UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL:

INGENIERIA MECANICA

LABORATORIO N 1

Ensayo de transformadores, comprobacin de la reactancia, impedancia y relacin de transformacin

NOMBRE:

AYALA GUZMAN WESLLY JOSEPH

PROFESOR RESPONSABLE:

ING. FIDEL RIOS NORIEGA

CICLO:

VIII

2014

I.- OBJETIVOS:

-En esta prctica de laboratorio tiene como uno de sus objetivos el dar a conocer todo lo relacionado con los transformadores y sus diferentes modelos, partes y usos diversos que se les de acuerdo a sus aplicaciones.

-Tambin nos da a conocer como se ve un transformador desarmado con todos sus partes para nosotros, los estudiantes podamos reconocer cada parte de un transformador y como se ve un transformador armado.

-Gracias a un video que nos proporcion el profesor del curso para que nosotros podamos visualizar como nosotros mismos podemos ensamblar un transformador sin mucho esfuerzo pero eso si escuchando las recomendaciones del profesor y sin obviar ningn detalle en el armado del transformador.

II.- FUNDAMENTO TEORICO:

Untransformadores una mquina esttica decorriente alterno, que permite variar alguna funcin de la corriente comoel voltaje o la intensidad, manteniendo la frecuencia y la potencia, en el caso de un transformador ideal.

Tambin se define como un dispositivo elctricoque permite aumentar o disminuir latensinen un circuito elctrico de corriente alterna, manteniendo lapotencia. Lapotenciaque ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin prdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las mquinas reales presentan un pequeo porcentaje de prdidas, dependiendo de su diseo y tamao, entre otros factores.

El transformador es un dispositivo que convierte la energa elctrica alterna de un cierto nivel de tensin, en energa alterna de otro nivel de tensin, basndose en el fenmeno de lainduccin electromagntica. Est constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un ncleo cerrado de materialferromagntico, pero aisladas entre s elctricamente. La nica conexin entre las bobinas la constituye elflujo magnticocomn que se establece en el ncleo. El ncleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de lminas apiladas deacero elctrico, aleacin apropiada para optimizar el flujo magntico. Las bobinas o devanados se denominanprimarioysecundariosegn correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestin, respectivamente. Tambin existen transformadores con ms devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensin que el secundario.

Para lograrlo, transforma la electricidad que le llega al devanado de entrada enmagnetismopara volver a transformarla en electricidad, en las condiciones deseadas, en el devanado secundario.

A.- FUNCIONAMIENTO:

Este elemento elctrico se basa en el fenmeno de la induccin electromagntica, ya que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, debido a la variacin de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la induccin de un flujo magntico variable en el ncleo de hierro.

Este flujo originar por induccin electromagntica, la aparicin de una fuerza electromotriz en el devanado secundario. La tensin en el devanado secundario depender directamente del nmero de espiras que tengan los devanados y de la tensin del devanado primario.

Representacin Esquemtica del Transformador

Los transformadores se basan en lainduccin electromagntica. Al aplicar una fuerza electromotriz en el devanado primario, es decir una tensin, se origina un flujo magntico en el ncleo de hierro. Este flujo viajar desde el devanado primario hasta el secundario. Con su movimiento originar una fuerza electromagntica en el devanado secundario.

SegnlaLey de Lenz, necesitamos que lacorriente sea alterna para que se produzca estavariacin de flujo. En el caso de corriente continua el transformador no se puede utilizar.

El principio de funcionamiento del transformador tiene sus bases en la teora del electromagnetismo resumida en las ecuaciones de Maxwell.

En el vaco

Caso general

B.- RELACION DE TRANSFORMACION DEL TRANSFORMADOR ELECTRICO:

La relacin de transformacin indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensin de salida con respecto a la tensin de entrada, esto quiere decir, la relacin entre la tensin de salida y la de entrada.

La relacin entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al nmero de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , segn la ecuacin:

Larelacin de transformacin(m)de la tensin entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los nmeros de vueltas que tenga cada uno. Si el nmero de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habr el triple de tensin.

Dnde: (Vp) es la tensin en el devanado primario o tensin de entrada, (Vs) es la tensin en el devanado secundario o tensin de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida.

Esta particularidad se utiliza en lared de transporte de energa elctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeas intensidades, se disminuyen las prdidas por elefecto Jouley se minimiza el costo de los conductores.

As, si el nmero de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensin alterna de 230voltiosen el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relacin 100 veces superior, como lo es la relacin de espiras). A la relacin entre el nmero de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llamarelacin de vueltasdel transformador orelacin de transformacin.

