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• Alexis Muñoz

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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán C-4

Ingeniería Mecánica Eléctrica

Laboratorio de Transformadores y Motores de Inducción Grupo: 2601 - E

Profesor: Ing. Cruz Castillo Elpidio

Alumno: Muñoz Cruz Javier Alexis

Practica No.1 (Resistencia Óhmica y Prueba de Polaridad)

Fecha de Realización: 23 de Febrero de 2018

Fecha de Entrega: 23 de Marzo de 2018

Semestre: 2018 - II

Objetivo  

Determinar la resistencia óhmica de los devanados del banco de transformadores monofásicos. Conocer la polaridad del transformador.

Introducción Transformador Ideal. Es un dispositivo que se encarga de “transformar” el voltaje de corriente alterna (VAC) que le llega a su entrada, en otro voltaje también en corriente alterna de diferente amplitud, que entrega a su salida. Se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras (vueltas) de alambre conductor. Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y 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.

Un transformador eléctrico puede ser “elevador o reductor” dependiendo del número de espiras de cada bobinado. Si se supone que el transformador eléctrico es ideal. (la potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él, se desprecian las perdidas por calor y otras), los transformadores ideales pueden ser monofásicos, trifásicos, multicircuito o especiales, pero todos tienen en común las siguientes propiedades: a) b) c) d)

𝑟=0 𝑃𝐹𝑒 = 0 𝜇𝐹𝑒 = 0 𝐶=0

Arrollamientos sin resistencia. Núcleo sin pérdidas Permeabilidad relativa del núcleo Capacidades parasitas nulas

Transformador real. Las diferencias entre el transformador ideal y el transformador real están basadas en los componentes que integran el transformador real y las pérdidas por calentamiento el cual será dado por el paso de la electricidad ya que esta produce un calor, este calor se considera una pérdida de potencia o de rendimiento del transformador real. Los trasformadores reales tienen pérdidas en las bobinas (primaria y secundaria), ya que estas presentan una resistencia, algo que no se tenía en consideración con el transformador ideal. Asimismo, los núcleos de las bobinas no son infinitamente permeables, el flujo generado en la bobina primaria no es completamente capturado por la bobina secundaria en el caso práctico de un transformador real, por tanto, debemos tener en cuenta el flujo de dispersión. Los núcleos tienen corrientes parásitas y pérdidas por histéresis, que son las que aumentan el calor o temperatura del transformador real.

Clasificación de los Transformadores. Los transformadores se pueden clasificar de diferentes formas:  Tipo de construcción: De columnas con bobinas cilíndricas. De columnas con bobinas rectangulares. Acorazados / No Acorazados 

Función que realizan: Transformadores elevadores. Transformadores reductores. Transformadores de distribución (5-500kVA) ó potencia (>500kVA). Transformadores monofásicos ó trifásicos.



Por el servicio a que se destinan: Transformadores de subestación. Transformadores de generador.



Tipo de enfriamiento Húmedos Secos



Condición de servicio Uso Interior Uso Exterior

El rendimiento de un transformador, como el de cualquier otra máquina, viene dado por la relación entre las potencias útil y absorbida. Es función de la relación entre la intensidad a una determinada carga y la intensidad a plena carga. En otro artículo desarrollamos este concepto.

Polaridad La polaridad indica los polos positivos o negativos de los terminales del transformador en un determinado instante, para un transformador monofásico, estos se marcan con H1, H2 en el primario y X1, X2, X3 en el secundario. Si es trifásico se marca H1, H2, H3 en el primario y X1, X2, X3, X0 en el secundario, siendo X0 el neutro.

Existen dos tipos de polaridades que puede tener el transformador: polaridad aditiva y sustractiva. En la aditiva H1 y X1 marcan de forma diagonal entre primario y secundario. En la sustractiva H1 y X1 se marcan de forma adyacente.

Para poder determinar la polaridad de los transformadores se conecta una fuente en el primario. Luego un cable puente entre los terminales adyacentes de primario y secundario. Mientras que en los terminales adyacentes restantes se conecta un voltímetro. Se considera polaridad aditiva si el voltaje registrado es mayor que la fuente, y sustractivo si es menor.

La importancia de marcar la polaridad, es para poder conectar los transformadores en paralelo (esto evita cortocircuitos por flujo contrarios de corriente) o para poder utilizarlos adecuadamente como autotransformadores.

Material y Equipo      

Banco de transformadores monofásicos. Cables banana banana. Puente de Wheatstone. 2 multímetros digitales. Multímetro analógico. Fuente de alimentación.

