“Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático”

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA

DOCENTE : ING. CARLOS, ORÉ HUARCAYA

MATERIA : LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS

FACULTAD : INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

INTEGRANTES:

CHOQUEHUANCA LLAMOCCA, GUILLERMO

SECCION : VIME - 02

ICA – PERU

2015

RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Y VERIFICACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA

DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO POR MEDIO DE MÉTODOS NORMALIZADOS

1. OBJETIVO GENERALDeterminar la relación de transformación y verificación de la transferencia de energía de un transformador monofásico, por medio de métodos normalizados.

2. Elementos Necesarios

a. Materiales Utilizados

Cables GTP N°16

Multitester

Interruptor Termomagnético

Vatímetro

Transformador monofásico

Fuente de tensión

Resistencias

Focos

Pinza Amperimétrica

3. EXPLICACION DE LA PRACTICA

a. PRIMERA EXPERIENCIA

MEDICIÓN DE LA RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN

Por medio de mediciones de voltaje en cada uno de los devanados. Se

encontrara la relación entre espiras o relación de transformación de un

transformador monofásico.

DIAGRAMAS DEL ENSAYO (RELACIÓN DE

TRANSFORMACIÓN)

Se debe medir la tensión en cada uno de los devanados del

transformador.

PROCEDIMIENTO DE LA MEDICIÓN DE LA RELACIÓN DE

TRANSFORMACIÓN

o Realizar el montaje mostrado del diagrama que se muestra en el ensayo

para la realización de las respectivas mediciones.

o Se alimenta el devanado primario con diferentes tipos de señal del

voltaje V1 y se registra el valor del voltaje en cada uno de los

devanados secundarios V2.

o Se repite el procedimiento del punto anterior, por lo menos 6 veces

más, alimentando el transformador con diferentes voltajes inferiores al

voltaje nominal del devanado primario: 100V, 125V, 150V, 175V,

200V, 225 V.

o Se encuentra la media aritmética de la relación entre los voltajes de los

diferentes devanados (primario y secundario) y se registra este valor

como relación de transformación.

EXPERIENCIAS Y RELACIÓN DE TODOS LOS VALORES

OBTENIDOS.

o Primera Experiencia

Fue dar a la fuente un voltaje de 100v, luego conectar los cables GTP al

interruptor termo magnético, de igual manera conectar estos al

transformador monofásico (H1, H2) y (X1, X2), la cual no dio como

resultado un voltaje de V2= 53v este resultado fue realizado mediante la

medición con un multitester.

o Segunda Experiencia

Fue dar a la fuente un voltaje de 125v, luego conectar los cables GTP al

interruptor termo magnético, de igual manera conectar estos al

transformador monofásico (H1, H2) y (X1, X2), la cual no dio como

resultado un voltaje de V2= 67v este resultado fue realizado mediante la

medición con un multitester.

o Tercera Experiencia

Fue dar a la fuente un voltaje de 150v, luego conectar los cables GTP al

interruptor termo magnético, de igual manera conectar estos al

transformador monofásico (H1, H2) y (X1, X2), la cual no dio como

resultado un voltaje de V2= 79v este resultado fue realizado mediante la

medición con un multitester.

o Cuarta Experiencia

Fue dar a la fuente un voltaje de 175v, luego conectar los cables GTP al

interruptor termo magnético, de igual manera conectar estos al

transformador monofásico (H1, H2) y (X1, X2), la cual no dio como

resultado un voltaje de V2= 93v este resultado fue realizado mediante la

medición con un multitester.

o Quinta Experiencia

Fue dar a la fuente un voltaje de 200v, luego conectar los cables GTP al

interruptor termo magnético, de igual manera conectar estos al

transformador monofásico (H1, H2) y (X1, X2), la cual no dio como

resultado un voltaje de V2= 107v este resultado fue realizado mediante

la medición con un multitester.

