Practica-3.2.docx

DEPARTAMENTO ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

CARRERA: INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN

ASIGNATURA: FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

PRÁCTICA 3.2

TEMA: USO DEL TRANSFORMADOR EN PROTEUS II INTEGRANTES: DAVID VILLAVICENCIO BRYAN PUPIALES

DOCENTE: ING. ELEMBER GUANOLUIZA

FECHA: 23/01/2019

1. TEMA: Uso del transformador en Proteus II 2. OBJETIVOS 

OBJETIVO GENERAL Analizar los diferentes usos y tipos del transformador en Proteus mediante su aplicación en el mismo y así poder aplicarlos teórica y prácticamente en los diferentes circuitos que puedan presentarse.



OBJETIVOS ESPECÍFICOS -

Analizar el sistema de Proteus e identificar cada Transformador.

-

Determinar cada uso de los diferentes tipos de transformadores.

3. MARCO TEÓRICO Transformador Se denomina transformador o trafo (abreviatura), a un Dispositivo eléctrico que convierte la Energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de la acción de un campo magnético. La Potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.

Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.

1. Según su construcción: 

Transformador de grano orientado, Auto transformador. El primario y el secundario constituyen un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220V a 125V y viceversa y en otras aplicaciones equivalentes.



Transformador toroidal. Son más voluminosos, pero el flujo magnético se confina en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.



Transformador de grano orientado. El núcleo se conforma por una placa de hierro de grano orientado, que se envuelve en si misma, siempre con la misma dirección, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Las pérdidas son escasas pero es de alto costo. Estos tipos son los más utilizados, pero existen otros diversos modelos según el tipo de aplicación a la cual son destinados. Circuito Equivalente de un Transformador

En la década de 1970 el cálculo de las tensiones y corrientes en los transformadores se realizaba con complejos diagramas vectoriales.

Más recientemente, con el desarrollo de los primeros ordenadores, el cálculo de tensiones y corrientes se pudo resolver mediante cálculo complejo. A pesar de reducir la complejidad de los cálculos con transformadores, el cálculo complejo aún resulta tedioso para la obtención de las tensiones y corrientes cuando hay transformadores en los circuitos.

Para facilitar más la labor en el cálculo de tensiones y corrientes cuando los transformadores están involucrados, se suele recurrir a su sustitución por un circuito equivalente que incorpore todos los fenómenos físicos que se producen en un transformador real (figura 1).

Fig. 1 Circuito del transformador real. Al contrario de lo que se puede pensar, el desarrollo de circuitos equivalentes para las máquinas eléctricas no es una novedad ya que su desarrollo está ligado con la propia evolución y expansión de la ingeniería eléctrica.

La gran ventaja del uso de circuitos equivalentes de máquinas eléctricas reside en poder aplicar toda la potencia del cálculo de teoría de circuitos permitiendo conocer la respuesta de una máquina frente a unas determinadas condiciones de funcionamiento.

La obtención del circuito equivalente del transformador se inicia reduciendo ambos devanados al mismo número de espiras. En el transformador real se tiene E1E2=N1N2=m→E2=E1m En el transformador equivalente se tiene que al ser N′2=N1 E1E′2=N1N′2=1 Luego la relación entre E2 y E′2 es E′2=m⋅E2 Análogamente se puede obtener que V′2=m⋅V2 Además, para que este nuevo transformador sea equivalente al original las potencias activa y reactiva y, en consecuencia, la potencia aparente, deben

conservarse.

Como el secundario del transformador equivalente debe consumir la misma potencia aparente que el secundario del transformador real se tiene V2⋅I2=V′2⋅I′2 de donde se puede obtener la relación entre la corriente real del secundario del transformador y la corriente reducida del secundario del transformador: I′2=V2⋅I2V′2=V2⋅I2m⋅V2=I2m Procediendo de forma análoga para la potencia activa se tiene: R2⋅I22=R′2⋅I′22

Luego la relación entre la resistencia real y la reducida será: R′2=R2⋅I22I′22=R2⋅I22I22m2=m2⋅R2 Repitiendo el cálculo para la potencia reactiva: X2⋅I22=X′2⋅I′22X′2=m2⋅X2 En

general,

cualquier

impedancia Z conectada

al

secundario

del

transformador se reducirá al primario mediante: Z′2=m2⋅Z2 Tras reducir todos los valores de impedancias al primario y, dado que E1=E′2los terminales A-a y A'-a' se pueden unir, sustituyendo ambos devanados por uno solo como se muestra en la figura 2.

Fig. 2 Circuito equivalente de un transformador real reducido al primario. La

corriente

que

circulará

por el devanado

será

la

diferencia

entre I1 y I′2 que es igual a la corriente de vacío, I0. Esta corriente a su vez tiene dos componentes, una activa IFe y otra reactiva Iμ, que representan un circuito paralelo formado por una resistencia RFe, que modela las pérdidas por efecto Joule en el hierro del transformador y por una reactancia Xμ por la que se deriva la corriente de magnetización de la máquina. De acuerdo con estos razonamientos, el circuito de la figura 2 se transforma en el de la figura 3 que se conoce como el circuito equivalente exacto del transformador reducido al primario.

Fig. 3 Circuito equivalente del transformador exacto reducido al primario. Si se sigue el mismo proceso dejando inalterado el secundario y tomando el

número

de

espiras

del

primario N′1=N2 se

obtiene

el circuito

equivalente del transformador exacto reducido al secundario (figura 4).