Desarrollo MEDICIÓN DE RESISTENCIA ÓHMICA, MÉTODO DE PUENTE DE WHEATSTONE. 1. Identifique las partes constructivas del transformador, (núcleo, bobina, herrajes, placa de datos, etc.) tanto en el transformador monofásico como en el trifásico de 5 KVA. 2. Uso del puente de Wheatstone. Conecte la resistencia que va a medir en las terminales del puente marcadas como Rx. Escoja la escala adecuada en la perilla selectora del multiplicador, según la siguiente tabla.

Revise que las demás perillas selectoras se encuentren formando el número 1999 de mayor a menor valor. Presione el Botón BA y después el botón GA sin soltar BA y observe el movimiento de la aguja del galvanómetro. Si la aguja se mueve hacia la

dirección marcada con el símbolo + quiere decir que la resistencia que se quiere medir es más grande que lo que marcan las perillas selectoras, aumente entonces los valores de las perillas comenzado por la de más valor, hasta que el galvanómetro que de en la posición cero. En caso contrario que la aguja se mueva hacia el símbolo de – quiere decir que el valor de las perillas excede el de la resistencia, por lo que se disminuirá el valor de las perillas hasta que el galvanómetro marque cero. El valor de la resistencia será entonces la multiplicación del valor de las perillas selectoras por el valor de la perilla multiplicadora. 3. Coloque unos cables banana-banana lo suficientemente largos para conectar las terminales del puente deWheatstone (terminales Rx) con las terminales X1 - X2 del transformador bajo prueba T1. 4. Mida el valor resistivo de la bobina. Anote sus resultados en la tabla 1. Tome dos veces más el valor óhmico,obtenga el valor promedio. 5. Desconecte los cables de las terminales X1y X2. 6. Conecte ahora los cables banana-banana con las terminales H1 y H2 del transformador bajo prueba. 7. Verifique que el TAP del transformador bajo prueba se encuentre en el número 1. Si no es así gire la perillaselectora hasta llegar al TAP necesario. 8. Repita el punto 5. 9. Con cuidado de no tocar otras partes del transformador, para cada posición de TAP repita el punto 5. 10. Desconecte los cables banana-banana de las terminales del transformador.

11. Repita el procedimiento del punto 4 al 10 para los transformadores T1y T2. Los resultados que obtenga anótelos en la tabla 2 y tabla 3 para cada transformador respectivo.

MEDICIÓN DE RESISTENCIA ÓHMICA CON EL MÉTODO DE CAÍDA DE TENSIÓN. 12. Verifique que el TAP del transformador 1 se encuentre en la posición 3. 13. Conecte el circuito como lo muestra la figura 1.

14. Calcule la corriente nominal del transformador para el lado de baja tensión, como para el lado de alta tensión. Revise la placa de datos del transformador si es necesario.

15. La corriente que circulará por los devanados no deberá superar el 15% de la corriente nominal del devanando bajo prueba. Se sugiere que sea de 1 Ampere. 16. Revise que la perilla de la fuente de alimentación esté en cero volts; es decir en la posición extrema antihoraria. 17. Energice la fuente de alimentación y ajústela muy lentamente hasta que se observe 1 Ampere en el amperímetro. 18. Anote el voltaje al cual se llegó y la corriente con todos los decimales que muestran los instrumentos.

19. Reduzca a cero el voltaje de la fuente y apáguela. 20. Alambre el circuito de la figura 1 pero ahora usando el devanado de alta tensión. 21. Realice el mismo procedimiento de los puntos 15 al 20, ahora para el lado de alta tensión. Anote los valores de voltaje y corriente a continuación:

22. Repita el mismo procedimiento desde el punto 15 al 22 para los otros 2 transformadores. Verifique que también estén en el TAP 3 y anote a continuación sus resultados: Transformador 2:

23. Calcule por ley de Ohm la resistencia de los devanados. Llene la tabla 4.

PRUEBA DE POLARIDAD POR EL MÉTODO DE IMPULSO INDUCTIVO DE C-D. 24. Revise que el transformador bajo prueba se encuentre en el TAP 3. 25. Arme el circuito como el de la figura 2. Use en este circuito el vóltmetro analógico (escala de 2.5 Vc-d) y el multímetro digital en la función de amperímetro de C-D (escala de 10 A c-d).

