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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL: INGENIERIA MECANICA

LABORATORIO N· 03

NOMBRES:

LOPEZ SANCHEZ JORGE LUIS ULLOA CHANG LUIS VARAS VELIZ ROOSEVELT NEYRA BENITES GIANPIERT CASTRO FERNANDEZ KEVIN CHUAN MONCADA JOSE PROFESOR RESPONSABLE: ING. FIDEL RIOS NORIEGA CICLO: VII

I.- OBJETIVOS:  

Reconocer la polaridad de los transformadores a fin de determinar su polaridad (si están en fase o contrafase). Hacer las conexiones serie, paralelo, estrella, triángulo, toma de tensiones y corrientes en vacío y con carga.

II.- FUNDAMENTO TEORICO:

El Transformador 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.

Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto permanezca constante (ya que la potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida). Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce. Este conjunto de vueltas se

denominan: Bobina primaria o "primario" a aquella que recibe el voltaje de entrada y Bobina secundaria o Secundario" a aquella que entrega el voltaje transformado.

La representación esquemática del transformador es la siguiente: La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente alterna. - Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro - Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste. - Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "Secundario", se generará por el alambre del secundario un voltaje Habría una corriente si hay una carga (el secundario está conectado a una resistencia por ejemplo) La razón de la transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de voltaje. La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .

Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de espiras de cada bobinado. Cuando el secundario tiene un mayor número de vueltas que el primario, el voltaje en aquel es mayor que en el primario y, por consiguiente, el transformador aumenta el voltaje. Cuando el secundario tiene un número menor de vueltas que el primario, el transformador reduce el voltaje. Sin importar cuál sea el caso, la relación siempre se da en términos del voltaje en el primario, el cual puede aumentarse o reducirse en el devanado secundario. Estos cálculos solo son válidos para transformadores con núcleo de hierro donde el acoplamiento es unitario. Los transformadores con núcleo de aire para circuitos de RF son, en general, sintonizados para resonancia. En este caso, se considera el factor de resonancia en lugar de la relación de vueltas. Si se supone que el transformador es ideal (la potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él), o sea, se desprecian las pérdidas por calor y otras, entonces: Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps). Pi = Ps

Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar su potencia usando la siguiente fórmula. Potencia (P) = Voltaje (V) x corriente (I) P = V x I (watts) Así, para conocer la corriente en el secundario cuando tengo la corriente Ip (corriente en el primario), Np (espiras en el primario) y Ns (espiras en el secundario) se utiliza siguiente fórmula: Is = Np x Ip / Ns

TIPOS DE TRANSFORMADORES



Transformadores Secos Encapsulados en Resina Epoxi.

Descripción: Se utilizan en interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares donde los espacios reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendio imposibilitan la utilización de transformadores refrigerados en aceite. Son de aplicación en grandes edificios, hospitales, industrias, minería, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica. Características Generales: Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislamiento clase F, utilizándose resina epoxi como medio de protección de los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación. Se fabrican en

potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.



El transformador de núcleo distribuido.

Descripción:

Tiene un núcleo central y cuatro ramas exteriores. Se denomina transformadores de distribución, generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos. Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas. Las aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales. 

El transformador de núcleo arrollado.

Descripción:

El núcleo consiste en una tira de hierro arrollado en forma de espiral en torno a una bobina preformada. Los transformadores se pueden refrigerar con circulación natural o forzada de aire, pero su tensión nominal viene limitada por la baja rigidez dieléctrica del aire. El aire (o el Askerol o Pyranol) sirve tanto para aislante como para refrigerante. Los transformadores se pueden refrigerar mediante circulación natural o forzada en aceite. Para aumentar la superficie disipadora del calor, se sueldan los tubos de la cubierta o se empernan radiadores a ella. Para gobernar la tensión y la fase, algunos transformadores están equipados de mecanismos de tomas variables. Cuando se eleva la temperatura del transformador a causa de la carga, el aire o gas que se halle dentro del transformador se dilata y es expulsado; cuando se enfría el transformador, se contrae el aire o gas y penetra aire del exterior que contiene oxígeno y humedad. A este efecto se le da el nombre de respiración. La humedad y el oxígeno deterioran el sistema y ensucian el aceite. Para evitar esto, se emplea nitrógeno y un respirador elimina el oxígeno y la humedad del aire que penetra. Un pequeño tanque de expansión, llamado conservador, montado sobre

la cubierta del transformador, reduce mucho la superficie del aceite expuesta al gas.



Los transformadores Auto Protegidos.

Aplicaciones:

El transformador incorpora componentes para protección del sistema de distribución contra sobrecargas, corto-circuitos en la red secundaria y fallas internas en el transformador, para esto posee fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión, montados internamente en el tanque, fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión. Para protección contra sobretensiones el transformador está provisto de dispositivo para fijación de pararrayos externos en el tanque. Características:

Potencia: 45 a 150KVA Alta Tensión: 15 o 24,2KV Baja Tensión: 380/220 o 220/127V



El transformador de núcleo.

