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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Laboratorio Maquinas eléctricas II PRÁCTICA #1 TRANSFORMADOR ELEMENTAL

Nombre del alumno: Jose Martin Villegas Gamez Matricula: 1642676 Hora: sábado M6 Brigada: 603 Catedrático: M.C. Juan Rafael Cervantes Vega

San Nicolás de los Garza, 25 de mayo de 2018

PRÁCTICA #1 TRANSFORMADOR ELEMENTAL OBEJTIVO Conocer las partes, características de lo que consta al transformador, asi como la placa de datos que vienen en ellos. MARCO TEORICO El transformador eléctrico es una máquina electromagnética que se usa para aumentar o disminuir una fuerza electromotriz (Potencial, tensión eléctrica o voltaje); también se puede usar para aislar eléctricamente un circuito. Está compuesto de dos embobinados independientes (devanados) en un núcleo de aire o material electromagnético. Su principio de funcionamiento es la inducción electromagnética y sólo funciona con C. A. o corriente directa pulsante. A continuación, se muestran algunos símbolos:

Devanado Primario: Se llama devanado primario al embobinado que recibe la fem de corriente alterna que se quiere aumentar o disminuir. Devanado Secundario: Recibe este nombre la bobina que proporciona el potencial transformado a una carga. INVESTIGACIÓN ¿Qué es un transformador? El transformador eléctrico es una máquina electromagnética que se usa para aumentar o disminuir una fuerza electromotriz (Potencial, tensión eléctrica o voltaje); también se puede usar para aislar eléctricamente un circuito. Está compuesto de dos embobinados independientes (devanados) en un núcleo de aire o material electromagnético. Su principio de funcionamiento es la inducción electromagnética y sólo funciona con C. A. o corriente directa pulsante. Representar esquemáticamente el circuito electromagnético de un transformador monofásico, e indicar y definir sus partes

Un transformador ideal monofásico se acostumbra a representar esquemáticamente como un circuito acoplado Los puntos colocados en un extremo de cada arrollamiento indican los denominados “bornes homólogos”, que se emplean en el estudio de los circuitos acoplados y su significado se explicará un poco más adelante, en el párrafo 4.2. Como es habitual, a las magnitudes y parámetros del primario, lado por donde entra la energía, se las designan con el subíndice 1, y a las del secundario, lado por donde sale la energía, con el subíndice 2. En el esquema de la figura 1, N1 y N2 son los números de espiras del primario y del secundario respectivamente. Deducir matemáticamente como se llega a la ecuación general del transformador La ecuación se puede deducir de la siguiente manera: Si ∅ = ∅𝑚 𝑠𝑒𝑛(𝑤𝑡)

De acuerdo con la ecuación de Faraday: 𝐸=𝑁

𝑑∅ (10−8 ) = 𝑁∅𝑚 𝑤𝑐𝑜𝑠(𝑤𝑡)(10−8 )𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠; 𝑑𝑡

Su valor máximo es: 𝐸𝑚 = 𝑁∅𝑚 𝑤(10−8 ) = 2𝜋𝑓𝑁∅𝑚 (10−8 )𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠

Y el valor eficaz queda como: 𝐸𝑟𝑚𝑠 =

2𝜋 √2

𝑓𝑁∅𝑚 (10−8 ) = 4.44𝑓𝑁∅𝑚 (10−8 )𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠

Y nos queda nuestra siguiente ecuación: 𝒆𝒊𝒏𝒅 = 𝟒. . 𝟒𝟒𝑵𝒇∅𝒎𝒂𝒙

¿Cuáles son los datos principales que debe contener la placa de datos del transformador? Fabricante        

Tipo Aumento de Temperatura Tensión primaria Tensión secundaria Derivaciones Primario Líquido Aislante Peso Total Potencia

¿Cuáles son dos de las características que distinguen a un transformador practico a un transformador ideal?

Un transformador ideal es un artefacto sin pérdidas, con una bobina de entrada y una bobina de salida. Las relaciones entre los voltajes de entrada y de salida, y entre la corriente de entrada y de salida, se establece mediante dos ecuaciones sencillas. En un transformador real no se cumple lo visto en el transformador ideal ya que los materiales de los que se dispone en la naturaleza no pueden efectuar la conversión y transmisión perfecta de energía y aparecen algunas pérdidas que no se pueden evitar, aunque si es posible reducirlas a un valor mínimo. CONCLUSION En esta prcatica se ve de una manera clara y sencilla lo que compone un transformador.

