Iv
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Relación de Transformación. La relación existente entre el número de espiras del primario y del secundario de un transformador, determinará el valor de la f.e.m. inducida sobre su circuito secundario. Un transformador que posea en su secundario mayor número de espiras que las del primario, inducirá sobre aquel una tensión mayor que la aplicada. A la inversa, un secundario con menor número de espiras que las del primario generará una tensión menor que la del primario. Y bien, siendo la tensión aplicada sobre el primario alternada, naturalmente que sufrirá variaciones periódicas en sus valores. Esto hará que el campo magnético originado se expanda y se contraiga, acorde con las variaciones de la corriente aplicada al primario. En efecto, la intensidad del campo H (en Gauss) variará según la representación gráfica de la figura 3, siendo por lo tanto este campo variable en una frecuencia igual a la de la f.e.m., alterna aplicada al transformador. Consecuentemente, sobre el secundario se hará presente una tensión inducida de las mismas características que la del primario y que hará circular por este circuito una corriente que será acusada por el instrumento intercalado, según se aprecia en la figura 2. Ambos circuitos, primario y secundario, estarán acoplados magnéticamente entre sí por la inductancia mutua del conjunto, acrecentada por la presencia del núcleo laminado. La forma que presenta este núcleo y la disposición de los bobinados no es precisamente la ideal a los fines de lograr una máxima transferencia de energía del primario al secundario. En la práctica, y muy especialmente en los transformadores de poder y también de audiofrecuencia (utilizados en los viejos amplificadores de sonido), se construyen transformadores bobinados sobre núcleos aun más cerrados, tal como se aprecia en la figura 4, montándose el secundario sobre el devanado primario. Bajo esta disposición, el flujo magnético permite ser aprovechado al máximo, aumentando la intensidad del campo. Esto se traduce en una f.e.m. inducida mayor sobre el secundario, pues prácticamente, casi la totalidad de las líneas de fuerza pasan a través del núcleo de hierro.
Fig. 4 - Forma típica de un núcleo magnético cerrado , para un máximo aprovechamiento de las líneas de fuerza magética .
La relación que existente entre la tensión del primario (Ep) y la tensión del secundario (Es) es igual a la relación entre el número de espiras del primario (Np) y el número de espiras del secundario (Ns). En consecuencia, podemos decir que:
y efectuando trasposición de términos, tenemos:
fórmula de la cual deducimos que la tensión inducida en el secundario es proporcional a la relación del número de vueltas del secundario con respecto a las del primario. Por tanto, a la relación entre vueltas o entre tensiones del primario y secundario se la denomina relación de transformación
1.31Los ensayos de polaridad sirven para la conexión en paralelo de transformadores. Existen tres métodos generales de determinación de polaridad: 1.31 Comparación con un transformador normalizado. 1.32. Respuesta inductiva con corriente continua. 1.33. Ensayo de tensión alterna. 1.31.a Ensayo de polaridad mediante un transformador normalizado. Cuando se dispone de un transformador normalizado de polaridad conocida y de la misma relación que la unidad que se está ensayando, se conectan en paralelo los devanados de alta tensión de ambos transformadores uniendo los terminales igualmente marcados. Se conectan también análogamente los terminales marcados de un extremo de los devanados de baja tensión de ambos transformadores, dejando los otros extremos libres. Se aplica un valor reducido de tensión a los devanados de alta tensión y se mide la tensión entre los dos terminales libres. Una lectura cero o despreciable del voltímetro indicará que las polaridades de ambos transformadores son idénticas. 1.31.b Ensayo de polaridad por respuesta inductiva. Haciendo pasar corriente continua a través del devanado de alta tensión, se conecta un voltímetro de c.c. de alta tensión en bornes de los terminales del mismo devanado, de manera que se obtenga una pequeña desviación positiva de la aguja cuando se cierre el circuito de excitación. Entonces se transfieren las dos conexiones del voltímetro directamente a través del transformador a los terminales opuestos de baja tensión. La interrupción de la corriente de excitación de c.c. induce una tensión en el devanado de baja tensión y provoca una desviación en el voltímetro. Si la aguja se mueve en el mismo sentido que antes, la polaridad es aditiva. Si la aguja se mueve en sentido opuesto, la polaridad es sustractiva. 1.31.c Ensayo de polaridad mediante el ensayo de tensión alterna. Colocándose enfrente del lado de baja tensión del transformador, se unen las conexiones adyacentes, de alta y baja tensión de la parte izquierda. Aplicar cualquier valor conveniente de tensión de c.a. a todo el devanado de alta tensión y tomar lecturas primero de la tensión aplicada y luego de la tensión entre los terminales adyacentes de alta y baja tensión de la parte derecha. Si la última lectura es menor que la primera, la polaridad es sustractiva. Si es mayor que la primera, la polaridad es aditiva.
