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Instituto Tecnológico de Querétaro

Departamento de Ingeniería Eléctrica

y Electrónica

Guía de Prácticas de Laboratorio

Materia: Conversión de la Energía Eléctrica I

Laboratorio de Ingeniería Eléctrica

“Adolfo Equihua Tapia”

Santiago de Querétaro, Qro. Junio 2012

Elaboró

Ing. César de la Fuente Tamez

Editora

Dulce María de Guadalupe Ventura Ovalle

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Av. Tecnológico S/N, Esq. M. Escobedo, Col. Centro,

CP.76000 Tel: 2274400 ext. 4418

CONTENIDO

PRÁCTICA No. 1. CAMPOS MAGNÉTICOS Y FUERZAS DE ATRACCIÓN Y REPULSIÓN ......................... 4

1. OBJETIVO ................................................................................................................................. 4

2. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 4

3. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................................... 4

4. EQUIPO Y MATERIALES ............................................................................................................ 5

5. METODOLOGÍA ........................................................................................................................ 5

PRÁCTICA No. 2. CONEXIONES DE AUTO TRANSFORMADORES Y CONEXIONES DE MOTORES ........ 7

1. OBJETIVO ................................................................................................................................. 7

2. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 7

3. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................................... 7

4. EQUIPO Y MATERIALES ............................................................................................................ 8

5. METODOLOGÍA ........................................................................................................................ 8

PRÁCTICA No. 3. PRUEBA DE RESISTENCIA DE LOS AISLANTES DEL TRANSFORMADOR ................. 12

1. OBJETIVO ............................................................................................................................... 12

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 12

3. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 12

4. EQUIPO Y MATERIALES .......................................................................................................... 13

5. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 14

PRÁCTICA No. 4. RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN POR MEDIO DE UN TTR .................................. 17

1. OBJETIVO ............................................................................................................................... 17

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 17

3. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 17


5. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 18

PRÁCTICA No.5. IDENTIFICACIÓN DE LA POLARIDAD EN EL TRANSFORMADOR .............................. 22

1. OBJETIVO ............................................................................................................................... 22

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 22

3. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 22


5. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 23

PRÁCTICA No.6. EFICIENCIA DE LOS TRANSFORMADORES ELÉCTRICOS .......................................... 24

1. OBJETIVO ............................................................................................................................... 24

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 24

3. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................... 24


5. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 25

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE QUERÉTARO

INGENIERÍA ELÉCTRICA

MATERIA: CONVERSIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA I

CLAVE DE LA MATERIA: ELC-0510

PRÁCTICA No. 1.

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PRÁCTICA No. 1. CAMPOS MAGNÉTICOS Y FUERZAS DE

ATRACCIÓN Y REPULSIÓN

No. DE ALUMNOS:_________________ DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 2 horas

1. OBJETIVO Observar el sentido del campo magnético y de la corriente con alimentación de una batería,

las fuerzas de atracción y repulsión y observar el cambio de medida del flujo con núcleo y

sin núcleo.

2. INTRODUCCIÓN

3. MARCO TEÓRICO

Campo magnético

Un electroimán es una bobina (una espira arrollada) por la cual circula corriente eléctrica.

Esto genera un campo magnético isomórfico al de un imán de barra.

Un campo magnético tiene dos fuentes que lo originan: una de ellas es la corriente eléctrica

de convección, que da un campo magnético estático; y la otra por una corriente en

desplazamiento.

Se denomina campo magnético de un imán a toda región del espacio en donde se hace

sentir su influencia.

Los campos magnéticos suelen representarse con “líneas de fuerza” o “líneas de campo

magnético”. En cualquier punto, la dirección del campo magnético es igual a la dirección

de las líneas de fuerza, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio

entre las líneas.

En el caso de una barra imantada, las líneas de fuerza salen de un extremo y se curvan para

llegar al otro extremo; estas líneas pueden considerarse como bucles cerrados, con un polo

del bucle dentro del imán y otra fuera. En los extremos del imán, donde las líneas de fuerza

están más próximas, el campo magnético es más intenso; en los lados del imán, donde las

líneas de fuerza están más separadas, el campo magnético es más débil.