Ahora bien, como lapotencia elctricaaplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario:

El producto de la diferencia de potencial por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, la del secundario ser de solo 0,1 amperios (una centsima parte).

C.-PARTES DE UN TRANSFORMADOR ELECTRICO:

-NUCLEO: El ncleo est formado por varias chapas u hojas de metal (generalmente material ferromagntico) que estn apiladas una junto a la otra, sin soldar, similar a las hojas de un libro. La funcin del ncleo es mantener el flujo magntico confinado dentro de l y evitar que este fluya por el aire favoreciendo las perdidas en el ncleo y reduciendo la eficiencia. La configuracin por lminas del ncleo laminado se realiza para evitar lascorrientes de Foucault, que son corrientes que circulan entre lminas, indeseadas pues favorecen las perdidas.

-BOBINAS: Las bobinas son simplemente alambre generalmente de cobre enrollado en las piernas del ncleo. Segn el nmero de espiras (vueltas) alrededor de una pierna inducir un voltaje mayor. Se juega entonces con el nmero de vueltas en el primario versus las del secundario. En un transformador trifsico el nmero de vueltas del primario y secundario debera ser igual para todas las fases.

-CAMBIADOR DE TAPS: El cambiador de taps o derivaciones es un dispositivo generalmente mecnico que puede ser girado manualmente para cambiar la razn de transformacin en un transformador, tpicamente, son 5 pasos uno de ellos es neutral, los otros alteran la razn en ms o menos el 5%. Por ejemplo esto ayuda a subir el voltaje en el secundario para mejorar un voltaje muy bajo en alguna barra del sistema.

-RELE DE SOBREPERESION: Es un dispositivo mecnico que nivela el aumento de presin del transformador que pueden hacerlo explotar. Sin embargo existen varios equipos que explotan a pesar de tener este dispositivo. Existen el rel de presin sbita para presiones transitorias y el rel de sobrepresin para presiones ms permanentes.

-TABLERO DE CONTROL: Contiene las conexiones elctricas para el control, rels de proteccin elctrica, seales de control de vlvulas de sobrepresin hacia dispositivos de proteccin.

E.- APLICACIONES DE LOS TRANSFORMADORES:

Los transformadores son elementos muy utilizados enla red elctrica.

Una vez generada la electricidad en elgeneradorde las centrales, y antes de enviarla a la red, se utilizan los transformadores elevadores para elevar la tensin y reducir as las prdidas en el transporte producidas por elefecto Joule. Una vez transportada se utilizan los transformadores reductores para darle a esta electricidad unos valores con los que podamos trabajar.

Los transformadores tambin son usados por la mayora deelectrodomsticos y aparatos electrnicos, ya que estos trabajan, normalmente, a tensiones de un valor inferior al suministrado por la red

Por ltimo hacer mencin a que uno de los elementos de seguridad elctrica del hogar utiliza transformadores. Se trata deldiferencial. Este dispositivo utiliza transformadores para comparar la intensidad que entra con la que sale del hogar. Si la diferencia entre estos es mayor a 10 mA desconecta el circuito evitando que podamos sufrir lesiones.

III. MATERIALES Y EQUIPOS:

TRANSFORMADOR

CABLES PARA CONEXIN (COCODRILO)

MULTIMETRO

PINZA AMPERIMETRICA

IV. PROCEDIMIENTO

Ensayo en vaco:

1. Comenzamos midiendo las resistencias de los alambres de los cobres de las bobinas secundarias y primarias.

2. Se inicia conectando a una fuente de tensin alterna, y comenzamos a medir la tensin de la entrada (bobina primaria), y luego de la salida (bobina secundaria). Luego medimos con un ampermetro la corriente que circula por la entrada.

3. Despus hacemos nuestros respectivos clculos para completar los valores solcitos en la tabla.

Ensayo de corto circuito:

1. Se conect un transformador, un voltmetro, dos ampermetros, y una fuente como se muestra en la figura adjunta, pero, adems de esto se coloc una resistencia controladora, con la cual se pudo controlar la corriente para no quemar el transformador cuando se hace el corto circuito.

2. Despus de hacer la desconexin y conexin por 5 veces seguidas para poder tomar los valores que solicitan en la prctica.