26. Revise que la perilla de la fuente de voltaje se encuentre en cero volts, es decir, en la posición extrema antihoraria. 27. Energice la fuente de alimentación y ajuste el voltaje hasta que el amperímetro marque 1 Ampere. Mientras esto sucede observe el sentido de la flexión de la aguja del vóltmetro analógico. ¿Hacía que lado se mueve? R: Regreso hacia la izquierda ya que esta volvió a 0 28. Tal cual como conectó los cables del vóltmetro analógico páselos al lado de baja tensión del transformador. 29. Mirando la aguja del vóltmetro desenergice la fuente de alimentación y revise hacia qué dirección se movió la aguja (derecha o izquierda). Anótelo: Se movió hacia la Izquierda 30. Si la aguja se flexiona en el mismo sentido para las dos mediciones hechas entonces quiere decir que el transformador tiene polaridad aditiva. Si la aguja se flexiona en sentidos contrarios para los dos casos quiere decir que el transformador tiene polaridad sustractiva. 31. Regrese la perilla de voltaje de la fuente de alimentación a cero volts. 32. Realice los puntos desde el 30 al 31 para los dos transformadores restantes. Llene la tabla 5.

Ponga en la posición OFF el voltmetro analógico. PRUEBA DE POLARIDAD POR EL MÉTODO DE CORRIENTE ALTERNA. Si V2 > V1 Polaridad aditiva Si V2 < V1 Polaridad sustractiva 33. Revise que el transformador bajo prueba se encuentre en el TAP 3. 34. Arme el circuito como el de la figura 3, que se muestra a continuación. Note cómo un cable une la terminal designada como X1con la terminal designada como H1. 35. Coloque la perilla de la fuente de alimentación en el sentido anti-horario para tener 0 volts. 36. Energice la fuente de alimentación y ajuste el vóltmetro (V1) hasta obtener 100 V a-c. 37. Tome las mediciones de los dos voltímetros y anótelas con todos los decimales: V1 = 100.2 V V2 = 71.6 V

38. Reduzca a cero el voltaje de alimentación y desenergice la fuente de alimentación. 39. ¿De acuerdo con los valores vistos en los voltímetros, el transformador tiene polaridad aditiva o sustractiva? R: Sustractiva 40. Realice los mismos pasos desde el punto 33 al 38 para los otros dos transformadores. Llene la tabla 6.

Cuestionario 1. Explique el principio de funcionamiento del transformador ideal. El principio de funcionamiento del transformador, se puede explicar por medio del llamado transformador ideal monofásico, es decir, una máquina que se alimenta por medio de una corriente alterna monofásica. La construcción del transformador, sustancialmente se puede decir que un transformador está constituido por un núcleo de material magnético que forma un circuito magnético cerrado, y sobre de cuyas columnas se localizan dos devanados, uno denominado “primario” que recibe la energía y el otro el secundario, que se cierra sobre un circuito de utilización al cual entrega la energía. Los dos devanados se encuentran eléctricamente asilado entre sí. El voltaje en un generador eléctrico se induce, ya sea cuando una bobina se mueve a través de un campo magnético o bien cuando el campo producido en los polos en movimiento cortan una bobina estacionaria. En ambos casos, el flujo total es sustancialmente contante, pero hay un cambio en la cantidad de flujo que eslabona a la bobina. Este mismo principio es válido para el transformador, solo que en este caso las bobinas y el circuito magnético son estacionarios (no tienen movimiento), en tanto que el flujo magnético cambio continuamente. El cambio en el flujo se puede obtener aplicando una corriente alterna en la bobina. La corriente, a través de la bobina, varía en magnitud con el tiempo, y por lo tanto, el flujo producido por esta corriente, varia también en magnitud con el tiempo. 2. Mencione el funcionamiento y clasificación de las partes activas del transformador de potencia.  Núcleo  Devanados  Aislamiento  Conexión  Cuba  Conservador de aceite  Accesorios boquillas cambiador de tomas radiadores moto ventiladores termómetros, indicadores de nivel, relé Buchholz, válvula de alivio de presión, relé de presión súbita, respiradores de aire, etc.