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Laboratorio Maquinas eléctricas II PRÁCTICA #2 ANÁLISIS DE LA CORRIENTE DE EXCITACIÓN DE UN TRANSFORMADOR

Nombre del alumno: Jose Martin Villegas Gamez Matricula: 1642676 Hora: sábado M6 Brigada: 603 Catedrático: M.C. Juan Rafael Cervantes Vega

San Nicolás de los Garza, 25 de mayo de 2018

PRÁCTICA #2 ANÁLISIS DE LA CORRIENTE DE EXCITACIÓN DE UN TRANSFORMADOR OBJETIVO Analizar la corriente de excitación en un osciloscopio de un espectro, así como también saber para que se usa la FFT. MARCO TEÓRICO CORRIENTE DE EXCITACIÓN

Es la corriente que fluye en el devanado usado para excitar el transformador cuando todos los otros devanados están en circuito abierto se expresa usualmente en porcentaje del rango de corriente del devanado en el cual se efectúa la medición. Valor eficaz de la corriente que circula por un devanado del transformador al aplicar entre sus terminales una tensión senoidal a frecuencia nominal, estando en circuito abierto todos los demás devanados. Prueba de Corriente de Excitación La prueba de Corriente de Excitación, en los transformadores de potencia, permite detectar daños o cambios en la geometría de núcleo y devanados; así como espiras en cortocircuito y juntas o terminales con mala calidad desde su construcción INVESTIGACIÓN ¿QUÉ ES LA FFT Y PARA QUE SE USA? La Transformada Rápida de Fourier (Fast Fourier Transform) es una herramienta fundamental en el procesado digital de señales. Su origen es relativamente reciente puesto que fueron J.W.Cooley y J.W Tukey, quienes hacia 1965 abordaron por primera vez el problema de la programación de un algoritmo para el cálculo de series complejas. El análisis de Fourier de una función periódica se refiere a la extracción de series de senos y cosenos que cuando se superponen, reproducen la función original. Este análisis se puede expresar como series de Fourier. La transformada rápida de Fourier (TRF) es un método matemático para la transformación de una función del tiempo en una función de la frecuencia. A veces se describe como la transformación del dominio del tiempo al dominio de frecuencia. Es muy útil para el análisis de los fenómenos dependientes del tiempo.

DEFINA QUE ES UN SHUNT Y PARA QUE SE USA. Shunt es una resistencia relativamente pequeña, pero de valor constante, que sirve para ampliar los límites de medición de la intensidad de corriente de algunos aparatos de medida. El shunt sirve para ampliar los límites de medición de la intensidad de corriente de algunos aparatos de medida y se conecta en serie al circuito a medir, mientras que en paralelo al shunt se conecta el instrumento de medida. En tal caso la corriente a medir crea una derivación que es registrada por el instrumento de medición.

CONCLUSIÓN En esta práctica se realizó el análisis de una señal de la corriente de excitación en un oscilador, también se nos dio la tarea de investigar que es la FFT y para que nos sirve, asi como también que es el shunt y para que se usa en las medicione

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Laboratorio Maquinas eléctricas II PRCATICA #3 CIRCUITO EQUIVALENTE A PARTIR DE LAS PRUEBAS DE VACÍO Y CORTOCIRCUITO

Nombre del alumno: Jose Martin Villegas Gamez Matricula: 1642676 Hora: sábado M6 Brigada: 603 Catedrático: M.C. Juan Rafael Cervantes Vega

