Informe 3Ensayos en un Transformador Real. Diego Manchay ,23-10-2013. Universidad Politécnica Salesiana Quito, Ecuador [email protected] RESUMEN: En esta práctica en un transformador real realizamos los ensayos con carga resistiva, corto circuito y sin carga para poder obtener las características o parámetros de un transformador real debido a que se considera las perdidas por resistencia y por reactancia, perdidas que influyen proporcionalmente en el rendimiento y funcionamiento normal de la máquina. PALABRAS rendimiento. CLAVE: transformador, reactancia Abstract. – In short trials and vacuum circuit could be determined parameters and characteristics of a transformer, these parameters allow us to obtain the power lost in the resistance and reactance of a real transformer equivalent circuit. This to check their characteristics. eléctrica alterna y el segundo o el tercero según el caso (llamados devanados secundarios o terciarios respectivamente) será quien suministre de energía eléctrica alterna a las cargas conectadas al transformador. 2.2. El Transformador Ideal Un transformador ideal es una máquina estática de corriente alterna que varía con el tiempo, que permite variar la corriente y el voltaje, manteniendo la frecuencia y la potencia, en la relación del devanado secundario (Ns) con la del primario (Np).. KEY WORDS: transformer, reactance, parameters. I. INTRODUCCION En este informe estudiaremos los aspectos relacionados con las pérdidas que se deben considerar en un transformador pérdidas que en el transformador ideal no se toman en cuenta, estudiaremos las consecuencias que tiene el transformador al circular corriente alterna por sus devanados y también verificaremos los parámetros obtenidos en el ensayo realizado. Figura 1. Diagrama de un transformador ideal [2] Para un transformador ideal la f.e.m Vp(t) y Vs(t). Total inducida en cada uno de los arrollamientos deben ser proporcional al número de espiras que lo componen. Entonces se cumple lo siguiente: II. DESARROLLO DE CONTENIDOS (2-3a), [1] 2.1. El Transformador [1] Un transformador es un dispositivo que cambia potencia eléctrica alterna de un nivel de voltaje a potencia eléctrica alterna a otro nivel de voltaje mediante la acción de un campo magnético, este consta de dos o más bobinas de alambre conductor enrolladas alrededor de un núcleo ferromagnético común. Estas bobinas no están conectadas directamente lo único que los conecta es el flujo magnético común dentro del núcleo. Uno de los devanados (llamado devanado primario) del transformador se conecta a una fuente de energía (2-1), [1] Donde: Np y Ns: Es el número de vueltas del bobinado primario y secundario respectivamente. Ip y Is; corriente del devanado primario y del secundario respectivamente. ep y es: es la diferencia de potencial de cada uno de los devanados. Es decir de forma ideal no hay pérdidas, no existen 49). Esta potencia perdida será la suma de las perdidas en el cobre y las perdidas en el hierro. 2. La variación de las perdidas en el hierro con el voltaje es pequeña. a. 2.3. . Circuito equivalente de un transformador real en vacío Donde : R1: Es laresistencia del conductor que con la magnitud de corriente puede calentar el tranformador por efeto joule I2 *R Χσ: Reactancia de dispersión o también conocida como reactancia de núcleo de aire producido por el campo magnético en el primario. En los transformadores reales existen muchos parámetros que nos indican las pérdidas que estos elementos sufren en operación normal Para eso veremos estos parámetros como se los puede ver en el siguiente circuito. Es decir el ensayo en vacío permite determinar las perdidas en el hierro del transformador y los parámetros de rama paralelo del circuito equivalente (3. PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO [3] Son debidas fundamentalmente. TRANSFORMADOR