Electrotecnia

Transformadores

Trabajo de electrotecnia II

Hace algo más de un siglo que se inventó este dispositivo que ha hecho posible la distribución de energía eléctrica a todos los hogares, industrias, etc. Si no fuera por el transformador tendría que acortarse la distancia que separa a los generadores de electricidad de los consumidores.

Luis Álvarez Cáceres y Dafny Pezo Benavides

13/07/2013

Contenido

Introducción 1

1. Escriba la determinación experimental de los parámetros del circuito equivalente de un transformador: 3

2. Explique y diagrame en que consiste la prueba de circuito abierto: 4

3. Explique y diagrame en que consiste la prueba de corto circuito: 5

4. Explique la medida de resistencia de enrollados identificando las consideraciones y criterios aplicables en base a los resultados obtenidos 6

5. Explique en que influye la temperatura en el valor medido de resistencia y como se relaciona con la temperatura de trabajo 8

6. Explique el método de determinación de temperatura por variación de resistencia 9

7. ¿De qué manera se hacen compatibles los valores obtenidos en una medición a la salida de un transformador respecto de la entrada? 10

8. Explique un procedimiento para obtener la relación de vueltas en un transformador 11

9. Identifique y explique una a una las variables eléctricas posibles de obtener una vez conocidos los parámetros del transformador 12

Bibliografia 13

Introducción

Los transformadores forman parte esencial en la vida cotidiana, permitiendo transformar voltajes ya sea de grandes cantidades a unas que sean suficientes como para que no exista una sobrecarga en nuestros artefactos eléctricos, así también, transforman bajo voltaje en alto para alimentar las necesidades del artefacto.

Los transformadores de corriente y los transformadores de voltaje son unas herramientas de gran importancia para la humanidad, ya que son estas las que regulan las diferencias de potencial y las diferencias de corrientes que existen en las diferentes líneas de energía.

Estos son utilizados en una gran variedad lugares, van desde la industria más moderna y grande, hasta la casa o el cargador de un celular utilizado a diario en casa.

A continuación se dará respuesta y se explicará algunas preguntas respecto al tema, determinando parámetros importantes dentro del funcionamiento de los transformadores a través de un cuestionario, el cual consta de 9 preguntas.

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1. Escriba la determinación experimental de los parámetros del circuito equivalente de un transformador:

Para comenzar el desarrollo de un circuito equivalente de un transformador debemos reducir a un mismo número de espiras ambos enrollamientos.

Se podría indicar que los parámetros de la rama paralelo (circuito abierto) del circuito equivalente representan los fenómenos ligados a la transformación electromagnética que se produce en el núcleo ferromagnético (creación del flujo común de magnetización y pérdidas en el hierro).

Por otra parte, los parámetros de la rama serie (cortocircuito) del circuito equivalente representan los fenómenos ligados al funcionamiento en carga (pérdidas Joule en los arrollamientos, flujos dispersos y pérdidas adicionales asociadas a dichos flujos).

A continuación se presentan los parámetros del circuito equivalente de un transformador:

• RFe: resistencia asociada a las pérdidas en el hierro.

• Xµ: reactancia de magnetización.

• R1: resistencia asociada al arrollamiento primario.

• R’2: resistencia asociada al arrollamiento secundario reducida al primario.

• Xσ1: reactancia de dispersión asociada al arrollamiento primario.

• X’σ2: reactancia de dispersión asociada al arrollamiento secundario reducida al primario.

La determinación de parámetros de un transformador de núcleo de hierro son los siguientes:

• Resistencias efectivas de corriente alterna de los dos embobinados.

• Inductancias de dispersión.

• Conductancias y susceptancia.

Es común determinar el valor de los parámetros a su voltaje, corriente y frecuencia nominales de un transformador de núcleo de hierro, debido a que se espera que este opere la mayor parte del tiempo a condiciones nominales o muy cerca de ellas. La determinación de los parámetros nombrados anteriormente se aplican mediante dos pruebas específicas: prueba del corto circuito y prueba del circuito abierto.

