Trabajo Preparatorio 3

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA PRACTICAS DE CONVERSION DE ENERGIA PRÁCTICA N° 3 EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO OPERACIÓN

CARACTERÍSTICAS DE

TRABAJO PREPARATORIO 3 Nombre: Víctor Hugo Tibanlombo Timbila 

Grupo:

Dibujar un diagrama esquemático en corte de un transformador monofásico y trifásico e identificar sus componentes y explicarlos

TRANSFORMADOR MONOFASICO

Núcleo: Está constituido por chapas de acero al silicio laminados en frio (Material ferromagnético), de bajas perdidas y alta permeabilidad. Bobinado AT y BT: Llamadas también devanados primario y secundario, los cuales constituyen el circuito magnético del

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA PRACTICAS DE CONVERSION DE ENERGIA trasformador, generalmente de cobre en forma de hilos redondos o de sección transversal. Recubiertos de una capa de aislantes. Carrete: Es donde se montan los devanados TRANSFORMADOR TRIFASICO

En este caso el trasformador está formado por tres bobinas de corriente desfasadas 120° eléctricamente una respecto a otra, cada una con su respectivo núcleo además de su devanado primario y secundario. De igual forma sus partes constitutivas son las mismas, columnas, núcleo, devanados. Cambiador de taps El cambiador de taps o derivaciones es un dispositivo generalmente mecánico que puede ser girado manualmente para cambiar la razón de transformación en un transformador, típicamente, son 5 pasos uno de ellos es neutral, los otros alteran la razón en más 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 

Explique la forma en que se ensamblan las láminas del núcleo los transformadores

El núcleo no es macizo, sino que está formado por un paquete de chapas superpuestas y asiladas eléctricamente entre sí. Para colocarlas y poder ubicar el bobinado terminado alrededor del núcleo, se construyen cortadas, colocando alternamente una sección U con una sección I. Corte y armado del núcleo Calculo del núcleo. Plano del núcleo. Modificación de matrices en las máquinas de corte.

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA PRACTICAS DE CONVERSION DE ENERGIA Corte de una lámina completa que conforme el núcleo. Armado de una lámina completa. Verificación de medidas parciales de acuerdo al plano. Corte de láminas totales para conformar. Ensamble del núcleo. Verificación de las medidas totales del núcleo de acuerdo al plano. Prensado del núcleo Pruebas al núcleo. 

En un transformador monofásico de 10 kVA, en un monofásico de 100 kVA y en un trifásico de 100 MVA ¿cuál sería la forma del núcleo y como estarían dispuestas las bobinas para cada uno de los transformadores citados anteriormente y por qué? Por lo que se refiere a los tipos de núcleos magnéticos para transformadores monofásicos, el núcleo más utilizado es el mostrado en la figura 2.4b) núcleo de columnas. Los de la figura 2.4a) núcleo acorazado y 2.4c) de cuatro columnas se utilizan en transformadores grandes cuando hay problemas de transporte.

En la figura 2.5 se muestran los tipos de nucleos magnéticos para transformadores trifásicos, el mas utilizado es el 2.5 a) decolumnas y los tipos 2.5b) de cinco columnas y 2.5 c) transformador acorazado se utilizan en transformadores grandes cuando hay problemas de transporte.

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Explique el significado de los siguientes términos: Primario, secundario, pérdidas en el cobre, pérdidas por histéresis, pérdidas por corrientes de Eddy, Eficiencia, regulación de voltaje, flujo de dispersión, voltaje de impedancia y polaridad.

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Devanado primario y secundario.- generalmente de cobre enrollado en las piernas del núcleo. Según el número de espiras (vueltas) alrededor de una pierna inducirá un voltaje mayor. Se juega entonces con el número de vueltas en el primario versus las del secundario.

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Perdidas en el cobre.- Se deben a la disipación de calor que se producen en los devanados. Es la suma de las potencias pérdidas en los bobinados de un transformador, funcionando bajo carga nominal. El valor de esta potencia depende de la intensidad de corriente tanto en el bobinado primario como en el secundario, la cual varía mucho desde el funcionamiento en vacío a plena carga. Perdidas por histéresis.- Debido a que el núcleo del transformador está pertenece a los material ferromagnéticos se presentan la pérdida de potencia producida por el ciclo de histéresis.

