UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO - PUNOFacultad ingeniera mecnica elctrica electrnica y sistemasEscuela Profesional de Ing. Mecnica Elctrica

Informecurso : LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS ITEMA : TENSION INDUCIDAPresentado por: USCAMAYTA GUTIERREZ, Rigoberto Cdigo : 105169

Docente : Ing. MEZA MAROCHO, Gregorio. Estudiante Del: VII SEMESTRE

Puno Per2015

I.- OBJETIVOS: Determinar tensin inducida en secundario del transformador en funcin de la tensin aplicada en el primario. Analizar la amplitud y desfasamiento de salida del secundario del transformador en relacin con el primario. Calcular del auto inductancia del primario y la inductancia mutua de las bobinas del transformador.

II.- MATERIALES A UTILIZARSE: Multmetro digital. 01 Osciloscopio digital. 01 generador de audio. 01 Transformador 220Vca / 110Vca Resistencias: 15k, 96k. Conductores y Conectores.

III. - MARCO TEORICO:Para el anlisis de la tensin inducida en el secundario del transformador utilizaremos la representacin del transformador como dos circuitos elctricos de acoplamiento inductivo como se muestra en la figura.

Fig. 01: Circuito elctrico equivalente del transformador

Dnde:

Vs: tensin aplicada por una fuente de CA en el primario (V)R1: Resistencia del primario ()L1: Inductancia del primario (Hr)Vo: Tensin inducida en el secundario (V)R2: Resistencia del secundario ()

La ecuacin en el lado del primario est dado por:

La tencin inducida en el lado del secundario estar dado por:

Dnde:

M: Inductancia mutua en (Hr)

La tensin en la salida Vo (lado secundario abierto), se medir con un voltmetro de resistencia infinita, entonces podemos considerar que no circula corriente en el lado del secundario.

Suponiendo que la tensin aplicada en la entrada (lado primario) es una onda senoidal, entonces las ecuaciones anteriores las podemos escribir de la siguiente manera (en forma fasorial):

Entonces podemos obtener:

De la Cual obtenemos:

Lo cual se puede verificar en la figura 2.

Fig 02: Comportamiento de la tensin aplicada bobina del primario y la tensin inducida en la bobina del secundario

La magnitud puede tomar cualquier valor entre 0 y 90, y el desfase ser por tanto 0.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:a) Montar el circuito de la figura 03 (o lo que le indica su profesor)

b) Medir las resistencias de las bobinas del transformador con un multmetro.

R1= 89.5 k R2= 15.1 kc) Alimentar el trasformador con una onda de formas senoidal con una frecuencia de 10Khz.d) Variar la amplitud de alimentacin de la bobina del lado primario y medir la tensin inducida en el lado secundario del transformador.e) Medir el desfasamiento entre las dos ondas del primario y secundario, utilizando el osciloscopio.

V. - CUESTIONARIO:

a) Defina lo que es inductancia y reluctancia, tiene alguna relacin, cul es?

INDUCTANCIA:Enelectromagnetismoyelectrnica, lainductancia(), es una medida de la oposicin a un cambio de corriente de uninductoro bobina que almacenaenergaen presencia de uncampo magntico, y se define como la relacin entre elflujo magntico() y laintensidad de corriente elctrica() que circula por la bobina y el nmero de vueltas (N) del devanado:

La inductancia depende de las caractersticas fsicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aparece. Con muchas espiras se tendr ms inductancia que con pocas. Si a esto aadimos un ncleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia.El flujo que aparece en esta definicin es el flujo producido por la corrienteexclusivamente. No deben incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes situados cerca ni por ondas electromagnticas.Esta definicin es de poca utilidad porque es difcil medir el flujo abrazado por un conductor. En cambio se pueden medir las variaciones del flujo y eso slo a travs de la Tensin Elctricainducida en el conductor por la variacin del flujo. Con ello llegamos a una definicin de inductancia equivalente pero hecha a base de cantidades que se pueden medir, esto es, la corriente, el tiempo y la tensin:

RELUCTANCIA:Lareluctancia magnticade unmaterialocircuito magnticoes la resistencia que este posee al paso de unflujo magnticocuando es influenciado por uncampo magntico. Se define como la relacin entre lafuerza magnetomotriz(f.m.m.) (la unidad delSIes elamperio, aunque a menudo se la llamaamperio vuelta) y elflujo magntico(SI:weber). LareluctanciaRde uncircuito magnticouniforme se puede calcular como:

Dnde: R ->reluctancia, medida enamperio(tambin llamado [amperio vuelta]) porweber(A v/Weber). Estaunidades equivalente al inverso delHenrio(H-1) multiplicado por el nmero de espiras. l ->longituddel circuito, medida enmetros. ->permeabilidad magnticadel material, medida en H/m (henrio/metro). A ->reade la seccin del circuito (seccin del ncleo magntico), enmetros cuadrados.