San Nicolás de los Garza, 25 de mayo de 2018

PRCATICA #3 CIRCUITO EQUIVALENTE A PARTIR DE LAS PRUEBAS DE VACÍO Y CORTOCIRCUITO OBJETIVO Realizar y calcular los parámetros que se tienen en un circuito equivalente de un transformador con mediciones en prueba de vacío y prueba de cortocircuito. MARCO TEÓRICO CIRCUITOS EQUIVALENTES DE UN TRANSFORMADOR La Figura 1 muestra el circuito equivalente de un transformador de dos arrollamientos en el que sus lados primario y secundario están relacionados mediante la relación de transformación Np/Ns. Este circuito puede servir para representar un transformador monofásico o cualquiera de las fases de un transformador trifásico, tanto en régimen permanente como en procesos transitorios de baja frecuencia. En caso de tener que analizar el comportamiento completo de un transformador trifásico, además de incluir la representación de las tres fases, sería necesario tener en cuenta el tipo de conexión en ambos lados del transformador. En este trabajo sólo se analizan circuitos adecuados para representar un transformador de dos arrollamientos funcionando en régimen permanente y en condiciones de carga simétrica y equilibrada. En tales condiciones, un transformador trifásico se puede representar mediante un circuito equivalente monofásico.

Los parámetros que aparecen en el circuito de la Figura 1 tienen un significado físico muy concreto: Rm y Lm son los parámetros del núcleo del transformador; Rm representa las pérdidas en el núcleo, mientras que Lm representa el flujo de magnetización confinado en el núcleo y común a los dos arrollamientos del transformador. Rp, Lp, Rs y Ls son los parámetros de los arrollamientos; Rp y Rs representan las pérdidas por efecto Joule de los dos arrollamientos del transformador, y L p y Ls representan los flujos de dispersión de cada arrollamiento.

La relación Np/Ns es la relación entre el número de espiras de los lados primario y secundario del transformador, o lo que es igual la relación de transformación entre tensiones y corrientes nominales de ambos lados. La representación de la Figura 1 no es la única utilizada en estudios con transformadores. Es muy corriente el uso de circuitos equivalentes en los que los dos arrollamientos del transformador se representan mediante una sola resistencia y una sola inductancia, ya sea referida al lado primario o al lado secundario. Por otro lado, los parámetros del núcleo, Rm y Lm, también podrían haber sido situados en el lado secundario. En todos los casos se ha supuesto que el parámetro Lm es no lineal. Una representación más rigurosa habría considerado que también es no lineal el parámetro Rm, y habría tenido en cuenta la dependencia de Rm con respecto a la frecuencia. INVESTIGACIÓN La metodología propuesta en la norma IEEE-112, Determinación de parámetros eléctricos de acuerdo con IEEE 112-2004 En la norma IEEE, se menciona el procedimiento para llevar cabo la determinación de los parámetros eléctricos en un motor de inducción, esta metodología se realiza de acuerdo con el siguiente procedimiento: Prueba para determinar la resistencia del estator La medición de la resistencia del estator (Rs) se puede obtener alimentando con una fuente de corriente directa los devanados del estator. Experimentalmente se puede realizar de dos formas principalmente: 1. La resistencia efectiva por fase del estator a corriente directa, se pudiera medir aplicando una alimentación a los devanados del estator mediante una fuente regulable de corriente directa y luego aplicar las correcciones del efecto pelicular y la corrección por temperatura (Recomendada por la norma IEEE). 2. La resistencia efectiva por fase del estator a corriente directa, se pudiera medir mediante un puente de RLC, luego se le aplicaría la corrección por temperatura (Método experimental). A la resistencia obtenida se le aplicará una corrección por temperatura. La corrección por temperatura permite obtener la resistencia a la temperatura de trabajo. La prueba para determinar la resistencia del estator se realiza a corriente continua, pues de esta forma no hay tensión inducida en el circuito del rotor y no hay flujo de corriente resultante en él. Además, la reactancia del motor es cero a corriente directa. Por lo tanto, lo único que va a limitar el flujo del corriente en el motor es la resistencia en el estator.

Anexo

CONCLUSIÓN En esta práctica se determinar los parámetros de un circuito equivalente de un transformador, con mediciones hechas en prueba de vacío y prueba de cortocircuito.

