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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)

FACULTAD DE ING. ELECTRONICA Y ELECTRICA EXPERIMENTO N°2 CURSO: MAQUINAS ELECTRICAS I Profesora: Ing. ANTUANE RAMOS LAZARO TEMA: EL TRANSFORMADOR MONOFASICO (PRUEBA DE VACIO) INTEGRANTES: -

CABALLERO CUNZA JUAN CARLOS

I OBJETIVO Verificar experimentalmente ensayando en un transformador monofásico, las perdidas en el hierro y el circuito equivalente de dicho transformador

II FUNDAMENTO TEORICO El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes. Un transformador elevador recibe la potencia eléctrica a un valor de voltaje y la entrega a un valor más elevado, en tanto que un transformador reductor recibe la potencia a un valor alto de voltaje y a la entrega a un valor bajo.

FUNCIONAMIENTO: Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario. Transformador Monofásico:

Los transformadores, como la mayoría de las máquinas eléctricas, disponen de un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Sobre el núcleo magnético, formado por chapas apiladas, van arrollados dos bobinados que se denominan primarios y secundarios. Al conectar el bobinado primario de N1 espiras a una tensión alterna, se crea un flujo magnético alterno. Este flujo magnético, que se establece en todo el circuito magnético, recorre el bobinado secundario de N2 espiras induciendo en él una fuerza electromotriz produciendo la tensión en bornes V2. A la relación de tensiones entre el primario y secundario se le llama relación de transformación, para un transformador ideal se cumple:

Dónde: m = relación de transformación V1 = tensión del primario (V) V2 = tensión del secundario (V) N1 = número de espiras del primario N2 = número de espiras del secundario Potencia en corriente continua Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Esto es P=V.I Donde I es el valor instantáneo de la corriente y V es el valor instantáneo del voltaje. Si I se expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en Watts. Igual definición se aplica cuando se consideran valores promedio para I, V y P. Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la resistencia equivalente del dispositivo, la potencia también puede calcularse como:

Potencia en corriente alterna Cuando se trata de corriente alterna (AC) sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores eficaces o valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. En el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común) al que se aplica una tensión sinusoidal v(t) con velocidad angular ω y valor de pico Vo resulta:

Esto provocará una corriente i(t) retrasada un ángulo φ respecto de la tensión aplicada:

La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores:

Mediante trigonometría, la anterior expresión puede transformarse en la siguiente:

Y sustituyendo los valores de pico por los eficaces:

Potencia aparente

La potencia aparente (también llamada compleja) de un circuito eléctrico de corriente alterna es la suma (vectorial) de la energía que disipa dicho circuito en cierto tiempo en forma de calor o trabajo y la energía utilizada para la formación de los campos eléctricos y magnéticos de sus componentes que fluctuara entre estos componentes y la fuente de energía. Esta potencia no es la realmente consumida "útil", salvo cuando el factor de potencia es la unidad (cos φ=1), y señala que la red de alimentación de un circuito no sólo ha de satisfacer la energía consumida por los elementos resistivos, sino que también ha de contarse con la que van a "almacenar" bobinas y condensadores. Se la designa con la letra S y se mide en voltamperios (VA). Su fórmula es:

Potencia activa Es la potencia que representa la capacidad de un circuito para realizar un proceso de transformación de la energía eléctrica en trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la realmente consumida por los circuitos. Cuando se habla de demanda eléctrica, es esta potencia la que se utiliza para determinar dicha demanda. Se designa con la letra P y se mide en vatios (W). De acuerdo con su expresión, la ley de Ohm y el triángulo de impedancias:

Resultado que indica que la potencia activa es debido a los elementos resistivos. Potencia reactiva Esta potencia no tiene tampoco el carácter realmente de ser consumida y sólo aparecerá cuando existan bobinas o condensadores en los circuitos. La potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce trabajo útil. Por ello que se dice que es una potencia desvatada (no produce vatios), se mide en voltamperios reactivos (VAR) y se designa con la letra Q. Prueba de Vacío: Consiste en aplicar una tensión nominal V1 en cualquiera de los enrollados del transformador, con el otro enrollado abierto, se le aplica al lado 1 voltaje y frecuencia nominal, registrándose las lecturas de la potencia de entrada en vacío P0 y la corriente en vacío I1. Es obvio que los únicos parámetros que tienen que ser considerados en la prueba de vació son Rm y jXm, la impedancia de dispersión, R1 +jX1, no afecta a los datos de prueba. Usualmente, la tensión nominal se aplica al enrollado de baja tensión. La figura , muestra el circuito de prueba utilizado.

En los ensayos a los transformadores se presentan una serie de perdidas, tales como: Perdidas por efecto Joule, perdidas por dispersión, por dispersión de flujo, perdidas magnéticas, perdidas por corrientes parásitas entre otras; pero unas tienen valores apreciables mientras que las otras son valores pequeños que no pueden ser tomados en cuenta.

Las pérdidas en vacío fundamentalmente se componen de las perdidas por histéresis que dependen del valor máximo de la inducción, y de las perdidas por corrientes de Foucault. Cuando se realice este ensayo debe considerarse lecturas validas entre el 80% y el 20% de su tensión nominal. Nuestros parámetros nos quedan:

Es válido mencionar que Im se calcula con la ecuación

III. MATERIALES Y EQUIPOS: Transformador monofásico 1KVA – 220V Autotransformador 0 – 220V, 6A Vatímetros monofásicos Cables de conexión Llave cuchilla monofásica Voltímetros c.a Amperímetro A.C

IV. PROCEDIMIENTO: Para la prueba de vacío: Armar el siguiente circuito

Alimentando al transformador por el primario, se obtienen los siguientes datos:

Grafico que se obtuvo con la ayuda de los valores obtenidos en el laboratorio:

Alimentando al transformador por el secundario, se obtienen los siguientes datos:

Grafico que se obtuvo con la ayuda de los valores obtenidos en el laboratorio:

En nuestras tablas nos damos cuenta que las pérdidas en el fierro ( ) para un voltaje que es el mismo para cada caso, no es el mismo

CONCLUSIONES - De acuerdo a la reactancia del núcleo, cuyos parámetros corresponden a la rama de magnetización estas demostraron por qué la poca circulación de la corriente en la prueba en vacío resultaron ser lo suficientemente pequeña lo cual significa una alta impedancia y por ende la poca potencia disipada por los enrollados, lo que fue reflejado en las pequeñas perdidas en la prueba mencionada. - Se comprueba que la resistencia del bobinado secundario se puede despreciar para los cálculos, ya que afecta en lo mínimo. - Se demuestra que la potencia activa registrada en el vatímetro, es la perdida en el hierro del transformador.