3. Por ltimo se resuelven algunas frmulas y se obtienen valores para llenar la tabla.

Ensayo con carga

1. Se tom algunos valores de la plancha como resistencia.

2. Luego se conect una fuente que induce corriente al bobinado primario y por la bobina secundaria se conect la plancha.

3. Con el circuito ya completo se tom los valores que se requeran en la prctica.

V. DATOS:

Ensayo de vaco

Tensin del primario

220

Tensin del secundario

120

Intensidad del primario

0.568

Potencia medida con vatmetro

Resistencia del cobre primario

2.9

Resistencia del cobre secundario

1.2

Ensayo con carga

Tensin del primario

227.00

Tensin del secundario

119.00

Intensidad del primario

1.48

Intensidad del secundario

2.56

Potencia medida con vatmetro

Resistencia del cobre primario

2.9

Resistencia del cobre secundario

1.2

Resistencia del foco

46.51

Ensayo de corto circuito

Tensin del primario

220

Tensin del secundario

119

Intensidad del primario

2.92

Intensidad del secundario

2.11

Potencia medida con vatmetro

Resistencia del cobre primario

2.9

Resistencia del cobre secundario

1.2

VI. PROCEDIMIENTO DE DATOS

Para el ensayo al vaco

Relacin de transformacin m:

Potencia activa en vaco Po: no se pudo hacer por falta de vatmetro.

Impedancia Z:

Potencia aparente So:

Angulo de desfase entre la tensin y la intensidad de corriente:

Prdidas en cobre .

Comparar las perdidas con el cobre y las perdidas en el cobre.

Para el ensayo con carga (Solo se toman de los datos)

Para el ensayo de corto circuito

Perdida en el cobre

Impedancia de corto circuito , ,

Potencia aparente

Angulo de desfase ; no se pudo dar respuesta por la falta del vatmetro

VII. ANALISIS DE RESULTADOS:

Para esta prctica por la falta de ms de una sola tomada de datos para cada valor, pero si se cree que hubo unas pequeas desviaciones menores al 5%.

VIII. CONCLUSIONES:

Con todas esta pruebas que realizamos en el laboratorio de mquinas elctricas concluimos que el procedimiento realizado en cada circuito es de vital importancia ya que utilizamos instrumentos y equipos necesarios para la realizacin de nuestra practica en donde tenemos el asesoramiento del profesor y el trabajo en equipo realizado. En donde aprendimos con tal facilidad el ensayo de los transformadores (ensayo vaco y corto circuito) y obtuvimos buenos resultados ya que hicimos una buena prctica.

En la prueba de circuito abierto, casi no hay perdidas en el cobre en el devanado del primario y ninguna en el secundario, porque Io es muy pequea comparada con la Inom . Como consecuencia, toda la potencia que se consume en la prueba de circuito abierto se puede cargar a la cuenta de las perdidas en el circuito magntico.

Las mediciones de resistencias en el transformador obtenidas en las pruebas realizadas, son caractersticas propias de su construccin ya que resultaron ser bastante bajas lo cual es lgico, ya que as las perdidas en el transformador son mnimas, o sea, son caractersticas propias de su construccin lo que garantiza menores perdidas.

La prueba de corto circuito debido a que la tensin aplicada es pequea en comparacin con la tensin nominal, las perdidas en vaco o en el ncleo se pueden considerar como despreciables, de manera que toda la potencia absorbida es debida a las perdidas por efecto joule en los devanados primario y secundario.

IX. RECOMENDACIONES:

Para realizar cada practica nosotros tenemos que contar con el apoyo y gua del profesor para poder desarrollar lo indicador y no malograr ningn instrumento ya que somos responsables como grupo y as poder obtener una excelente prctica.

Otra recomendacin seria el gestionamiento para nueva compra de materiales y herramientas necesarias para el clculo de las practicas, ya que en algunos casos no se contaba con ellos

Mi ltima recomendacin es que remarcar el aspecto de prestar atencin a las recomendaciones y guas del profesor, ya que sin ellas, o sin seguirlas podran causarse muchos accidentes, que perjudicaran el desarrollo normal del curso

Los alumnos debemos ser rpidos en nuestras mediciones para obtener menos mrgenes de error posible.

X. BIBLIOGRAFIA

http://www.monografias.com/trabajos11/tradi/tradi.shtml

Transformadores de potencia, de medida y de proteccin / Enrique Ras Oliva. Barcelona [etc.]. Marcombo-Boixareu, 1994.

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/funcionamiento-de-los-transformadores

http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador

http://static4.tme.eu/katalog_pics/b/4/9/b49e2ce987bc36b552f2197ec61e6e3a/tgl35_001.jpg

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Mquinas elctricas / Stephen J. Chapman; revisin tcnica Jos Demetrio Martnez, Juan Yedra Morn. Bogot [etc.]: McGraw-Hill, 1987.

XI. ANEXOS