Se realizaran las siguientes conexiones
SI VR es menor que VA será una conexión sustractiva
Si VR es mayor que VA será una conexión Aditiva
VA = Tensión de prueba VR = Tensión a medir Se deberá verificar que la potencia en el primario sea igual que la del secundario para verificar lo estudiado según teoría si no es así se vera verificar a que se deben las perdidas
Medición de la Relación de Transformación 1 Introducción El transformador en función de sus características nominales de trabajo deberá tener la cantidad apropiada de amper-espiras tanto en el lado de alta como en el de baja tensión, para comprobar esto deberá de medirse la relación de transformación. Por otra parte, se entiende por polaridad a la referencia que se toma de entrada de corriente en un devanado, tomando como principio fundamental la ley de Lenz y la regla de la mano derecha. Las marcas de polaridad en transformadores están normalizadas usando la simbología de H H0, H1, H2,…, Hn para la alta tensión y X0, X1, X3, X3,…, Xn la baja tensión. En la siguiente figura se representa el caso en el cual convencionalmente se toma la dirección de la corriente y aplicando la regla de la mano derecha, se puede observar que el flujo del devanado de la pierna de alta tensión será opuesto al flujo de la pierna de baja tensión. En este caso, se considera que por estar opuestos los flujos la polaridad es substractiva, figura 1.
Figura .1. Polaridad Substractiva. Esto se representa físicamente en el transformador cuando las terminales de alta tensión H 1 y H2 están alineadas verticalmente con respecto a X1 y X2 como se muestra en la figura anterior. Tomando las mismas consideraciones que en el caso anterior pero cambiando la disposición del arreglo de la bobina de baja tensión, podemos comprobar que los flujos se están sumando por lo que la polaridad se considera aditiva figura 2.
Figura 2. Polaridad Aditiva Físicamente en el transformador las terminales de alta tensión H1 y H2 estarán en cruz con respecto a las de baja tensión X1 y X2 En la práctica el ensayo se realiza siempre por el método del transformador patrón (T.T.R.). IV.3 Determinación de Parámetros. Relación de transformación. Para definir la ecuación de la relación de transformación se considera a partir de condiciones ideales en el transformador, donde la potencia de entrada será igual a la potencia de salida.
Devanado de Alta Tensión. E2= Fuerza electromotriz inducida en el devanado de Baja Tensión. N1 = Número de espiras en el devanado de Alta Tensión. N2 = Número de espiras en el devanado de Baja Tensión. Cuando la prueba se le efectúa a un transformador monofásico, las polaridades del transformador patrón se conectan a las terminales de las boquillas de alta y baja tensión, tomando como referencia las marcas de polaridad del transformador patrón. Si el transformador tiene derivaciones, la prueba se efectúa para cada una de las derivaciones. Para conexiones trifásicas, en caso de la conexión delta el voltaje de línea es igual al voltaje de fase. Para conexiones trifásicas, en caso de la conexión delta el voltaje de línea es igual al voltaje de fase.
Para la conexión estrella la tensión entre la línea es igual a veces la tensión de fase.
Para el cálculo de la relación de transformación por el método del transformador patrón se tomará para la estrella el dato de la tensión de fase, por la razón de que se deben comparar fases de la delta contra fases de la estrella, por lo que la conexión implica la comparación del número de espiras que se tienen en los devanados de alta tensión respecto a los de baja tensión. La relación de vueltas debe determinarse para todas las derivaciones, así como para todas las posibles conexiones de los devanados del transformador.
