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FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y ELECTRICA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA

MEDIR LA RELACION DE TRANSFORMACION Y POLARIDAD EN TRANSFORMADORES MONOFASICOS OBJETIVO •

Analizar en forma experimental la relación de transformación y la polaridad en transformadores monofásicos, utilizando los métodos más usuales en la determinación de la polaridad.

FUNDAMENTO TEÓRICO Determinación de la relación de transformación: Se usan tres métodos para realizar los ensayos de relación de transformación, según el tipo de transformador y los medios disponibles. Un método conveniente es la aplicación de una tensión conocida, generalmente menor que la normal, al devanado de mayor tensión y la medida de las tensiones en los otros devanados, usando voltímetros y transformadores de tensión adecuados. Las relaciones de las lecturas de tensión indicarán las relaciones de espiras en los distintos devanados. deben tomarse lecturas para todas las posiciones de las tomas de los transformadores.

Un segundo método, usado principalmente como ensayo de fábrica, consiste en la comparación del transformador con un transformador normalizado calibrado, cuya relación es regulable en pequeños escalones. El transformador que se ensaya y el transformador

normalizado se conectan en paralelo aplicando tensión a sus devanados de alta tensión; los devanados de baja tensión, en paralelo, se conectan a un detector sensible al que se obliga a señalar cero ajustando la relación de transformación del transformador normalizado. La relación de transformación ajustada del transformador normalizado es entonces igual a la relación de transformación del transformador que se está ensayando.

En el tercer método se emplea una resistencia potencio métrica conectada a los devanados del transformador, que están conectados en serie como un autotransformador. Se conecta un detector adecuado desde la unión de los dos devanados a la rama ajustable de la resistencia potencio métrica. Cuando el detector muestra un desvió cero, la relación de resistencias proporciona la relación de espiras del transformador.

Determinación de la polaridad de los devanados: Conocer la polaridad de los devanados de un transformador es de gran importancia cuando se desea hacer la conexión de transformadores, como puede ser en paralelo de tal manera que si no se conecta de manera adecuada equivale a un corto circuito, por ello para determinar la polaridad de los devanados existen 3 métodos según la norma 2104 del IRAM: Por medio de un transformador patrón: para aplicar este procedimiento se necesita un transformador, tomado como patrón, este tiene que tener4 ya identificada las polaridades y tener una relación de transformación igual al que se desea probar. Entonces procedemos a conectar ambos primarios en paralelo y los secundarios en oposición, sin cerrar el circuito con

el que mediremos el diferencial de voltaje en el secundario. Si ese diferencial es nulo o muy pequeño ambos transformadores tienen misma polaridad, en el caso contario el voltaje medido será el doble del secundario Por medio de una corriente continua: para aplicar este procedimiento se necesita una fuente de corriente continua, 2 resistencias limitadoras, un voltímetro y bobina móvil con cero al centro y bajo alcance. Entonces el procedimiento es el siguiente, con el interruptor S1 cerrado y el selector S2 en posición 1 se toma nota del sentido de deflexión del voltímetro, luego se pasa al selector S2 a la posición 2 y se abre el interruptor S1, si en el transitorio de apertura que se genera en el voltímetro deflacta en el mismo sentido que la primera vez, el transformador es de polaridad aditiva, y sustractiva en el caso contario.

EQUIPOS Y/O INSTRUMENTOS A UTILIZAR •

Transformador monofásico

Los transformadores don maquinas estáticas que se utilizan para variar los valores de tensión (V) e intensidad (I) en C.A. Para lograrlo transforma la electricidad que llega al devanado de entrada en magnetismo para volver a transformarla en electricidad en las condiciones deseadas en el devanado secundario.

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Autotransformador

Es una máquina eléctrica de características similares a las de un transformador, pero que a diferencia de este sólo posee un devanado único alrededor de un núcleo ferromagnético.

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Interruptor monofásico tipo cuchilla

Un interruptor de cuchillas es una caja en la cual, se colocan los fusibles que generan electricidad para algún lugar. Para que la electricidad se genere, las cuchillas deben estar alineadas.

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Voltímetro CA

Un voltímetro es un instrumento de medición que se utiliza para medir la diferencia de potencial eléctrico, también conocido como voltaje, entre dos puntos en una corriente

eléctrica. El voltaje se conoce como la energía potencial eléctrica por unidad de carga, es responsable de la conducción de una corriente de un electrón a otro electrón.

