Preinf_Maquinas

Vista previa del material en texto

Viernes 21 de junio de 2019 
 
PRACTICA #1 
CONOCIMIENTO Y MEDIDAS PRELIMINARES DE UN TX MONOFÁSICO 
 
 
 
Vladimir Alvarez Gaviria 
CC. 1036656791 
 
 
 
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS I 
 
 
 
PROFESOR: 
Fernando Largo Penilla 
 
 
 
FACULTAD DE INGENIERIA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA 
MEDELLIN- ANTIOQUIA 
Viernes 21 de junio de 2019 
OBJETIVO 
1. Determinar los pares de bornes que conforman cada una de las bobinas del 
transformador (“faseó”). 
2. Medir la resistencia de las bobinas determinando las de alta tensión y las de 
baja tensión con multímetro y método de tensión-corriente 
3. Determinar la “polaridad” de un Transformador monofásico en DC y en AC. 
4. Determinar la relación de transformación de un Transformador monofásico por 
voltajes y por corrientes 
MARCO TEORICO 
Transformador 
Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético cuya función principal 
es el control de la corriente y la tensión eléctrica a partir de la teoría de la CA. Este 
puede aumentar o disminuir, ya sea la tensión o la corriente, según sea la necesidad, 
manteniendo constante la potencia del sistema (cumpliendo con la ley de la 
conservación de la energía). [1] 
El transformador tiene algunas clasificaciones que vale la pena analizar. 
En principio, se puede hablar de que el transformador básico está compuesto por dos 
bobinas enrolladas alrededor de un núcleo, generalmente, ferromagnético. Estas 
pueden ser clasificadas como bobina primaria (o primario) y bobina secundaria (o 
secundario). 
Primario: Es el devanado por donde fluye la corriente entregada por la fuente o 
generador. 
Secundario: Es el devanado receptor, inducido por el primario, que termina 
entregando corriente a la carga. 
Se identifican porque el primario está conectado a la fuente o generador con el fin de 
inducir el flujo en el núcleo, y el secundario está conectado a la carga y es el 
encargado de recibir la corriente inducida por el primario. 
 
Fig 1. Esquema básico de un transformador 
La relación de transformación entre los embobinados depende directamente del 
número de vueltas de los mismos. Para la relación de transformación del voltaje 
tenemos una proporcionalidad directa; es decir, 
 
 
 
 
 
 [2], donde VP es el voltaje en 
Viernes 21 de junio de 2019 
la bobina primaria, VS es el voltaje en la bobina secundaria, NP es el número de 
espiras de la bobina primaria y NS es el número de espiras de la bobina secundaria. 
Bajo este criterio podemos decir que existen transformadores reductores y 
transformadores elevadores. 
Los transformadores elevadores: son aquellos diseñados para elevar la tensión en 
la bobina secundaria para lo cual es necesario que NP < NS (Ecuación [2]). 
Los transformadores reductores: son aquellos que, por el contrario, decrementan la 
tensión inducida en el secundario, por lo cual NP > NS (Ecuación [2]). 
Existe un tercer tipo de transformador que se llama transformador aislador. Son 
transformadores con relación 1:1, esto quiere decir que NP=NS. Su utilidad es 
principalmente de protección o limpieza de señales. [3] 
Según sea la función de un transformador, este puede tener un lado de alta y lado de 
baja: 
Lado o devanado de alta: Es el devanado donde se maneja una tensión mayor con 
respecto a su opuesto 
Lado o devanado de baja: Es el devanado donde se maneja una tensión menor con 
respecto a su opuesto 
Cuando se tiene un trafo elevador, el lado de baja seria el devanado que tiene una 
tensión menor y seria el primario, mientras que el lado de alta seria el devanado que 
tiene mayor tensión y seria el secundario. 
Existen algunas maneras de saber cuál es el lado de alta y cuál es el lado de baja en 
un trafo: 
1. Una de las maneras más convenientes sería tomando la ecuación de 
resistencia dada por 
 