Antes de iniciar la prueba, se debe calcular la relación esperada, recordando que el transformador bajo prueba no debe tener ninguna conexión exterior y deberá estar sin operación, es decir, desenergizado. Secuencia de fases Esta prueba puede efectuarse usando un indicador de secuencia de fases, y para un transformador trifásico se procede como sigue: 1. Conectar el indicador de secuencia de fases a las terminales de alta tensión del transformador, el cual debe excitarse en las tres fases, a una tensión trifásica apropiada para el indicador y anotándose la dirección de rotación o la indicación del instrumento. 2. Transferir el indicador al lado de baja tensión del transformador, conectando en Xi, X y X las terminales que estaban conectadas a u, H y H respectivamente. 3. El transformador se excita de nuevo con una tensión adecuada (sin cambiar las conexiones de excitación), anotar otra vez la dirección de rotación o la indicación del instrumento. Si la indicación del instrumento es la misma en ambos casos, la secuencia de fases del transformador es la normal. .Iv.4 Trazo de Curvas. Verificación del Diagrama Fasorial El diagrama fasorial de transformadores polifásicos, que detiene el desplazamiento angular y la secuencia de fases, se verifica conectando entre sí, por ejemplo, las terminales H y X excitando el transformador a una tensión trifásica apropiada, tomando lecturas de tensiones entre pares de terminales y comparándolas como se indica en los diagramas correspondientes en la siguiente figura. II. Objetivos Verificar la polaridad, relación de transformación, secuencia de fases y diagrama fasorial del transformador. . Metodología LIII Materiales y equipo Un transformador Patrón (TTR). LV. Cálculos y resultados Analice en equipo de trabajo todo lo relacionado con el ensayo, determinando -si es que existieron- las posibles causas de falla y su influencia en el logro de los resultados. y. Conclusiones Las conclusiones deben ser breves y deben indicar, en caso de haberlas, las fallas del transformador. MEDIR H 2 − H 2 = 60 DIV H 3 − X 2 = 103DIV H 1 − H 2 = 119 DIV H 2 − X 3 = 103DIV X1 − X1 = 0
MEDIR H 2 − X 2 = 60 DIV H 3 − X 2 = 104 DIV H 1 − H 2 = 119 DIV H 3 − X 3 = 104 DIV H1 − X 1 = 0
MEDIR H 2 − X 2 = 147 DIV H 3 − X 2 = 129 DIV H1 − H 3 = 97 DIV H 3 − X 3 = 129 DIV H 2 − X 3 = 147 DIV TRIFASICO ADITIVO. ∑ V > VH ∴ 360 > 250 ∴ ADITIVA % 100 90 80 70 PROMEDIO
VP 250 225 200 175 212.5
VS 360 324 280 240 301
TRIFASICO SUBSTRACTIVO.
V2 126 114 103 92 108.75
∑V > V
H
∴110 < 250 ∴ SUBSTRACTIVA % 100 90 80 70 PROMEDIO
VP 250 225 200 175 212.5
VS 110 104 92 80 96.5
V2 125 114 100 92 107.75
MONOFASICO SUBSTRACTIVO. V > V ∴ 120 < 250 ∴ SUBSTRACTI VA ∑ H % 100 90 80 70 PROMEDIO
VP 250 225 200 175 212.5
VS 127 114 102 89 108
MONOFASICO ADITIVO. ∑ V > V H ∴ 376 > 250 ∴ ADITIVA % 100 90 80 70 PROMEDIO
VP 250 225 200 175 212.5
VS 376 340 304 226 311.5
Vi. Cuestionario 1. ¿Si no se dispone de un TTR, que otro procedimiento se pudiera emplear?, ¿Cuáles serían sus ventajas y desventajas? Bibliografía Es importante enriquecer el conocimiento obtenido, con fuentes bibliográficas actualizadas ya sea de libros, artículos de publicación nacional, como internacional o cualquier otra fuente relacionada con el tema del ensayo.
Fig. 4 - Forma típica de un núcleo magnético cerrado , para un máximo aprovechamiento de las líneas de fuerza magética .
