LABORATORIO N 3
POLARIDAD DEL TRANSFORMADOR MONOFASICO 1. OBJETIVOS
Definir las polaridades (aditiva o sustractiva) del
transformador monofsico. Ubicar las bobinas primaria y secundaria
del transformador. Comprobar de forma experimental en el caso de
corriente alterna que los transformadores monofsicos no pueden
tener polaridad fija en sus terminales ya que su direccin es
relativa, en los devanados primarios y secundarios de los
transformadores.
Realizar un uso correcto de los equipos del laboratorio
siguiendo los pasos, para poder calcular deforma eficiente
lapolaridad en eltransformador.
2. FUNDAMENTO TERICO
El transformadorLos transformadores son mquinas estticas que se
utilizan para variar los valores de tensin (V) e intensidad (I) en
C.A. Son utilizados en las lneas de transporte y distribucin para
elevar o reducir los valores de tensin elctrica.Es un dispositivo
elctrico construido con dos bobinas acopladas magnticamente entre
s, de tal forma que al paso de una corriente elctrica por la
primera bobina (llamada primaria) provoca una induccin magntica que
implica necesariamente a la segunda bobina (llamada secundaria) y
provocando con este principio fsico lo que se viene a llamar una
transferencia de potencia.
Funcionamiento del transformador monofsicoLos transformadores,
como la mayora de las mquinas elctricas, disponen de un circuito
magntico y dos circuitos elctricos. Sobre el ncleo magntico,
formado por chapas apiladas, van arrollados dos bobinados que se
denominan primario y secundario.Al conectar el bobinado primario de
N1espiras a una tensin alterna, se crea un flujo magntico alterno.
Este flujo magntico, que se establece en todo el circuito magntico,
recorre el bobinado secundario de N2espiras induciendo en l una
fuerza electromotriz produciendo la tensin en bornes V2.A la
relacin de tensiones entre el primario y secundario se le llama
relacin de transformacin, para un transformador ideal se
cumple:
Dnde: m = relacin de transformacin V1= tensin del primario (V)
V2= tensin del secundario (V) N1= nmero de espiras del primario N2=
nmero de espiras del secundarioLa transferencia de energa elctrica
entre el primario y secundario se hace a travs del campo magntico
variable que aparece en el ncleo, no hay conexin elctrica entre los
dos bobinados.TRANSFORMADOR IDEAL
El transformador es el conversor bsico de corriente alterna.
Justamente es lo que fundamenta su existencia, la posibilidad de
transformar las tensiones de trabajo. No funciona en corriente
continua. El transformador en su concepcin terica ideal consta de
un ncleo con dos arrollamientos que poseen N1 y N2 vueltas
respectivamente.
Si se alimenta uno de los bobinados con una tensin alterna
senoidal aparecer en el otro bobinado una tensin tambin alterna y
senoidal de forma talque la relacin entretensiones es la
siguiente:
Esto se debe a que al aplicarse una tensin alterna senoidal a un
bobinado aparece en el ncleo un flujo alterno senoidal y por lo
tanto segn la ley de Faraday:
Funcionamiento en vaco:Se conecta el primario a la red y al
secundario no se le conecta carga alguna.Al conectar el primario a
una tensin V1circula por l una pequea corriente, denominada
intensidad de vaco I0, se produce un flujo alterno senoidal en el
ncleo magntico. Este flujo magntico induce una f.e.m. E1en el
primario, por efecto de la autoinduccin, y a su vez en el
secundario tambin se inducir otra f.e.m. E2.Entonces la f.e.m. de
autoinduccin ser:
y como la f.e.m. de autoinduccin se opone a la tensin
aplicada
el valor eficaz de las tensiones ser:
, por lo tanto
Si ahora se conecta una carga (impedancia) a uno de los
bobinados circular una corriente que se reflejar en el otro
bobinado.
Con el transformador en carga aparece una corriente I2 que
circulando por el bobinado produce una fuerza magnetomotriz N2I2
que tiende a modificar el flujo, pero como aparecer en el otro
bobinado una corriente I1 que restablezca la fuerza
magnetomotriz.
Se podra haber llegado a la misma conclusin considerando que por
tratarse de un dispositivo ideal sin prdidas la potencia aparente
desarrollada en un bobinado debe ser igual a la desarrollada en el
otro.
Por lo tanto
Los dos bobinados anteriormente descriptos reciben la designacin
de bobinado primario y bobinado secundario. Dado que el
transformador es una mquina reversible o sea que puede ser
alimentado de cualquiera de los lados se ha establecido como
convencin que la designacin de bobinado primario corresponde al
lado de mayor nmero de vueltas.
