PRACTICA N°8 MANEJO, FUNCIONAMIENTO Y UTILIZACIÓN DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS TIPO NÚCLEO

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESIQIE

DIQI

PRACTICAS DEL LABORATORIO DE INGENIERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA.

PRACTICA N°8

MANEJO, FUNCIONAMIENTO Y UTILIZACIÓN DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS TIPO NÚCLEO

PRACTICA N°8

MANEJO, FUNCIONAMIENTO Y UTILIZACIÓN DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS TIPO NÚCLEO

OBJETIVOS GENERALES

Al término de la práctica el alumno podrá diferenciar entre el voltaje primario, el voltaje secundario o adicionales en un transformador monofásico tipo núcleo.

Conocer los elementos más importantes que componen a un transformador. Observar como afectan los cambios de corriente y voltajes, tanto de la bobina primeria como de la secundaria de los dos transformadores.

Manejar diferentes transformadores monofásicos de corriente alterna, observando las diferentes inducciones en los aparatos de medición para obtener valores experimentales y compararlos con los valores teóricos, así como también, encontrar la diferencia entre un transformador monofásico en vacio como con carga.

Conocer el funcionamiento de un transformador y su conexión en sistemas eléctricos.

Determinar la relación de transformación de un transformador.

MATERIAL EMPLEADO

Fuente de corriente alterna regulada de 0-127 volts.

Clavija sencilla

Apagador sencillo

Amperímetro de 0-10 A de C.A.

Voltímetro de C.A.

Núcleo de transformador monofásico.

Focos incandescentes de 40, 60 y 100 Watt

Bobinas con diferentes arrollamientos

Diez caimanes

Multímetro digital

Capacitor de 6μF a 350 Volts de C.A.

2 transformadores monofásicos de 127 volts de entrada a 32 volts de salida con taps central

Cable para conexiones

Wattmetro monofásico

Tablero general.

CONSIDERACIONES TEORICAS

Un transformador consta esencialmente de dos o más arrollamientos entrelazados por un campo magnético común. Si uno de estos arrollamientos, el primario, se conecta a una fuente de C.A. se produce un flujo alterno cuya amplitud depende del voltaje primerio y del numero de espiras.

El flujo mutuo enlaza el otro arrollamiento, el secundario, en el cual se induce un voltaje cuyo valor depende del número de espiras del secundario y que se caracteriza por una ecuación donde N es el número de espiras y Φm es el flujo mutuo.

e_1=-N_1 dF_m/dt e_2=-N_2 dF_m/dt

Y dado que el flujo es el mismo en cada vuelta, tanto para el primario como en el secundario se tiene que:

V_2/V_1 =N_2/N_1

Cuando en numero de espiras del primario y del secundario tiene una proporción adecuada, puede obtenerse prácticamente cualquier relación de voltajes, o relación de transformación; los niveles de los voltajes alternos pueden cambiarse fácilmente por medio de los transformadores; como se vera también existen cambios en las corrientes y en la impedancia. No existe, naturalmente ninguna razón por la cual no pueda introducirse un tercer arrollamiento (terciario) o arrollamientos adicionales para interconectar una variedad de niveles de voltaje.

La acción transformadora requiere solamente la existencia de un flujo alterno que conecte ambos arrollamientos. Tal funcionamiento se obtiene si se usa un núcleo de aire, lo que da lugar al “transformador de núcleo de aire”. Sin embargo, se obtiene una mayor efectividad si se usa un núcleo de hierro u otro material ferromagnético, la mayor parte del flujo queda, por lo tanto, confinada a un sendero definido que conecta los dos arrollamientos y tiene la permeabilidad mayor a la del aire. Tal transformador es un transformador de núcleo de hierro, que en general son los más utilizados, la principal excepción es el transformador de núcleo de aire para uso de frecuencias superiores a las del rango auditivo.

Para reducir las pérdidas que producen las corrientes parasitas en el núcleo, los circuitos magnéticos constan usualmente de pilas de laminas delgadas. Generalmente se usan laminas de acero al silicio de 0.0014 pulgadas de espesor en los transformadores que operan a frecuencias inferiores a pocos centenares de Hertz.

