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i

DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y ELECTRÓNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

LABORATORIO N°1 DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS NRC: 1731

TÍTULO:

POLARIDAD

DE

TRANSFORMADORES

MONOFÁSICOS Y VARIACIÓN DE VOLTAJE Y CORRIENTE AL APLICARSE UNA CARGA

AUTORES: MARTÍNEZ, RUSBEL PICHUCHO, PAUL SAMPEDRO, MARCELO SANTO, FERNANDO TUQUERRES, JORGE

TUTOR: ING. HALLO, VICENTE LATACUNGA

ii ÍNDICE DE CONTENIDO 1.

OBJETIVOS ........................................................................................ 5

1.1.

Objetivo General ................................................................................. 5

1.2.

Objetivos Específicos .......................................................................... 5

2.

MARCO TEÓRICO .............................................................................. 5

2.1.

Transformador ..................................................................................... 5

2.2.

Polaridad de un transformador eléctrico .............................................. 6

3.

MATERIALES Y EQUIPOS ................................................................. 7

3.1.

Equipos ............................................................................................... 7

3.2.

Características de los equipos utilizados............................................. 8

4.

PROCEDIMIENTO ............................................................................ 10

4.1.

Procedimiento de Armado ................................................................. 10

5.

ESQUEMAS DE CONEXIÓN ............................................................ 10

6.

RESULTADOS EN ESQUEMAS Y GRÁFICOS ................................ 12

7.

ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................... 15

8.

CONCLUSIONES .............................................................................. 17

9.

RECOMENDACIONES ..................................................................... 17

10.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................. 18

11.

ANEXOS ........................................................................................... 18

iii

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1. Transformador Monofásico .......................................................... 5 Figura 2.2. Polaridad Sustractiva ................................................................... 6 Figura 2.3. Polaridad Aditiva .......................................................................... 7 Figura 2.4. Conexión para determinar la polaridad de un transformador. ...... 7 Figura 3.1. Voltímetro CA .............................................................................. 8 Figura 3.2. Amperímetro CA .......................................................................... 8 Figura 3.3. Carga Resistiva ........................................................................... 9 Figura 3.4. Transformador Trifásico ............................................................... 9 Figura 3.5. Fuente de Alimentación ............................................................. 10 Figura 5.1. Conexión de polarización sustractiva......................................... 11 Figura 5.2. Conexión de polarización aditiva ............................................... 11 Figura 5.3. Conexión de transformador a plena carga ................................. 11 Figura 6.1. Medición de voltaje e intensidad con una sola carga de 1.2 k ohmios. ........................................................................................................ 12 Figura 6.2. Medición de voltaje e intensidad con una sola carga de 0.6 k ohmios. ........................................................................................................ 13 Figura 6.3. Medición de voltaje e intensidad con una sola carga de 0.3 k ohmios. ........................................................................................................ 13 Figura 6.4. Medición de voltaje e intensidad con dos cargas en paralelo de 1.2 k y 06 k ohmios. ........................................................................................... 13 Figura 6.5. Medición de voltaje e intensidad con una sola carga de 3 k ohmios. 13 Figura 6.6. Medición de voltaje e intensidad con dos cargas en paralelo de 0.3 k y 1.2 k ohmios. .......................................................................................... 14

iv Figura 6.7. Medición de voltaje e intensidad con tres cargas en paralelo de 0.3 k, 1.2 k y 0.6 k ohmios. ................................................................................ 14 Figura 6.8. Medición de voltaje e intensidad con dos cargas en paralelo de 0.1 k y 1.2 k ohmios. .......................................................................................... 14 Figura 6.9. Medición de voltaje e intensidad con una sola carga de 6 k ohmios. 14 Figura 6.10. Comportación del error en base a los valores medidos y supuestos. ................................................................................................... 15 Figura 7.1. Sentido de circulación de flujo debido a la conexión ................. 16 Figura 11.1. Realización de la práctica de laboratorio. ................................ 18 Figura 11.1. Medición con los equipos de laboratorio. ................................. 18

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 6.1. Relación de voltaje en las cargas. .............................................. 12 Tabla 6.2.1. Comparación de valores supuestos, valores medidos y su error. 15

5 1. OBJETIVOS 1.1. Objetivo General Identificar y analizar el principio de funcionamiento de un transformador monofásico. 1.2. Objetivos Específicos 

Determinar la polaridad de un transformador monofásico.



Determinar la relación entre el voltaje de entrada y salida al aplicarse diferentes cargas.



Calcular el porcentaje de error que existe entre el voltaje medido y el voltaje teórico. 2. MARCO TEÓRICO 2.1.

Transformador

Se lo puede definir como un dispositivo que cambia potencia eléctrica alterna de un nivel de voltaje a potencia eléctrica alterna a otro nivel de voltaje mediante la acción de un campo magnético. (Chapman, 2000). Para un mejor entendimiento podemos decir que un transformador es un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico. 2.1.1. Transformador Monofásico Un transformador monofásico con arrollamientos únicos en el primario y el secundario. (Siavichay, s.f.).

