MAQUINAS ELCTRICAS

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Azcapotzalco

Práctica I Transformador No Ideal

Maquinas Eléctricas

Profesor: Mendoza Agüero Carlos Alberto

Grupo: 4MM1

Equipo: No. 6

21/09/2015

Integrantes:-Frias Azpilcueta Juan Pablo

-Gastélum Castro Orlando

-Munguia Amaro Miguel Eduardo

Objetivo:

-Que el alumno determine experimentalmente los valores de resistencia, reactancia de dispersión y las pérdidas de potencia por efecto joule de un transformador monofásico.

-Determinar experimentalmente las pérdidas de potencia en el hierro de un transformador monofásico.

- Representar el transformador monofásico por medio de circuitos equivalentes.

Introducción

Se define al transformador ideal como una maquina eléctrica estática. Y es un dispositivo que transforma valores de tensión y de corriente manteniendo la potencia eléctrica; se compone básicamente de un núcleo el cual se construye uniendo laminaciones de materiales ferromagnéticos (hierro, acero al silicio, etc.) y de dos o más devanados (bobinas) las cuales no tienen conexión eléctrica una con respecto de la otra y funcionan bajo el principio de la ley de Michael Faraday de inducción magnética; la bobina a la que se le suministra la corriente se llama devanado primario, la bobina que envía la corriente a la carga se denomina devanado secundario; cuando la Fem inducida en una bobina es proporcional al número de vueltas que tiene es posible que haya un voltaje más elevado a través del devanado secundario que el aplicado en el primario. En tal caso se habla de un transformador elevador, en el caso opuesto un transformador reductor tiene un voltaje más bajo en el lado secundario, cuando el voltaje que se aplica al primario es igual a la Fem inducida en el secundario, se dice que el transformador tiene una razón uno a uno.

Ninguna máquina trabaja sin producir perdidas de potencia, ya sea estática o dinámica, las perdidas en las maquinas estáticas son muy pequeñas, como sucede en los transformadores. En los transformadores se producen las siguientes perdidas:

Perdidas en el cobre del embobinado (Pcu)Perdidas en el hierro (PFe)

Las pérdidas en el hierro son la suma de las pérdidas por:

Perdidas por corriente de Foucault (PF)Perdidas por histéresis (PH) Ensayo de vacío

Cuando un transformador está en vació, la potencia que medimos en un trasformador con el circuito abierto se compone de la potencia perdida en el circuito magnético y la perdida en el cobre de los embobinados. Al ser nula la intensidad en el secundario (Is=0), no aparece en el perdida de potencia; por otra parte, al ser muy pequeña la intensidad del primario en vacío (I0) las pérdidas que se originan en el cobre del bobinado primario resultan prácticamente insignificantes. Por lo que este ensayo nos permite determinar las pérdidas de potencia en el hierro (PFe).

Integrantes:-Frias Azpilcueta Juan Pablo

-Gastélum Castro Orlando

-Munguia Amaro Miguel Eduardo

pp

Ensayo en corto circuito

En los transformadores, al igual que cualquier dispositivo eléctrico, se producen pérdidas de potencia; una parte de estas se producen en vacío y se mantienen constantes e invariables en carga. La otra parte de las pérdidas de potencia se producen en los conductores de los bobinados primario y secundario, sometidos a la intensidad nominal. Se denomina perdidas I2R debidas al cobre (Pcu). Las pérdidas de potencia en el cobre (Pcu) se determinan mediante el ensayo en cortocircuito.

Material

Un transformador monofásicoDos multímetros Un analizador de redes (Hoiki)Diez cables de conexión banana-caimánMesa de trabajo con alimentación de 127V CA3 Fusibles de 250V a 10A tipo Europeo

Desarrollo de la práctica Comenzamos realizando el ensayo de vacío del transformador, para ello primero realizamos la prueba de faseo que consistió en verificar que nuestro transformador se encontrara en óptimas condiciones (que sirviera), para ello checamos que no hubiera continuidad del devanado primario al secundario y viceversa; esto lo hicimos utilizando el multímetro; colocando la perilla en Ω (resistencia) en la escala más baja que también es utilizada para medir continuidad y colocando las terminales en: una punta en una terminal del devanado primario y la otra punta colocándola en cada una de las tres terminales del devanado secundario y se repitió el proceso para la otra terminal, también se verifico que no estuviera haciendo tierra ningún devanado colocando una punta del multímetro al núcleo de hierro y a las terminales de los devanados.La prueba de faseo no tuvo ningún problema ya que nuestro transformador se encontraba en óptimas condiciones de trabajo.

Posteriormente determinamos las características del trasformador de acuerdo a los datos impresos en este y también calculándolos.

Punta de exploración

Bloque de terminales del transformador

Características del transformador

S1= 75VAI1=0.6 AV1=127

S2= 75VAI2=2.08AV2=36V

F=60 HzRp=4.3 ΩRs=1.2 Ω

Las intensidades del primario y secundario se encontraron utilizando la fórmula:

I= SV

Entonces Ip= SpVp

reemplazando valores Ip=75VA127V

=0.6 A

Ahora Is= SsVs

reemplazando valores Is=75VA36V

=2.08 A

Y la resistencia con la formula

R=VI

Para el devanado primario

V1 

W1 

A1 

V2 

Rp=VpIp

reemplazando valoresen Rp=127V0.6 A

=4.3Ω

Devanado secundario

Rs=VsIs

reemplazando valores enRs= 36V2.08 A

=1.2Ω

Una vez determinadas las características del transformador realizamos el montaje de los elementos como se nos indicó en el diagrama 1.0.