PRÁCTICA No. 1.

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a b

Fig. 1.1. Campo magnético: a) Producido por una corriente, b) De un imán

4. EQUIPO Y MATERIALES

Batería de corriente alterna de 12 V

8 Puntas bananas medianas

6 Puntas bananas chicas

Módulo de bobina con brújula

Bobina

Fluxómetro

Módulo de cables paralelos

Núcleo de hierro laminado

5. METODOLOGÍA

5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica

5.1.1 Una vez alimentada el módulo de bobina con brújula verificar el sentido en que la

corriente va, esto tomando en cuenta la regla de la mano derecha.

5.1.2 Alimentar y medir el flujo en la bobina sin núcleo y después medir el flujo pero

con un poco de núcleo y así hasta meter todo el núcleo con él se cuenta y verifica las

diferencias.





PRÁCTICA No. 1.

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5.1.3 Al alimentar el módulo de cables paralelos con la batería verificar si se cumple la

teoría de que las cargas se atraen o se repelen, claro tomando en cuenta la teoría.

5.2 Diagramas o dibujos

5.3 Tablas

5.4 Precauciones y/o Notas





PRÁCTICA No. 2

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PRÁCTICA No. 2. CONEXIONES DE AUTO

TRANSFORMADORES Y CONEXIONES DE MOTORES


1. OBJETIVO Realizar las conexiones delta y estrella con la utilización de un auto transformador.

2. INTRODUCCIÓN

3. MARCO TEÓRICO Motor Un motor eléctrico es una máquina que para producir el movimiento deseado resulta capaz

de transformar la energía eléctrica propiamente dicha en energía mecánica, todo logrado a

través de diferentes interacciones electromagnéticas.

Conexión Estrella

En este tipo de conexión, se unen en un punto común las puntas finales de las bobinas y

esta conexión puede o no salir al exterior.

Conexión Delta

En este tipo de conexión se une el final de la primera bobina con el inicio de la segunda, el

final de la segunda bobina con el inicio de la tercera y el final de la tercera con el inicio de

la primera.

Autotransformador

Un autotransformador es un transformador especial que para cada fase tiene un único

devanado que actúa a la vez de primario y de secundario (Fig. 1). Esto debido al pequeño

valor de su tensión relativa de cortocircuito 𝜀𝑐𝑐.

http://www.definicionabc.com/tecnologia/energia-electrica.php

http://www.definicionabc.com/tecnologia/energia-mecanica.php





PRÁCTICA No. 2

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Fig. 2.1. Autotransformador monofásico


Auto transformador Multímetro 8 Puntas bananas Largas 8 Puntas bananas chicas Motor de corriente alterna a 440/220 V Mesa de trabajo con fuente de alimentación de corriente alterna de 440/220 V

5. METODOLOGÍA


5.1.1 Una vez obtenido todo el material conectar la alimentación de 440/220 V de

corriente alterna a las mesas. 5.1.2 Medir el voltaje en las terminales para ver con cuanto se va a alimentar el auto

transformador.

5.1.3 Conectar el auto transformador dependiendo del voltaje de alimentación como se

muestra en las figuras (Fig. 2.2 y Fig. 2.3).

5.1.4 Ya que se conectó el auto transformador medir el voltaje y comprobar que sea el

esperado.





PRÁCTICA No. 2

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5.1.5 Conectar el motor trifásico a 440/220 V de corriente alterna esto se deja al criterio

del alumno o del profesor como se muestra en las figuras (Fig. 2.4 y Fig. 2.5).

5.1.6 Por último verificar el voltaje del motor de entrada.


Fig. 2.2. Conexión doble estrella (220 V de corriente alterna) (Conexión a 220 V entre líneas)

Fig. 2.3. Conexión doble estrella a (220 Ven corriente alterna.) (Conexión estrella a 440 V en

corriente alterna.)





