LABORATORIO DE TRANSFORMADORES EXPEUEW7 I. OBJETIVO Objetivo Establecer el procedimiento para determinar la polaridad de las terminales de los devanados, utilizando: Corriente Continua y Corriente Alterna. Determinar la relación de transformación. Determinar los parámetros del circuito equivalente mediante las pruebas en vacío y en cortocircuito. II. INTRODUCCIÓN Un transformador que consiste en dos bobinas de alambre enrolladas alrededor de un núcleo del transformador. La bobina primaria del transformador está conectada a una fuente de fuerza de CA y la bobina secundaria está en circuito abierto. La base del funcionamiento del transformador se puede derivar de la Ley de FARADAY. EIND = dϕ / dt En donde ϕ, es el flujo magnético ligado de la bobina, a través de la cual el voltaje se induce. El flujo ligado total ϕ es la suma de los flujos que pasan por cada vuelta de la bobina, sumando tantas veces cuantas vueltas tenga dicha bobina. El flujo magnético total que pasa por entre una bobina no es sólo Nϕ, en donde N es el número de espiras en la bobina, puesto que el flujo que pasa por entre cada espira es ligeramente diferente del flujo en las otras vueltas, y depende de la posición de cada una de ellas en la bobina. Sin embargo, es posible definir un flujo promedio por espira en la bobina. " Estás viviendo? O sólo estas existiendo? Le estas dando sentido a esta vida? De qué forma te aproximaste el día de hoy a tus sueños, a tus metas? Sientes que algo cambió el día de hoy con lo que hiciste en el día? O tu situación está exactamente igual que ayer? Tu situación no cambiará si tú no haces nada o simplemente sigues haciendo lo mismo. Si quieres lograr lo que aún no has alcanzado debes hacer lo que aún no has intentado." Desconocido Y la Ley de FARADAY se puede escribir: E IND = N d ϕ / dt 1
Si el voltaje de la fuente en la Figura 2.1, es VP(t), entonces ese voltaje se aplica directamente a través de las espiras de la bobina primaria del transformador. Cómo reaccionará el transformador a la aplicación de este voltaje?. La Ley de FARADAY nos explica que es lo que pasará. Cuando la ecuación anterior se resuelve para el flujo promedio presente en la bobina primaria del transformador, el resultado es: ϕ = (1/NP) vp(t) dt Esta ecuación establece que el flujo promedio en la bobina es proporcional a la integral del voltaje aplicado a la bobina y la constante de proporcionalidad es la recíproca del número de espiras en la bobina primaria 1/NP. Los transformadores ideales nunca se podrán construir en realidad. Lo que puede construirse son transformadores reales, dos o más bobinas de alambre, físicamente envueltas alrededor de un núcleo ferromagnético. Las características de un transformador real se aproximan mucho a la de un transformador ideal, pero sólo hasta un cierto grado. III. MATERIALES Y EQUIPO No. Cantidad Descripción 1 1 Voltímetro/Amperímetro 2 1 Voltímetro / Amperímetro 3 Vatímetro electrónico 4 Transformadores 5 Fuente Ajustable de Vac de 0 a 230 Voltios 6 1 Fuente ajustable de Corriente Continua T Tabla 2.1: Materiales y Equipo. Parte I: Pruebas de polaridad. A. Prueba de polaridad con corriente continua. a. Paso 1. Arme el circuito de la Figura 2.1. Habilite como fuente de corriente continua. A la salida colocar un capacitor (como filtro) de 2200uF y 80 voltios (o de cualquier otro valor sugerido por el instructor, siempre que soporte el voltaje de alimentación), el cual sólo servirá como filtro de VDC. Tenga mucho cuidado que el transformador variable esté ajustado a cero. No energice ningún circuito sin la autorización del instructor encargado. En esta práctica se usaran los devanados señalizados con 220 y 35 Voltios. 2