o Sexta Experiencia

Fue dar a la fuente un voltaje de 225v, luego conectar los cables GTP al

interruptor termo magnético, de igual manera conectar estos al

transformador monofásico (H1, H2) y (X1, X2), la cual no dio como

resultado un voltaje de V2= 119v este resultado fue realizado mediante

la medición con un multitester.

o Valores obtenidos de las experiencias hallamos la media aritmética

MT n=V 1

V 2

MT 1=10053

=1.88MT 2=12567

=1.86

MT 3=15079

=1.89MT 4=17593

=1.88

MT 5=200107

=1.86MT 6=225119

=1.89

MT T=∑MTn

6

MT T=1.88+1.86+1.89+1.88+1.86+1.89

6

MT T=1.876666667

b. SEGUNDA EXPERIENCIA

El transformador es una maquina estática que transfiere energía de un

circuito a otro aprovechando para ello el flujo común.

MEDICIÓN DE LA RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN

Por medio de la medición del voltaje se harán los devanados

correspondientes. Se encontrara la relación entre espiras o relación

de transformación de un transformador monofásico.

DIAGRAMAS DEL ENSAYO (RELACIÓN DE

TRANSFORMACIÓN)

Se debe medir la tensión en cada uno de los devanados del

transformador.

PROCEDIMIENTO DE LA MEDICIÓN DE LA RELACIÓN DE

TRANSFORMACIÓN

o Se va hacer las conexiones de acuerdo al ensayo mostrado y

realizaremos las anotaciones respectivas.

o Realizaremos la medición de los valores de corriente en primarios y

secundarios para cada caso.

o Conectaremos una carga de 6 lámparas y dos resistencias R1 y R2 en

el secundario del transformador aplicando los voltajes primarios

mostrados y realizaremos las mediciones de las corrientes respectivas

con los valores dado en las resistencias R1=89Ω y R2=100Ω.

EXPERIENCIAS Y RELACIÓN DE TODOS LOS VALORES

OBTENIDOS.

En la segunda experiencia, lo que se realizo fue darle a la fuente de

tensión un voltaje de 220V, seguidamente verificar dicho voltaje con el

multímetro, luego con los cables GTP N°16, conectarlos al

transformador monofásico y de este conectarlo al interruptor

termomagnetico, seguidamente los conectamos a diferentes instrumentos,

primero una resistencia, luego con dos resistencias, dos resistencias y un

conjuntos de lámparas y con 2 resistencias y 2 conjunto de lámparas.

Los valores obtenidos los presento a continuación:

RL1=89 <> 89 (valores Verdaderos)

RL2=98.1<>100 (valores verdaderos)

A)

RELACION DE TODOS LOS VALORES MEDIDOS EN LA EXPERIENCIA

DATOS DE LA PRIMERA EXPERIENCIA

MT n=V 1

V 2

MT 1=10053

=1.88MT 2=12567

=1.86

V1 R1 R2 V2 A1 A2

Voltaje y corriente con una resistencia 220V 98.1Ω 0.75A 1.2A

Voltaje y corriente con dos resistencias 220v 89Ω 98.1Ω 112V 7.25A 2.36A

Voltaje y corriente con 2 resistencias y

un conjunto de lámparas220V 89Ω 98.1Ω 112V 2.74A 5.14A

Voltaje y corriente con 2 resistencias y 2

conjunto de lámparas220V 89Ω 98.1Ω 112V 3.84A 7.33A

MT 3=15079

=1.89MT 4=17593

=1.88

MT 5=200107

=1.86MT 6=225119

=1.89

MT T=1.876666667

DATOS DE LA SEGUNDA EXPERIENCIA

B)

RESUMEN TEORICO

B.1) CIRCUITO MAGNETICO:

Se denomina circuito magnético a un dispositivo en el cual las líneas de fuerza del

campo magnético se hallan canalizadas trazando un camino cerrado. Para su fabricación

se utilizan materiales ferromagnéticos, pues éstos tienen una permeabilidad magnética

mucho más alta que el aire o el espacio vacío y por tanto el campo magnético tiende a

confinarse dentro del material, llamado núcleo. Los circuitos magnéticos son

importantes pues son la base teórica para la construcción de transformadores, motores

eléctricos, muchos interruptores automáticos, relés, etc.