PRÁCTICA No. 2

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a) b)

Fig. 2.4. Conexión de motores trifásicos a 440/220 V de corriente alterna. a) Alimentación a

220V de corriente alterna., b) Conexión doble estrella a 220 V de corriente alterna





PRÁCTICA No. 2

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Fig. 2.5. Conexión de motores trifásicos a 220 V de corriente atlerna

Fig. 2.6. Conexión de motores trifásicos a 440 V de corriente alterna

5.3 Tablas


Antes de alimentar al Auto transformador y motor, checar que las conexiones sean las

correctas esto con el fin de evitar cortos en ambos, se recomienda que dos o más

integrantes del equipo revisen las conexiones.





PRÁCTICA No. 3.

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PRÁCTICA No. 3. PRUEBA DE RESISTENCIA DE LOS

AISLANTES DEL TRANSFORMADOR


1. OBJETIVO Familiarizarse con los aparatos de medición necesarios para este tipo de pruebas.

2. INTRODUCCIÓN

3. MARCO TEÓRICO

MEGGER

Es un instrumento especial para la medición de la resistencia. Consiste en un generador

mano- conducido de CC y un voltímetro sensible de lectura. El voltaje es suministrado por

el generador mano-inducido y no por baterías, por lo tanto es constante, este generador

utiliza un campo magnético permanente. Cuando imanes permanentes proveen de campo al

generador, la máquina es llamado MAGNETO. El magneto del megger puede producir

fuerzas eletromotrices que van desde 100 volts a 1,000 volts, por esta razón el aparato

puede medir resistencias más grandes Megohms (millones de ohms) de ahí su nombre. La

armadura se convierte en una palanca montada en la lateral de la caja del Megger.

Fig. 3.1. Conexión del Megger





PRÁCTICA No. 3.

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Prueba de resistencia de aislamiento

Esta prueba permite tener una idea rápida y confiable de las condiciones del aislamiento

total del transformador bajo prueba.

La medición de esta resistencia independientemente de ser cuantitativa también es relativa,

ya que el hecho de estar influenciada por aislamientos, tales como porcelana, papel, aceite,

barnices, etc., la convierte en indicadora de la presencia de humedad y suciedad en esos

materiales.

La prueba se efectúa con el medidor de resistencia de aislamiento a una tensión mínima de

1,000 volts, recomendándose realizarla a 2500 ó 5000 volts y durante 10 minutos.

Fig. 3.2. Prueba con el Megger


Transformador

Megger

Algunos cables para puentear al transformador

Extensión larga para conectar el Megger

Cronómetro





PRÁCTICA No. 3.

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5. METODOLOGÍA


5.1.1 Puentear las terminales de alta y de baja. 5.1.2 Conectar el Megger y acerarlo como indica la tapadera del mismo.

5.1.3 Una vez acerado, conectar el Megger al transformador como se muestra en las

figuras (Fig. 3.1, Fig. 3.2 y Fig. 3.3).

5.1.4 Medir el valor de la resistencia marcado en el Megger durante 10 minutos

tomando lecturas a los 15, 30, 45 y a los 60 segundos. 5.1.5 Posteriormente al minuto 2, 3, 4…, 10.

5.1.6 El último valor de la resistencia que fue a los 10 min. Compararlo con los valores

de la tabla (Tabla 3.1) y decir si el aislamiento está bien o tiene cortos en los devanados.


Fig. 3.1





PRÁCTICA No. 3.

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Fig. 3.2

Fig. 3.3





PRÁCTICA No. 3.

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5.3 Tablas

kV Mega Ohms (MΩ)

1.2 32

2.5 68

15 410

25 670

69 1860

115 3100

230 6200

245 9300

Tabla 3.1. Valor mínimo de resistencia del aislamiento a 20 °C

Segundos Resistencia (Ω)

15

30

45

60

Tabla 3.2. Valor de la Resistencia en segundos

Minutos Resistencia (Ω)

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Tabla 3.3. Valor de la Resistencia en minutos

5.4 Precauciones y/o Notas Antes de alimentar al Auto transformador y motor, checar que las conexiones sean las

correctas esto con el fin de evitar cortos en ambos, se recomienda que dos o más

integrantes del equipo revisen las conexiones.





PRÁCTICA No. 4.

