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DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASIGNATURA: MÁQUINAS ELÉCTRICAS I

NRC: 3440

INFORME DE LABORATORIO Nº 2

INTEGRANTES 1. Ortiz Cañizares Williams 2. Palacios Sanguano Steven

29/10/2018 - Sangolquí

Contenido Resumen ......................................................................................................................................3 Abstract.......................................................................................................................................3 1.

Tema ....................................................................................................................................4

2.

Objetivos .............................................................................................................................4

3.

Marco Teórico ....................................................................................................................4

Transformador monofásico .......................................................................................................4 4.

Material y Equipo utilizado ...............................................................................................5

5.

Procedimiento .....................................................................................................................6

7.

Cuestionario ........................................................................................................................8

8.

Conclusiones y Recomendaciones ...................................................................................14

Recomendaciones .....................................................................................................................15

Resumen

Un transformador monofásico es un componente eléctrico diseñado para transferir corriente alterna o tensión de un circuito eléctrico a otro por inducción electromagnética, tiene dos devanados en los lados opuestos de un núcleo ferromagnético, este transformador posee un devanado primario que es el conectado a la fuente de alimentación y el devanado secundario el cual va a ser conectado a la carga, cuando hablamos de un transformador ideal tomamos en cuenta que tiene una eficacia del 100 %, para esta práctica hemos utilizado un transformador monofásico reductor en el que vamos a ir variando el voltaje de entrada de 5 V en 5 V hasta llegar a 70 V y a partir de este valor vamos a reducir 5 V, con esta fuente variable vamos a tomar valores de corriente primaria y el voltaje secundario para establecer relaciones, este transformador posee una placa con sus características y valores nominales que han sido tomados para trabajar en las condiciones correctas. Abstract A single-phase transformer is an electrical component designed to transfer alternating current or voltage from one electrical circuit to another by electromagnetic induction, has two windings on opposite sides of a ferromagnetic core, this transformer has a primary winding that is connected to the source of power and secondary winding which will be connected to the load, when we speak of an ideal transformer we take into account that it has an efficiency of 100%, for this practice we have used a single phase transformer reductor in which we will be varying the voltage input of 5 V in 5 V up to 70 V and from this value we will reduce 5 V, with this variable source we will take values of primary current and the secondary voltage to establish relations, this transformer has a plate with its characteristics and nominal values that have been taken to work in the right conditions.

1. Tema Transformador Monofásico en vacío 2. Objetivos 

Identificar las características nominales de un transformador monofásico



Determinar las relaciones de voltaje primario y secundario del transformador



Analizar la gráfica obtenida

3. Marco Teórico Transformador monofásico ¿Qué es? Un Transformador Monofásico es un dispositivo eléctrico diseñado para transferir corriente alterna o tensión de un circuito eléctrico a otro. Por inducción electromagnética. ¿Dónde se usan? Los transformadores monofásicos son empleados frecuentemente para suministrar energía eléctrica para alumbrado residencial, toma-corrientes, acondicionamiento de aire y calefacción. Información: Un transformador monofásico es el que tiene una sola fase de electricidad positiva y una de neutro, además, este transformador puede dar únicamente 110 voltios. Este transformador es un sistema de consumo de energía eléctrica formado por una única corriente alterna y es utilizado principalmente para la iluminación, calefacción y pequeños motores. Características: Un transformador monofásico tiene dos devanados en los lados opuestos de una lámina de hierro cuadrado o rectangular. El marco de está lamina es hecha con piezas en forma de L de acero. Que se colocan juntos hasta formar el espesor deseado del núcleo. La razón de utilizar las láminas, en lugar de un núcleo sólido, es reducir al mínimo el flujo magnético que fluye a través del núcleo.

Si las dos bobinas tienen el mismo número de vueltas, la tensión de salida será idéntica a la tensión de entrada. Esto se conoce como un transformador de aislamiento. Su única función es aislar el circuito secundario de la fuente de tensión del circuito primario. Más vueltas en el lado primario significan una tensión más baja en el secundario. En proporción a la relación de vueltas. Menos vueltas en el lado primario significan una tensión más alta en el lado secundario. Características de Funcionamiento de Los Transformadores Monofásicos de dos enrollados. 

La regulación y la eficiencia son las dos características de mayor importancia en el funcionamiento de los transformadores. Los cuales son usados en sistemas de potencia para la transmisión y distribución de energía.