2. Explique y diagrame en que consiste la prueba de circuito abierto:

También denominado prueba de vacío. Este consiste en alimentar el transformador a tensión y frecuencia nomina, con el otro enrollado en circuito abierto. De esta forma se miden la corriente Io, la tensión Vo y la potencia Po. Generalmente se alimenta por el lado de baja tensión manteniendo el lado de alta tensión abierto. De esta forma obtenemos los parámetros de excitación, que resultan referidos al lado de baja tensión.

a) Circuito equivalente. b) Circuito empleado

• Rb: Resistencia del enrollado de baja tensión.

• Xb: Reactancia del enrollado de baja tensión.

• (gc) b: Conductancia de pérdidas en el núcleo referida al lado de baja tensión.

• (bm) b: Susceptancia de magnetización referida al lado de baja tensión.

Por lo tanto en la prueba de obtiene:

Estos valores corresponden a los de transformador, si el lado de baja tensión es el primario, es decir:

Si el lado de baja corresponde al secundario, entonces, los parámetros referidos al primario son:

3. Explique y diagrame en que consiste la prueba de corto circuito:

Consiste en alimentar el transformador a frecuencia nominal, ajustando el voltaje de entrada de manera que con el otro lado en cortocircuito, circule la corriente nominal. En estas condiciones se miden: la corriente Icc; la tensión Vcc y la Potencia Pcc.

Normalmente se acostumbra alimentarlo por el lado de alta tensión (porque es más cómodo trabajar a una nivel de corriente menor) con el lado de baja en cortocircuito. De esta forma se obtienen los parámetros impedancia equivalente Zeq y resistencia equivalente Req, los que según lo indicado, resultan referidos al lado de alta tensión.

a) Circuito equivalente aproximado b) Circuito empleado

En general, los parámetros resultarán siempre referidos al lado por el cual se alimenta el transformador. Si el lado de alta tensión corresponde al primario, los parámetros quedan referidos a este lado, es decir:

Si el lado de alta tensión corresponde el secundario:

4. Explique la medida de resistencia de enrollados identificando las consideraciones y criterios aplicables en base a los resultados obtenidos

La medición de la resistencia de los enrollamientos se obtiene mediante un ensayo en corriente continua, debido a que en estas circunstancias la inductancia de las bobinas se comporta como un corto circuito, además en corriente continua no se tienen perdida en el hierro. Para ello los enrollamientos deben alimentarse con tensión de una fuente de alimentación trifásica de manera de poder medir la tensión e intensidad tal y como muestra la figura:

a) Circuito para la medida de la resistencia de enrollamiento primario

b) Circuito para la medida de la resistencia de enrollamiento secundario

La resistencia de los enrollados se puede calcular con un óhmetro. Un aspecto que influye en el valor medido es la temperatura (se puede considerar que la temperatura de los enrollamientos es la temperatura ambiente del laboratorio).

La práctica habitual en los laboratorios de las fábricas de transformadores es realizar, tanto para la medida de las resistencias primarias como para las resistencias secundarias, tres ensayos para cada par de fases primarias o secundarias (por ejemplo, para el primario serían: U-V, V-W y U-W) obteniendo el valor medio de las tres.

Para poder obtener el valor de las resistencias por fase primaria y secundaria, es preciso identificar las expresiones que relacionan las tensiones e intensidades medidas con las resistencias por fase.

Una vez obtenidos los valores de las resistencias de cada fase primaria y secundaria, se calcularán los valores de las resistencias primaria y secundaria del circuito equivalente monofásico fase-neutro. Para ello hay que tener en cuenta el grupo de conexión del transformador trifásico de la práctica.

Obtener la suma de las resistencias referidas al primario (R1 + R2), referir los valores obtenidos mediante los ensayos a valores a la temperatura normativa de referencia. Se completaría la siguiente tabla:

5. Explique en que influye la temperatura en el valor medido de resistencia y como se relaciona con la temperatura de trabajo

El valor de la Resistencia Equivalente

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