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PRÁCTICA No. 4. RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN

POR MEDIO DE UN TTR


1. OBJETIVO Que el alumno comprenda el uso de un TTR (Transformer Turns Ratio) para encontrar la

relación de transformación de un transformador, además de que compruebe lo que

teóricamente ya se había mencionado.

2. INTRODUCCIÓN

3. MARCO TEÓRICO

Transformador

Consta de un núcleo de chapas magnéticas, al que rodean dos devanados, denominados

primario y secundario.

Al conectar el devanado primario a una red de c.a se establece un flujo alterno en el

circuito magnético que, a su vez, inducirá las fem (fuerza electromotriz) en el o los

devanados secundarios.

Fig. 4.1. Transformador

Relación de transformación o relación de espiras

La razón entre el número de vueltas de las bobinas de alta tensión (primario) y las de baja

tensión (secundario) de un transformador se conoce como “la relación de vueltas de un

transformador”.





PRÁCTICA No. 4.

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𝑎 =𝑁𝑝

𝑁𝑠

TTR

Los medidores de razón de transformación, más conocidos como TTR, dan la lectura de la

relación de vueltas y las corrientes de excitación de los bobinados de un transformador de

potencia, potencial o transformador de corriente. Las pruebas de la relación de vueltas

sirven para confirmar la relación de transformación y polaridad de transformadores nuevos

y usados y para identificar desviaciones en las lecturas de la relación de vueltas, indicando

problemas en uno o ambos bobinados o en el circuito magnético del núcleo.


TTR (DTR AEMC: Medidor Digital de Relación de Transformador)

Puntas reconexión de baja y alta del TTR

Transformador de cualquier valor

5. METODOLOGÍA


5.1.4 Se acomoda el TTR posicionando el botón selector hasta acomodarlo en 1.000

que aparecerá en la pantalla (LCD) del TTR, todo esto se hace sin conectar ninguna

punta del TTR.

5.1.5 Se conectan las puntas de alta (H) y baja (X) como se muestra en la Fig. 4.3.

(Esto se hace con el TTR apagado). 5.1.6 A continuación se posiciona el botón selector como se muestra en el dibujo, se

enciende el TTR y se toma la medición del (LCD).

5.1.7 Dependiendo del resultado de la relación que marque, se considera lo siguiente: 5.1.7.1 Si la relación de transformación es menor a 0.5 el transformador está en

óptimas condiciones para trabajar.

5.1.7.2 Si la relación de transformación es mayor a 0.5 el transformador no cumple

con los requisitos de trabajo lo que puede provocar una falla en el transformador.





PRÁCTICA No. 4.

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Fig. 4.2. Partes del DTR

1. Conector del cable para el lado de

Alto Voltaje o Primario H 1. Switch de Encendido /

Apagado

2. Conector del cable para el lado de

Bajo Voltaje o Secundario X 2. Jack para el suministro de

energía de CA.

3. Switch selector para el rango de

Ratio 3. Indicador de carga de la

batería

4. Control de calibración de campo 4. Display

5. Switch selector de Modo 5. Led indicador polaridad dual





PRÁCTICA No. 4.

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Fig. 4.3. En el display se debe de leer 1.000, el POT debe estar hasta el lado

más fino junto con el course.

Fig. 4.4. Con el DTR apagado se realiza la conexión al primario y secundario

del transformador





PRÁCTICA No. 4.

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Fig. 4.5

5.3 Tablas






PRÁCTICA No. 5.

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PRÁCTICA No.5. IDENTIFICACIÓN DE LA POLARIDAD

EN EL TRANSFORMADOR


1. OBJETIVO Que el alumno aprenda a identificar las marcas de polaridad en un transformador

monofásico, así como la importancia que tienen estas marcas.

2. INTRODUCCIÓN

3. MARCO TEÓRICO La polaridad de los transformadores indica el sentido relativo instantáneo del flujo de

corriente en los terminales de alta tensión con respecto a la dirección del flujo de corriente

en los terminales de baja tensión.

La polaridad de un transformador de distribución monofásico puede ser aditiva o

sustractiva. Una simple prueba para determinar la polaridad de un transformador es

conectar dos bornes adyacentes de los devanados de alta y baja tensión y aplicar un voltaje

reducido a cualquiera de los devanados.