Figura 2.1. Transformador Monofásico

6 2.2.

Polaridad de un transformador eléctrico

Las bobinas secundarias de los transformadores monofásicos se arrollan ya sea en el mismo sentido de la bobina primaria o en el sentido opuesto, esto según el criterio del fabricante. Debido a esta situación, podría ser que las intensidades de corriente eléctrica en la bobina primaria y la intensidad de corriente en la bobina secundaria circulen en un mismo sentido, o en sentido opuesto. 2.2.1. Polaridad Sustractiva La polaridad sustractiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario está 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.

Figura 2.2. Polaridad Sustractiva 2.2.2. Polaridad Aditiva La polaridad aditiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario está arrollado en el mismo sentido al bobinado primario. Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en el mismo sentido y se sumen. En la aditiva “H1” y “X1” marcan de forma diagonal entre primario y secundario. (Electrónica Unicrom, 2016).

7

Figura 2.3. Polaridad Aditiva 2.3.

Determinar la Polaridad de un Transformador

Para determinar la polaridad del transformador, se coloca un puente entre un terminal de alta y uno de baja y se coloca un voltímetro entre los otros terminales de baja y alta, luego se alimenta del bobinado primario con un valor de voltaje (Vx). Si la lectura del voltímetro es mayor que Vx el transformador es aditivo o si es menor el transformador es sustractivo.

Figura 2.4. Conexión para determinar la polaridad de un transformador.

3. MATERIALES Y EQUIPOS 3.1.

Equipos  Voltímetro  Amperímetro

8  Carga Resistiva  Transformador Trifásico  Fuente de Alimentación 3.2.

Características de los equipos utilizados  Voltímetro

Tres voltímetros para corriente alterna, con dos entradas de medición, una hasta 100 v, y otra de hasta 250 v, cada uno.

Figura 3.1. Voltímetro CA  Amperímetro Tres voltímetros para corriente alterna, con dos entradas de medición, una hasta 100 v, y otra de hasta 250 v, cada uno.

Figura 3.2. Amperímetro CA  Carga Resistiva Tres cargas resistivas, cada una con tres resistencias en paralelo, de 1200 ohm (soportando 0.1 A), 600 ohm (soportando 0.2 A) y 300 ohm (soportando 0.4 A).

9 Las características de cada una de las cargas resistivas, entregan una carga de 252 W, se les puede entregar 120 v de corriente alterna o directa (precisión de ±5%).

Figura 3.3. Carga Resistiva  Transformador Trifásico Tres transformadores trifásicos, con entrada cada uno de 0-208 v. Soportando cada uno una potencia aparente de 250 VA (208-208 v), con una intensidad de 1.2 A, y una frecuencia de 1 hasta 60 Hz.

Figura 3.4. Transformador Trifásico  Fuente de Alimentación Una fuente de alimentación con 5 salidas, tres para corriente alterna, dos para corriente directa. Con un breaker, una perilla de regulación de voltaje alterno, perilla para seleccionar las terminales de corriente alterna, y corriente directa. Adicional con un voltímetro para comprobar el voltaje de salida.

10

Figura 3.5. Fuente de Alimentación

4. PROCEDIMIENTO

4.1.

Procedimiento de Armado  Se escribe el circuito a mano en la libreta, colocando las polaridades, y valores a calcular. Para entonces, mostrarlos al profesor.  Montar el circuito en el módulo del laboratorio haciendo uso de los equipos. Para luego solicitar la presencia del profesor para comprobar si la conexión se encuentra correcta.  Una vez supervisado el circuito en los equipos y su conexión, encender la fuente con el breaker.  Anotar los datos mostrados en el voltímetro y amperímetro.

5. ESQUEMAS DE CONEXIÓN  Polarización Sustractiva

11 Figura 5.1. Conexión de polarización sustractiva  Polarización Aditiva

Figura 5.2. Conexión de polarización aditiva  Transformador a plena carga

Figura 5.3. Conexión de transformador a plena carga Estas graficas fueron realizadas en el software Matlab, mediante su herramienta Simulink.

12

6. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS EN ESQUEMAS Y GRÁFICOS Voltaje [V]

Resistencia Ω

Amperios [A]

Voltaje medido [V]

Gráficas

120

1200

0,1

120

Figura 6.1

120

600

0,21

120

Figura 6.2

120

300

0,46

117

Figura 6.3

120

1200 || 600

0,34

118

Figura 6.4

120

3000

0,52

112

Figura 6.5

120

300 || 1200

0,56

112

Figura 6.6

120

300 || 1200 || 600 100 || 1200

1

108

Figura 6.7

1,3

105

Figura 6.8

120

Tabla 6.1. Relación de voltaje en las cargas.

Figura 6.1. Medición de voltaje e intensidad con una sola carga de 1.2 k ohmios.

13 Figura 6.2. Medición de voltaje e intensidad con una sola carga de 0.6 k ohmios.

Figura 6.3. Medición de voltaje e intensidad con una sola carga de 0.3 k ohmios.

