MAQUINAS ELECTRICAS trasformadores

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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores
 Plantel Aragón
 
INGENIERIA INDUSTRIAL 
 
 
CLASE: MAQUINAS ELECTRICAS
 
 
PRACTICA 2
 
 
EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO
 
 
GRUPO:8561
 
 
NOMBRE DEL PROFESOR: VICTOR HERNANDEZ VAZQUEZ 
 
 
NOMBRE DEL ALUMNO: CORTES HERNANDEZ RICARDO 
FECHA DE ENTREGA 27-09-2021
 
OBJETIVOS.
Al término de la práctica el alumno:
Identificará el núcleo y devanados de un transformador, para conocer el principio de
funcionamiento del transformador, así como los tipos de transformadores que existen y su construcción, mediante el uso del equipo en el laboratorio.
CUESTIONARIO PREVIO.
1) ¿Qué es un transformador?
Los transformadores son un elemento clave en el desarrollo de la industria eléctrica. ... Un transformador eléctrico es una máquina estática de corriente alterna que permite variar alguna función de la corriente como el voltaje o la intensidad, manteniendo la frecuencia y la potencia, en el caso de un transformador ideal.
2) ¿Qué es la relación de transformación?
es el número de vueltas del devanado primario dividido por el número de vueltas de la bobina secundaria; la relación de transformación proporciona el funcionamiento esperado del transformador y la tensión correspondiente requerida en el devanado secundario.
3) ¿Qué es la eficiencia de un transformador?
se define como la relación de Salida de potencia útil a la potencia de entrada. La entrada y la potencia de salida se miden en la misma unidad. Su unidad es en vatios (W) o KW. La eficiencia del transformador se denota por.
4) Dibuje el circuito equivalente del transformador.
5) Explique qué es y para qué sirve la corriente de excitación.
Corriente que circula por el primario de un transformador de potencia en vacío, y sirve para inducir el campo magnético en su núcleo y suministrar la energía de pérdidas correspondiente.
La prueba de Corriente de Excitación, en los transformadores de potencia, permite detectar daños o cambios en la geometría de núcleo y devanados; así como espiras en cortocircuito y juntas o terminales con mala calidad desde su construcción.
6) Explique cómo se realiza la prueba de corto circuito y qué parámetros se obtienen del circuito equivalente de esta prueba.
Esta prueba se realiza para encontrar series los parámetros de derivación de un circuito equivalente, como la impedancia equivalente (Zo1 o Zo2), la resistencia total del devanado (Ro1 o Ro2) y la reactancia de fuga total (Xo1 o Xo2). Además, es posible determinar las pérdidas de cobre a cualquier carga deseada y la caída total de tensión del transformador referida a primaria o secundaria. En esta prueba, generalmente el devanado LV está cortocircuitado por un cable grueso. Y el otro lado, es decir, el lado HV, se realiza esta prueba.
En esta prueba, el devanado primario o de alto voltaje se conecta a la fuente de suministro de CA a través del voltímetro, el amperímetro, el vatímetro y una variac como se muestra en la figura. Esta prueba también se conoce como prueba de voltaje reducido o prueba de bajo voltaje. Esto se debe a que, como el devanado secundario está cortocircuitado, a la tensión nominal, el transformador consume una corriente muy grande debido a su resistencia al devanado muy pequeña.
Una corriente tan alta puede causar el sobrecalentamiento y también la quema del transformador. Por lo tanto, para limitar la corriente alta, el devanado primario debe energizarse con un voltaje bajo que sea justo lo suficiente para producir la corriente nominal en el primario del transformador.
La prueba SC se realiza en el lado HV debido a la dos razones principales. El primero es que la prueba SC realizada aplicando corriente nominal y la corriente nominal HV es mucho menor que el lado LV. Por lo tanto, la corriente nominal se logra fácilmente en el lado HV (debido al bajo valor de corriente) en comparación con el lado LV.
Cabe señalar que, antes del cálculo de los parámetros, se debe tener en cuenta en qué lado (primario o secundario) se registra la lectura de la prueba. Supongamos que si el transformador es transformador elevador, entonces llevamos a cabo la prueba SC en el lado secundario (lado HV) mientras que el lado primario o de baja tensión está cortocircuitado.
En tal caso, obtenemos los parámetros referidos al secundario de cálculos tales como R02, X02 y Z02. Si se trata de un transformador reductor, obtenemos los valores de los parámetros como R01, X01 y Z01 porque los medidores están conectados al lado HV del primario.
7) Explique cómo se realiza la prueba de circuito abierto y qué parámetros se obtienen del circuito equivalente de esta prueba.
Esta prueba se realiza para averiguar el shunt o no cargar los parámetros de bifurcación del circuito equivalente de un transformador. Esta prueba da como resultado las pérdidas de hierro y los valores de corriente sin carga, por lo que podemos determinar los parámetros de derivación sin carga con cálculos simples.
Como el propio nombre indica, los terminales de carga secundarios del transformador se mantienen abiertos y el voltaje de entrada se aplica en el otro lado. Como esta prueba se realiza sin colocar carga, esta prueba también se denomina prueba sin carga.
La prueba OC se lleva a cabo conectando el lado LV (como primario) del transformador al suministro de CA. a través de instrumentos variac, amperímetro y vatímetro. Los terminales secundarios o de lado HV se dejan abiertos y en algunos casos se conecta un voltímetro a través de él para medir el voltaje secundario.
El voltímetro del lado primario lee la tensión aplicada al transformador, el amperímetro lee la carga cero la corriente, el vatímetro proporciona la potencia de entrada y la variac utilizada para variar el voltaje aplicado al transformador de modo que la tensión nominal se aplique a la frecuencia nominal. La disposición de prueba OC de un transformador se muestra en la figura a continuación.
Cuando el transformador está funcionando sin carga, la corriente consumida por el derivador o los parámetros paralelos es muy pequeña, del 2 al 5 por ciento de la corriente nominal. Por lo tanto, una baja corriente fluirá a través del circuito durante la prueba OC. Para poder ser leídos por los instrumentos, las medidas de voltaje, corriente y potencia se deben realizar en el lado de baja tensión.
8) Describa cómo se clasifican los transformadores.
9) Explique las diferencias entre un transformador tipo columna y uno tipo acorazado.
1. TRANSFORMADORES TIPO COLUMNA
 
