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INDICE I.

OBJETIVOS

II.

EQUIPOS PARA LA PRUEBA

III.

CONCEPTOS BASICOS

IV.

PROCEDIMIENTO

V.

PREGUNTAS

................................................................................................................................ 2 ............................................................................................................ 2

.................................................................................................................. 2

......................................................................................................................... 3

............................................................................................................................... 7

DESPUES DE LA PRACTICA DE LABORATORIO REALICE LAS: 

OBSERVACIONES



CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES



BIBLIOGRAFIA

........................................................................ 16

.................................................................................................................. 16 ....................................................................................... 16

...................................................................................................................... 16

PRACTICA N°03: POLARIDAD DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS Guía de práctica N°03: POLARIDAD DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS I.

OBJETIVOS

Al término de este experimento, se deben cumplir los siguientes objetivos.   

II.



 

III.

Discutir las conexiones sustractiva y aditiva para transformadores. Conectar un transformador con polaridad aditiva. Conectar un transformador con polaridad sustractiva.

EQUIPOS PARA LA PRUEBA

01 transformador monofásico de 220/110 V AC, 60 HZ, 500 VA. Cable de alimentación y conectores varios. 01 Multímetro digital.

CONCEPTOS BASICOS

En este experimento, se conectará un transformador de control con polaridad aditiva y con polaridad sustractiva. Estas conexiones se hacen conectando físicamente los devanados primario y secundario juntos. Si están conectados de manera que los voltajes primario y secundario se suman, entonces el transformador se dice que tiene polaridad aditiva. Si los devanados están conectados de tal manera que los voltajes primario y secundario se restan, entonces están conectados con polaridad sustractiva. Recomendaciones NEMA (National Electrical Manufacturer Assotiation): 1) Transformadores menores de 200 kVA, con voltajes nominales menores de 9 kV, deberán tener polaridad aditiva. 2) Transformadores arriba de 200 kVA, deberán tener polaridad sustractiva. 3) Transformadores von valores nominales arriba de 9kV, deberán tener polaridad sustractiva. 4) Generalmente en un transformador, los terminales de alta tensión se designan con la letra “H” y los de bajo voltaje con la letra “X”. 5) En un transformador con conexión aditiva, cuando se observa el lado de bajo voltaje, el terminal H1 se encuentra a la izquierda y el terminal H2 a la derecha; además se observa que el terminal X1 se encuentra a la derecha y el terminal X2 a la izquierda.

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PRACTICA N°03: POLARIDAD DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS 6) En un transformador con conexión sustractiva, cuando se observa del lado de bajo voltaje, el terminal H1 se encuentra a la izquierda y el terminal H2 a la derecha; además se observa que el terminal X1 se encuentra a la izquierda y el terminal X2 a la derecha.

IV.

PROCEDIMIENTO

¡REVISE LAS REGLAS BÁSICAS DE SEGURIDAD ANTES DE REALIZAR LA PRÁCTICA! Recuerde: ¡Configure el Multímetro en Función de Voltaje AC!

1. Conectar el circuito como se muestra en la figura.

Figura N° 1 medición del voltaje en el secundario por medio de un voltímetro.

2. Energizar la fuente de tensión de 220 V AC y medir:

V primario = 233.2 V V secundario =130.7 V

3

PRACTICA N°03: POLARIDAD DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS 3. Desconectar la fuente de tensión. 4. Armar el circuito como se muestra en la figura siguiente, conectando un puente de H1 a X1 y conectar un voltímetro en AC a través de las terminales X2 y H2.

Figura N° 2 conectando la terminal voltaje H1 a la de bajo voltaje X1

5. Energizar la fuente de alimentación y medir el voltaje a través de X2 y H2

Vm = 364.3 V 6. Desenergizar la fuente de alimentación. 7. Si el voltaje medido es la diferencia entre el voltaje primario y el voltaje secundario, entonces se dice que el transformador está conectado con polaridad sustractiva.

