite determinar la caida de tensión en el secundario debida a la carga adicional, para determinar la regulación y hacer las compensaciones del caso de tal forma que el transformador entregue siempre el mismo voltaje

La eficiencia de un transformador es la relación entre la cantidad de energía que entrega el transformador entre la cantidad de energía que se le entrega al transformador (incluyendo las pérdidas) es alta trabajando con valores nominales, los cuales aseguran la máxima transferencia de energía.

La relación de transformación se mantiene constante y no tiene tendencia a cambiar pues el voltaje inducido depende del flujo magnético y este de la corriente. Pero aunque se sature el flujo magnético este va a ser el mismo para ambas bobinas y por lo tanto el voltaje inducido será el mismo.