REAL. por lo que no incurrimos en gran error si las consideramos constantes para cualquier voltaje.48) . Por tanto podemos afirmar que las pérdidas del cobre son despreciables en el ensayo en circuito abierto. Los elementos del diagrama son los mismos que en el literal 2. Perdidas en el cobre (Req y Leq) Por lo que respecta al secundario debido a que está en circuito abierto no estará recorrida por ninguna corriente. Las pérdidas por el efecto joule en vacío son despreciables debido al pequeño valor de la corriente Io la potencia absorbida en vacío coincide prácticamente con las perdidas en el hierro y dado que la corriente en el secundario es cero se puede decir que el factor de potencia en vacío es: (3. [3] 2. no hay reluctancia. [3] Figura 3. En cuanto al primario: puesto que esta recorrido por una corriente pequeña i0 las pérdidas en él pueden despreciarse. Esto nos dice que las pérdidas serán nulas.5.3.4. b. Son las perdidas por histéresis en el núcleo al ser un metal que puede conducir corriente además de ser un material ferromagnético. la impedancia del secundario será muy pequeña.46). para un transformador dado. no dependen más que de la inducción máxima (y por tanto el voltaje aplicado) y de la frecuencia. [3] (3.corrientes parasitas. Circuito para la prueba de vacío de un transformador. Perdidas en el hierro (Lm y Rp) Figura 2. Es la resistencia en el secundario por el conductor. a perdidas por histéresis y por corrientes de Foucault. lo cual puede dar lugar a que circule por el transformador una corriente muy elevada que lo destruya. aquellas. EN CORTOCIRCUITO[3] Coloquemos el secundario del transformador en cortocircuito. Así pues podemos suponer que las pérdidas del hierro son las mismas para todas las cargas e iguales a la de la prueba de vacío. Xm: Reactancia de magnetización es la que enlaza al núcleo de hierro la oposición que tiene para la circulación del flujo o B Rc.[3] (3. Al no tener carga. R2. según sabemos.47) . [4] El instructor le solicitara que revise la sección de conexión de la práctica donde se procederá a conectar cada uno de los módulos especificados La histeresis se debe en materiales ferromagneticos como hierro niquel o cobalto tienen campos fuertemente alineados. El aumento de la fuerza magnetomotris en los atomos por el campo externo es igual al espacio libre y no habra realimentacion por lo que el hierro esta saturado con el flujo. MATERIALES Y EQUIPO Modulo 2 Feedback Cables de Conexión Computador Transformador Osciloscopio Puntas de y para osciloscopio. La histeresis ocurre por que el campo exterior suprime los dominios y no pueden regresar a su posicion anterior por que necesitan energia. debido precisamente a la menor impedancia que presentara el circuito. las pérdidas en el hierro serán despreciables. El circuito equivalente será ahora: Figura 6. Perdidas en el cobre Puesto que las pérdidas en el cobre dependen solamente de las corrientes y estas son las mismas que tendría el transformador trabajando en el régimen propuesto. Figura 4. En la primera parte de la práctica procedemos a la conexión del amperímetro y voltímetro en el devanado primario y en el devanado secundario como se observa la figura 7. Equivalente de un circuito en corto circuito. Para evitar esto lo que haremos será regular la tensión de entrada. Conexion en corto circuito. sus dominios actuan como imanes permanentes esto al aplicar un campo magnetico externo. la potencia que midamos en este ensayo serán las pérdidas en el cobre (efecto Joule) en dicho régimen. de tal forma que por el primario circule una corriente i1 idéntica a la del funcionamiento en carga en el régimen propuesto.