Vm = 364 ≈ Vp – Vs = 233.2 - 130.7 = 102.5 V

8. Si el voltaje medido es la suma del voltaje primario y el voltaje secundario, el transformador está conectado con polaridad aditiva.

Vm = 364 ≈ Vp + Vs = 363.9 V 4

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9. En este caso, este transformador tiene ¿la polaridad aditiva o sustractiva? Este transformador tiene una polaridad ADITIVO.

10. Reconectar el transformador como se muestra en la siguiente figura, conectando un puente H1 a X2 y conectar un voltímetro de C.A, a través de las terminales X1 y H2

Figura N° 3 conectando la terminal de alto voltaje H1 a la de Bajo voltaje X2.

11. Energizar la fuente de alimentación y medir el voltaje a través de X1 y H2.

Vm = 101.6 V 12. Desenergizar la fuente de alimentación. 13. Si el voltaje medido es la diferencia entre el voltaje primario y el voltaje secundario, entonces se dice que el transformador está conectado con polaridad sustractiva.

Vm = 101.6 ≈ Vp – Vs = 102.5 V

14. Si el voltaje medido es la suma del voltaje primario y el voltaje secundario, el transformador está conectado con polaridad aditiva.

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PRACTICA N°03: POLARIDAD DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS

Vm = 364 V ≈ Vp + Vs = 363.9 V 15. En este caso, este transformador tiene ¿la polaridad aditiva o sustractiva? Este transformador tiene una polaridad SUSTRATIVO.

16. En la siguiente figura, se muestra la localización apropiada de las marcas

o puntos de polaridad que sirven para indicar cuales devanados de un transformador tienen la misma polaridad al mismo tiempo.

Esto indica que le pico de tensión máximo de la bobina primaria coincide con el pico de tensión máximo en la bobina secundaria. Para este caso se trata de un transformador con POLARIDAD ADITIVA.

Figura N° 4 Poniendo los puntos de polaridad en los devanados del transformador.

17. Para una mejor comprensión de cómo están localizados los puntos, se pueden redibujar los devanados del transformador en una conexión serie, como se muestra en la figura siguiente. Se coloca un punto a un lado de una de las terminales de alto voltaje, en este caso, se ha colocado junto a la terminal H1, a continuación se dibuja un fasor Vp vertical apuntando al punto. Para colocar el segundo punto, se dibuja un fasor Vs vertical en la misma dirección que la primera fasor, esta fasor deberá apuntar al punto que está colocado junto al terminal secundario X1. El voltaje primario Vp y el voltaje secundario Vs se encuentra en fase para una conexión con POLARIDAD ADITIVA.

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V.

PREGUNTAS

1) ¿Qué es auto inductancia? Considere un circuito aislado formado por un interruptor, una resistencia y una fem como fuente. Cuando se cierra el interruptor la corriente no alcanza su valor máximo, E/R, instantáneamente. La ley de la inducción electromagnética (ley de Faraday) impide que esto ocurra. Lo que sucede es lo siguiente: al incrementarse la corriente en el tiempo, se genera a través de la espira un flujo magnético que se incrementa en el tiempo. Este aumento en el flujo induce al circuito una fem que se opone al cambio del flujo magnético a través de la espira. Por la ley de Lenz, el campo eléctrico inducido en el alambre tiene sentido opuesto al de la corriente que circula por el circuito, y esta contra fem produce un incremento gradual en la corriente. Este efecto se llama autoinducción, ya que el flujo variable a través del circuito se produce por el mismo circuito. La fem producida se llama fem autoinducida. Para dar una descripción cuantitativa de la autoinducción, partiremos de la ley de inducción de Faraday, la cual dice que la fem inducida es igual al negativo de la razón de cambio del flujo magnético en el tiempo. Como el flujo magnético es proporcional al campo magnético, que a su vez es proporcional a la corriente en el circuito, la fem autoinducida siempre será proporcional a la razón de cambio de la corriente en el tiempo. Para una bobina de N espiras muy juntas y de geometría fija (una bobina toroidal o un selenoide ideal) se encuentra que