La relación que existente entre la tensión del primario (Ep) y la tensión del secundario (Es) es igual a la relación entre el número de espiras del primario (Np) y el número de espiras del secundario (Ns). En consecuencia, podemos decir que:
y efectuando trasposición de términos, tenemos:
fórmula de la cual deducimos que la tensión inducida en el secundario es proporcional a la relación del número de vueltas del secundario con respecto a las del primario. Por tanto, a la relación entre vueltas o entre tensiones del primario y secundario se la denomina relación de transformación
1.31Los ensayos de polaridad sirven para la conexión en paralelo de transformadores. Existen tres métodos generales de determinación de polaridad: 1.31 Comparación con un transformador normalizado. 1.32. Respuesta inductiva con corriente continua. 1.33. Ensayo de tensión alterna. 1.31.a Ensayo de polaridad mediante un transformador normalizado. Cuando se dispone de un transformador normalizado de polaridad conocida y de la misma relación que la unidad que se está ensayando, se conectan en paralelo los devanados de alta tensión de ambos transformadores uniendo los terminales igualmente marcados. Se conectan también análogamente los terminales marcados de un extremo de los devanados de baja tensión de ambos transformadores, dejando los otros extremos libres. Se aplica un valor reducido de tensión a los devanados de alta tensión y se mide la tensión entre los dos terminales libres. Una lectura cero o despreciable del voltímetro indicará que las polaridades de ambos transformadores son idénticas. 1.31.b Ensayo de polaridad por respuesta inductiva. Haciendo pasar corriente continua a través del devanado de alta tensión, se conecta un voltímetro de c.c. de alta tensión en bornes de los terminales del mismo devanado, de manera que se obtenga una pequeña desviación positiva de la aguja cuando se cierre el circuito de excitación. Entonces se transfieren las dos conexiones del voltímetro directamente a través del transformador a los terminales opuestos de baja tensión. La interrupción de la corriente de excitación de c.c. induce una tensión en el devanado de baja tensión y provoca una desviación en el voltímetro. Si la aguja se mueve en el mismo sentido que antes, la polaridad es aditiva. Si la aguja se mueve en sentido opuesto, la polaridad es sustractiva. 1.31.c Ensayo de polaridad mediante el ensayo de tensión alterna. Colocándose enfrente del lado de baja tensión del transformador, se unen las conexiones adyacentes, de alta y baja tensión de la parte izquierda. Aplicar cualquier valor conveniente de tensión de c.a. a todo el devanado de alta tensión y tomar lecturas primero de la tensión aplicada y luego de la tensión entre los terminales adyacentes de alta y baja tensión de la parte derecha. Si la última lectura es menor que la primera, la polaridad es sustractiva. Si es mayor que la primera, la polaridad es aditiva.
Se realizaran las siguientes conexiones
SI VR es menor que VA será una conexión sustractiva
Si VR es mayor que VA será una conexión Aditiva
VA = Tensión de prueba VR = Tensión a medir Se deberá verificar que la potencia en el primario sea igual que la del secundario para verificar lo estudiado según teoría si no es así se vera verificar a que se deben las perdidas
Medición de la Relación de Transformación 1 Introducción El transformador en función de sus características nominales de trabajo deberá tener la cantidad apropiada de amper-espiras tanto en el lado de alta como en el de baja tensión, para comprobar esto deberá de medirse la relación de transformación. Por otra parte, se entiende por polaridad a la referencia que se toma de entrada de corriente en un devanado, tomando como principio fundamental la ley de Lenz y la regla de la mano derecha. Las marcas de polaridad en transformadores están normalizadas usando la simbología de H H0, H1, H2,…, Hn para la alta tensión y X0, X1, X3, X3,…, Xn la baja tensión. En la siguiente figura se representa el caso en el cual convencionalmente se toma la dirección de la corriente y aplicando la regla de la mano derecha, se puede observar que el flujo del devanado de la pierna de alta tensión será opuesto al flujo de la pierna de baja tensión. En este caso, se considera que por estar opuestos los flujos la polaridad es substractiva, figura 1.
Figura .1. Polaridad Substractiva. Esto se representa físicamente en el transformador cuando las terminales de alta tensión H 1 y H2 están alineadas verticalmente con respecto a X1 y X2 como se muestra en la figura anterior. Tomando las mismas consideraciones que en el caso anterior pero cambiando la disposición del arreglo de la bobina de baja tensión, podemos comprobar que los flujos se están sumando por lo que la polaridad se considera aditiva figura 2.
Figura 2. Polaridad Aditiva Físicamente en el transformador las terminales de alta tensión H1 y H2 estarán en cruz con respecto a las de baja tensión X1 y X2 En la práctica el ensayo se realiza siempre por el método del transformador patrón (T.T.R.). IV.3 Determinación de Parámetros. Relación de transformación. Para definir la ecuación de la relación de transformación se considera a partir de condiciones ideales en el transformador, donde la potencia de entrada será igual a la potencia de salida.
Devanado de Alta Tensión. E2= Fuerza electromotriz inducida en el devanado de Baja Tensión. N1 = Número de espiras en el devanado de Alta Tensión. N2 = Número de espiras en el devanado de Baja Tensión. Cuando la prueba se le efectúa a un transformador monofásico, las polaridades del transformador patrón se conectan a las terminales de las boquillas de alta y baja tensión, tomando como referencia las marcas de polaridad del transformador patrón. Si el transformador tiene derivaciones, la prueba se efectúa para cada una de las derivaciones. Para conexiones trifásicas, en caso de la conexión delta el voltaje de línea es igual al voltaje de fase. Para conexiones trifásicas, en caso de la conexión delta el voltaje de línea es igual al voltaje de fase.