[5] II. será evidentemente mucho menor que la de funcionamiento con carga conectada e1.Donde la perdida por histeresis en el nucleo es la energia requerida para reorientar los dominios en cada ciclo de corriente alterna en el nucleo. la tensión en el primario es muy pequeña. la inducción será también muy pequeña.67Ώ y de 196Ώ . que denominaremos e1cc. IV. a. al quitar el campo el material sera un iman permanente. 4. Perdidas en el hierro Dado que. b.1 PARTE PRIMERA. Curva de histeresis. PROCEDIMIENTO HISTERESIS. Esta tensión. Figura 5. Cuando la fuerzamagnetomotriz aplicada al nucleo es menor el area de la histeresis tambien es menor asi como las perdidas resultantes. conectando una carga resistiva en dos paso de 46. y por tanto. Conexión de la tercera parte de la práctica en condiciones de corto circuito. en el devanado primario tendremos tres instrumentos de medición el vatímetro el voltímetro y el amperímetro en el devanado secundario solo tendremos un voltímetro. en el devanado primario tendremos tres instrumentos de medición el vatímetro el voltímetro y el amperímetro en el devanado secundario solo tendremos un amperímetro. Conectamos como en la figura 9 en condiciones de corto circuito. Esquema de conexión de la primera parte de la práctica. 4.Figura 7. Los dados se tomaron utilizando el Discover del módulo didáctico Feel Back.2 SEGUNDA PARTE Conectamos como en la figura 8 en condiciones de vacío. Esta conexión se debe tener cuidado de conectar en un solo punto 3 cables por lo que causa errores de medición y puede ocasionar un accidente en el equipo montado para la medición.24A Con Carga R= 196 Ώ V Secundario I Secundario 112 v 200mA I Secundario I Secundario 60 v 300 mA Tabla 1. 4. V Primario I Primario 2v 4mA I Secundario I Secundario 3v 3mA Con Carga R= 46. . Conexión de la segunda parte de la práctica en condiciones de vacío.3 TERCERA PARTE. Figura 9. Software Figura 10. Esta conexión se debe tener cuidado de conectar en un solo punto 3 cables por lo que causa errores de medición y puede ocasionar un accidente en el equipo montado para la medición. Datos obtenidos de la primera parte de la practica tomados en condiciones de carga del transformador.7 Ώ V Primario I Primario 114 v 700mA V Secundario I Secundario 58 v 1. En Vacio Figura 8. VI. DATOS OBTENIDOS POR MEDICION. Medicion del voltagen y corriente aplicando la minima tencion al devanado primario en condiciones de vacio. Xm: Reactancia de magnetización es la que enlaza al núcleo de hierro la oposición que tiene para la circulación del flujo o B Rc. 5. Donde: En un transformador ideal la relación será: Por lo que tendríamos un resultado parecido a .2 Parametros ene el ensayo en corto circuito. Datos obtenidos de la segunda parte de la practica tomados en condiciones en vacio de un transformador. Es la resistencia en el secundario por el conductor. Tabla 2. Del funcionamiento con carga resistiva de un transformador. en condicion sin La relación de número de vueltas es: 1. Inicial V final en vacío I inicial I final en vacío Potencia Primario 117 v 112 v 60mA 560mA 7W Secundario 126 64 30mA 35mA - de corriente puede calentar el tranformador por efeto joule I2 *R Χσ: Reactancia de dispersión o también conocida como reactancia de núcleo de aire producido por el campo magnético en el primario.2 y 6. R2. I: corrientes medidas en el transformador son valores rms R1: Es laresistencia del conductor que con la magnitud Pero N2 está conformada por dos bobinas en serie. con los datos obtenidos en la practica. Son las pérdidas por histéresis en el núcleo al ser un metal que puede conducir corriente además de ser un material ferromagnético.2 PARAMETROS A OBTENER EN LOS ENSAYOS.2. Todos los datos remplazados fueron Sea: obtenidos mediante medicion en el programa discovery soft Que tiene el modulo feed back.Figura 11. Medido R1 = 3.1 lista de parametros que se desea obtener mediante los calculos respectivos para cada uno. V inicial V final en corto I inicial I final en corto Potencia Primario 1v 15v 005 mA 843mA 11.2. V: voltaje medido en los devanados del transformador son valores rms.3 Pero el devanado de la resistencia 2 tiene dos bobinas de 6.041 energizar Donde: N1 = 1.8 Medido R2 = 12.8 W Secundario 3v 3v 3mA 777mA - Tabla 3.041*N2 P: potencia real medida en el watimetro tanto para el ensayo en vacio como para el decorto circuito.1 cada una. exepto la medicion de resistencias que se lo realizo con un ohmetro cuando estaba conectado como en la figura 9 . Datos obtenidos de la segunda parte de la practica tomados en condiciones de corto circuito del transformador. 