Factor de Regulación: La regulación de voltaje es una medida de la variación de tensión de salida de un transformador, cuando la corriente de carga con un factor de potencia constante varía de cero a un valor nominal.

Un transformador monofásico ideal presenta 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.

4. Material y Equipo utilizado Equipo: - Fuente de poder TF-123 - Fuente de poder PS-12 - Voltímetro analógico 120/220 AC

- Amperímetro AC de 2.5 A

- Transformador monofásico TT91 - Transformador monofásico TR-13 5. Procedimiento

5.1 En base a las características nominales especificadas en la placa del transformador complete la siguiente tabla:

Ord

Características

1

S nominal

750 V.A

2

V primaria

60 V

3

V secundaria

45 V

4

I primaria

6.225 A

5

I secundaria

8.3 A

6

f de trabajo

60 Hz

7

fp

0.498

Tabla 1. Características del transformador. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018) S=750 [VA] Vp=60 [V] Vs=45 [V] Is=8.3 [A] Ip=? 𝑉𝑝 𝐼𝑠 = 𝑉𝑠 𝐼𝑝 𝐼𝑝 =

𝐼𝑠 ∙ 𝑉𝑠 (8.3) ∙ (45) = = 6.225 [𝐴] 𝑉𝑝 60

𝑃 = 𝑉𝑝 ∙ 𝐼𝑝 = 60 ∙ (6.225) = 373.5 [𝑊] 𝑓𝑝 = 𝑐𝑜𝑠𝜃 =

𝑃 373.5 = = 0.498 𝑆 750

5.2 Identifique físicamente los devanados de entrada y de salida del transformador. 5.3 Con la fuente V1 apagada, arme el circuito de la figura de la figura No. 1 configurando al transformador para que mantenga un devanado primario y un devanado secundario.

5.4 Previo a activar la fuente de poder E1, Verificar que se encuentre en 0 voltios, partiendo de este valor, incrementar la tensión con el regulador variable en pasos de 20V hasta llegar al 150% de la tensión nominal, posteriormente realice el mismo procedimiento para tensión descendentes. En cada paso leer los valores de V1, I1 y V2. 6. Datos y análisis de datos Ascendente V1 [V]

V2 [V]

I1 [A]

0 0 0 5 2 0,03 10 4 0,05 15 7 0,07 20 13,8 0,09 25 16,5 0,1 30 19 0,11 35 21,5 0,12 40 25,1 0,14 45 28,1 0,15 50 31,2 0,17 55 33,1 0,17 60 36,9 0,19 65 40,3 0,21 70 43,6 0,23 Tabla 2. Mediciones de voltaje y corriente para valores ascendentes de la fuente. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018)

Descendente V1 [V]

V2 [V]

I1 [A] 70 44 0,23 65 39,8 0,21 60 37,1 0,19 55 33,1 0,17 50 29,9 0,16 45 27,1 0,15 40 24,1 0,13 35 21,8 0,12 30 19 0,11 25 15,7 0,09 20 12,8 0,08 15 9,9 0,07 10 6,6 0,04 5 4,2 0,03 0 0 0 Tabla 3. Mediciones de voltaje y corriente para valores descendentes de la fuente. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018) Análisis: 7. Cuestionario 7.1 Para cada paso de medición calcular el índice de relación de tensiones V1/V2 y la potencia de entrada S1.

Ascendente V1 [V]

V2 [V] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

0 3 6 8 13,8 16,5 19 21,5 25,1 28,1 31,2 33,1 36,9

I1 [A] 0 0,03 0,05 0,07 0,09 0,1 0,11 0,12 0,14 0,15 0,17 0,17 0,19

V1/V2 S1 [VA] 0 1,67 0,15 1,67 0,5 1,88 1,05 1,45 1,8 1,52 2,5 1,58 3,3 1,63 4,2 1,59 5,6 1,60 6,75 1,60 8,5 1,66 9,35 1,63 11,4

65 40,3 0,21 1,61 13,65 70 43,6 0,23 1,61 16,1 Tabla 4. Mediciones de voltaje y corriente, relación de V1/V2 y S1 para valores ascendentes de la fuente. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018) Descendente V1 [V]

V2 [V]