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Donde L es una constante de proporcionalidad, llamada inductancia del dispositivo, que depende de las características geométricas y físicas del circuito. De esta ecuación, se puede ver que la inductancia de una bobina de N espiras se puede calcular con la ecuación:

Donde se supone que el flujo a través de cada espira es el mismo. Esta ecuación se utilizará para calcular la inductancia de algunas geometrías específicas. También se puede escribir la inductancia como la relación.

Esta ecuación se toma como la definición de la inductancia de cualquier bobina independientemente de su forma, dimensiones o características del material. Así como la resistencia es una medida de la oposición a la corriente, la inductancia es una medida de oposición al cambio de la corriente. La unidad SI de la inductancia es el Henry (H), el cual, se puede ver que equivale a 1 volt-segundo por ampere:

2) ¿Qué es inductancia mutua? La inductancia mutua M es el cociente entre el flujo de la bobina 1 que concatena a la bobina 2, 𝚽12 y la corriente que circula por la bobina 1 y viceversa. Con frecuencia el flujo magnético a través de un circuito varía con el tiempo como consecuencia de las corrientes variables que existen en circuitos cercanos. Esto da origen a una fem inducida mediante un proceso conocido como inducción mutua, llamada así porque depende de la interacción de dos circuitos. Consideremos dos bobinas devanadas en forma muy estrecha, como se muestra en la vista de la sección trasversal de la figura. La corriente I1 en la bobina 1, que tiene N1 espiras, genera líneas de campo magnético, algunas de ellas atravesarán la bobina 2, que tiene N2 espiras.

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El flujo correspondiente a través de la bobina 2 producido por la bobina 1 se representa por

. Se define la inductancia mutua M21 de la bobina 2 con respecto

a la bobina 1 como la razón de

a la corriente I1

La inductancia mutua depende de la geometría de los dos circuitos y de sus orientaciones relativas entre sí. Es claro que al incrementarse la separación entre los circuitos, la inductancia mutua decrece ya que el flujo que une a los dos circuitos decrece. Si la corriente I1, varía con el tiempo, se puede ver por la ley de Faraday y la ecuación anterior que la fem inducida en la bobina 2 por la bobina 1 está dada por

De igual forma, si la corriente I2 varía con el tiempo, la fem inducida en la bobina 1 por la bobina 2 está dada por 9

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Estos resultados son semejantes en su forma a la expresión de la fem autoinducida. La fem inducida por inducción mutua en una bobina siempre es proporcional a la razón de cambio de la corriente en la otra bobina. Si las razones con las cuales las corrientes cambian con el tiempo son iguales (esto es, si dI1/dt=dI2/dt), entonces se encuentra que E1=E2. Aunque las constantes de proporcionalidad M12 y M21 aparenten ser diferentes, se puede demostrar que son iguales. Entonces haciendo M12 = M21 = M, las ecuaciones

Se convierten en: Poniendo en función de las inductancias

Si se considera el flujo de dispersión, lo que implica que el acoplamiento no es perfecto:

Donde el coeficiente de acoplamiento k es menor que uno La unidad de la inductancia mutua también es el Henry.

3) Explique la convención de marcas de polaridad y cuál es su finalidad Para realizar esta prueba se alimenta al primario del transformador con voltaje nominal, previamente se conecta una terminal del primario con la del secundario como se muestra en la figura 1. Se conecta un voltímetro entre las terminales del primario y secundario que están disponibles. Sí la lectura obtenida corresponde a la resta del voltaje del primario y del secundario, las marcas se colocan en las terminales donde está conectado el voltímetro. Sí la lectura es la suma, las marcas de polaridad deberán estar una en la terminal donde está el voltímetro y la otra en la terminal donde se unió el primario y el secundario.