B.2) MAGNITUDES DE UN CIRCUITO MAGNETICO:

FUERZA MAGNETOMOTRIZ:

La fuerza magnetomotriz es aquella capaz de producir un flujo magnético entre

dos puntos de un circuito magnético. Es una de las variables usadas para describir

un campo magnético. En el caso de un solenoide largo y con cierto número de

vueltas, la expresión se puede simplificar. En este caso se expresa por la siguiente

ecuación. Dónde: N: número de espiras de la bobina I: intensidad de la corriente

en amperios (A)

V1 R1 R2 V2 A1 A2

Voltaje y corriente con una resistencia 220V 98.1Ω 0.75A 1.2A

Voltaje y corriente con dos resistencias 220v 89Ω 98.1Ω 112V 7.25A 2.36A

Voltaje y corriente con 2 resistencias y

un conjunto de lámparas220V 89Ω 98.1Ω 112V 2.74A 5.14A

Voltaje y corriente con 2 resistencias y 2

conjunto de lámparas220V 89Ω 98.1Ω 112V 3.84A 7.33A

FLUJO MAGNETICO:

El flujo magnético Φ, es una medida de la cantidad de magnetismo, y se calcula a

partir del campo magnético, la superficie sobre la cual actúa y el ángulo de

incidencia formado entre las líneas de campo magnético y los diferentes

elementos de dicha superficie. La unidad de flujo magnético en el Sistema

Internacional de Unidades es el weber y se designa por Wb. Si el campo

magnético B es vector paralelo al vector superficie de área S, el flujoΦ que pasa a

través de dicha área es simplemente el producto del valor absoluto de ambos

vectores:

RELUCTANCIA:

La reluctancia magnética de un material o circuito magnético es la resistencia que

este posee al paso de un flujo magnético cuando es influenciado por un campo

magnético. Se define como la relación entre la fuerza magnetomotriz y el flujo

magnético. La reluctancia R de un circuito magnético uniforme se puede calcular

como:

Dónde:

o R: reluctancia, medida en amperio por weber(Av/Weber).

o l: longitud del circuito, medida en metros.

o μ: permeabilidad magnética del material, medida en H/m (henrio/metro).

o A: Área de la sección del circuito (sección del núcleo magnético), en

metros cuadrados.

PERMEABILIDAD:

Se denomina permeabilidad magnética a la capacidad de una sustancia o medio

para atraer y hacer pasar a través de ella campos magnéticos, la cual está dada por

la relación entre la inducción magnética existente y la intensidad de campo

magnético que aparece en el interior de dicho material. La magnitud así definida,

el grado de magnetización de un material en respuesta a un campo magnético, se

denomina permeabilidad absoluta y se suele representar por el símbolo μ:

Donde B es la inducción magnética (también llamada densidad de flujo

magnético) en el material, y H es intensidad de campo magnético.

B.3) ANALOGIAS CON LOS CIRCUITOS ELECTRICOS

Las leyes de los circuitos magnéticos son formalmente similares a las de los

circuitos eléctricos. Esta analogía entre circuitos eléctricos y circuitos magnéticos

se puede explotar para encontrar soluciones simples para flujos en circuitos

magnéticos de considerable complejidad. En la siguiente tabla se describen las

variables que se comportan de manera análoga en los circuitos magnéticos y

eléctricos:

TRANSFORMADOR:

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o

disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la

potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal,

es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño

porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.

FUNCIONAMIENTO:

Este elemento eléctrico se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética,

ya que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario,

debido a la variación de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce

la inducción de un flujo magnético variable en el núcleo de hierro. Este flujo

originará por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz

en el devanado secundario.

