LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

Laboratorio 2Máquinas Eléctricas I

INTEGRANTES

RAMIREZ TEJADA, VíctorYENGLE MENDOZA, Carlos

DOCENTE

PRÍNCIPE LEYVA, Edgar

Cuarto Ciclo

Tecnología Mecánica Eléctrica

FECHA DE REALIZACIÓN: Martes, 10 de Septiembre del 2013

FECHA DE ENTREGA: Martes, 23 de Septiembre del 2013

2013-II

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PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

“EL AUTOTRANSFORMADOR”

OBJETIVOS:

Al finalizar la práctica de laboratorio el alumno será capaz de: Determinar la polaridad instantánea en los devanados del transformador. Aprender cómo se conectan los devanados del transformador en serie y

paralelo. Reconocer las características físicas de un autotransformador. Conectar y verificar el funcionamiento del autotransformador.

FUNDAMENTO TEORICO:

Un autotransformador es una máquina eléctrica, de construcción y características similares a las de un transformador, pero que a diferencia de éste, sólo posee un único devanado alrededor de un núcleo ferromagnético. Dicho devanado debe tener al menos tres puntos de conexión eléctrica; la fuente de tensión y la carga se conectan a dos de las tomas, mientras que una toma (la del extremo del devanado) es una conexión común a ambos circuitos eléctricos (fuente y carga). Cada toma corresponde a una tensión diferente de la fuente (o de la carga, dependiendo del caso).

Marcas de PolaridadDos o más terminales de los devanados (bobinas) tienen la misma polaridad cuando las corrientes que entran simultáneamente por los terminales producen flujos que son concurrentes.

La polaridad de los devanados de un trasformador es importante cuando se pretende asociar las fases entre ellos, para poder determinar la polaridad, colocamos dos o más bobinas en serie, dependiendo de cada una, tendremos la suma o diferencia de las tensiones instantáneas inducidas en ellos.

Dos bobinas para producir flujos concordantes tienen que tener la misma polaridad. El método consiste en marcar un punto arbitrario, los otros puntos serán marcados a partir de la 1ª bobina. Los puntos indican los terminales por los cuales deben entrar las corrientes para producir flujos concordantes.

Se debe energizar el sistema y tomar lecturas del voltaje, las cuales pueden conducir a dos alternativas:

• Si el voltaje Vx tiene un valor igual a V1 + V2, entonces las marcas serán: Diagonales.

• Si el voltaje Vx tiene un valor igual a V1 − V2, entonces las marcas serán: Co-lineales.

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Figura 1.a: Determinación de las Marcas de Polaridad de un transformador.

Figura 1.b: Determinación de las Marcas de Polaridad de un transformador.

CONEXIÓN DE LOS DEVANADOS DE LOS TRANSFORMADORES.

Primario en Serie, Secundario en Serie

En este tipo de conexión, los voltajes primarios deben ser iguales para que de esta manera el voltaje V1, se divida de manera en los voltajes primarios, es decir V1,T1=V1,T2=V1/2, el voltaje V2 sería la suma de los voltajes secundarios.En esta conexión, la corriente que circula por los devanados primarios es I1 y por los devanados secundarios es I2.

Figura 2. Conexión Serie / Serie

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Primario en Serie, Secundario en Paralelo

Para este tipo de conexión se debe cumplir que ambos transformadores tengas los mismos voltajes primarios y secundarios, es decir, misma relación de transformación y que las impedancias de los transformadores sean necesariamente iguales para que la corrientes que aporten cada devanado secundario sean iguales.

Figura 3. Conexión Serie / Paralelo

Primario en Paralelo, Secundario en Serie.

Para esta conexión los transformadores deben tener necesariamente los mismos voltajes primarios, la corriente que circula por I1,T1 y I1,T2 serán iguales.

Figura 4. Conexión Paralelo / Serie

Primario en Paralelo, Secundario en Paralelo.

Los requisitos mínimos necesarios para este tipo de conexión es que los transformadores tengan el mismo voltaje primario y secundario (Misma relación de transformación).