IV. PROCEDIMIENTO 1. Armar el circuito de la figura (1) tales como se muestran a continuación.

2. Medir la relación de transformación y la polaridad con la ayuda de tres voltímetros (antes de la medida, se debe calcular la relación de transformación y medir la polaridad). 3. Energizar el circuito de la figura (1) estando en el cursor del autotransformador en cero voltios. Luego variar la salida del autotransformador hasta obtener en el voltímetro 𝑽𝟏 la tensión nominal. 4. Determinar la polaridad y calcular la relación de transformación a partir de las medidas realizadas; llenar el cuadro Nº1. A=𝑽𝟏 /𝑽𝟐 𝑽𝟑 = 𝑽𝟏 + 𝑽𝟐 𝑽𝟑 = 𝑽𝟏 − 𝑽𝟐 Datos del Transformador 114V 100v 80V 60V

V1 115 101 81 60

V2 220 192 156 116 𝑉

Se puede ver que: 𝐴 = 𝑉2 ≅ 1.9 1

V3 103 91 72 54

Relación de Transformación V1-V2=-105 V1-V2=-91 V1-V2=-75 V1-V2=-56

Polaridad -

Cuando el autotransformador marca 114v:

Cuando el autotransformador marca 100v: V1=101v

V2=192v

V3=92v

Cuando el autotransformador marca 80v: V1=81v

V2=156v

V3=72v

Cuando el autotransformador marca 60v: V1=60v

V2=116v

V3=54v

5. Conectar el circuito de la figura (2) usando un transformador T1 de polaridad conocida.

6. Repetir los pasos 3 y 4 para el circuito de la figura (2) Datos del Transformador 100V 81v 60V 40V

V1 100 81 60 40

V2 192 154 116 78

V3 292 238 178 118

Relación de Transformación V1+V2=192 V1+V2=235 V1+V2=176 V1+V2=118

𝐴𝑉 ≅ 1.9 Cuando el autotransformador marca 100v:

V1=100v

V2=192v

V3=292v

Polaridad + + + +

Cuando el autotransformador marca 80v:

V1=81v

V2=154v

V3=238v

Cuando el autotransformador marca 60v:

V1=60v

V2=116v

V3=178v

Cuando el autotransformador marca 40v:

V1=40v

V2=78

V3=118

7. Una vez probada la polaridad del transformador monofásico de la figura (2), se debe comparar su polaridad conocida. IV. CUESTIONARIO 1. ¿Cómo se determina la polaridad de cada uno de los transformadores monofásicos? Básicamente lo que se hace es cambiar los puntos de medición del voltímetro 3. Si el voltaje del voltímetro es inferior al voltaje 𝑉2 (voltaje mayor) y si se cumple: |𝑉3 | = |𝑉1 − 𝑉2 |, podemos decir que la polaridad es negativa. En cambio si se cumple que |𝑉3 | = |𝑉1 + 𝑉2 |, la polaridad es positiva. Si no se cumple ninguna de estas dos relaciones lo más probable es que haya una falla en la conexión. 2. ¿Conoce usted otro método para determinar la polaridad de un transformador? Métodos para medir la polaridad de un transformador: Método de trasformador patrón: Se conecta en paralelo el devanado de alta tensión del transformador en prueba con el devanado de alta tensión del transformador patrón de polaridad conocida y con la misma relación de transformación que la del transformador en prueba, uniendo entre sí los terminales correspondientes. Análogamente se conectan también los terminales de un lado de los devanados de baja tensión de ambos transformadores, dejando libre los restantes. En estas condiciones se aplica una tensión de valor reducido a los terminales de los devanados de alta tensión y se mide la tensión entre los terminales libres del lado de baja tensión. Si el voltímetro indica cero o un valor mínimo, la polaridad de ambos transformadores será la misma. Método de la descarga inductiva: Se coloca el voltímetro de corriente continua entre los terminales del devanado de alta tensión y se hace circular corriente por este devanado de modo que produzca una pequeña desviación positiva de voltímetro al cerrar el circuito de excitación. Luego se transfieren los dos cables del voltímetro a los dos terminales del devanado de baja tensión directamente opuesto. Al abrir el circuito de excitación de corriente continua se induce una tensión en el devanado de baja tensión lo cual produce una desviación de la aguja del instrumento. Si la aguja se mueve en la misma dirección anterior (positiva) la polaridad es aditiva y en caso contrario, la polaridad es sustractiva. Ver figuras 4.6.