 
 [4], donde  es la resistividad, es la longitud del 
conductor y A es el área transversal del conductor. 
El devanado con más espiras, como se dijo antes, es el de alta y el de menos 
espiras es el de baja. Cuando más espiras haya, mas longitud se necesita para 
enrollar el devanado. Por lo tanto y con base en la ecuación de resistencia, a 
mayor longitud de cable, más resistencia tiene y más tensión se puede inducir; 
y cuando menos espiras haya, menor longitud tiene el cable conductor y la 
resistencia es mayor, así puede inducirse una menor tensión. 
El análisis con respecto al área transversal es análogo, por lo tanto, a partir del 
área transversal también se puede identificar el lado de alta y el lado de baja. 
Para el caso mencionado, se puede medir la resistencia con el multímetro y 
saber cómo se comportan las bobinas. 
 
2. El ensayo de vacío y cortocircuito de un transformador permiten determinar los 
parámetros circuitales de este. 
Viernes 21 de junio de 2019 
 
Fig 2. Circuito equivalente de un transformador 
Al realizar la prueba de vacío, se obtiene la corriente de vacío I0, la relación de 
transformación N y las pérdidas en el material que constituyen el 
transformador, dichas pérdidas son constantes, sin importar la carga y el flujo 
que recorran tal material. 
 
Fig 3. Transformador en vacío 
 
En un transformador monofásico en vacío, se obtienen las siguientes 
expresiones: 
 
En las anteriores expresiones, V1 AC es el voltaje que entrega un generador al 
primario del transformador, e1 es el voltaje en el devanado primario (fuerza 
contraelectromotriz), Φ es el flujo que circula por el material ferromagnético y 
que es común al devanado primario y secundario y que es generado por el 
voltaje inducido en el primario. 
 
Fig 4. Circuito para ensayo de vacío 
Viernes 21 de junio de 2019 
En la figura anterior, se ilustra la conexión de los aparatos para la realización 
de la prueba de vacío. Cabe aclarar que el transformador puede ser alimentado 
por el primario o secundario, esto no causará problemas. En las condiciones 
impuestas en la fig 4., la corriente que circula por el secundario es nula (I2 = 0), 
pero existe una diferencia de potencial entre sus terminales. Por lo tanto, se 
obtienen los siguientes valores, cuando se conectan los instrumentos que se 
exhiben en la fig 4: 
 
 La medida del voltímetro V1: Se obtiene el valor RMS de la tensión en 
el generador. 
 La medida del amperímetro A: Se obtiene el valor RMS de la corriente 
de vacío I0. 
 La medida del vatímetro W: Entrega el valor de la potencia activa P0. 
 La medida del voltímetro V2: Se obtiene el valor RMS de la tensión de 
vacío V2N. 
La potencia activa P0 corresponde a las pérdidas en el núcleo del material 
ferromagnético. 
El factor de potencia se calcula así: 
 
 
 
 , 
 
Fig 5. Circuito equivalente y diagrama de fasores de un transformador en la prueba de 
vacío. 
Del diagrama de fasores, se obtiene que: 
 , 
 
La resistencia de pérdidas en el material ferromagnético y la reactancia 
magnetizante se obtienen así: 
 
 
 
 
 
 
 
Por lo que se obtiene la relación de transformación: 
Viernes 21 de junio de 2019 
 
 
 
 
 