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Figura 1

Normalmente no suele ser necesario conocer ese dato salvo casos particulares. Si necesitas conectar en alguna forma específica varias salidas independientes de uno o más transformadores, podrás reconocer las polaridades midiendo en forma separada cada salida, y luego midiendo salidas en serie (de dos en dos). Si las tensiones de salida se suman, entonces esas salidas las tienes con la misma polaridad.

4) Explique y realice un esquema de la inductancia total en conexión serie aditiva

(Ver Fig. 4.1) Si dos bobinas acopladas mutuamente se conectan en serie con sus campos sumándose mutuamente (serie aditiva) (ver Fig. 4.1), la inductancia total es:

Dónde: M es la inductancia mutua, y L1 y L2, son las inductancias de las bobinas individuales Aquí los flujos mutuos tienen la misma dirección, por lo consiguiente se suman.

5) Explique y realice un esquema de la inductancia total en conexión serie opositiva. Si las bobinas se conectan en serie, y sus campos se oponen mutuamente, la inductancia total está dada por:

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Aquí los flujos mutuos se invierten teniendo direcciones opuestas, por lo consiguiente se restan.

6) ¿Qué se debe hacer cuando existe un incremento de carga en una empresa? Se debe optar por dos opciones: Comprar un transformador con mucha más capacidad para abastecer este incremento de carga. Comprar otro transformador con la misma característica para hacer un acoplamiento en paralelo y tener una mayor potencia que pueda satisfacer este incremento de carga. Siendo la segunda opción la más conveniente debido a que nos permite trabajar en un momento dado con un solo transformador, cuando se requiera de poca carga. Esto con lleva a un ahorro económico.

7) ¿Qué Consecuencias se obtienen en conectar en paralelo dos transformadores o varios transformadores? La conexión paralelo entre dos transformadores lo que se logra es una suma de sus corrientes o potencias, dos transformadores en paralelo de 500KW c/u, proporcionarán en total una potencia de 1000 KW.

8) ¿Qué condiciones se debe cumplir para operar transformadores en paralelo? Las condiciones básicas fundamentales para el correcto trabajo en paralelo de transformadores son:

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Deben tener las mismas impedancias de cortocircuito en valor porcentual o unitario. Tener presente que las impedancias de cortocircuito es igual al voltaje de cortocircuito: Zcc≈Vcc. Esta condición garantiza el correcto funcionamiento en carga. Que tengan idéntica relación de transformación, tanto en 1Φ como en 3Φ. Esta condición garantiza un buen trabajo en paralelo de transformadores en vacio. Que posean iguales tensiones nominales tanto en el primario como en el secundario. En un 1 Φ y en 3 Φ. Los transformadores deben funcionar a la misma frecuencia de lo diseñado. Los transformadores 3 Φ deben pertenecer al mismo grupo de conexión. Esto al tener el mismo índice horario.

9) Explique la identificación de la polaridad en transformadores, usando numeración en los terminales Esta establecido como estándar que las entradas a la bobina primaria del transformador se utilice las siguientes letras: H1, H2 para el caso de un transformador monofásico. H1, H2, H3 para el caso de un transformador trifásico. Y en las salidas de la bobina secundaria se establece la siguiente nomenclatura: X1, X2 para el caso de un transformador monofásico. X1, X2, X3 para el caso de un transformador trifásico PRUEBA DE POLARIDAD Estos los transformadores monofásicos, además de identificar una terminal de alta tensión con una de baja tensión que tengan misma polaridad, la posición relativa de estas terminales en el arreglo global se identifica con la siguiente nomenclatura. REGLA DE APLICACION Cuando el observador se para frente a los dos terminales de una tensión si H1 queda a su izquierda y X1 a su derecha se dice que el transformador tiene polaridad aditiva y si H1 y X1 queda a su izquierda se dice que tiene polaridad substractiva (H1 y X1 son terminales de misma polaridad).