Figura 6.4. Medición de voltaje e intensidad con dos cargas en paralelo de 1.2 k y 06 k ohmios.

Figura 6.5. Medición de voltaje e intensidad con una sola carga de 3 k ohmios.

14

Figura 6.6. Medición de voltaje e intensidad con dos cargas en paralelo de 0.3 k y 1.2 k ohmios.

Figura 6.7. Medición de voltaje e intensidad con tres cargas en paralelo de 0.3 k, 1.2 k y 0.6 k ohmios.

Figura 6.8. Medición de voltaje e intensidad con dos cargas en paralelo de 0.1 k y 1.2 k ohmios.

Figura 6.9. Medición de voltaje e intensidad con una sola carga de 6 k ohmios.

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6.1. Comparación de valores simulaciones y medidos. Figura Valor Supuesto Valor Medido Error % (Volts) (Volts) 6.1 120 120 0% 6.2 120 120 0% 6.3 120 117 3% 6.4 120 118 2% 6.5 120 112 7% 6.6 120 112 7% 6.7 120 108 11% 6.8 120 108 11% 6.9 120 105 14% Tabla 6.2.1. Comparación de valores supuestos, valores medidos y su error.

16%

Error (Porcentual)

14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% 0

2

4

6

8

10

Figura Número

Figura 6.10. Comportación del error en base a los valores medidos y supuestos.

7. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Previo a la práctica es necesario cuestionarse sobre la importancia de la polaridad que existe en un transformador por lo que puede decirse que es de valiosa importancia cuando se pretende realizar una conexión de “n”

16 transformadores en serie donde es necesario el conocimiento de sus puntos de polaridad para realizar el aumento o disminución del voltaje. El porqué del aumento o disminución del voltaje viene dado por la dirección en la que circula el flujo del cual depende que los voltajes se cancelen o se aumenten en cantidades dependientes del número de espiras que contenga el devanado y el flujo que lo induzca.

Figura 7.1. Sentido de circulación de flujo debido a la conexión Para determinar la polaridad del transformador fue necesario un diseño previo de la conexión exacta que incluya los voltímetros, los puentes y terminales que permitan la conexión entre el transformador, la fuente y los medidores, todo esto como un paso previo a la energización del circuito con la fuente de voltaje de tal forma que permita determinar la polaridad sustractiva, donde el voltímetro arroje un valor nulo o menor al voltaje que se aplique con la fuente, con lo cual se había realizado la resta de los voltajes además a esta conexión existe la conexión donde la polaridad es aditiva en la cual el voltímetro arroja un valor el cual es superior al voltaje aplicado en la fuente. Las caídas de tensión que se dieron al aplicar carga en el devanado secundario responden a que la eficiencia del transformador no es del 100% es decir existe una resistencia interna que impide que se obtenga el voltaje ideal, la cual es mínima pero muy importante y es necesario tomarla en cuenta en todos los casos, con respeto a la corriente se vio que varía en función de la carga que se aplique es decir que inversamente proporcional a la carga por

17 lo que se comprobó que a mayor carga existe una menor circulación de corriente.

8. CONCLUSIONES  Como resultado de la práctica, es posible concluir que mientras más cargas en paralelo se agreguen al circuito establecido, el valor medido del voltaje en la carga seguirá disminuyendo y no será igual al valor de entrada (como se supone), mientras que el valor del amperaje real medido aumentará.  Por otro lado, al comparar los análisis se puede apreciar que el porcentaje de error entre el voltaje medido y el teórico, al principio no son notorios, pero conforme se aumenta las resistencias en paralelo el porcentaje de error se dispara y se llega a la conclusión que la cantidad de cargas conectadas influye notoriamente en los valores medidos. 

La

polaridad es uno

los factores más importantes en los

transformadores en serie debido a que pueden estar en dos condiciones tanto aditiva y sustractiva dependiendo de su uso, y si no es medido correctamente los datos establecidos y calculados serán disparejos. 9. RECOMENDACIONES

 Usar la indumentaria correcta ya que estos dispositivos trabajan con voltajes y amperajes elevados.  Determinar correctamente la polaridad del transformador ya que, si no es correcto, los valores de los cálculos pueden salir erróneos.  Realizar un diagrama de la conexión antes de proceder con la conexión física para mayor facilidad en la hora de trabajar con los dispositivos.

18 10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Chapman, S. J. (2000). Máquinas Eléctricas. Santa Fe de Bogotá: Mc-GRAWHILL INTERAMERICANA. Electrónica

Unicrom.

(2016).

Electrónica

Unicrom.

Obtenido

de

http://unicrom.com/polaridad-de-un-transformador-electrico/ Siavichay,

F.

(s.f.).

monografias.com.

Obtenido

de

http://www.monografias.com/trabajos93/diseno-de-transformadoresmonofasicos/diseno-de-transformadores-monofasicos.shtml

11. ANEXOS

Figura 11.1. Realización de la práctica de laboratorio.

Figura 11.1. Medición con los equipos de laboratorio.