Figura4.6. Esquema del circuito utilizado en la determinación de la polaridad con el método de la descarga inductiva

Método diferencial de corriente alterna. Se conectan entre sí, los terminales de los devanados de alta y baja tensión contiguos del lado izquierdo del transformador (mirando desde el lado de baja). Se aplica cualquier tensión conveniente de corriente alterna al devanado completo de alta tensión y se efectúan lecturas, primeramente, de la tensión aplicada y luego de la tensión entre los terminales contiguos del lado derecho de ambos devanados. Si esta última lectura es menor que la primera, la polaridad es sustractiva y si es de mayor valor que la primera, la polaridad es aditiva. Ver figura 4.7.

Figura4.7. Esquema del circuito utilizado en la determinación de polaridad con el método diferencial de corriente alterna. 3. Al realizar la medición de transformación, que tipos de circuito utilizó, ¿por qué? Para realizar la medición de transformación conectamos los voltímetros en paralelo con las bobinas primario y secundario. Porque la relación de voltaje está dada por: 𝑎 = 𝑁2 : 𝑁1 = 𝑉2 : 𝑉1 4. Se podría usar la misma experiencia para transformadores trifásicos, ¿por qué? No se puede , este método está diseñado para ser usado en transformadores en paralelo (solo existe 𝑉1 , 𝑉2 ) de tal manera que 𝑉3 = 𝑉3 (𝑉1 , 𝑉2 ) dependiendo del valor de 𝑉3 se puede determinar su polaridad.𝑉3 podría ser: 𝑉3 = 𝑉1 − 𝑉2 𝑜 𝑉3 = 𝑉1 + 𝑉2 Pero en un circuito trifásico existiría 3 voltajes (𝑉1 , 𝑉2 , 𝑉3 ) de tal forma que 𝑉4 = 𝑉4 (𝑉1 , 𝑉2 , 𝑉3 ), con tres voltajes no es tan fácil hallar la polaridad ya que 𝑉4 podría ser: 𝑉4 = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 𝑉4 = 𝑉1 − 𝑉2 − 𝑉3 𝑉4 = 𝑉1 + 𝑉2 − 𝑉3 𝑉4 = 𝑉1 − 𝑉2 + 𝑉3

5. Comentar el cuadro desarrollado para medir las polaridades y el cálculo de las relaciones de transformación. Como todos sabemos el voltímetro analógico solo medirá el voltaje absoluto de los terminales en los que los conectemos, entonces para determinar la polaridad del transformador tenemos que reconocer que tipo de relación tiene el voltaje medido en un terminal de la bobina primaria y otra terminal en la bobina secundaria (𝑉3 ), con los voltajes del lado primario (𝑉1) y secundario (𝑉2 ). Con respecto a eso, el voltaje 𝑉3 podrá tener 2 opciones: 𝑉3 = |𝑉1 − 𝑉2 | (polaridad negativa) 𝑉3 = |𝑉1 + 𝑉2 | (polaridad positiva) Ya establecido la relación de 𝑉3 𝑐𝑜𝑛 𝑉1 𝑦 𝑉2. Podemos determinar la polaridad que tiene

CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES •

• • •

La prueba de polaridad se lleva a cabo de tal modo que las terminales individuales de los devanados de las bobinas separadas por un transformador se pueden marcar o identificar para saber por dónde sale o entra la corriente La polaridad de los transformadores es muy importante ya que de ella depende su buen funcionamiento y manejo Cuando realicemos los diferentes tipos de conexiones con los transformadores el factor fundamental será tener en cuenta la polaridad de los transformadores El conocer la relación de transformación de un transformador es fundamental para calcular los circuitos equivalentes reflejados ya sea el primario o secundario, pues se conoce que tanto los voltajes como las impedancias son afectadas directamente por la relación de transformación

I.

BIBLIOGRAFÍA ✓ http://www.nichese.com/trans-real.html ✓ http://www.lhusurbil.com/sep/euskera/u07a01/a.htm ✓ https://www.areatecnologia.com/electricidad/circuitos-electricos.html ✓ https://www.edu.xunta.es/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/datos/1464 947843/contido/4_medidas_en_circuitos_elctricos.html ✓ Transformadores de potencia, de medida y de protección / Enrique Ras Oliva, Barcelona [etc.] Marcombo-Boixareu, 1994 ✓ Máquinas eléctricas / Stephen J. Chapman