Para la conexión estrella la tensión entre la línea es igual a veces la tensión de fase.
Para el cálculo de la relación de transformación por el método del transformador patrón se tomará para la estrella el dato de la tensión de fase, por la razón de que se deben comparar fases de la delta contra fases de la estrella, por lo que la conexión implica la comparación del número de espiras que se tienen en los devanados de alta tensión respecto a los de baja tensión. La relación de vueltas debe determinarse para todas las derivaciones, así como para todas las posibles conexiones de los devanados del transformador.
Antes de iniciar la prueba, se debe calcular la relación esperada, recordando que el transformador bajo prueba no debe tener ninguna conexión exterior y deberá estar sin operación, es decir, desenergizado. Secuencia de fases Esta prueba puede efectuarse usando un indicador de secuencia de fases, y para un transformador trifásico se procede como sigue: 1. Conectar el indicador de secuencia de fases a las terminales de alta tensión del transformador, el cual debe excitarse en las tres fases, a una tensión trifásica apropiada para el indicador y anotándose la dirección de rotación o la indicación del instrumento. 2. Transferir el indicador al lado de baja tensión del transformador, conectando en Xi, X y X las terminales que estaban conectadas a u, H y H respectivamente. 3. El transformador se excita de nuevo con una tensión adecuada (sin cambiar las conexiones de excitación), anotar otra vez la dirección de rotación o la indicación del instrumento. Si la indicación del instrumento es la misma en ambos casos, la secuencia de fases del transformador es la normal. .Iv.4 Trazo de Curvas. Verificación del Diagrama Fasorial El diagrama fasorial de transformadores polifásicos, que detiene el desplazamiento angular y la secuencia de fases, se verifica conectando entre sí, por ejemplo, las terminales H y X excitando el transformador a una tensión trifásica apropiada, tomando lecturas de tensiones entre pares de terminales y comparándolas como se indica en los diagramas correspondientes en la siguiente figura. II. Objetivos Verificar la polaridad, relación de transformación, secuencia de fases y diagrama fasorial del transformador. . Metodología LIII Materiales y equipo Un transformador Patrón (TTR). LV. Cálculos y resultados Analice en equipo de trabajo todo lo relacionado con el ensayo, determinando -si es que existieron- las posibles causas de falla y su influencia en el logro de los resultados. y. Conclusiones Las conclusiones deben ser breves y deben indicar, en caso de haberlas, las fallas del transformador. MEDIR H 2 − H 2 = 60 DIV H 3 − X 2 = 103DIV H 1 − H 2 = 119 DIV H 2 − X 3 = 103DIV X1 − X1 = 0
MEDIR H 2 − X 2 = 60 DIV H 3 − X 2 = 104 DIV H 1 − H 2 = 119 DIV H 3 − X 3 = 104 DIV H1 − X 1 = 0
MEDIR H 2 − X 2 = 147 DIV H 3 − X 2 = 129 DIV H1 − H 3 = 97 DIV H 3 − X 3 = 129 DIV H 2 − X 3 = 147 DIV TRIFASICO ADITIVO. ∑ V > VH ∴ 360 > 250 ∴ ADITIVA % 100 90 80 70 PROMEDIO
VP 250 225 200 175 212.5
VS 360 324 280 240 301
TRIFASICO SUBSTRACTIVO.
V2 126 114 103 92 108.75
∑V > V
H
∴110 < 250 ∴ SUBSTRACTIVA % 100 90 80 70 PROMEDIO
VP 250 225 200 175 212.5
VS 110 104 92 80 96.5
V2 125 114 100 92 107.75
MONOFASICO SUBSTRACTIVO. V > V ∴ 120 < 250 ∴ SUBSTRACTI VA ∑ H % 100 90 80 70 PROMEDIO
VP 250 225 200 175 212.5
VS 127 114 102 89 108
MONOFASICO ADITIVO. ∑ V > V H ∴ 376 > 250 ∴ ADITIVA % 100 90 80 70 PROMEDIO
VP 250 225 200 175 212.5
VS 376 340 304 226 311.5
Vi. Cuestionario 1. ¿Si no se dispone de un TTR, que otro procedimiento se pudiera emplear?, ¿Cuáles serían sus ventajas y desventajas? Bibliografía Es importante enriquecer el conocimiento obtenido, con fuentes bibliográficas actualizadas ya sea de libros, artículos de publicación nacional, como internacional o cualquier otra fuente relacionada con el tema del ensayo.