El bobinado de baja se construye sobre el núcleo y luego, separado por un material aislante, se coloca el bobinado de alta. Pueden ser de 3 ó 5 columnas. Mayor facilidad para sustitución de bobinados, ensamble y desmontaje. Mayor facilidad de reparación en sitio. Es el tipo de transformador más común. Su forma constructiva lo obliga a ser operado en posición vertical.
 
Aplicaciones
 
Elevadores tipo generador.
Transformador auxiliar.
Servicios de arranque y auxiliares.
Reductores tipo subestación.
Regulador de Tensión.
Horno de inducción.
Tipo rectificador.
Subestaciones móviles.
 
2. TRANSFORMADORES TIPO ACORAZADO
 
El núcleo es posicionado verticalmente alrededor de los devanados actuando como un soporte de los mismos. Construcción del bobinado de HV entre el devanado de LV(tipo sandwich). Aplicaciones para potencias mayores. Reduce la dispersión del flujo magnético. Su forma constructiva, con el núcleo magnético envolviendo los arrollados, provee robustez frente a los esfuerzos electromecánicos producidos por las corrientes de cortocircuito y esfuerzos durante el traslado y ubicación, a la vez que hace al equipo más compacto. Versatilidad para trabajar en posición horizontal o vertical.
 
Aplicaciones
 
Plantas generadoras.
Auxiliares de subestación.
Subestaciones como elevadores / reductores.
Reguladores de ángulo de fase.
Hornos de arco eléctrico.
Autotransformadores.
Subestaciones móviles. Transformadores prueba (extra-alta tensión, cortocircuito).
 