Cuanto mayor sea la reluctancia de un material, ms energa se requerir para establecer un flujo magntico a travs del mismo. Elacero elctricoes un material con una reluctancia sensiblemente baja como para fabricarmquinas elctricasde alta eficiencia.El inverso de la Reluctancia es la permeancia magntica:

NOTA:Lainductancia, es una medida de la oposicin a un cambio de corriente de uninductor. Pero sin embargo la reluctancia es la resistencia que este posee al paso de unflujo magnticocuando es influenciado por uncampo magntico.

b) Qu es la inductancia mutua?Como se ver a continuacin, la inductancia (mutua y auto inductancia) es una caracterstica de los circuitos, dependiente de la geometra de los mismos. Sean dos circuitos arbitrarios descritos por las curvaypor donde circulan corrientesy, respectivamente. De ahora en ms el subndice 1 representa magnitudes correspondientes circuito 1 y anlogamente para el circuito 2. En virtud de laLey de Faradayse tiene:

Dondees el campo elctrico yes el campo magntico en el circuito.

Claramente las constantes que acompaan a las derivadas temporales en ambos casos son coeficientes que slo dependen de la geometra de los circuitos y adems son iguales. Luego se llamainductancia mutua,a dicha constante

c) Construir la tabla N 01.

Tensin de Alimentacin

Tensin de salida

Desfasamiento t en ms(ms=milisegundos)Angulo de desfasamiento (grados)InductanciaL1 (Hr)Inductancia Mutua (Hr)

40.04315.530.000.36138.777

8.160.05515.530.000.36161.847

120.05215.530.000.36196.199

16.120.02715.530.000.361248.881

20.30.02015.530.000.361423.114

Sabemos: ;

Tambin:

Finalmente:

d) Utilizando el papel milimetrado graficar vs .

e) Explique sobre los grficos obtenidos.

f) Investigue lo siguiente:

Cules son las partes bsicas de un transformador?

Los transformadores son dispositivos electromagnticos estticos que permiten partiendo de una tensin alterna conectada a su entrada, obtener otra tensin alterna mayor o menor que la anterior en la salida del transformador.Permiten as proporcionar una tensin adecuada a las caractersticas de los receptores. Tambin son fundamentales para el transporte de energa elctrica a largas distancias a tensiones altas, con mnimas perdidas y conductores de secciones moderadas.Las partes de las que se compone un transformador que son necesarias, pero las esenciales y ms importantes son las siguientes:1- Ncleo magntico o armazn 2- Enrollamiento o devanados (primario, secundario, terciario, etc)3- Boquillas terminales (bushing)4- Tanque o cubierta 5- Medio refrigerante6- Serpentines y aparatos de refrigeracin7- Indicadores 8- Conmutadores y auxiliares9- Herrajes.

Cmo puede distinguirse fsicamente el devanado primario del secundario de un transformador?

Hablando de devanados Cmo se conecta estos cuando se trata de operar un transformador como Elevador o como Reductor?

TRANSFORMADOR ELEVADOR:

El devanado primario de un transformador elevador tiene menos vueltas que el devanado secundario, con el resultado que la tensin secundaria es ms alta que la tensin de primaria.

Figura 10. Transformador Elevador

TRANSFORMADOR REDUCTOR:

El devanado primario de un transformador reductor tiene ms vueltas que el devanado secundario, de tal manera que la tensin secundaria es menor que la tensin primaria.

Figura 11. Transformador Reductor

En la Figura 10, el transformador elevador tiene una relacin de 1 a 2. Como resultado, la tensin de salida es duplicada. Primero, podramos pensar que esta- mos ganando o multiplicando tensin sin sacrificar nada. Evidentemente no es el caso. Ignorando pequeas prdidas, la cantidad de energa que se transfiere en el transformador es igual en el lado primario y en el lado secundario.

La Potencia es igual a la Tensin (Voltaje) multiplicado por la Intensidad.Esto se expresa a travs de la frmula:

P = V x I

La potencia es tambin siempre igual en ambos lados del transformador, lo que significa que ambos lados de la ecuacin deben tener el mismo valor. Esto significa que no podemos cambiar la tensin sin cambiar tambin la inten- sidad.

En la Figura 10, podemos observar que cuando se reduce la tensin de 240 V a120 V en una relacin de 2 a 1, la intensidad es incrementada de 1 a 2 amperes, manteniendo la potencia igual en ambos lados del transformador. En contraste, en la Figura 11, cuando la tensin es elevada de 120 V a 240 V en una relacin de 1 a 2, la intensidad es reducida de 2 a 1 amperes para mantener el equilibrio de potencia.

En otras palabras, la tensin y la intensidad pueden ser cambiados por razones particulares, pero la potencia es simplemente transferida de un punto a otro.

Una gran ventaja de elevar la tensin y de reducir la intensidad es que la potencia puede ser transmitida a travs de hilo de calibre inferior. Piense en la cantidad de hilo que se utiliza por parte de una compaa de electricidad para llevar la electricidad a donde se utiliza. Por esta razn, las tensiones generadas son incrementadas de manera muy importante para distribucin sobre distancias largas, y despus son reducidos para satisfacer las necesidades de los consumidores.