3. Mencione el funcionamiento y clasificación de las partes auxiliares de un transformador de potencia. transformador de corriente de boquilla descargadores de sobretensión painel de mando, control y protecciones sensores y sistema de monitoreo 4. Indique por lo menos tres formas de clasificar al transformador de potencia Transformador de potencia HVAC hasta 765kV Transformador de potencia HVDC hasta 600kV Reactores de derivación hasta 765kV 5. ¿Por qué es importante medir la resistencia óhmica de los devanados del transformador? Esta prueba en lo practico sirve para identificar la existencia de falsos contactos o puntos de alta resistencia en las soldaduras de los devanados, así como identificar las espiras abiertas o en cortocircuito al interior del transformador. La medición de la resistencia óhmica de los devanados tiene fundamental importancia para tres propósitos: 1. Para el cálculo de las pérdidas I2 R de los devanados; 2. Para el cálculo de la temperatura promedio de los devanados al final de la prueba de elevación de temperatura; 3. Como un antecedente para determinar una posible falla. 6. ¿Qué factores afectan a la medición de la resistencia óhmica? Los factores que afectan son que para utilizar el método del puente de Wheatstone o el puente de Kelvin se deberá trabajar con corrientes menores a 1 ampere ya que de no hacerse eso se tendrá un calentamiento en los devanados y esto ocasionará un error en las mediciones debo a la temperatura del mismo. En cuanto al método de caída de potencial este se utilizará cuando la correine sea mayor a 1 ampere y se tendrá que suministrar una corriente directa por el devanado la cual será menor al 15% de la corriente nominal si no se presentara calentamiento y por lo consiguiente errores de medición, el vóltmetro se deberá conectar lo mas cerca posible al devanado eso para evitar una caída de potencial en los conductores. 7. ¿De los métodos utilizados, ¿cuál es más exacto y por qué? El puente de Wheatstone ya que el puente consiste en tres resistencias conocidas y una resistencia desconocida, conectadas entre sí en forma de diamante. Al cual se le aplica una corriente a través de dos puntos opuestos del diamante y se conecta un galvanómetro a los otros dos puntos. Cuando todas las resistencias se nivelan, las corrientes que fluyen por los dos brazos del circuito se igualan, lo que elimina el flujo de corriente por el galvanómetro, el puente puede ajustarse a cualquier valor de la resistencia desconocida, que se calcula a partir los valores de las otras resistencias.

9. ¿Por qué es importante llevar a cabo la prueba de polaridad en los transformadores? Porque la prueba de polaridad de los transformadores indica el sentido relativo instantáneo del flujo de corriente en los terminales de alta tensión con respecto a la dirección del flujo de corriente en los terminales de baja tensión. 10. ¿Se lleva el mismo procedimiento para monofásicos y trifásicos, por qué? Si, ya que la polaridad de los transformadores indicara el sentido relativo del flujo de corriente en las terminales de alta tensión con respecto a la dirección del flujo de corriente en las terminales de baja tensión. En los transformadores monofásicos, el terminal de baja tensión X1 está situado a la derecha, visto el transformador desde el lado de baja tensión, si el transformador es de polaridad aditiva (X1 queda diagonalmente opuesto a H1) a la izquierda, si el transformador es de polaridad sustractiva (H1 y X1 son adyacentes). En los transformadores trifásicos, el terminal X1, queda a la izquierda, visto el transformador desde el lado de baja tensión. Los terminales X1 y X3 están situados para que los tres terminales queden en orden numérico, de izquierda a derecha. El terminal X0, si existe, está situado a la izquierda del terminal X1. 11. ¿Qué métodos existen?  Método de la descarga continua  Método diferencial de corriente alterna  Método de transformador patrón 12. ¿Por qué se da la deflexión de la aguja del multímetro analógico al desenergizar el devanado primario en la prueba de impulso inductivo? Porque gracias a esta deflexión podemos conocer la polaridad del transformador ya que dependiendo de hacia donde vaya la aguja podemor conocer si el transformador es sustractivo o aditivo 13. ¿Por qué el voltaje en V2 puede ser mayor o menor que V1, en la prueba de corriente alterna? Porque existe una relación en la cual el transformador puede ser un reductor o un multiplicador de voltaje, esto depende de la relación de vueltas que presente el embobinado del mismo. De igual manera gracias a que el voltaje sea mayor o menor se puede conocer la polaridad del transformador. 14. ¿Explique de qué otras maneras podemos determinar la polaridad de un transformador de potencia? Mediante pruebas de; polaridad, resistencia ohmíca, resistencia de aislamiento relación de transformación, secuencia de fases y desplazamiento angular.

Conclusiones El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido

por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente.

Como ya hemos dicho los transformadores pueden ser muy útiles a la hora de manejar tensiones elevadas. Por eso la principal cosa positiva que nos aportan es que pueden cambiar la tensión para conseguir la que a nosotros nos interese para trabajar.

Bibliografías  Staff, E.E. “Circuitos Magneticos Y Transformadores”. Editorial Reverté. Argentina. 1980.  Fitzgerald, A. E., Kimgsley, Ch. y Umans, S. “Maquinas Electricas”. Editorial McGraw-Hill. México. 1992.  Kosow, I.L. “Maquinas Electricas Y Transformadores”. Editorial Reverté. Barcelona. 1980.  https://maquinaselectricasblog.wordpress.com/clasificacion-de-lostransformadores/