5. 5. 041 Tabla 4.2. parametro χσ χσ χm R1 R2 Rc a Ensayo en corto circuito 6. CONCLUSIONES: En la figura 11 podemos ver como el voltaje decae por motivo de trabajar con una resistencia esto debido a la potencia disipada como calor por la carga y por las pérdidas resistiva así como las perdidas por reactancia Al calcular el factor de regulación vemos como este está en un valor de medio lo cual dice que se debe disminuir la caída de tención.32 Ώ 1.041 Ensayo en vacio 14. ya que son perdidas por calentamiento resistivo en este caso R1 y R2 de la figura 4 en los devanados y son proporcionales a la corriente en los mismos. la potencia disipada representa la potencia por perdidas en el cobre.4 Ώ 3.4 Calculo del factor de regulacion.8 Ώ 12.7Ώ Por métodos numéricos suponemos que: Entonces: Para 196Ώ 5.3 Ώ 1.Entonces determinamos los demás parámetros.4 Ώ 6.3 Parámetros en el ensayo en vacío VII.2.5 Ώ 22. Valores calculados con los datos por medicion 5. Un transformador a cortocircuito. Para 46. Por ensayo en corto circuito . com. .com. Se recomienda verificar la conexión antes de energizar el circuito para evitar fallas de conexión.ec/search?q=histeresis&source=lnm s&tbm=isch&sa=X&ei=wOZeUsi1NJKG9gTz34GADg&sqi= 2&ved=0CAcQ_AUoAQ&biw=1480&bih=724#facrc=_&im gdii=_&imgrc=m57cCmbhqc2JuM%3A%3Bf18En7ADKxrh2 M%3Bhttp%253A%252F%252Fwww. en el rango de mA provocando pérdidas en el cobre despreciables.google. las pérdidas en el hierro se hacen notar más. [3] Jesus Fraile Mora “transformadores” Máquinas Eléctricas Quinta Edicion paginas 188 y 189. Chapman “Introducción a los principios de máquinas ” Maquinas Eléctricas Quinta Edición páginas 28. lo cual da lugar a que circule por el transformador una corriente muy elevada que lo destruya. En un transformador a circuito abierto. Las pérdidas que existen en un transformador son perdidas en el cobre.ec/search?q=transformador.wikipedia. En un transformador a circuito abierto. VIII. la corriente en el secundario es cero y en el primario es una corriente pequeña. [4] Stephen J. ya que dependen únicamente de la inducción. En un transformador conectado en cortocircuito el devanado secundario posee una impedancia muy pequeña.com%252 Ftrabajos82%252Fperdidas-potencia[6] https://www. ya que son proporcionales a la corriente en los devanados. perdidas por corrientes parasitas. [5]https://www.org/wiki/transformador. y por tanto del voltaje aplicado al primario. ya que el voltaje en el primario es muy pequeño y por ende la inducción también. BIBLIOGRAFIA [1] Stephen J. por lo tanto las corrientes parasitas y pérdidas por histéresis serán muy pequeñas.google. Se debe tomar datos de todo lo realizado para poder realizar el informe.monografias. las pérdidas en el hierro son despreciables. Chapman “Transformadores” Maquinas Eléctricas Tercera Edición páginas 61 y 64 [2] http://es. siendo proporcional el aplicar un mayor voltaje en el primario produciendo una mayor inducción provocando mayor corrientes parasitas. perdidas por histéresis y por flujo disperso. En un transformador a cortocircuito. RECOMENDACIONES Se recomienda tomar en cuenta cada uno de las recomendaciones del instructor para realizar la práctica Se recomienda usar puntas en Y de osciloscopio para realizar las observaciones para evitar el exceso de ruido.