Con que fin se laminan los ncleos del transformador?Se laminan con la nica finalidad de que para neutralizar las corrientes de Foucault hay que seccionar el ncleo en delgadsimas laminas aislndolas unas de otras mediante una fina capa de barniz u oxido, de tal modo que aunque una supera a la otra, las corrientes parasitas que hay en una lmina nunca podran cortocircuitarse con las corrientes de las laminas adyacentes.

Para qu sirven los aisladores en las terminales de un transformador?Como la mayora de las maquinas elctricas, en su vida til, prcticamente los transformadores dependen del comportamiento de los aislamientos para las condiciones normales de operacin, en este sentido es impresendible y necesario aislar los terminales tanto de la entrada y salida del trafo, para que no se produzca un cortocircuito al chocarse entre terminales o con paredes externas del transformador.

Para qu es deseable que el transformador tenga derivaciones (Taps) en los devanados del mismo?

Loscambiadores de derivacinpara operar sin tensin es un dispositivo que se acciona desde el exterior del transformador, sumergido en lquido refrigerante que permite seleccionar la derivacin de un devanado cuando el transformador esta sin corriente y des energizado. Se fabrican de dos tipos Monofsicos y Trifsicos.Un mtodo usado para la regulacin de voltaje en las lneas, es el uso de loscambiadores de derivacinque estn conectados en los devanados de los transformadores para cambiar la relacin de espiras o relacin de transformacin ligeramente.El cambio en la relacin de transformacin es normalmente +/- 10%, an cuando se pueden encontrar disponibles cambios de +/- 5% +/- 7.5%, los pasos de variacin varan desde 2.5% hasta 32 pasos para cubrir el rango normal de +/- 10% (0.625% por paso).

Normalmente loscambiadores de derivaciono taps estn localizados en los devanados primarios (de alto voltaje), debido a que se tiene que manejar en los cambios menos corriente de la que se manejara si se localizarn en el devanado de bajo voltaje. Loscambiadores de derivacionpueden ser normales o automticos, la mayora de los transformadores dedistribucin y de subestaciones de distribucin tienen cambiadores manuales, de manera que la carga que se agrega se puede compensar.Loscambiadores de derivacinaccionados por motor elctrico se requieren cuando se tiene una regulacin de voltaje con cargas ampliamente fluctuantes, estoscambiadores de derivacinse les conoce como cambiadores bajo carga.Existen muchos diseos para loscambiadores de derivacinbajo carga y slo se recomiendan cuando se justifica mejorar sustancialmente localidad del servicio, ya que su costo puede ser hasta el 5% del costo del transformador.

Qu tipos de materiales se utilizan en la fabricacin de las partes magnticas del ncleo de un transformador?

Los materiales ferromagnticos, compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto, tungsteno, nquel, aluminio y otros metales, son los materiales magnticos ms comunes y se utilizan para el diseo y constitucin de ncleos de los transformadores y maquinas elctricas. En un transformador se usan para maximizar el acoplamiento entre los devanados, as como para disminuir la corriente de excitacin necesaria para la operacin del transformador. En las maquinas elctricas se usan los materiales ferromagnticos para dar forma a los campos, de modo que se logren hacer mximas las caractersticas de produccin de par.Estos materiales han evolucionado mucho con el paso del tiempo lo que implica ms eficiencia, reduccin de volmenes y costo, en el diseo de transformadores y maquinas elctricas. Qu significa hablando en trminos elctricos al referirse al primario o al secundario de un transformador?

En el lado primario del transformador es donde ingresa la tensin alterna para obtener otra tensin alterna mayor o menor que la anterior en el lado secundario del transformador.Permiten as proporcionar una tensin adecuada a las caractersticas de los receptores. Tambin son fundamentales para el transporte de energa elctrica a largas distancias a tensiones altas, con mnimas perdidas y conductores de secciones moderadas.

VI. CONCLUSIONES:

Se ha podido comprobar que mediante la prctica que al incrementar la tensin de alimentacin, la tensin de salida disminuye proporcionalmente.

En el grafico vs se puede apreciar que el comportamiento de la tensin de salida con respecto a la tensin de alimentacin, es prcticamente lineal.

Tambin concluimos que es impresendible laminar los ncleos del transformador con la nica finalidad de que para neutralizar las corrientes de Foucault hay que seccionar el ncleo en delgadsimas laminas aislndolas unas de otras mediante una fina capa de barniz u oxido, de tal modo que aunque una supera a la otra, las corrientes parasitas que hay en una lmina nunca podran cortocircuitarse con las corrientes de las lminas adyacentes.

VI. RECOMENDACIONES:

Sera muy necesario considerar las prdidas en los conductores y conectores para obtener un resultado ptimo.

VII. - BIBLIOGRAFIA:

Magnetic Materials and their aplications Carl Heck Ed. Butteword. Stephen J. Chapman Maquinas elctricas. Enrique Ras Oliva Transformadores. La web. Cutler Hammer Transformadores.