I1 [A] V1/V2 S1 [VA] 70 44 0,23 1,59 16,1 65 39,8 0,21 1,63 13,65 60 37,1 0,19 1,62 11,4 55 33,1 0,17 1,66 9,35 50 29,9 0,16 1,67 8 45 27,1 0,15 1,66 6,75 40 24,1 0,13 1,66 5,2 35 21,8 0,12 1,61 4,2 30 19 0,11 1,58 3,3 25 15,7 0,09 1,59 2,25 20 12,8 0,08 1,56 1,6 15 9,9 0,07 1,52 1,05 10 6,6 0,04 1,52 0,4 5 3,2 0,03 1,56 0,15 0 0 0 0 Tabla 5. Mediciones de voltaje y corriente, relación de V1/V2 y S1 para valores ascendentes de la fuente. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018) 7.2 Realizar los gráficos: - V2 función de V1 Ascendente

V2 [V]

V2 en función de V1 Ascendente 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

10

20

30

40

V1 [V]

50

60

70

80

Figura 2. Diagrama de V2 en función de V1 Ascendente. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018) Descendente

V2 [V]

V2 en función de V1 Descendente 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

V1 [V]

Figura 3. Diagrama de V2 en función de V1 Descendente. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018)

Análisis: Observamos que tanto para la variación de valores ascendente o descendente se trata de una gráfica o función lineal afín que pasa por el cero, esta relación entre V2 vs V1 muestra el valor reductor del voltaje 2 con respecto al 1, si obtenemos la pendiente de esta función ronda el valor de 0.6, este 0.6 establece la relación reductora que V2 al estar en función de V1 va a ser el 60% del este valor indicando que el V2 tiene más devanados en la parte secundaria. Es una recta y por ende indica un cambio progresivo estableciendo que al aumentar el voltaje 1 el voltaje 2 lo hará también sin embargo, la proporción a la que lo hace es de 3/5 del voltaje 1 y esto se debe a que se trata de un trasformador reductor. Ascendente

I1 función de V1

I1 en función de V1 Ascendente 0,25

I1 [A]

0,2 0,15 0,1 0,05 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

V1 [V]

Figura 4. Diagrama de I1 en función de V1 Ascendente. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018)

Descendente

I1 en función de V1 Descendente 0,25

I1 [A]

0,2 0,15 0,1 0,05 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

V1 [V]

Figura 5. Diagrama de I1 en función de V1 Descendente. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018)

Análisis: Se trata de otra función que pese a parecer lineal no lo es, sin embargo lo que podemos extraer de las mismas es que tanto para el caso ascendente y descendente la corriente 1 va a aumentar de manera proporcional si se aumenta la tensión 1, estableciendo una

clara relación directamente proporcional, si el voltaje 1 se reduce va a ocurrir lo mismo con la corriente. Podemos observar en la gráfica que obtuvimos de los datos tomados que el voltaje V1 es directamente proporcional a la corriente I1 debido que mientras aumenta el voltaje, aumenta la corriente y si disminuye el voltaje de igual manera la corriente -

S1 como función de I1

Ascendente

S1 en función de I1 Ascendente 18 16 14

S1 [VA]

12 10

8 6 4 2 0 0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

I1 [A]

Figura 6. Diagrama de S1 en función de I1 Ascendente. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018) Descendente

S1 en función de I1 Descendente 18 16 14

S1 [VA]

12 10 8 6 4 2 0 0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

I1 [A]

Figura 7. Diagrama de S1 en función de I1 Descendente. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018)

Análisis: Podemos observar en la gráfica que obtuvimos de los datos tomados que el voltaje S1 es directamente proporcional a la corriente V1 por el voltaje debido que mientras aumenta el voltaje, aumenta la potencia y si disminuye el voltaje de igual manera la potencia, tanto para el caso ascendente o descendente existe una proporción directa y esto se debe a que la potencia aparente depende de dos factores en su fórmula S=V*I, por ende si I cambia S también lo hará en proporciones similares, por ello la casi linealidad de la función. - Índice V1/V2 función de I1 (Interprete cada una de las gráficas) Ascendente

V1/V2

V1/V2 en función de I1 [A] 2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

I1 [A]

Figura 8. Diagrama de V1/V2 en función de I1 Ascendente. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018) Descendente