TRANSFORMADOR MONOFASICO:

Básicamente está formado por un núcleo compuesto de láminas de hierro y dos

bobinados, a los cuales denominaremos primario y secundario. El bobinado

primario con “N1” espiras es aquel por el cual ingresa la energía y el secundario

con “N2” espiras es aquel por el cual se suministra dicha energía.

TRANSFORMADOR MONOFASICO IDEAL:

Para analizar un transformador, vamos a iniciar su estudio suponiendo que el

mismo es ideal, por lo que debe presentar las siguientes características:

Las bobinas primaria y secundaria no tienen resistencia óhmica.

Todo el flujo magnético se encuentra en el núcleo de láminas de acero.

El núcleo no tiene reluctancia.

El núcleo no tiene pérdidas por corrientes parásitas ni por histéresis.

C) DESCRIPCION DE LA EXPERIENCIA

Lo primero que se hizo fue darle distintos valores a la fuente de tensión (100v,

125v, 150v, 175v, 200v, 225v),luego con los cables GTP N°16 conectarlo al

interruptor termomagnético, y este seguidamente conectarlo al transformador

monofásico.

Después utilizamos el multímetro para comprobar y medir la cantidad de voltaje

que está saliendo del transformador monofásico.

Seguidamente presentare cada valor obtenido con los distintos voltajes trabajados.

En la segunda experiencia, lo que se realizo fue darle a la fuente de tensión un

voltaje de 220V, seguidamente verificar dicho voltaje con el multímetro, luego con

los cables GTP N°16, conectarlos al transformador monofásico y de este conectarlo

al interruptor termomagnetico, seguidamente los conectamos a diferentes

instrumentos, primero una resistencia, luego con dos resistencias, dos resistencias y

un conjuntos de lámparas y con 2 resistencias y 2 conjunto de lámparas.

Los valores obtenidos los presento a continuación:

RL1=89 <> 89 (valores Verdaderos)

RL2=98.1<>100 (valores verdaderos)

D) IMPORTANCIA DE LA RELACION DE TRANSFORMACION

La relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de

la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la

relación entre la tensión de salida y la de entrada.

La relación entre la fuerza electromotriz inductora, aplicada al devanado primario y

la fuerza electromotriz inducida, la obtenida en el secundario, es directamente

proporcional al número de espiras de los devanados primario y secundario.

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.

Donde (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.

E) ALTERACION DE LA RELACION DE TRANSFORMACION EN UN

TRANSFORMADOR

La relación que exista entre las espiras del primero y del secundario determina la relación

del voltaje del transformador.

Con una Relación 1.96:1. Significa que el voltaje y la corriente del primario ( VP e IP ) se

transmiten sin alteraciones al secundario. Con frecuencia a este tipo de relación se le

designa como transformador de aislamiento.

F) RELACION DE INTENSIDADES (I1/I2) SE COMPORTA IGUAL CON LA

RELACION DE TENSIONES (V1/V2)

La relación de transformación es la relación que hay entre el primario y el

secundario del transformador.

V1/V2 ≠ A1/A2

La relación entre la fuerza electromotriz de alimentación y la inducida es igual a la

relación entre las espiras del primario y el secundario del mismo. (Para un

transformador teórico) pero diferente a la relacion de las corrientes.

Por ejemplo un trasformador de 220V a 112V tiene una relación de 1.96, y en

función de ello deberá ser la relación de los bobinados las corrientes de 3.84A a

7.33V tiene una relación de 0.52.

G) PRINCIPIO DEL TRANFORMADOR

El transformador se basa en el principio de que la energía se puede transformar

eficazmente por inducción electromagnética, desde un bobinado a otro por medio

de un flujo magnético variable, siempre y cuando ambos devanados estén en el

mismo circuito magnético, el circuito magnético es el núcleo de láminas de acero.