B. Prueba de la polaridad con corriente alterna. Paso 1. Arme el circuito de la Figura 2.2. Conecte el devanado de 220V a la terminal L1 y la terminal L2 de la fuente de alimentación. Paso 2. Energice la fuente y ajuste el voltaje en el primario del transformador a 220V. Paso 3. Mida el voltaje de los devanados primario y secundario conectados en serie y anote el resultado. La medición se realiza entre el neutro y el borne del secundario sin conexión (entre P2 y S2). V ALIMENTACIÓN (entre P1 y P2) = Voltios. V PRUEBA (entre S2 y P2) = Voltios. 3
Paso 4. Desarme el circuito de prueba. Parte II: Prueba en vacío y en corto circuito para determinar los parámetros del circuito equivalente referido al primario. A. Prueba en vacío (circuito secundario abierto). Paso 1. Arme el circuito de la Figura 2.3. Figura 2.3: Prueba en vacío. Paso 2. Cierre SW1 y energice la fuente de alimentación, ajuste el voltaje aplicado a 220V, tenga mucho cuidado de usar el devanado primario de 220V nominales. V PRIMARIO = Voltios V SECUNDARIO = Voltios. Paso 3. Mida el valor de la corriente de magnetización IM y anote el resultado. I M = Amperios. Paso 4. Mida la potencia consumida en vacío. P OC = Watts. Paso 5. Regrese el ajuste del voltaje a cero y desconecte la fuente. Nota: Asegúrese de desconectar la fuente de alimentación del circuito y además, de regular el voltaje de la fuente de alimentación a cero voltios, de lo contrario podría dañar el transformador en la prueba de cortocircuito. 4
b. Prueba de corto circuito. ESTA PRUEBA DEBE HACERSE LO MÁS RÁPIDO POSIBLE PARA EVITAR EL CALENTAMIENTO EXCESIVO DEL TRANSFORMADOR. Paso 1. Para esta prueba utilizará el mismo circuito de la prueba anterior, solamente que en esta ocasión colocará un conector en el lado secundario del transformador de modo de cortocircuitar el secundario. Paso 2. Energice la fuente y ajuste la fuente con mucho cuidado hasta obtener la corriente nominal primaria a un valor de I SC = 0.7 Amperios (o un valor especificado por el Docente). Paso 3. Mida el voltaje aplicado al primario bajo la condición de cortocircuito. V SC = Voltios. Paso 4. Mida la corriente en la condición de cortocircuito. I SC = Amperios. Paso 5. Mida la potencia en la condición de cortocircuito. P SC = Watts. Paso 6. Apague la fuente. C. Determinación de la relación de transformación (a). Paso 1. Con el circuito que actualmente tiene elaborado (prueba de corto circuito), coloque un medidor en el lado secundario del transformador conectado como amperímetro. Paso 2. Encienda la fuente con los ajustes de la prueba de corto circuito y mida la corriente por cada devanado: I 1 = Amperios I 2 = Amperios. Paso 3. Rescriba los valores de voltaje obtenido en la prueba de circuito abierto. V PRIMARIO = Voltios V SECUNDARIO = Voltios. Paso 4. Apague la fuente y ordene la mesa de trabajo. Parte I. 5
1. Basándose en los resultados obtenidos, explique de qué forma determina la polaridad de los devanados de un transformador mediante excitación de CC?. 2. Basándose en los resultados obtenidos, explique de qué forma determinar la polaridad de los devanados de un transformador mediante excitación de CA?. Parte II. 3. Determine los parámetros del circuito equivalente del transformador, usando los datos obtenidos en la prueba de vacío y en cortocircuito. 4. Dibuje el diagrama del circuito equivalente del transformador referido al primario, incluyendo los valores de parámetros determinados. Redibuje el circuito equivalente referido al secundario y señalizarlo con cantidades en P.U. 5. Determine la relación de transformación en función de las corrientes y en función de los voltajes. 6