LABORATORIO N 3

POLARIDAD DEL TRANSFORMADOR MONOFASICO 1. OBJETIVOS

Definir las polaridades (aditiva o sustractiva) del transformador monofsico. Ubicar las bobinas primaria y secundaria del transformador. Comprobar de forma experimental en el caso de corriente alterna que los transformadores monofsicos no pueden tener polaridad fija en sus terminales ya que su direccin es relativa, en los devanados primarios y secundarios de los transformadores.

Realizar un uso correcto de los equipos del laboratorio siguiendo los pasos, para poder calcular deforma eficiente lapolaridad en eltransformador.

2. FUNDAMENTO TERICO

El transformadorLos transformadores son mquinas estticas que se utilizan para variar los valores de tensin (V) e intensidad (I) en C.A. Son utilizados en las lneas de transporte y distribucin para elevar o reducir los valores de tensin elctrica.Es un dispositivo elctrico construido con dos bobinas acopladas magnticamente entre s, de tal forma que al paso de una corriente elctrica por la primera bobina (llamada primaria) provoca una induccin magntica que implica necesariamente a la segunda bobina (llamada secundaria) y provocando con este principio fsico lo que se viene a llamar una transferencia de potencia.

Funcionamiento del transformador monofsicoLos transformadores, como la mayora de las mquinas elctricas, disponen de un circuito magntico y dos circuitos elctricos. Sobre el ncleo magntico, formado por chapas apiladas, van arrollados dos bobinados que se denominan primario y secundario.Al conectar el bobinado primario de N1espiras a una tensin alterna, se crea un flujo magntico alterno. Este flujo magntico, que se establece en todo el circuito magntico, recorre el bobinado secundario de N2espiras induciendo en l una fuerza electromotriz produciendo la tensin en bornes V2.A la relacin de tensiones entre el primario y secundario se le llama relacin de transformacin, para un transformador ideal se cumple:

Dnde: m = relacin de transformacin V1= tensin del primario (V) V2= tensin del secundario (V) N1= nmero de espiras del primario N2= nmero de espiras del secundarioLa transferencia de energa elctrica entre el primario y secundario se hace a travs del campo magntico variable que aparece en el ncleo, no hay conexin elctrica entre los dos bobinados.TRANSFORMADOR IDEAL

El transformador es el conversor bsico de corriente alterna. Justamente es lo que fundamenta su existencia, la posibilidad de transformar las tensiones de trabajo. No funciona en corriente continua. El transformador en su concepcin terica ideal consta de un ncleo con dos arrollamientos que poseen N1 y N2 vueltas respectivamente.

Si se alimenta uno de los bobinados con una tensin alterna senoidal aparecer en el otro bobinado una tensin tambin alterna y senoidal de forma talque la relacin entretensiones es la siguiente:

Esto se debe a que al aplicarse una tensin alterna senoidal a un bobinado aparece en el ncleo un flujo alterno senoidal y por lo tanto segn la ley de Faraday:

Funcionamiento en vaco:Se conecta el primario a la red y al secundario no se le conecta carga alguna.Al conectar el primario a una tensin V1circula por l una pequea corriente, denominada intensidad de vaco I0, se produce un flujo alterno senoidal en el ncleo magntico. Este flujo magntico induce una f.e.m. E1en el primario, por efecto de la autoinduccin, y a su vez en el secundario tambin se inducir otra f.e.m. E2.Entonces la f.e.m. de autoinduccin ser:

y como la f.e.m. de autoinduccin se opone a la tensin aplicada

el valor eficaz de las tensiones ser:

, por lo tanto

Si ahora se conecta una carga (impedancia) a uno de los bobinados circular una corriente que se reflejar en el otro bobinado.

Con el transformador en carga aparece una corriente I2 que circulando por el bobinado produce una fuerza magnetomotriz N2I2 que tiende a modificar el flujo, pero como aparecer en el otro bobinado una corriente I1 que restablezca la fuerza magnetomotriz.

Se podra haber llegado a la misma conclusin considerando que por tratarse de un dispositivo ideal sin prdidas la potencia aparente desarrollada en un bobinado debe ser igual a la desarrollada en el otro.

Por lo tanto

Los dos bobinados anteriormente descriptos reciben la designacin de bobinado primario y bobinado secundario. Dado que el transformador es una mquina reversible o sea que puede ser alimentado de cualquiera de los lados se ha establecido como convencin que la designacin de bobinado primario corresponde al lado de mayor nmero de vueltas.