EXPERIMENTO 1.	
1) Examine la estructuradel módulo EMS 8341 de transformador e identifique lo siguiente:
a. El núcleo del transformador hecho de capas delgadas (laminaciones) de acero.
b. Observe que los devanados del transformador están conectados a las terminales
montadas en la bobina del transformador.
c. Observe que los devanados van conectados a las terminales de conexión montadas a la cara del módulo.
2) Identifique los tres devanados independientes del transformador marcados en la cara del módulo.
 208
120
60
60
104
180
28
76
104
120
0.3
0.3
0.5
0.3
0.5
3) Utilice la escala más baja del óhmetro, mida y anote la resistencia en CD de cada uno de los devanados.
8.7
 4.2
8.7
4.3
11.1
14.5
29.4
4.8
EXPERIMENTO 2.
1) Medir los voltajes del secundario sin carga, cuando se aplican 120 VCA al devanado primario.
a. Conecte el siguiente circuito.
b. Conectar la fuente de alimentación y ajuste a 120 VCA, según lo indique el voltímetro conectado a las terminales 4 y N.
c. Mida y anote el voltaje de salida E2.
d. Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación.
e. Repita los pasos b, c y d midiendo el voltaje de salida para los siguientes
devanados.120
60
60
30
80
110
120
220
2) ¿Concuerdan los voltajes medidos con los voltajes nominales? ¿Por qué?
No todos coinciden ya que tienen caídas de tención y los resultados pueden variar
3) ¿Puede medir el valor de la corriente de excitación? ¿Por qué?
No por que no tiene ninguna carga conectada 
EXPERIMENTO 3.
1) Conecte el siguiente circuito. Observe que el medidor de corriente I2 pone en corto circuito al devanado 5 y 6.
2) Conecte la fuente de alimentación y aumente gradualmente el voltaje hasta que la corriente de corto circuito I2 sea 0.4 ACA.
3) Mida y anote I1 ,I2 y E1.2
0.4
60
4) Reduzca a cero el voltaje y desconecte la fuente de alimentación.
5) Calcule la relación de corriente5
6) ¿Es igual la relación de corrientes a la relación de vueltas? Explique por qué.
Si ya que ambas hacen la relación de transformación 
EXPERIMENTO 4.
A continuación, determinará el efecto de saturación del núcleo en la corriente de excitación de un transformador.
1) Conecte el siguiente circuito. Observe que las terminales 4 y 5 de la fuente de alimentación se van a utilizar ahora. Estas terminales proporcionan un voltaje variable de 0 a 208 VCA.
2) Conecte la fuente de alimentación y ajústela a 25 VCA. Tomando esta lectura en el voltímetro conectado a las terminales 4 y 5 de la fuente de alimentación.
3) Mida y anote la corriente de excitación I1 y el voltaje de salida E2 para cada voltaje de entrada que se indica en la tabla
205 0.14mA
180 0
155 0
135 0
0 0
0 0 
0 0
0 0
4) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.
PREGUNTAS DE EVALUACIÓN.
1) De una breve explicación del funcionamiento del transformador.
los transformadores se basan en la inducción electromagnética. Al aplicar una fuerza electromotriz en el devanado primario, es decir una tensión, se origina un flujo magnético en el núcleo de hierro. Este flujo viajará desde el devanado primario hasta el secundario. Con su movimiento originará una fuerza electromagnética en el devanado secundario.
Según la Ley de Lenz, la corriente debe ser alterna para que se produzca esta variación de flujo. El transformador no puede utilizarse con corriente continua.
2) Explique las pruebas de corto circuito y circuito abierto y la función de cada una.
La prueba a circuito abierto, o prueba sin carga consiste, en colocar el Generador en vacío, es decir sin carga alguna en sus bornes, haciéndola girar a su velocidad nominal y con corriente de campo igual a cero. Al ir aumentando gradualmente el valor de la corriente de campo, se obtienen diversos valoresde y ya que la corriente que circula por la armadura siempre será cero debido que se encuentra en vacío, se obtendrá que Gracias a ésta prueba, con los valores obtenidos, se puede formar "La curva de Características de Vacío" que permite encontrar la tensión interna generada por una corriente de campo dada.
La prueba de circuito abierto se lleva a cabo con los terminales de la máquina desconectada de cualquier circuito externo. El procedimiento de la prueba básica es:
e y ya que la corriente que circula por la armadura siempre será cero debido que se encuentra en vacío, se obtendrá que Gracias a ésta prueba, con los valores obtenidos, se puede formar "La curva de Características de Vacío" que permite encontrar la tensión interna generada por una corriente de campo dada.
La prueba de circuito abierto se lleva a cabo con los terminales de la máquina desconectada de cualquier circuito externo. El procedimiento de la prueba básica es:
