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PRUEBA EN VACIO DE TRANSFORMADORES I.   

II.

OBJETIVOS Determinar los parámetros del circuito equivalente para la experiencia en vacío de un transformador monofásico. Determinar si el valor de las perdidas en vacío concuerda y están dentro de la tolerancia con los valores calculados y/o garantizados. Verificar que las pérdidas del fierro sean iguales medidas por alta o baja.

FUNDAMENTO TEORICO

Un transformador trabaja en vacío cuando el circuito secundario está abierto. En estas condiciones, el primario es recorrido por una corriente alterna de pequeña intensidad, del orden del 5% de la corriente nominal. Esta corriente tiene dos componentes, una suministra las pérdidas en el hierro y la otra proporciona la f.m.m. necesaria para magnetizar el núcleo.

El transformador en vacío consiste en conectar el primario del transformador a la tensión nominal V1n y el secundario en vacío, es decir, sin carga, I2=0

Figura. Transformador en el vacío. Circuito equivalente. Conectemos un vatímetro al primario. Este no indicará una cierta potencia P que será la potencia de entrada. Como no sale ninguna potencia, es evidente que toda la entrada se perderá. Esta potencia perdida será la suma de las perdidas en el cobre y las perdidas en el hierro.

1. Perdidas en el cobre (Req y Leq) Por lo que respecta al secundario debido a que está en circuito abierto no estará recorrida por ninguna corriente. Esto nos dice que las perdidas serán nulas. En cuanto al primario: puesto que esta recorrido por una corriente pequeña iv las perdidas en él pueden despreciarse. Por tanto podemos afirmar que las pérdidas del cobre son despreciables n el ensayo en circuito abierto. 2. Perdidas en el hierro (Lm y Rp) Son debidas fundamentalmente, según sabemos, a perdidas por histéresis y por corrientes de Foucault, aquellas, para un transformador dado, no dependen más que de la inducción máxima (y por tanto el voltaje aplicado) y de la frecuencia. La variación de las perdidas en el hierro con el voltaje es pequeña, por lo que no incurrimos en gran error si las consideramos constantes para cualquier voltaje. Así pues podemos suponer que las pérdidas del hierro son las mismas para todas las cargas e iguales a la de la prueba de vacío.

Antes de realizar con el laboratorio se debe tomar en cuenta: 



III.

Las pérdidas en vacío fundamentalmente se componen de las perdidas por histéresis que dependen del valor máximo de la inducción, y de las perdidas por corriente Foucault. Cuando realizamos este ensayo consideramos lecturas entre el 80% y el 120% de tu tensión nominal.

EQUIPOS E INSTRUMENTOS

Transformador monofásico

Transformador de medida(corriente)

Voltímetro de hierro móvil

Miliamperímetro 0-600mA

variac

Amperímetro de hierro móvil

Vatímetros

Cable de conexión

IV.

ESQUEMA DE CONECCIONES Y PROCEDIMINETO

 En este laboratorio hicimos 2 ensayos.  Alimentamos al transformador por la bobina de alta tensión.  Alimentamos al transformador por la bobina de baja tensión.

o

 Utilizamos un transformador de corriente para aumentar la intensidad.  Por medio de una fuente regulable aplicar tensión hasta un máximo 120 % de su tensión nominal.  Hacer las conexiones según los esquemas mostrados para los dos ensayos. Circuito cuando la bobina de baja del transformador está en vacío

DATOS ALIMENTADO POR ALTA TENSION:

N°medida 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

V1 255 250 240 230 220 210 200 190 180 140 100 60

I1 0.52 0.49 0.45 0.41 0.37 0.34 0.32 0.3 0.28 0.22 0.17 0.12

W1 78 74 68 64 57 52 48 43 38 24 12 5

o

Circuito cuando la bobina de alta del transformador está en vacío

DATOS ALIMENTADO POR LA BOBINA DE BAJA TENSION:

N°medida 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

V2 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40

I2 4.6 3.7 3 2.5 2.1 1.85 1.6 1.45 1.25 1.1 0.95

W2 70 61 52 44 36 30 24 18.5 14 10 6

V.

CUESTIONARIO

1) GRAFICOS ALIMENTANDO AL TRANSFORMADOR POR LA BOBINA DE ALTA TENSION.

Io Vs. E

Corriente de vacio (1)

0.6

0.49 0.52

0.5 0.3

0.4

0.45 0.41

0.34 0.32

0.28 0.3

0.37

0.22 Io Vs. E

0.17

0.2

0.12

0.1 0 0

50

100

150

200

250

300

Tension(1)

P1 vs. E1 90

78 74 68 64 57 52 48 43 38

80

Potencia(1)

70 60 50 40

P1 vs. E1

24

30 12

20

5

10 0 0

50

100

150

Tension(1)

200

250

300

GRAFICOS ALIMENTANDO AL TRANSFORMADOR POR LA BOBINA DE BAJA TENSION.