Las relaciones anteriormente descriptas corresponden al transformador ideal y lgicamente poseen algunas ligeras diferencias con las correspondientes a los transformadores reales las cuales se analizarn a continuacin.

Funcionamiento en carga:Se conecta el primario a la red y al conectar al secundario una carga circular por sta una intensidad I2.La intensidad I2crear una fuerza magnetomotriz (N2I2) que tiende a modificar el flujo comn F. Esto no ocurrir puesto que en el primario aparecer otra fuerza magnetomotriz (N1I1) igual a la del secundario pero de sentido contrario equilibrando su efecto. Por lo tanto el flujo comn se mantendr constante.Podemos poner la siguiente expresin:Despejando obtenemos la relacin de transformacin:

Transformador realAnteriormente hemos analizado el funcionamiento del transformador sin tener en cuenta las prdidas que se originan en l. Si bien, por tratarse de una mquina esttica las prdidas son menores que en una mquina rotativa y hay que tenerlas en cuenta.Las prdidas de un transformador son las siguientes: Las debidas a las resistencias de los bobinados primario y secundario R1y R2. Perdidas en el circuito magntico, debidas sobre todo por histresis y las corrientes de Foucault. El flujo no es del todo comn, ya que tiende a dispersarse por el chasis o el aire. Este hecho origina f.e.m. de autoinduccin en los dos bobinados y se representa por reactancias en serie tales como Xd1y Xd2.Teniendo en cuenta todo lo dicho anteriormente se representa el transformador real con el siguiente circuito equivalente: Qu es la polaridad en un transformador?

La polaridad del transformador depender de cmo estn devanadas las dos bobinas, no solamente respecto al ncleo sino que tambin respecto entre ellas. Las bobinas secundarias de los transformadores monofsicos se arrollan en el mismo sentido de la bobina primaria o en el sentido opuesto, segn el criterio del fabricante. Debido a esto, podra ser quela intensidad de corriente en la bobina primaria y la de la bobina secundaria circulen en un mismo sentido, o en sentido opuesto.

Polaridad aditiva

La polaridad positiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario esta arrollado en el mismo sentido que el bobinado primario. Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en el mismo sentido y se sumen. Los trminos H1y X1 estn cruzados.

Polaridad sustractiva

La polaridad sustractiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario esta arrollado en sentido opuesto al bobinado primario. Esto hace que los flujos delos dos bobinados giren en sentidos opuestos y se resten. Los terminales H1 y X1estn en lnea.

Flujo mutuo

Se denomina flujo mutuo al flujo que enlaza a la bobina secundaria con la bobina primaria, donde este induce en la bobina secundaria un voltaje que depende de sus nmeros de espiras.

Como se determina la polaridad en un transformador

Para determinar la polaridad del transformador, se coloca un puente entre los terminales del lado izquierdo del transformador y se coloca un voltmetro entre los terminales del lado derecho del mismo, luego se alimenta del bobinado primario con un valor de voltaje (Vx). Verel grafico. Si la lectura del voltmetro es mayorque Vx el transformador es aditivo o si es menor el transformador es sustractivo.

3. Materiales herramientas utilizados.

Multmetro digital.

Transformador monofsico.

Cables elctricos.

Fuente (energizador).

4. Procedimientoa) Determinar en forma prctica el devanado primario y secundario

Observar en cul de los lados la resistencia es mayor o menor y con dichos valores inferir cul de ellos es el lado primario o secundario atendiendo al valor de la resistencia y la corriente que maneja cada devanado.Recordemos que

Tambin

Las ecuaciones anteriores nos permitirn entonces establecer cul es el lado primario o secundario dependiendo del tipo de transformador que estamos utilizando.b) Etiquetar los terminales del transformador en forma arbitraria donde H1 y H2 son para el lado de alta tensin con x1 y x2 son para el lado de baja tensin.c) .Realizar la conexin de acuerdo al diagrama siguiente. Si

Significa que se tiene una polaridad sustractiva, caso contario se tiene:

Significa que se tiene una polaridad aditiva. Luego si intercambiamos la conexin tal como se muestra en la figura:

Y realizamos el proceso anterior, notaremos que se tendr las lecturas

Notaremos que todo se ha invertido.

CUESTIONARIO

Datos experimentales en el laboratorio

Se obtuvieron los siguientes datos a partir del laboratorio realizado:

Primero se midi las resistencias en ambos lados (derecho e izquierdo) del transformador, para poder determinarla mayor yla menorresistencia ycon el mayor valor ubicar el devanado primario. Los valores fueron:

r =0.4 (devanado secundario) R=1.6 (devanado primario) R2 > R1 I2 < I1 Luego se etiqueto los terminales del transformador de manera arbitraria.