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Figura 5. Conexión Paralelo/ Paralelo

Lo ideal es que en todas las conexiones, los transformadores tengan la misma impedancia de cortocircuito, de no ser así es necesario evaluar los parámetros eléctricos que soportarán los devanados para no superar sus valores nominales.

EL AUTOTRANSFORMADOR

Estos dispositivos se construyen con el mismo núcleo que los transformadores pero con un solo devanado y una conexión intermedia.Los autotransformadores al igual que los transformadores pueden ser:

Reductores U2 < U1

Elevadores U2 > U1

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EL AUTOTRANSFORMADOR DE REGULACION

Son dispositivos empleados para obtener una tensión variable mediante un sistema capaz de ir poniendo en conexión las diferentes espiras del bobinado principal. Se construyen con contactos deslizantes o con contactos fijos seleccionados mediante un conmutador múltiple rotativo.

Figura 7: Autotransformador de Regulación.

EL AUTOTRANSFORMADOR EN VACIO

Trabaja en vacío cuando está conectado el primario y el circuito secundario está abierto. En este caso, al igual que en el transformador, circula por el devanado primario, una corriente I1 para mantener el flujo en el circuito magnético.

Figura 8: Autotransformador en vacío.

La relación de transformación será:

rt=N1

N2

=E1

E2

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EL AUTOTRANSFORMADOR CON CARGA

Trabaja con carga, cuando el secundario suministra una corriente, es decir cuando se le ha conexionado una carga. Entonces el primario absorbe de la red una corriente mayor que la de vacío, manteniéndose la relación.

rt=N1

N2

=I 2

I 1

Figura 9: Autotransformador con carga.

EQUIPOS Y MATERIALES:

Cantidad Descripción

01 Fuente de alimentación

01 Autotransformador

01 Vatímetro digital

05 Multímetro digital

01 Módulo resistivo

Varios Conductores de conexión

PROCEDIMIENTO

Parte 1 (Identificación de marcas de polaridad)

1. Marcar los transformadores proporcionados por el profesor como T1 y T2.2. Escoger el transformador marcado con T1 y realizar un puente entre un terminal

del primario y un terminal del secundario, colocar una marca en el lado donde no se ha realizado el puente, tal como la figura 10.

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Figura 10

3. Conectar el lado primario a su tensión nominal,

V1 V2 Vx

20.12 V 10.29 V 30.41 V

De acuerdo al resultado obtenido, en qué lado del secundario colocaría la marca

de polaridad, ¿En el lado del puente o en el lado libre?

En el lado del puente.

4. Repetir los pasos anteriores para el transformador T2.

V1 V2 Vx

20.12 V 10.29 V 9.83 V

Parte 2. Conexión de un transformador.

5. Realizar la conexión de la figura 2, 4 y 5 y anotar los resultados, tener cuidado con las marcas de polaridad, considerar el valor de R = 629 Ω para todos los casos.

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Comente los resultados obtenidos: Al conectarse los transformadores en serie tienden a conservar su

relación de transformación, mas cuando se conecta en paralelo- serie la relación de transformación se vuelve casi la unidad.Al conectarse en paralelo- paralelo el voltaje conserva su relación de transformación de 0.5, pero las corrientes no la conservan.En la conexión serie- paralelo el voltaje inducido en el lado de B.T es de una relación de ¼.

Parte 3. Autotransformador

6. Identifique las conexiones del autotransformador con la ayuda de un multímetro.

Figura 11

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Conexión Conexión Conexión Conexión

Serie

/Serie

Paralelo /

Serie

Paralelo /

Paralelo

Serie

/Paralelo

V1 220.4 V 220.1 V 220.4 V 220.4 V

V2 105.1 V 212.5 V 110.5 V 54.87 V

I1 91.6 mA 383.2 mA 61.1 mA 29.3 mA

I2 170.1 mA 341.7 mA 78.9 mA 44.7 mA

V1T1 107.9 V 220.3 V 220.4 V 110.7 V

V1T2 110.5 V 219.2 V 219.9 V 110.5 V

V2T1 52.9 V 107.1 V 110.5 V 55.45 V

V2T2 54.05 V 108.1 V 109.2 V 50.12 v

I1T1 86.3 mA 183.4 mA 67.1 mA 29.6 mA

I1T2 92.7 mA 176.2 mA 61.2 mA 25.6 mA

I1T1 153.8 mA 341.4 mA 79.2 mA 42.20 mA

I1T2 155.3 mA 306.4 mA 78.1 mA 44.6 mA

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7. Implemente el circuito de la figura 3.