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Laboratorio Maquinas eléctricas II PRCATICA #4 PRUEBA DE CARGA DEL TRANSFORMADOR 1Ø

Nombre del alumno: Jose Martin Villegas Gamez Matricula: 1642676 Hora: sábado M6 Brigada: 603 Catedrático: M.C. Juan Rafael Cervantes Vega

San Nicolás de los Garza, 25 de mayo de 2018

PRCATICA #4 PRUEBA DE CARGA DEL TRANSFORMADOR 1Ø OBJETIVO Se tendrá que analizar el transformador monofásico con carga, y realizaran operaciones para obtener la graficas correspondientes. MARCO TEORICO TRANSFORMADOR MONOFASICO Un Transformador Monofásico es un dispositivo eléctrico diseñado para transferir corriente alterna o tensión de un circuito eléctrico a otro. Por inducción electromagnética. Un transformador puede diseñarse para subir o bajar las tensiones. Los transformadores por lo general tienen una larga vida útil si trabajan en condiciones normales. También es un componente electrónico, que transmite energía eléctrica de un circuito a otro sin modificar su frecuencia. Termina su aplicación a través de la inducción electromagnética. Básicamente, se compone de alambre inductivo y un centro de acero cubierto que ayudan a la transferencia de energía eléctrica. Un transformador monofásico tiene dos devanados en los lados opuestos de una lámina de hierro cuadrado o rectangular. El marco de esta lamina es hecha con piezas en forma de L de acero. Que se colocan juntos hasta formar el espesor deseado del núcleo. La razón de utilizar las láminas, en lugar de un núcleo sólido, es reducir al mínimo el flujo magnético que fluye a través del núcleo. Si las dos bobinas tienen el mismo número de vueltas, la tensión de salida será idéntica a la tensión de entrada. Esto se conoce como un transformador de aislamiento. Su única función es aislar el circuito secundario de la fuente de tensión del circuito primario. Por supuesto, todos los transformadores (excepto un autotransformador) aíslan la secundaria de la primaria. Pero los que tienen diferente número de vueltas en el primario y el secundario también cambian la tensión, de primaria a secundaria. Más vueltas en el lado primario significa una tensión más baja en el secundario. En proporción a la relación de vueltas. Menos vueltas en el lado primario significa una tensión más alta en el lado secundario.

CALCULOS Vx 110 109 108.6 108.1 110.9 110.1 109.5 108.2 106.9 105.8 104.8 104.5 103.5 102.7 100.3 100.1 99 98 96.6

Ix 0.88 2 3.5 5.1 6.8 8.4 9.8 11.3 12.7 14.4 15.9 17.3 18.9 19.8 21.5 22.5 23.7 25.2 26.1

Px 16 .2 .39 .56 .74 .91 1.08 1.24 1.38 1.52 1.65 1.92 1.95 2.08 2.16 2.29 2.40 2.44 2.53

Vh 220 219 216 214.1 219.2 217.5 215.4 212.1 209.2 206.5 204.1 203 200.7 198.1 195.1 192.5 189.7 187.2 183.5

Ih 0 0.8 1.7 2.5 3.3 4.2 5. 5.8 6.7 7.5 8.3 9.1 10 10.8 11.5 12.2 13 13.5 14.2

Ph 0 0.17 .36 .53 .72 .91 1.07 1.22 1.4 1.54 1.72 1.86 2.01 2.14 2.24 2.34 2.46 2.5 2.6

% reg N/A 50.22831 49.72222 49.50957 49.40693 49.37931 49.16435 48.98633 48.90057 48.76513 48.65262 48.52217 48.43049 48.1575 48.59047 48 47.81234 47.64957 47.35695

Eficiencia FOCOS N/A Vació 85 1 92.30769231 2 94.64285714 3 97.2972973 4 100 5 99.07407407 6 98.38709677 7 98.57142857 8 98.7012987 9 95.93023256 10 96.875 11 97.01492537 12 97.19626168 13 96.42857143 14 97.86324786 15 97.56097561 16 97.6 17 97.30769231 18

INVESTIGACIÓN Comprobar si el transformador alcanza su máxima eficacia cuando está a plena carga. Le falto muy poco para que llegara a la carga plena ¿Qué pasaría si el transformador alimenta cargas NO lineales? El aplicar cargas ricas armónicamente a los transformadores puede duplicar o triplicar sus pérdidas totales.

GRÁFICAS

Conclusión En esta práctica se realizaron mediciones de unos focos en donde se media el voltaje, corriente y potencia, y con estos datos se calculó la eficiencia y el % de regulación.