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El ciclo de histéresis explica que el núcleo del transformador se encuentra ubicado dentro del campo magnético generado por el mismo y, en consecuencia, se imanta. Pero la corriente aplicada al transformador es alternada y, por tanto, invierte constantemente su polaridad, variando con la misma frecuencia el sentido del campo magnético, entonces las moléculas del material que forman el núcleo deben invertir en igual forma su sentido de orientación, lo cual

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA PRACTICAS DE CONVERSION DE ENERGIA requiere energía, que es tomada de la fuente que suministra la alimentación; lo cual representa, una pérdida de potencia. 

Es decir están asociados con la reubicación de los dominios magnéticos en el núcleo, durante cada semiciclo. Son una función compleja y no lineal del voltaje aplicado al transformador.

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Perdidas por corrientes de Eddy.- También llamadas corrientes parasitas.

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Son producidas por el calentamiento resistivo en el núcleo del trasformador.

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Eficiencia.- Es la relación que existe entre el voltaje de salida y el voltaje de entrada.

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Regulación de voltaje.- Es una cantidad que compara el voltaje de salida de un trasformador sin carga (en vacío), con el voltaje de salida a plena carga.

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Regulacion ( )=

Vvacio−Vcarga x 100 Vcarga

En un trasformador ideal la regulación es 0%, mientras que en un trasformador real la regulación es aproximadamente igual a 3%. Flujo de dispersión.- Son los flujos que se escapan del núcleo y pasan a través de un solo devanado se denominan flujos dispersos. En otras palabras estos flujos producen un auto inductancia en los devanados primario y secundario. Voltaje de impedancia.- El voltaje de impedancia de un transformador, es el voltaje requerido para que circule una corriente nominal específica por uno u otro bobinado. Polaridad.- La polaridad de un trasformador depende del sentido de la bobina, es decir de su enrollamiento.

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Explique cómo se realiza la prueba de polaridad con el objeto de realizar conexiones correctas en el laboratorio.

Si un transformador monofásico se lo conecta como se muestra en la figura 7, con un puente entre los bornes U y u, se lo alimenta preferentemente por el lado de mayor tensión, puede hacerse con tensión reducida, y se miden las tensiones indicadas; el voltímetro conectado entre los bornes V y v, puede indicar la suma o la diferencia de las tensiones primaria y secundaria. En el primer caso se dice que el transformador tiene polaridad aditiva y en el segundo sustractiva. Este procedimiento no es recomendado si la relación de transformación es superior a 30, debido a que las tensiones ∆U, para ambas polaridades, son muy semejantes.

Como ya se dijo la polaridad está relacionada con los bornes homólogos y la designación de los terminales; En la figura 8 se muestran las dos posibilidades y los sentidos de las tensiones que justifican la medición anterior.

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Explique por qué lado (primario o secundario) se debe realizar la prueba de circuito abierto y la prueba de corto circuito en un transformador.

En la prueba de circuito abierto determinamos las perdidas en el nucleo del transformador. Con la condición que se le debe alimentar a voltaje nominal y frecuencia nominal. Normalmente se alimenta el devanado de bajo voltaje. En la prueba de cortocircuito tratamos de establecer las perdidas en las bobinas o devanados, con carga (perdidas en el cobre) y la impedancia de cortocircuito. La prueba se realiza conectando en cortocircuito los terminales de uno de los devanados. Normalmente el devanado de bajo voltaje.

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Explicar la relación de transformación tomando en consideración el número de espiras, voltajes y corrientes de los devanados primados y secundarios.

Es la relación que existe entre la tensión de salida y la tensión de entrada. La relación 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 número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , según la ecuación:

La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA PRACTICAS DE CONVERSION DE ENERGIA Dónde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario o tensión 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.

Referencias http://www.geocities.ws/pnavar2/font_ali/rectific.html http://www.forosdeelectronica.com/tutoriales/rectificadores.htm http://www4.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/maquinas_elect ricas_1/apuntes/09_ensayos_de_transformadores.pdf

[1] YANEZ V. “Elaborar un manual de procedimientos para el diseño y construcción de transformadores”. Quito abril 2010, Escuela Politécnica Nacional. Núcleo armado página 74.