Descripción:

Los devanados rodean al núcleo. Éste está constituido por láminas rectangulares o en forma de L que se ensamblan y solapan alternativamente en capas adyacentes. En los transformadores trifásico de núcleo hay tres núcleos unidos por sus partes superior e inferior mediante un yugo y sobre cada núcleo se devanan el primario y el secundario de cada fase. Este dispositivo es posible porque, en todo momento, la suma de los flujos es nula. Invirtiendo las conexiones de las bobinas centrales en el transformador trifásico acorazado, las secciones de los núcleos entre las ventanas es igual al valor que se obtendría sin invertir las conexiones, divididas por raíz de 3. El transformador trifásico más compacto y ligero que los tres transformadores monofásicos equivalentes, pero disminuye la flexibilidad del

sistema. En un auto transformador, parte del devanado es común a primario y secundario. Tan solo se transforma una parte de la potencia, yendo la restante de la carga por conducción. Cuando la razón de transformación es próxima a la unidad o es pequeña, se ahorra mucho material y pérdidas adoptando este sistema en vez del transformador clásico aparente.



Los transformadores Rurales

Descripción: Están diseñados para instalación monoposte en redes de electrificación suburbanas monofilares, bifilares y trifilares, de 7.6, 13.2 y 15 kV. En redes trifilares se pueden utilizar transformadores trifásicos o como alternativa 3 monofásicos. Transformadores de núcleo de Aire

En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.

Transformador piezoeléctrico: Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar los fluorescentes del backlight de ordenadores portátiles.

Según el tipo de Núcleo: Los transformadores trifásicos pueden ser construidos mediante la unión de 3 transformadores monofásicos conocido como los bancos de transformadores. Este tipo de conexión sería muy útil en el caso de que se desee tener un transformador monofásico de repuesto para los casos de averías, pero la realidad es que los transformadores trifásicos resultan más económicos, es decir, un transformador

trifásico es más barato que tres transformadores monofásicos. Además, está la relación de tamaño, un único transformador trifásico siempre será más pequeño que un banco de transformadores monofásicos. Según el tipo de núcleo se mocionará los 3 siguiente transformadores.

Transformador Trifásico de tipo Acorazado

Al igual que en el transformador monofásico el núcleo rodea al devanado. La diferencia de un transformador trifásico de tipo núcleo y de otro de tipo acorazado, está en que en un transformador trifásico de tipo acorazado las tensiones están menos distorsionadas en las salidas de las fases. Lo cual hace mejor al transformador trifásico de tipo acorazado.

Fig.11 Transformador trifásico de tipo acorazado

PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS

TRANSFORMADOR 220:110 1. El ENSAYO 1 unimos los bornes H1 y X1; el voltaje V3 en los bornes H2 Y X2. Conclusión de la prueba, los bornes H1 y X1 tienen signo de polaridad igual, consideramos positivo (+). 2. El ENSAYO 2 unimos los bornes H1 y X2, considerados como signo de polaridad diferente; y tomamos el voltaje V3 de los bornes H2y X1.

VOLTAJES

ENSAYO 1

ENSAYO 2

V1

224 volt

223 volt

V2

121 volt

120 volt

V3

103 volt

347 volt

TRANSFORMADOR 220:55, 55, 55, 55 1. El ENSAYO 1 consistirá en los voltajes de todos los bornes de entrada y de salida, unimos los X6 y X7 (V6). Del resultado concluimos que las polaridades son X6 (-) y X7 (+). 2. El ENSAYO 2 hacemos lo mismo que el ENSAYO 1, pero unimos X2 y X3 (V6). Donde concluimos que las polaridades son X2 (-) y X3 (+). 3. El ENSAYO 3 sólo medimos los voltajes de entrada y el de salida V5; unimos los bornes H2 y X7, tomando como V6 los bornes H1 y X8. Donde concluimos los signos de polaridad y esta prueba es mas para establecer fijamente la polaridad de los bornes, pero, también para aprovechar un voltaje de salida maximo. 4. El ENSAYO 4 casi igual al ENSAYO 3, pero unimos H2 y X6, tomando como V6 los bornes H1 y X5. Donde volvemos a establecer fijamente las polaridades de los bornes de salida, y también para aprovechar en esto un voltaje de salida mínimo pero mejor conducctividad de la corriente. 5. El ENSAYO 5 tomamos las medidas de todos los bornes de entrada y de salida ordenadamente, unimos y tomamos voltaje en X2 y X3 y también en X6 y X7.

Para lo que queremos demostrar de voltajes paralelos unimos los bornes X1 y X5 y también X4 con X8, por seguridad colocamos una carga (un foco de 100 WATTS) entre X1 y X5. Consideramos V6 como la medida en los bornes X5 y X8, V7 en X1 y X4, y V8 de X1 a X8 cuando unimos X4 con X5, este últimos es la suma de todos los voltajes. Luego concluimos la igualdad con perdidas consideradas, al tomar la medidas en los bornes X1 y X4, y X5 y X8.

221 56 57 58 57 116 222 56 57 58 57 113

ENSAYO 3

V1 V5 V6

224 56 280

ENSAYO 4

V1 V4 V6

223 57 178

V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8

221 56 57 58 57 113 115 227

ENSAYO 2

ENSAYO 1

V1 V2 V3 V4 V5 V6 V1 V2 V3 V4 V5 V6

ENSAYO 5

VOLTAJES, volt

PROCEDIMIENTO DE LOS DATOS:

CONCLUCIONES 

Se dio el reconcomiendo exacto de las polaridades de los transformadores si es que están en fase o contrafase.



Se hico las conexiones serie, paralelo, estrella, triangulo, toma de tensiones y corrientes en vacío y con carga.