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Laboratorio Maquinas eléctricas II PRCATICA #5 CONEXIONES TRIFASICAS DE UN TRANSFORMADOR

Nombre del alumno: Jose Martin Villegas Gamez Matricula: 1642676 Hora: sábado M6 Brigada: 603 Catedrático: M.C. Juan Rafael Cervantes Vega

San Nicolás de los Garza, 25 de mayo de 2018

PRCATICA #5 CONEXIONES TRIFASICAS DE UN TRANSFORMADOR OBJETIVO Se realizarán diferentes conexiones de los motores, para poder elegir cual conexión es la recomendable para un dicho trabajo. MARCO TEORICO

Conexión delta abierta Esta conexión es parecida a la delta-delta, pero con un transformador faltante. Uniendo el final H2 con el principio de H1 del transformador adyacente, conectando la alimentación del cable B. Luego se conectan los terminales de alimentación en los terminales restantes (A y C). Esta conexión se puede utilizar en caso de emergencia. Utilizando solo dos transformadores cuando uno resulta averiado. Se puede utilizar para alimentar cargas monofásicas y trifásicas. La capacidad de un banco delta abierta es sólo el 57,7% de un banco delta-delta de las mismas unidades de tamaño. Para un sistema de dos transformadores en delta abierta es de 86.6% de la suma de la capacidad de los dos transformadores.

Conexión en estrella (Υ) Las conexiones estrella y triangulo son utilizadas para tener un mejor rendimiento de un motor ya que con estos el motor podrá aumentar su velocidad, esto nos ayuda en la industria moderna ya que se necesita muchas veces superar la producción tanto por la demanda de algún producto, como por las necesidades de la empresa. Así que nuestra carrera será la encargada de estar instalando motores y cosas por el estilo, entrando más al tema las conexiones se hacen directamente en los bornes del motor. En una conexión estrella las bobinas estarán conectadas de tal manera

que cada una se comportara como si fueran monofásicas y así producen un voltaje simple.

Resultados de medición Primario

Secundario

VL1-L2= 228 V

VL1-L2= 130.5 V

VL1-N= 131.5 V

VL2-L3= 131.4 V

VL2-N= 131.5 V

VL3-L1= 130.8 V

IL1= 0.58 A

IL1= 0.365 A

IL2= 0.667 A

IL2= 0.373 A

IN= 0.93 A

IL3= 0.365 A

INVESTIGACIÓN Se dice que un circuito trifásico es asimétrico o desequilibrado, cuando las f.e.m.s. de los generadores de alimentación no son perfectas o cuando los receptores no constituyen una carga balanceada. Se trate de una u otra causa, resulta que las tensiones e intensidades dejan de ser equilibradas. Esta situación se da, con frecuencia, en los sistemas de transporte y distribución de energía eléctrica cuando se producen “cortocircuitos o fallas”. La idea del método consiste en suponer que todo circuito trifásico asimétrico puede ser expresado por medio de la suma o composición de tres sistemas simétricos, los que a su vez son fácilmente solubles. Zigzag Es una configuración que se usa cuando un arrollado (primario o secundario) tiene cada columna dividida en dos sub-arrollados. Una mitad de cada arrollado en cada columna está conectada en serie, no al arrollado siguiente en la misma columna, sino en la columna adyacente.

El transformador de tipo Scott-T se utiliza para derivar una tensión bifásica desde una fuente trifásica. La ventaja principal es obtener una carga equilibrada en el lado trifásico con una carga bifásica equilibrada. Inicialmente utilizado solamente para alimentar motores de inducción, actualmente encuentra aplicación también en hornos industriales o instalaciones de calefacción, mientras que una aplicación más reciente se refiere a las subestaciones para tracción. La conexión Scott está constituida por dos transformadores monofásicos especiales (llamados “Main” y “Teaser”) conectados el uno con el otro: de esta forma, si se alimenta el sistema con una alimentación trifásica (con 120º de desfase) se obtiene una salida bifásica (con 90º de desfase). Anexo

CONCLUSIÓN En la práctica se realizaron conexiones delta abierta y estrella abierta, y se realizó una pequeña investigación sobre otras conexiones no tan comunes.