Figura 12

8. Alimente el autotransformador con su tensión nominal y anote los valores en la siguiente tabla:

V1 V2 I1

220.12 V 330.41 V 14.2 mA

9. Con los resultados anteriores calcule la relación de transformación del autotransformador:

rt

1.50

10.Implemente el circuito de la figura, consultar con el profesor el valor de R y de V.

Figura 13

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11.Aumente el voltaje desde cero hasta que se alcance el voltaje nominal (V) o los amperímetros indique la corriente nominal, luego anotar sus resultados en la siguiente tabla:

V1 I1 V2 I2

221.4 V 0.67 A 329.4 V 0.46 A

12.Con los resultados anteriores calcule la potencia de paso:

SD = V1.I1 SD = V2.I2

148.338 151.524

13. Calcule la potencia propia.

SB = (V1- V2). I1 SB = U2. (I2 – I1)

72.36 69.17

CUESTIONARIO

1. ¿Investigue otros métodos para determinar las marcas de polaridad de un

transformador y explique?

Método del golpe inductivo: Si al cerrar el interruptor, el voltímetro marca dentro

de la escala, significa que le fue aplicada a su borne (+) una tensión cuya polaridad

era positiva con relación a su otro borne, esto quiere decir que el terminal del

transformador conectado al borne (+) del voltímetro es la correspondiente a la

terminal del devanado excitado conectado al borne (+) de la batería (polaridad

sustractiva o colineal).

Una deflexión en sentido contrario a la escala nos indicará que al borne (-) del

voltímetro le fue aplicado un voltaje (+); luego la terminal conectada a este borne

será la correspondiente al terminal (+) del devanado excitado (polaridad diagonal).

2. ¿De las conexiones de los transformadores (Figura 3, 4, 5 y 6), cual es el de uso

más común en la industria?

Se utiliza la conexión paralelo- paralelo.

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3. ¿Por qué es importante determinar la potencia propia y la potencia de paso de

un autotransformador?

Básicamente para poder diseñar un autotransformador y de esta manera conocer sus

límites permisibles en cuanto a la potencia aparente transformable y su potencia

interna.

4. ¿Cuál es la relación que existe entre la potencia propia y la potencia de paso?

La potencia de paso es el doble aproximadamente, siendo una la potencia interna del

autotransformador y la otra la potencia aparente transformable del mismo.

5. Investigue sobre las aplicaciones de los autotransformadores de regulación y

mencione 5 de ellas.

Para determinar la caída de la impedancia a plena carga en el

autotransformador y aplicarlas en líneas de distribución.

Arranque de motores a voltaje reducido.

Como pequeños transformadores domésticos 220/127 V

Para arranque de motores asíncronos.

Para enlazar redes de media tensión con neutro aislado.

6. Busque y anote los datos de placa de un autotransformador comercial y de un

transformador con los mismos voltajes de entrada y salida y potencia.¿ Compare

las dimensiones, pesos y corriente de cortocircuito).

TRANSFORMADOR

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AUTOTRANSFORMADOR:

C mm 169

A mm 180

Perdidas Cortocircuito (W) 83

Perdidas Vacío (W) 24

P eso Kg. 12

B mm 104

Rendimiento % 97.4

En este caso el los dos poseen una potencia de paso de 3kVA y el autotransformador

es mucho más pequeño y con mucho mayor eficiencia que el transformador.

CONCLUSIONES

La eficiencia de los autotransformadores es mucho mayor debido a que poseen

un solo núcleo y las pérdidas por histéresis son mínimas.

El transformador en la conexión paralelo – paralelo tiende a tener pérdidas

mínimas en cuanto a voltaje y corriente de entrada y salida se refiere.

El autotransformador nos permite alimentar cargas que requieren mayor voltaje

del permisible aceptado en un transformador.

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En esta imagen nos encontrábamos haciendo la prueba de polaridad a los transformadores.