Luego se realiz la conexin de acuerdo a un primer diagrama, en donde se obtuvo una polaridad aditiva partir de los siguientes resultados:

V1=229; V2=64; Vp=293 Vp=V1+V2

Luego se realiz otra conexin de acuerdo a un segundo diagrama, similaral primer diagrama solo con la diferencia de que las posiciones de los terminales del devanado secundario se invierten, y se obtuvo una polaridad sustractiva a partir de los siguientes resultados:

V1=229v; V2=64v; Vp=165v Vp=V1-V2

a) Por qu cree Ud. que es necesario etiquetar los terminales del transformador?

Es importante etiquetarlos para que se pueda reconocer cual es el devanado primario y secundario , adems realizar una correcta conexin con el transformador y poder tomar las medidas adecuadas de los voltajes (tensiones) con el multmetro digital. Y de esta forma determinar el tipo de polaridad del transformador.

b) Cundo se dice que dos flujos son aditivos o sustractivos?

Los flujos son aditivos cuando la suma de las tensiones calculadas en los terminales primario y secundario me da como resultado la tercera tensin calcula entre los extremos de los terminales de los devanados primario y secundario medida con el voltmetro.

Los flujos son sustractivos cuando los voltajes (tensiones) calculados en los terminales primario y secundario, restados me dan el tercer voltajes que se calcula entre los extremos de los terminales de los devanados primario y secundario.

Tambin se puede calcular el tipo de polaridad con una comparacin que se realiza entre un voltaje tercero (V3) que se calcula entre los terminales primario y secundario, en donde este se compara con el voltaje (tensin) del devanado primario, de la siguiente forma: V1=voltaje del devanado primario

V1V2 la polaridad sustractiva

c) Cundo es necesario la importancia de la polaridad en un transformador monofsico?

La polaridad de un transformador no es tan importante cuando se trata de un solo transformador, peroes importante cuandose quiere realizaruna conexin de una serie de transformadores monofsicos ya que en una conexin de dos a ms transformadores se tiene que conocer sus salidas de sus terminales primarios y secundarios, para que de esta manera se puedan evitar accidentes de cortocircuito. Tambin es importante para que se puedan conectar los transformadores de una forma ordenada y correcta.

d) Calcular los valores mximos de las ondas senoidales del transformador.

1 (por ser en lo ms alto de la onda)

V = Tensin instantneaVmax =Valor mximo = Velocidad angular t = Tiempo = Fase inicial

Transformador del Laboratorio Primario Secundario

e) Resolver el siguiente ejercicio donde 5abc es la tensin del secundario del transformador con los focos y abc son las tres ltimas cifras del cdigo del alumno.

Se pide:a. Calcular V!,V2 y V3b. Las intensidades que consumen cada fococ. La intensidad I3d. La potencia que consume el transformador de relacin a=10

Solucin:

CODIGO: 201200205 Entonces los valores de abc=205

Solucin5abc=5(175)=875V

Por segunda ley de Kirchhoff

Se pide:1. Calcular V1,V2 y V3

1. Las intensidades que consumen cada foco

Foco de 100W:

Foco de 60W:

1. La intensidad I3

1. La potencia que consume el transformador de relacin a=10

Observaciones y conclusiones Que al momento de realizar las pruebas de Flujo Aditivo y Sustractivo del transformador existen perdidas en el ncleo mediante el flujo, es por eso que cuando medimos en los punto de medicin del transformador no es lo que realmente una suma o resta exacta existe un margen de error (eso es perdida de tensin en las mediciones).

Que al momento de realizar las pruebas del transformado existen perdidas en el ncleo mediante el flujo, es por eso que cuando medimos en la salida del transformador no es lo que realmente nos dice el fabricante del transformador.

Tener cuidado con los cables al momento que se realiza las pruebas porque a la entrada del transformador existe 220 Voltios y nos puede pasar corriente, adems al momento que se realizan las pruebas no tener anillos en los dedos ya que condicho material se puede formar un arco y provocar una descarga en la persona que realiza el laboratorio.

La polaridad de los transformadores es una posicin relativa o convencional de las ondas que entran por los terminales del devanado primario(entrada)ysalen por losterminales del devanadosecundario(salida),dando lugar a los diferentes tiposde polaridadque son: polaridad aditiva ysustractiva.