· Abra el circuito de los terminales del generador
· Llevar la máquina a la velocidad síncrona mediante un sistema mecánico externo
· Poco a poco aumentar la intensidad de campo y medir la tensión abierta en los bornes
Como no hay corriente en la armadura, la tensión en los bornes de medida es la tensión inducida:
Si la máquina está conectada en estrella, la tensión de medida será un voltaje línea a línea y la tensión inducida por fase se puede encontrar en:
Técnicamente esta prueba se efectúa impulsando el generador a su velocidad nominal al tiempo que se deja abierto el devanado de la armadura. La corriente del campo se varía en pasos apropiados y se registran los valores correspondientes del voltaje a circuito abierto entre dos pares cualesquiera de terminales de los devanados de la armadura.
La corriente del campo puede aumentarse hasta que el voltaje a circuito abierto sea el doble del valor especificado. De los datos registrados para el voltaje a circuito abierto es posible calcular el voltaje por fase (circuito abierto). Cuando se grafica el voltaje por fase (circuito abierto) como función de la corriente de campo, se obtiene una gráfica llamada característica (curva) de saturación a circuito abierto (CCA).
La CCA sigue una relación en línea recta en tanto el circuito magnético del generador síncrono no se sature. Debido a que en la región lineal el entrehierro consume la mayor parte de la FMM, la recta recibe el nombre de línea del entrehierro. A medida que la saturación se establece, la CCA comienza a desviarse de la línea de entrehierro.
la prueba de corto circuito se lleva a cabo con los terminales de la máquina de un cortocircuito, consiste en llevar nuevamente la corriente de campo a cero, para luego cortocircuitar los bornes del generador y proseguir a ir incrementando la corriente de campo. El procedimiento de ensayo básico es como sigue:
· Establezca el campo actual a cero
· Un cortocircuito en los terminales de la armadura
· Accionar el generador a la velocidad síncrona con el sistema mecánico externo
· Poco a poco aumentar el devanado de campo en curso hasta que la corriente de corto circuito de la armadura alcanza el valor nominal de diseño
La prueba en cortocircuito brinda información acerca de las potencialidades de corriente de un generador síncrono. Se lleva a cabo impulsando el generador a su velocidad nominal, con las terminales del devanado de la armadura en cortocircuito.
Técnicamente esta prueba se efectúa colocando un amperímetro en serie con una de las tres líneas en cortocircuito. Se incrementa gradualmente la corriente de campo y se registra el valor correspondiente de la corriente a corriente máxima de la armadura en cortocircuito, no debe exceder el doble de la corriente especificada del generador. Con base en los datos registrados se calcula la corriente por fase en el cortocircuito. Cuando esta última se grafica como función de la corriente del campo, la gráfica se llama característica en cortocircuito (CCC) de un generador. Por razones prácticas, la CCA y la CCC se trazan en la misma gráfica, Puesto que el voltaje en las terminalesen condiciones de cortocircuito es igual a cero, el voltaje por fase generado debe ser igual a la caída de voltaje a través de la impedancia síncrona.
3) ¿Cuáles son las pérdidas que ocurren dentro de un transformador real?
-pérdidas magnéticas.
-Pérdidas por histéresis.
-pérdidas por corriente parásitas.
-Pérdidas eléctricas o pérdidas en el cobre.
-Pérdidas por resistencia.
-Pérdidas por reactancia de dispersión.
4) Explique qué es la histéresis.
La histéresis es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado. Podemos encontrar diferentes manifestaciones de este fenómeno.
5) ¿Qué es el flujo disperso?
Se denomina flujo disperso o simplemente dispersión Fd al flujo que no queda confinado en el núcleo del circuito magnético, es decir, aquel flujo que en lugar de cerrarse por el núcleo se cierra por el aire. Aunque para cálculos exactos es necesario tenerlo en cuenta, para muchos cálculos se desprecia dicho flujo.
CONCLUSIONES.
Podemos concluir que en esta práctica si se pudo completar los objetivos que era Identificar el núcleo y devanados del transformador, conocer el funcionamiento del transformador, así como los tipos de transformadores que existen, esto se pudo lograr a las preguntas iniciales y finales que estaban en esta práctica que enriquecieron a un más el conocimiento sobre los transformadores, a además que se concluyó satisfactoriamente los 4 experimentos que se tenían que hacer, tanto el video y las instrucciones de la practica fueron explicados correctamente y fue entendible, la practica estuvo excelente.