Corriente de vacio (2)

Io(2) vs. E(2) 4.6

5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0

3.7 3 2.5

0.95

0

1.45 1.6 1.1 1.25

1.85

2.1 Io(2) vs. E(2)

50

100

150

Tension(2)

P(2) vs. E2 80

70

70

61

Potencia(2)

60

52 44

50 36

40

30 24

30 20 6

10

10

14

P(2) vs. E2

18.5

0 0

50

100

150

Tension(2)

2) Cuál es la influencia de la sección recta del núcleo de un transformador. La influencia de la sección recta de radica básicamente en la reducción de las pérdidas de energía de potencia; para reducir la perdida de potencia de energía y consiguiente pérdida de potencia, es necesario que los núcleos que están bajo un flujo variable no sean macizos, deberán estar constituidos con chapas magnéticas de espesores mínimos apiladas y aisladas entre sí. La corriente eléctrica, al no poder circular de una a otras chapas, tiene que hacerlo independientemente en cada una de ellas, con lo que se induce menos corriente y disminuye la potencia de perdida por corrientes de Foucault

3) Que es la dirección magnética preferencial de los materiales ferromagnéticos Los materiales ferromagnéticos interaccionan fuertemente con el campo magnético, entre ellos se encuentran los imanes naturales. Para un campo aplicado las fuerzas de interacción pueden ser atractivas o repulsivas y tener valores muy grandes 1N/g. 4) Cuáles son los elementos que producen perdidas en el transformador Ninguna maquina eléctrica es ideal, es decir siempre tienen algún tipo de perdida al realizar un trabajo, siendo estas estáticas o dinámicas En el caso del transformador estas pérdidas son estáticas En un trasformador se producen perdidas esencialmente por las siguientes causas:  (Estas dos llamadas también perdidas en el hierro) 1. Por ciclos de histéresis 2. Por corrientes parasitas (corrientes de Foucault)  Pedidas en el cobre del bobinado.  Flujo de dispersión.

5) Que es el flujo de dispersión en un transformador. Son líneas de flujo que no logran pasar por la superficie del núcleo y se pierden en el espacio. Se simula como inductor porque esta fuga de flujos produce un auto inductancia en la bobina de alta y de baja.

6) Que componentes integran la corriente de excitación de un transformador. Esta corriente de excitación tiene dos componentes:  La componente de pérdidas en el núcleo 𝐼⃗𝐶 .  La componente de magnetización 𝐼⃗𝑚 . 𝐼⃗∅ = 𝐼⃗𝐶 + 𝐼⃗𝑚 La forma de onda de la corriente de excitación, iφ(t) no es senoidal cuando v(t) es senoidal, el núcleo es ferromagnético, y iφ(R+Rg) e (t)).

La forma de la onda de iφ (t), tiene las siguientes características:

a) La forma de onda de iφ (t) es simétrica con respecto al eje de tiempo; el medio ciclo positivo y el medio ciclo negativo son semejantes y de igual área, esto a causa de la simetría del anillo de histéresis con respecto a los ejes coordenados y de la simetría de la forma de la onda del voltaje aplicado con respecto al tiempo.

7) Explicar comparativamente las ventajas y desventajas del autotransformador. Ventajas: o

o

o o o

o o o o o o

Bajo precio económico frente a un transformador normal con idénticas especificaciones técnicas, como no tiene devanado secundario entonces se usa menos material, por tanto baja su precio. Utiliza menos corriente para generar el flujo magnético, a comparación de los transformadores convencionales que requieren de mucha y hasta veces exagerada corriente en el secundario. Genera más potencia que un transformador de dos devanados de especificaciones similares. Tiene mejor rendimiento que un transformador normal, con potencias parecidas. Posee un menor flujo de campo y menos tamaño del núcleo de hierro, ya que se solo un porcentaje de energía se transmite por inducción, por lo que se pueden obtener transformadores más livianos. Su construcción es más sencilla, por llevar un solo bobinado lo que conduce a tener menos cobre. Las perdidas eléctricas son siempre menos que las perdidas magnéticas, debido a que parte de la energía del autotransformador se transmite eléctricamente. Tiene una tensión de cortocircuito pequeña, lo que elimina el inconveniente de que se produzca una corriente de cortocircuito elevada. Posee menores intensidades de vacío. No necesita aislamiento entre los bobinados primario y secundario. Ideal para incrementar niveles de voltajes de cantidad muy pequeña, esto debido a las caídas de voltajes que ocurren en los sistemas de potencia alejados de los generadores.

DESVENTAJAS: o o o

Una falla en el aislamiento de los devanados puede producir que la carga quede expuesta a recibir completa tensión de la fuente. El bobinado primario no es independiente del secundario esto puede causar fallas. Debido a la construcción eléctrica del dispositivos, la impedancia de entrada del autotransformador es menor que de un transformador común. Esto no es ningún problema durante el funcionamiento normal de la máquina, pero si por alguna razón se produce un cortocircuito a la salida, la corriente que circulara por la entrada será mayor que en un transformador común. Y esto representa un mayor riesgo en la instalación eléctrica.

VI.

RECOMENDACIONES  Tener presente de que si nuestra lectura es imperceptible para nuestros instrumentos se debe usar transformador de medida en el caso de corriente, pero en esta experiencia se utilizó dicho transformador con K=1, por lo que se hubiera podido obviado.  Tener los cuidados con la energía eléctrica de electrocuciones o corto circuito aislando los empalmes.

VII.

CONLUSIONES  Se verifica la igualdad de las potencias perdidas medidas tanto por baja como por alta con unos márgenes de errores considerables.  Se puede percibir que el transformador cuando excede su tensión nominal se va saturando.  Tanto en alta como en baja podemos ver de que el la tendencia de 𝐼𝑚 𝑣𝑠 𝐸 𝑦 𝑃 𝑣𝑠 𝐸 tienen ambos la misma tendencia.

VIII.

BIBLIOGRAFIA  http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448141784.pdf  http://www.si3ea.gov.co/Portals/0/Gie/Tecnologias/transformadores.p df