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DAVID VILLOTA

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Práctica 1: Transformador monofásico. Ensayo de Vacío.

Objetivos En primer lugar describiré brevemente los objetivos de esta primera práctica: -

Conocer las normas de seguridad. Recordar el manejo de la instrumentación requerida Conocer las características de un transformador monofásico. Estudio y análisis de la diferencia entre un transformador real e ideal en vacío.

Instrumentación -

Polímetro. En este caso utilizaremos el polímetro para medir los voltajes del primario y secundario. También lo utilizaremos para medir la resistencia que este presenta en ambos circuitos. Para los dos casos utilizaremos la salida voltimétrica.

-

Vatímetro. Lo utilizaremos para medir el factor de potencia así como la potencia y la intensidad. Lo colocaremos en a la salida de la fuente, la salida amperimétrica en serie, y la voltimétrica en paralelo.

-

Transformador monofásico. De él conocemos los voltajes nominales para el primario y secundario, los cuales son 230 V y 115V .Corrientes nominales AT 1,37 A, BT 2,47 A.

Realización de la práctica

La práctica se divide en dos partes, la primera de ella se basa principalmente en la obtención de la relación de transformación en el vacío (m, α) El cálculo de cada una de ellas se obtiene fácilmente mediante la siguientes operaciones: =

=

Para ello montaremos el circuito requerido el cual consta únicamente de una fuente de voltaje alterna y el transformador. Para medir el voltaje en los circuitos primarios y secundarios utilizaremos dos vatímetros.

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Empezaremos a medir con la fuente en el circuito primario a un voltaje de 230 V, de donde obtenemos: = 230,32 V

= 120,25 V

1,915

Ahora desmontaremos el circuito y lo volveremos a montar con la fuente de voltaje en el circuito primario para obtener alfa, en la medidas hemos obtenido = 115,88 V

= 220,98 V

0,524

Se puede observar que m es el inverso de α, es decir: =

1

=

1 = 1,91 0,524

Los valores obtenidos se podrían aproximar a m=2 y α=0,5 para observar que se cumple de una manera más exacta. De aquí podemos decir que existe una relación de proporcionalidad en el transformador independientemente de en qué circuito se conecte la fuente de voltaje.

En la segunda parte de la práctica tenemos que calcular el circuito equivalente para una transformador ideal. Para conocer datos como la intensidad el factor de potencia, conectaremos el vatímetro en el circuito conectado a la red. Nosotros únicamente conectamos el transformador a la red, lo que tenemos que calcular es el circuito equivalente con el que obtendríamos los mismos datos de voltaje e intensidad utilizando un trasformador ideal. Este es nuestro circuito equivalente:

Nosotros hemos empezado midiendo con el circuito primario conectado a la red.

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Tomaremos medida con las tensiones indicadas en el enunciado, 90%, 100%, 110%. En el circuito primario la tensión nominal es 230 V y en secundario 115, multiplicando el voltaje nominal por el factor correspondiente obtendremos los voltajes que tendremos que utilizar. Así medimos: AT 90% (Vn) AT 100% (Vn) AT 110% (Vn) BT 90% (Vn) BT 100% (Vn) BT 110% (Vn)

(V) 206,9 230,1 252,3 103,5 115,3 126,0

(V) 107,53 120 132,9 197,8 220,87 240,7

(A) 0,123 0,198 0,358 0,202 0,312 0,427

(W) 7,1 9,1 11,5 6,6 8,3 10,1

(Ω ) 4,7 4,7 4,7 2,5 2,5 2,5

0,28 0,2 0,13 0,31 0,23 0,16

Con estos datos realizaré los cálculos para el circuito equivalente.

No conocemos la intensidad que discurre por la resistencia pero si la total y su ángulo, por lo que la podemos calcular con una simple descomposición de vectores:

=

∗ cos

= 0,123 ∗ cos 73,74 = 0.034

=

∗ sen

= 0.123 ∗

73,74 = 0.118

También conocemos la potencia consumida, y sabiendo que solo la resistencia consume potencia, podremos calcular su valor: Conocemos que la potencia es: Despejando:

=

=

= ,

.

∗

= 5985,94 Ω

Para calcular la reactancia utilizare la ley de Ohm:

=

=

, .

= 1747,97 Ω

Para hacer los cálculos de todas las medidas hemos utilizado una hoja de cálculo, para ahorrar tiempo. Aquí está la tabla: [V] 206,4 226,1 252,3 103,5 115,3 126

[A] 0,123 0,198 0,358 0,202 0,312 0,487

[W] Ángulo[rad] 7,1 1,29 9,1 1,37 11,5 1,44 6,6 1,26 8,3 1,34 10,1 1,41

0,28 0,2 0,13 0,31 0,23 0,16

0,96 0,98 0,99 0,95 0,97 0,99

[A] 0,03444 0,03960 0,04654 0,06262 0,07176 0,07792

[A] 0,12 0,19 0,35 0,19 0,30 0,48

[Ω] [Ω] 5985,94 1747,97 5802,98 1165,47 5309,40 710,78 1683,13 538,93 1611,81 379,73 1663,50 262,10

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¿Qué relación guardan los parámetros calculados desde uno y otro lado? Pues conociendo que m=2. Podemos esperar que los datos estén relacionados de alguna manera con este factor. Se puede observar que los voltajes e intensidades están relacionados de esta manera. =

206.4 226.2 252.3 = = ≈2 103.5 115.3 126

=

0.123 0.198 0.358 = = ≈2 0.358 0.312 0.487

Se puede observar que las intensidades no están tan bien relacionadas como los voltajes, ya que al ser valores más pequeños, el error cometido aumenta con facilidad. Las impedancias teóricamente deben cumplir lo siguiente: =

·

=

´·

´=

´·

´

→

´=

·

Teniendo todos los datos en la hoja de cálculo no puedo evitar formar un gráfico para observar la variación con el voltaje.

BA JA TENSIÓN 1800,00 1600,00 1400,00 1200,00 1000,00

Azul

Resistencia

Naranja

Reactancia

ALTA TENSIÓN

800,00 600,00 400,00 200,00 0,00

7000,00 6000,00 5000,00 103,5

115,3

4000,00

126

3000,00 2000,00 1000,00 0,00 206,4

226,1

252,3

Como es de esperar, las impedancias varían de manera lineal siguiendo la ley de Ohm =

∗

Se puede observar que en el último cálculo de la resistencia medida en baja tensión, hay un pequeño cambio de tendencia, hasta donde alcanzan mis conocimientos lo más probable es que sea un error en la medida o en el cálculo. Puede ser que los errores cometidos en la medida de las intensidades sean los causantes de este fenómeno. DAVID VILLOTA

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La última parte de la práctica es únicamente medir la resistencia tanto del primero como del secundario, para ello utilizaremos el polímetro seleccionando el Óhmetro. = 4,7 Ω = 2,5 Ω ¿Se pueden relacionar dichas medidas con la relación de transformación? No, están son las resistencias asociadas al transformador y no tienen por qué guardar una relación, se puede observar que la dividirlas tendría que dar un múltiplo de m^2 pero da aproximadamente 2.

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