10) ¿Qué es una conexión para polaridad aditiva? Explique

La polaridad positiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario está arrollado en el mismo sentido que el bobinado primario. Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en el mismo sentido y se sumen.

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PRACTICA N°03: POLARIDAD DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS Los terminales “H1” y “X1” están cruzados.

11) ¿Qué es una conexión para polaridad sustractiva? Explique

La polaridad sustractiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario esta arrollado en sentido opuesto al bobinado primario. Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en sentidos opuestos y se resten. Los terminales “H1” y “X1” están en línea. Existen pocos transformadores con este tipo de polaridad. Los transformadores mayores de 200 KVa son de polaridad sustractiva.

12) ¿Qué efectos se producen de las distintas relaciones de transformaciones en la operación en paralelo? Si la relación de transmisión “a” de los transformadores puestas en paralelo son diferentes, aparecerá de inmediato una corriente parasita circulatoria debido al desnivel de voltaje en el secundario que genera dicha diferencia. A medida que crece la diferencia entre las relaciones de transmisión, crecerá peligrosamente la corriente ondulatoria

En la figura se presentan los transformadores I y II, a los que se aplica la misma tensión primaria V1. Si las relaciones de transmisión a1=V1/V2I y a2=V1/V2II discrepan, resultando por ejemplo V2Ivacio≠V2IIvacio , se originaría una corriente de circulación en los secundarios(a pesar del régimen de vacio) que motivaría otra en los primarios .Esto supondría perdidas, evitables solo si se logra a1=a2.

13) ¿Cómo se determinan los terminales correspondientes entre dos transformadores monofásicos? Para determinar la polaridad del transformador, se coloca un puente entre los terminales del lado izquierdo del transformador y se coloca un voltímetro entre los terminales del lado derecho del mismo, luego se alimenta del bobinado primario con un valor de voltaje (Vx). Ver el diagrama.

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Si la lectura del voltímetro es mayor que Vx el transformador es aditivo o si es menor el transformador es sustractivo.

14) ¿Cuáles son los parámetros de potencia y tensión para construir transformadores con polaridad aditiva? ¿Y con polaridad sustractiva? De polaridad sustractiva: Existen pocos transformadores con este tipo de polaridad. Los transformadores mayores de 200 KVA son de polaridad sustractiva De polaridad aditiva: La mayoría de transformadores disponen de polaridad aditiva. Los transformadores menores de 200KVA, con voltajes nominales menores de 9KV deberán tener polaridad aditiva.

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DESPUES DE LA PRACTICA DE LABORATORIO REALICE LAS: 

OBSERVACIONES

Hemos observado que no todos los transformadores monofásicos tiene la misma polaridad antes de conectarlos se debe se verificar esta polaridad. Tener cuidado con las polaridades invertidas. Al momento de identificar los polos del transformador, poner señales que identifiquen de manera más fácil y rápida para luego hacer un uso de las correctas conexiones y así problemas, como el sobrecalentamiento del transformador 

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Hay que tener cuidado antes de suministrar tensión a los transformadores, teniendo en cuenta una buena conexión de todo el circuito. Tratar que los instrumentos a utilizar estén en óptimo estado, para una buena medición de la tensión, corriente y potencia. Tomar bastante cuidado con las mediciones que son los datos con los que se va a trabajar y comparar con lo teórico 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



BIBLIOGRAFIA 

https://es.wikipedia.org/wiki/Inductancia



https://www.google.com.pe/search?q=polaridad+aditiva&oq=polaridad+aditiva&aqs=chrome. .69i57j0l5.12873j1j7&sourceid=chrome&ie=UTF-8



http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/fem/transformador/transformador.html



http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_trafo_mono/ke_trafo_mono_2.htm



https://unicrom.com/polaridad-de-un-transformador-electrico/

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