Las relaciones anteriormente descriptas corresponden al
transformador ideal y lgicamente poseen algunas ligeras diferencias
con las correspondientes a los transformadores reales las cuales se
analizarn a continuacin.
Funcionamiento en carga:Se conecta el primario a la red y al
conectar al secundario una carga circular por sta una intensidad
I2.La intensidad I2crear una fuerza magnetomotriz (N2I2) que tiende
a modificar el flujo comn F. Esto no ocurrir puesto que en el
primario aparecer otra fuerza magnetomotriz (N1I1) igual a la del
secundario pero de sentido contrario equilibrando su efecto. Por lo
tanto el flujo comn se mantendr constante.Podemos poner la
siguiente expresin:Despejando obtenemos la relacin de
transformacin:
Transformador realAnteriormente hemos analizado el
funcionamiento del transformador sin tener en cuenta las prdidas
que se originan en l. Si bien, por tratarse de una mquina esttica
las prdidas son menores que en una mquina rotativa y hay que
tenerlas en cuenta.Las prdidas de un transformador son las
siguientes: Las debidas a las resistencias de los bobinados
primario y secundario R1y R2. Perdidas en el circuito magntico,
debidas sobre todo por histresis y las corrientes de Foucault. El
flujo no es del todo comn, ya que tiende a dispersarse por el
chasis o el aire. Este hecho origina f.e.m. de autoinduccin en los
dos bobinados y se representa por reactancias en serie tales como
Xd1y Xd2.Teniendo en cuenta todo lo dicho anteriormente se
representa el transformador real con el siguiente circuito
equivalente: Qu es la polaridad en un transformador?
La polaridad del transformador depender de cmo estn devanadas
las dos bobinas, no solamente respecto al ncleo sino que tambin
respecto entre ellas. Las bobinas secundarias de los
transformadores monofsicos se arrollan en el mismo sentido de la
bobina primaria o en el sentido opuesto, segn el criterio del
fabricante. Debido a esto, podra ser quela intensidad de corriente
en la bobina primaria y la de la bobina secundaria circulen en un
mismo sentido, o en sentido opuesto.
Polaridad aditiva
La polaridad positiva se da cuando en un transformador el
bobinado secundario esta arrollado en el mismo sentido que el
bobinado primario. Esto hace que los flujos de los dos bobinados
giren en el mismo sentido y se sumen. Los trminos H1y X1 estn
cruzados.
Polaridad sustractiva
La polaridad sustractiva se da cuando en un transformador el
bobinado secundario esta arrollado en sentido opuesto al bobinado
primario. Esto hace que los flujos delos dos bobinados giren en
sentidos opuestos y se resten. Los terminales H1 y X1estn en
lnea.
Flujo mutuo
Se denomina flujo mutuo al flujo que enlaza a la bobina
secundaria con la bobina primaria, donde este induce en la bobina
secundaria un voltaje que depende de sus nmeros de espiras.
Como se determina la polaridad en un transformador
Para determinar la polaridad del transformador, se coloca un
puente entre los terminales del lado izquierdo del transformador y
se coloca un voltmetro entre los terminales del lado derecho del
mismo, luego se alimenta del bobinado primario con un valor de
voltaje (Vx). Verel grafico. Si la lectura del voltmetro es
mayorque Vx el transformador es aditivo o si es menor el
transformador es sustractivo.
3. Materiales herramientas utilizados.
Multmetro digital.
Transformador monofsico.
Cables elctricos.
Fuente (energizador).
4. Procedimientoa) Determinar en forma prctica el devanado
primario y secundario
Observar en cul de los lados la resistencia es mayor o menor y
con dichos valores inferir cul de ellos es el lado primario o
secundario atendiendo al valor de la resistencia y la corriente que
maneja cada devanado.Recordemos que
Tambin
Las ecuaciones anteriores nos permitirn entonces establecer cul
es el lado primario o secundario dependiendo del tipo de
transformador que estamos utilizando.b) Etiquetar los terminales
del transformador en forma arbitraria donde H1 y H2 son para el
lado de alta tensin con x1 y x2 son para el lado de baja tensin.c)
.Realizar la conexin de acuerdo al diagrama siguiente. Si
Significa que se tiene una polaridad sustractiva, caso contario
se tiene:
Significa que se tiene una polaridad aditiva. Luego si
intercambiamos la conexin tal como se muestra en la figura:
Y realizamos el proceso anterior, notaremos que se tendr las
lecturas
Notaremos que todo se ha invertido.
CUESTIONARIO
Datos experimentales en el laboratorio
Se obtuvieron los siguientes datos a partir del laboratorio
realizado:
Primero se midi las resistencias en ambos lados (derecho e
izquierdo) del transformador, para poder determinarla mayor yla
menorresistencia ycon el mayor valor ubicar el devanado primario.