El acero al silicio tiene ventajas tales como bajo costo, bajas perdidas de núcleo y permeabilidad alta a densidades altas de flujo (65 a 90 kilo-líneas/pulg2), los núcleos de los transformadores pequeños que se emplean en circuitos de comunicación que trabajan a frecuencias altas y niveles bajos de potencia pueden fabricarse con aleaciones ferromagnéticas pulverizadas y comprimidas como una de las ferritas.

El transformador constituye una de las razones principales del uso generalizado de los sistemas de potencia de corriente alterna, ya que permite la generación eléctrica de voltaje a partir de uno más económico, la transferencia de potencia al voltaje de transmisión más económico y la utilización de la potencia para voltajes más adecuados en dispositivos especiales. Cuando se hace referencia a los arrollamientos de los transformadores de potencia, se usan los términos de arrollamientos de alta tensión y arrollamientos de baja tensión; cualquiera de los dos naturalmente puede actuar como primario o secundario.

Los transformadores también se usan ampliamente en los circuitos eléctricos y de control de baja potencia, en esos circuitos se realizan funciones como el acoplamiento entre las impedancias de una fuente y su carga para obtener una transferencia de potencia máxima.

V_p/V_s =N_p/N_s = Is/Ip=a

a = Constante de transformación

DESARROLLO EXPERIMENTAL

EXPERIMENTO 1

1.-Arme el transformador de acuerdo a la figura 2 e intercambie diferentes tipos de devanados o bobinas, y obtenga experimentalmente los valores en los aparatos de medición.

Datos teóricos Datos experimentales Cálculos

Vfuente regulable= 65 V Vp = a=V_p/V_s =I_s/I_p

VLINEA =127 V IP = I_s= (V_p I_p)/V_s

IS=? VS = IS =

Vp = Voltaje en el primario

Vs = Voltaje en el secundario

Ip = Corriente en el primario

Is = Corriente en el secundario

Np = Número de vueltas en el embobinado primario

Ns = Número de vueltas en embobinado secundario

a = Constante de transformación

EXPERIMENTO 2

2.-Armar el transformador de acuerdo a la figura 3 y encontrar los valores experimentales en los aparatos de medición indicados.

Datos teóricos Datos experimentales Cálculos

Vfuente regulable= 60 V Vp = a=V_p/V_s =I_s/I_p

VLINEA =127 V Vs = I_P= (V_(S ) I_S)/V_P

Ip=? IS = IP =

Variables Experimento 1 Experimento 2

VP

IP

VS

IS

a

Tabla N°1

EXPERIMENTO 3

3.- De acuerdo a la figura 4 arme el transformador y mida el voltaje aplicado en el primario, el voltaje entre terminales extremas y entre una de las terminales extremas y el taps central del secundario, anotando los valores en la tabla 2.

Variables Valor experimental

VP

VS1

VS2

a1

a2

Tabla N°2

EXPERIMENTO 4

4.- Arme el transformador de acuerdo a la figura 5 y mida el voltaje del secundario entre terminales extremas del transformador tanto en vacio como con carga capacitiva y resistiva, anotando cada uno de los casos en la tabla N°3.

Variables Valores experimentales

V0

VC1

VR1

%Reg1

%Reg2

Tabla N°3

EXPERIMENTO 5

Determinando las pérdidas de un transformador REAL.

El transformador real presenta perdidas que deben ser consideradas para un buen diseño, estas pérdidas ocurren por 2 factores primordialmente:

El efecto Joule en los embobinados las cuales se miden con el secundario a circuito abierto y al valor nominal de el voltaje de entrada al primario. Se conoce como efecto Joule al fenómeno por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El nombre es en honor a su descubridor el físico británico James Prescott Joule. El movimiento de los electrones en un cable es desordenado, esto provoca continuos choques entre ellos y como consecuencia un aumento de la temperatura en el propio cable. Los sólidos tienen generalmente una estructura cristalina, ocupando los

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