La polaridad es aditiva si el voltaje medido entre los otros dos bornes de los devanados es

mayor que el voltaje en el devanado de alta tensión (Fig. 1).

La polaridad es sustractiva si el voltaje medido entre los dos bornes de los devanados es

menor que el voltaje del devanado de alta tensión (Fig. 2).


Transformador monofásico ( 120 – X) V

2 Multímetros

8 Puntas bananas medianas

Variac

Clavija

Voltímetro analógico





PRÁCTICA No. 5.

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5. METODOLOGÍA


5.1.1 Conectar como se muestra en las figuras (Fig. 5.1 y Fig. 5.2).


Fig. 5.1. Polaridad aditiva

Fig. 5.2 Polaridad sustractiva

5.3 Tablas


H1 H2

X1 X2

H1 H2

X1





PRÁCTICA No. 6

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PRÁCTICA No.6. EFICIENCIA DE LOS

TRANSFORMADORES ELÉCTRICOS


1. OBJETIVO Probar si realmente los transformadores elaborados por el grupo son eficientes por medio

de las pruebas de relación de transformación y comprobándolos con el uso del TTR

(Transformer Turns Ratio).

2. INTRODUCCIÓN

3. MARCO TEÓRICO

Los transformadores también se comparan y valoran de acuerdo con su eficiencia. La

eficiencia o rendimiento de un artefacto se puede conocer por medio de la siguiente

ecuación:

η =PSAL

PENT∗ 100

𝜂 =𝑃𝑆𝐴𝐿

(𝑃𝑆𝐴𝐿 + 𝑃𝑃É𝑅𝐷𝐼𝐷𝐴)∗ 100

Esta ecuación se aplica a motores y generadores, así como a transformadores.

Los circuitos equivalentes del transformador facilitan mucho los cálculos de la eficiencia.

Hay tres tipos de pérdidas que se representan en los transformadores:

• Pérdidas en el cobre.

• Pérdidas por histéresis.

• Pérdidas por corrientes parásitas.





PRÁCTICA No. 6

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Para calcular la eficiencia de un transformador bajo carga dada, sólo se suman las pérdidas

de cada resistencia y se aplica la ecuación:

𝜂 =𝑃𝑆𝐴𝐿

(𝑃𝑆𝐴𝐿 + 𝑃𝑃É𝑅𝐷𝐼𝐷𝐴)∗ 100

Puesto que la potencia es PSAL = VS * IS cos , la eficiencia puede expresarse por:

𝜂 =𝑉𝑆𝐼𝑆𝑐𝑜𝑠𝜑

(𝑃𝐶𝑈 + 𝑃𝑁𝑈𝐶𝐿𝐸𝑂 + 𝑉𝑆𝐼𝑆𝑐𝑜𝑠𝜑)∗ 100


6 Transformadores de diferentes valores

TTR ( Transformer Turns Ratio)

8 Puntas Banana – banana

6 Puntas Mixtas

Clavija

Multímetro

Wattmetro

Variac

5. METODOLOGÍA


5.1.1 Una vez obtenido todo el material conectar la alimentación a las mesas.

5.1.2 Medir el voltaje en las terminales para ver cuánto se va a alimentar a los

transformadores. 5.1.3 Conectar cada uno de los transformadores dependiendo del voltaje de

alimentación y tomar los datos teóricos para utilizar nuestra formula:

% 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 =𝑅𝑒𝑙. 𝑇𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑅𝑒𝑙. 𝑀𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜

𝑅𝑒𝑙. 𝑇𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑥 100 = 0.5%

5.1.4 Con el TTR se comprueba el resultado ya que con este equipo de medición se

detecta corto circuitos entre las espiras, falsos contactos, circuitos abiertos.





PRÁCTICA No. 6

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Fig. 6.1.





PRÁCTICA No. 6

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Fig. 6.2

5.3 Tablas

Tabla 1. Conexiones de prueba


En la prueba de relación de transformación la CFE exige un valor máximo de diferencia de

0.4%.

PRUEBA CR CN GR GN

1 H1 H3 X1 X0

2 H2 H1 X2 X0

3 H3 H3 X3 X0

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