En un transformador el núcleo está formado por chapas rectangulares de acero

laminado, mas generalmente acero con un porcentaje de silicio, unidas entre si por

grapas o pasadores.

Cuando el bobinado primario se energiza con corriente alterna, aparece en este

bobinado una corriente L1 que varía senosoidalmente con el tiempo. Puesto que el

arrollamiento primario envuelve al núcleo de acero laminado, su fuerza

magnetomotriz produce en el núcleo un flujo Ø que varía también senosoidalmente

con el tiempo.

H) RELUCTANCIA

La reluctancia, por otra parte, está vinculada a la resistencia que ejerce un circuito o

un material ante un determinado flujo magnético. Esto quiere decir que el circuito o

material en cuestión resiste el paso del flujo magnético, oponiéndole su fuerza

magnetomotriz.

Se trata de un concepto similar al de resistencia eléctrica: en un circuito eléctrico, la

corriente sigue el camino que le ofrece menor resistencia. En el caso de un circuito

magnético, es el flujo magnético el que busca avanzar por el sector que ejerza

menor resistencia magnética (es decir, que tenga menor reluctancia).

A medida que se incrementa la reluctancia del material o circuito, se necesita mayor

energía para lograr el paso del flujo magnético a través de él.

Es posible calcular la reluctancia magnética a partir de la siguiente ecuación: la

reluctancia (que se mide en amperio por weber) es igual a la longitud del circuito

sobre la permeabilidad magnética por el área de la sección del núcleo magnético.

La reluctancia R de un circuito magnético uniforme se puede calcular como:

Dónde:

o R -> reluctancia, medida en amperio (también llamado [amperio vuelta]])

por weber ( A v/Weber ). Esta unidad es equivalente al inverso del Henrio (H-1)

multiplicado por el número de espiras .

o l -> longitud del circuito, medida en metros.

o μ -> permeabilidad magnética del material, medida en H/m (henrio/metro).

o A -> Área de la sección del circuito (sección del núcleo magnético),

en metros cuadrados.

I) LEY DE HOPKINSON

El potencial magnético o fuerza magnetomotriz, es la fuente que produce el flujo

magnético en un circuito magnético. La Fuerza magnetomotriz de un circuito

magnético se puede expresar en términos del flujo magnético Φ y la reluctancia

magnética Rm.

Esta ecuación se puede entender como una analogía a la ley de Ohm ( V = R* I ).

El flujo magnético es directamente proporcional a la Fuerza magnetomotriz que lo

origina e inversamente proporcional a la reluctancia del circuito magnético (que

depende de la longitud del circuito, el área transversal del circuito y la

permeabilidad magnética del material del que está hecho. Las variables magnéticas

se comportan como sus análogas en unas eléctricas en la ley de Ohm.

El flujo magnético sigue las lineas de flujo por donde encuentra menor reluctancia.

Por esto las líneas de flujo están dentro del cuerpo de alta permeabilidad, puesto

que esto ofrece mucha menor reluctancia que el aire. Sin embargo el cuerpo de alta

permeabilidad aún posee cierta reluctancia que es el equivalente a la resistencia en

esta analogía de Hopkinson. El flujo magnético sería el equivalente a la corriente

eléctrica.

Usualmente en los circuitos eléctricos simples la fuerza magnetomotriz se genera

empleando un solenoide. Esto es un es un alambre aislado, de longitud finita,

enrollado en forma de hélice.

CONCLUSION

Se pudo conocer más acerca de las variaciones que sufren los voltajes, las

corrientes y la cantidad de energía que entra y sale por el transformador

monofásico.

Se conoció una serie de conexiones en las cuales se utilizaron resistencias y un

conjuntos de lámparas, y que con la ayuda de la pinza amperimétrica logramos

calculas la corriente de entrada y la corriente de salida en cada uno de los casos

efectuados.

Se pudo aprender más acerca de conexiones y sobre todo, las variaciones que

sufren los voltajes en cada uno de los casos presentados en la experiencia.