V1/V2 en función de I1 1,90 1,80

V1/V2

1,70 1,60 1,50 1,40 1,30

1,20 0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

I1

Figura 9. Diagrama de V1/V2 en función de I1 Descendente. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018)

Análisis: Podemos observar que al manejar la línea de valores independiente, la cual es la de la corriente, no importa si aumentamos el valor, la relación de V1/V2 se mantiene dentro de un rango con leves variaciones de valores pero todos los puntos concentrados entre 1.6 para ascendente y 1.5 para descendente, estableciendo que la relación de voltajes es constante y no depende del valor de la corriente que se tome, la relación se va a mantener dentro de un rango. 8. Conclusiones y Recomendaciones Conclusiones 

No se llega a la corriente nominal marcada puesto que no se ha utilizado una carga sin la cual no se puede trabajar en condiciones predispuestas para que la corriente sea la marcada.



Un transformador reductor va a disminuir el voltaje del primario o el 1 consiguiendo un voltaje secundario o 2 de menores proporciones en magnitud.



La potencia aparente va a cambiar de manera proporcional ya sea con la corriente o con el voltaje debido a que estos dos parámetros eléctricos son la que la determinan.



La relación entre voltaje 1 e I1 es directamente proporcional, si una sube la otra necesariamente debe aumentar y viceversa.



Un trasformador permite el transporte de la corriente alterna o de la tensión de un circuito a otro por medio de la inducción electromagnética.



Un trasformador debe trabajar a una eficacia muy alta pese a no ser ideal, lo mejor sería que trabaje al 100% pero las condiciones reales lo imposibilitan en la realidad.



La regulación de tensión va a afectar al valor de la eficiencia del trasformador debido a que permite relacionar el valor del voltaje inducido sin carga y luego con carga en la que no debería haber mucha variación de acuerdo a la teoría, siendo una característica de los trasformadores monofásicos revisados en el preparatorio.

Recomendaciones 

Se recomienda realizar las conexiones de manera correcta sin dejar cables sueltos puesto que estos podrían producir que los datos no marquen algún valor.



Variar en las medidas correctas de 5 V en 5V para un análisis más profundo de datos e identificar más cantidad de datos para las gráficas.



Utilizar un amperímetro que se encuentre en AC para la práctica, observando con cuidado la imagen de onda senoidal que poseen para distinguir uno de AC de otro DC.



Variar la fuente de tensión variable en proporciones adecuadas y de manera prolija para evitar saltos altos sin medición.



Pedir la supervisión del circuito armado previamente a encenderlo para obtener la aprobación y evitar daños al equipo o daños a los operarios por parámetros eléctricos.

9. Referencias -

Teoría de análisis de máquinas eléctricas, A. E. Fitzgerald 1975 Máquinas eléctricas y transformadores, Irving L. Kosow, PH.D 1976 Máquinas eléctricas Estifan Chapman 1976 Máquinas eléctricas M. P. Kostenko, LM Riotrouski 1975

Conelec. (s.f.). CELEC. Obtenido de https://www.google.com.ec/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&c ad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjHj-qhLrXAhWK5oMKHWToBlcQFgglMAA&url=https%3A%2F%2Fwww.celec. gob.ec%2Ftranselectric%2Fimages%2Fstories%2Fbaners_home%2FPlan%2520 expansion%2Fparte%25201.pdf&usg=A

Concha, P. (2016). Obtenido de Transformador Monofásico: http://patricioconcha.ubb.cl/transformadores/transformador_monofasico.htm EcuaTran. (2017). Obtenido de ¿Cuál es la diferencia entre los transformadores monofásicos, bifásicos y trifásicos?: http://www.ecuatran.com/blog/cual-es-ladiferencia-entre-los-transformadores-monofasicos-bifasicos-y-trifasicos/ Vilches, E. (s.f.). Elementos Electromecanicos. Ref: Stephen J. Chapman, Máquinas Eléctricas (2° edición), McGraw-Hill,1993.

10. Anexos

Figura 10. Transformador monofásico utilizado en la práctica. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018)

Figura 11. Circuito de la práctica armado para la práctica. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018)

Figura 12. Placa con características del transformador. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018)

Figura 13. Registro de datos medidos de voltaje y corriente. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018)

Figura 14. Práctica y mediciones en ejecución. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018)

Figura 15. Hoja de datos revisada por docente. Fuente: (Ortiz & Palacios, 2018)