Placa de datos de transformadores 
 
Fig 6. Placa de datos de transformadores 
- 3 Fases: Se refiere a que el transformador está estructurado para trabajar en 
un sistema trifásico, es decir, tres líneas de conexión más posiblemente un 
neutro. 
- KVA o Potencia nominal: Es la potencia a la que se encuentra diseñado el 
transformador para trabajar a plena carga. Sin embargo, es conveniente 
recordar que se recomienda operar los transformadores entre un 70% y 80% 
de su capacidad nominal. 
- Frecuencia: Es la frecuencia para la cual está diseñado el equipo, si su 
operación óptima se realizara solamente a este valor. El conectar un 
transformador a una frecuencia distinta a la de diseño ocasionara que este 
trabaje en forma inapropiada. 
- Número de serie: Este dato lo proporciona el fabricante para identificarlo en 
sus registros.Se utiliza en casos de garantías o para llevar un control del 
equipo en planta. Este dato es el identificador único del transformador. 
- Tensión nominal: Es el voltaje nominal de diseño del transformador. Se 
podrán encontrar dos voltajes en una placa de datos. El voltaje en alta tensión 
y el voltaje en baja tensión. Si en baja tensión se encuentran dos valores del 
tipo 220/127, significa que entre dos líneas se tienen 220 Volts. Además, entre 
Viernes 21 de junio de 2019 
una fase y neutro se tienen 127 Volts. Este es uno de los datos más 
importantes en la placa de datos de transformadores. 
- Corriente nominal: Es la corriente con la que se puede cargar al 
transformador. Tiene también su corriente en baja tensión y su corriente en el 
lado de alta tensión. Siempre la corriente de alta tensión será menor que la 
corriente en baja tensión. Este es otro de los parámetros indispensables dentro 
de los datos de placa de transformadores. 
- Masa: Se refiere comúnmente al peso total del conjunto transformador, es 
decir, es la suma del peso del núcleo más las bobinas más el tanque más el 
aceite o liquido aislante. 
- % de impedancia: Es el porcentaje de impedancia del transformador. Es 
utilizado en cálculos de corto circuito. Mientras más grande sea la impedancia 
significa que las pérdidas del transformador serán mayores. 
- Elevación de temperatura: Es el valor de diseño de temperatura del 
transformador. Mientras este valor se encuentre dentro del dato especificado el 
transformador debería operar normalmente dentro de su ciclo de vida estándar. 
- Altitud: Es la mayor altura en metros sobre el nivel del mar para la cual se ha 
diseñado el transformador. Este dato debería ser especificado al fabricante al 
momento de solicitar su equipo, sobre todo para zonas muy elevadas. 
- Cantidad de líquido aislante: Es la cantidad de litros de aceite con que debe 
llenarse el transformador para un adecuado funcionamiento. 
- N.B.A.I. (Nivel básico de aislamiento al impulso): Las normativas de 
fabricación marcan los valores de voltaje que deben soportar los 
transformadores en fenómenos de transitorios según su tipo. Este dato puede 
encontrarse en alta tensión y en baja tensión. 
- Tipo de refrigeración: Es el método de refrigeración que utiliza el 
transformador para mantener la temperatura dentro de su límite permitido. El 
OA es el tipo de enfriamiento más común, significa aceite enfriado por 
convección natural. Es decir, por medio del aire circundante. 
- Derivaciones: Se refiere al cambiador de taps del transformador. 
Comúnmente se tienen cinco pasos y se encuentran instalados en el devanado 
de alta tensión. El número del paso seleccionado define el voltaje que ha de 
recibir el transformador en el lado de alta tensión para entregar el voltaje de 
diseño en la baja tensión. 
- Diagrama vectorial o Diagrama de conexiones: Es el tipo de conexión que 
se tiene internamente en el transformador. 
- Fecha de fabricación: Es la fecha de manufactura del transformador. 
- Norma de diseño: Nos indica bajo cuales especificaciones nacionales o 
internacionales se ha fabricado el transformador. 
- Eficiencia: Es la cantidad de energía activa aprovechada en el transformador. 
La diferencia de la unidad menos la eficiencia nos dará las pérdidas totales del 
transformador. 
 
 
 
 
 
 
Viernes 21 de junio de 2019 
[1] http://www.tecnologia-industrial.es/Transformador.htm 
[2] https://smcint.com/es/relacion-de-transformacion/ 
[3] https://www.comunidadelectronicos.com/proyectos/transformador-aislador.htm 
[4] https://www.areatecnologia.com/electricidad/resistencia-electrica.html 
[5] https://www.trafomex.com.mx/placa-de-datos-de-transformadores/ 
http://www.tecnologia-industrial.es/Transformador.htm
https://smcint.com/es/relacion-de-transformacion/
https://www.comunidadelectronicos.com/proyectos/transformador-aislador.htm
https://www.areatecnologia.com/electricidad/resistencia-electrica.html
https://www.trafomex.com.mx/placa-de-datos-de-transformadores/