Para el montaje primero tuvimos que colocar los fusibles de 250v a 10A en nuestra mesa de trabajo y verificar que funcionara, después montamos el circuito del diagrama 1.0 el cual nos pide conectar nuestro transformador a la alimentación de 127V CA (esto lo hicimos conectando un cable banana-caimán a la fase y otro al neutro, y el caimán a las terminales del devanado primario del transformador), también nos dice que conectemos un voltímetro a las líneas de alimentación para medir el voltaje real de entrada. Para medir la potencia utilizamos el Hoiki y la forma de conectarlo fue conectar la punta roja a la línea de alimentación (la fase) y las puntas negra y amarilla al neutro, luego se colocó el cable de alimentación en el gancho cuidando que la corriente circulara en el sentido correcto a la flecha marcada en el Hoiki, el diagrama nos indica conectar el segundo multímetro en la salida del devanado secundario en el cual se medirá el voltaje; una vez hecho el montaje se procedió a medir la potencia, la corriente en el primario y el voltaje en el primario y secundario.Al medir se obtuvo la siguiente tabla.

I0Diagrama 1.0

PROTOCOLO DE ENSAYO DE TRANSFORMADORESTipo de ensayo Ensayo en vacío

Objetivo del ensayo Determinar las perdidas en el hierro

Valores medidos a diferentes valores de la tensión

V1 (v) V2 (V) I1 (A) I2 (A) W1 (W) W2(W) m 127 40.5 0.21 8 3.1

Cálculos definitivos de la potencia perdida en el hierro

Paracalcular la perdidade potencia enelhierrotenemos queconocer Pcu y W 1

Pcu=I p2 Rp reemplazando valores

Pcu=(0.21 A )2 (4,3Ω )=0.1896WEntoncesTR=Pfe+Pcu reemplazando valores…

8W =Pfe+0.1896W y despejando P fe …tenemosquePfe=8W −0.1896W=7.8104W

Para encontrar la relación de transformación (m) utilizamos la formula

m=VpVs

A1  Wα 

A2 Vα 

AQUÍ VA LA PARTE QUE FALTAConcluido el ensayo en vacío se prosiguió a realizar en ensayo en corto circuito; realizando el montaje del diagrama 2.0 mostrado

En este circuito nos indica que hay que conectar un voltímetro, un amperímetro y un wattmetro en el devanado primario, para ello conectamos el Hoiki (lo conectamos tal cual como se hizo en el ensayo de vacío), también nos indica que conectemos un segundo amperímetro a las terminales del devanado secundario; para ello conectamos un multímetro a las terminales del secundario (primero tuvimos que cambiar las puntas del multímetro y utilizar los cables banana-caimán las puntas caimán a las terminales del devanado secundario y las puntas banana al amperímetro una de las puntas al terminal de 10A del multímetro y la otra al COM del mismo) al finalizar el montaje del circuito se procedió a aplicar tensión de forma progresiva (girando poco a poco la perilla de la

I1

N1

I2

N2

Diagrama 2.0

mesa de trabajo) y de voltio en voltio hasta conseguir en el devanado secundario la intensidad nominal medida por el amperímetro.

Al medir se obtuvo la siguiente tabla.

PROTOCOLO DE ENSAYO DE TRANSFORMADORESTipo de ensayo Ensayo en cortocircuito

Objetivo del ensayo Determinar las perdidas en el cobre

Valores medidos a diferentes valores de la tensión

V1 (v) V2 (V) I1 (A) I2 (A) W1 (W) W2(W) m1.936 0.10 0.36 0 3.64.0 0.23 0.87 0 3.785.5 0.32 1.23 2 3.846.9 0.4 1.55 3 3.878.9 0.51 2.08 5 4.07

Cálculos definitivos de la potencia perdida en el cobre

Para calcular la perdidade potencia enel cobretenemos queconocer Ise Ip quees donde se producenla pérdidas

Pcu=I p2 Rp reemplazando valores

Pcup=(0.51 A )2 (17.45Ω )=4.538WPcus= (2.08 A )2 (1.1556Ω )=2.403W

entonces la suma de las pérdidas enel primarioy secundario será

Pcu=Pcup+Pcus=4.538W+2.403W=6.941W

Para encontrar la relación de transformación (m) utilizamos la formula

m= IsIp

Conclusiones:

Al realizar esta práctica concluimos que al realizar el ensayo de vacío obtendremos la pérdida de potencia en el hierro (PFe), como lo explica en la introducción, en la prueba de vacío el devanado secundario del transformador no está alimentado a nada por lo que no está exigiendo entrega de potencia en el devanado secundario, entonces en el cobre no circula ninguna corriente lo que se traduce a que no haya perdidas en el cobre de éste devanado, por lo tanto es necesario calcular la

perdida de potencia del Fierro. Para el ensayo de corto circuito fue necesario calcular la pérdida de potencia en el cobre ya que en esta prueba si se le está exigiendo entregar potencia al devanado secundario; entonces se calcula las pérdidas de potencia en ambos devanados y si sumamos las pérdida producida en el hierro y las pérdidas producidas en el cobre de los devanados el resultado es de casi 15W lo que una vez más nos demuestra que ninguna maquina creada hasta ahora va entregar el 100% de la energía suministrada siempre tendrán perdidas de potencia; y los trasformadores no se podían quedar atrás.