Los valores fueron:
r =0.4 (devanado secundario) R=1.6 (devanado primario) R2 >
R1 I2 < I1 Luego se etiqueto los terminales del transformador de
manera arbitraria.
Luego se realiz la conexin de acuerdo a un primer diagrama, en
donde se obtuvo una polaridad aditiva partir de los siguientes
resultados:
V1=229; V2=64; Vp=293 Vp=V1+V2
Luego se realiz otra conexin de acuerdo a un segundo diagrama,
similaral primer diagrama solo con la diferencia de que las
posiciones de los terminales del devanado secundario se invierten,
y se obtuvo una polaridad sustractiva a partir de los siguientes
resultados:
V1=229v; V2=64v; Vp=165v Vp=V1-V2
a) Por qu cree Ud. que es necesario etiquetar los terminales del
transformador?
Es importante etiquetarlos para que se pueda reconocer cual es
el devanado primario y secundario , adems realizar una correcta
conexin con el transformador y poder tomar las medidas adecuadas de
los voltajes (tensiones) con el multmetro digital. Y de esta forma
determinar el tipo de polaridad del transformador.
b) Cundo se dice que dos flujos son aditivos o sustractivos?
Los flujos son aditivos cuando la suma de las tensiones
calculadas en los terminales primario y secundario me da como
resultado la tercera tensin calcula entre los extremos de los
terminales de los devanados primario y secundario medida con el
voltmetro.
Los flujos son sustractivos cuando los voltajes (tensiones)
calculados en los terminales primario y secundario, restados me dan
el tercer voltajes que se calcula entre los extremos de los
terminales de los devanados primario y secundario.
Tambin se puede calcular el tipo de polaridad con una comparacin
que se realiza entre un voltaje tercero (V3) que se calcula entre
los terminales primario y secundario, en donde este se compara con
el voltaje (tensin) del devanado primario, de la siguiente forma:
V1=voltaje del devanado primario
V1V2 la polaridad sustractiva
c) Cundo es necesario la importancia de la polaridad en un
transformador monofsico?
La polaridad de un transformador no es tan importante cuando se
trata de un solo transformador, peroes importante cuandose quiere
realizaruna conexin de una serie de transformadores monofsicos ya
que en una conexin de dos a ms transformadores se tiene que conocer
sus salidas de sus terminales primarios y secundarios, para que de
esta manera se puedan evitar accidentes de cortocircuito. Tambin es
importante para que se puedan conectar los transformadores de una
forma ordenada y correcta.
d) Calcular los valores mximos de las ondas senoidales del
transformador.
1 (por ser en lo ms alto de la onda)
V = Tensin instantneaVmax =Valor mximo = Velocidad angular t =
Tiempo = Fase inicial
Transformador del Laboratorio Primario Secundario
e) Resolver el siguiente ejercicio donde 5abc es la tensin del
secundario del transformador con los focos y abc son las tres
ltimas cifras del cdigo del alumno.
Se pide:a. Calcular V!,V2 y V3b. Las intensidades que consumen
cada fococ. La intensidad I3d. La potencia que consume el
transformador de relacin a=10
Solucin:
CODIGO: 201200205 Entonces los valores de abc=205
Solucin5abc=5(175)=875V
Por segunda ley de Kirchhoff
Se pide:1. Calcular V1,V2 y V3
1. Las intensidades que consumen cada foco
Foco de 100W:
Foco de 60W:
1. La intensidad I3
1. La potencia que consume el transformador de relacin a=10
Observaciones y conclusiones Que al momento de realizar las
pruebas de Flujo Aditivo y Sustractivo del transformador existen
perdidas en el ncleo mediante el flujo, es por eso que cuando
medimos en los punto de medicin del transformador no es lo que
realmente una suma o resta exacta existe un margen de error (eso es
perdida de tensin en las mediciones).
Que al momento de realizar las pruebas del transformado existen
perdidas en el ncleo mediante el flujo, es por eso que cuando
medimos en la salida del transformador no es lo que realmente nos
dice el fabricante del transformador.
Tener cuidado con los cables al momento que se realiza las
pruebas porque a la entrada del transformador existe 220 Voltios y
nos puede pasar corriente, adems al momento que se realizan las
pruebas no tener anillos en los dedos ya que condicho material se
puede formar un arco y provocar una descarga en la persona que
realiza el laboratorio.
La polaridad de los transformadores es una posicin relativa o
convencional de las ondas que entran por los terminales del
devanado primario(entrada)ysalen por losterminales del
devanadosecundario(salida),dando lugar a los diferentes tiposde
polaridadque son: polaridad aditiva ysustractiva.