Fig. 4 Circuito equivalente del transformador exacto reducido al secundario. donde V′1=V1m

I′0=m⋅I0

R′1=R1m2

R′Fe=RFem2

X′1=X1m2

X′μ=Xμm2

I′1=m⋅I1

En

la

práctica,

debido

al

pequeño

valor

de Io frente

a

las

corrientes I1 e I′2, se emplea el circuito equivalente aproximado del transformador. Este circuito se obtiene trasladando la rama en paralelo por la que circula la corriente de vacío a los bornes de la entrada del primario tal y como se muestra en la figura 5.

Fig. 5 Circuito equivalente del transformador aproximado reducido al primario. El circuito simplificado permite resolver multitud de problemas prácticos tales como el cálculo de la caída de tensión, el rendimiento del transformador, análisis de estabilidad, cortocircuitos, etc., sin incurrir en grandes errores.

4. INSTRUMENTOS Y DISPOSITIVOS UTILIZADOS 

Computador



Proteus

5. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1. Simular el siguiente circuito en Proteus.

Datos: Componente

Valor

R1

2[Ω]

R2

200[Ω]

M

0.6[H]

L1

0.4[H]

L2

1.6[H]

VF

1.41cos(100t)

2. Grafique V1 y V2

3. Mida V1, V2, I1, I2;

V1

138[v]

V2

147[v]

I1

4.03[A]

I2

0.74[A]

4. Simular el siguiente circuito en Proteus

5. Mida I1 yI2.

I1

24.9[A]

I2

8.65[A]

6. Mida V0:

V0

43.2[v]

7. En el circuito anterior del punto 4, invertir la polaridad de una bobina y repita el punto 5 y 6:

I2

5.90[A]

I1

4.62[A]

V0

29.5[v]

6. CUESTIONARIO 1. Realice la solución del circuito 1. M1: (42)I1 + (60)I2 = 141,4 M2: 60)I1 + (360)I2 = 0 I1 = 3.56[A] ; I2 = −0,59[A] V1 = 134.28[v] ; V2 = 146.5[v]

2. Calcule el error con los datos obtenidos en la práctica. Simulador

Valor Calculado

Error

V1 [V]

138

134.28

2,7%

V2 [V]

147

140.5

4,4%

I1 [A]

4.03

3.56

13,2%

I2 [A]

0.74

0.87

14,9%

3.-Realice la solución del circuito del punto 4. 𝑀1: (3 + 𝑗)𝐼1 + 96𝜋𝐼2 = 141,4 𝑀2: 96𝜋𝐼1 + (8 + 6𝑗)𝐼2 = 0 𝐼1 = 27.9[𝐴] ; 𝐼2 = 8,2[𝐴] 𝑉𝑜 = 48.2[𝑣]

4.- Calcule el error con los datos obtenidos en la práctica. Simulador

Valor Calculado

Error

Vo [V]

43.2

48.2

10,3%

I1 [A]

24.9

27.9

10,7%

I2 [A]

8.65

8.20

5.5%

5.-Realice la solución del circuito del punto 4, invertida su polaridad: 𝑀1: (8 + 𝑗)𝐼1 − 96𝜋𝐼2 = 141,4 𝑀2: − 96𝜋𝐼1 + (5 + 10𝑗)𝐼2 = 0 𝐼1 = 6,23[𝐴] ; 𝐼2 = 4,07[𝐴] 𝑉1 = 32,2[𝑉] 6.- Calcule el error con los datos obtenidos en la práctica. Simulador

Valor Calculado

Error

Vo [V]

29.5

32.20

8,3%

I1 [A]

5.90

6.23

5,2%

I2 [A]

4.62

4.07

13,5%

7.-Circuito equivalente T para el transformador lineal.

8.-Circuito equivalente para el transformador ideal.

9.-Uso práctico de los transformadores Aplicaciones según el tipo de transformador: 

Transformador de aislamiento: Suministra el aislamiento galvánico entre el alambre primario y el secundario, por lo cual proporciona una alimentación o señal "flotante". Su relación es 1:1.



Transformador de alimentación. Estos poseen uno o varios alambres secundarios

y

suministran

las

tensiones

necesarias

para

el

funcionamiento del equipo. A veces incorporan fusibles no reemplazables, que apagan su circuito primario en caso de una temperatura excesiva, evitando que éste se queme. 

Transformador trifásico. Poseen un trío de bobinados en su primario y un segundo trío en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) o triángulo (∆), sus mezclas pueden ser: ∆-∆, ∆-Y, Y-∆ y Y-Y. A pesar de tener una relación 1:1, al pasar de ∆ a Y o viceversa, las tensiones se modifican.



Transformador de pulsos: Esta destinado a funcionar en régimen de pulsos debido a su rápida respuesta.



Transformador de línea o flyback: Estos son transformadores de pulsos. Con aplicaciones especiales como televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión

horizontal. Entre otras propiedades, frecuentemente proporciona otras tensiones para el tubo. 

Transformador con diodo dividido: Su nombre se debe a que está constituido por varios diodos menores en tamaño, repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar

una

tensión

inversa

relativamente

baja.

La

salida

del

transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador. 

Transformador de impedancia: Usado como adaptador de antenas y líneas de transmisión, era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces.



Transformador Electrónico: Se caracteriza por ser muy utilizados en la actualidad en aplicaciones como cargadores para celulares. Utiliza un Corrector de factor de potencia de utilización imprescindible en los circuitos de fuente de alimentaciones conmutadas en lugar de circuitos.



Transformador de Potencia: Son los utilizados en las redes de transmisión y distribución para suministrar energía eléctrica, tienen potencias mayores a 1000 kVA y tensiones superiores a 1000 voltios.



Transformador de Distribución: Son los utilizados en las redes de eléctricas de distribución para suministrar energía eléctrica directamente a los usuarios, comúnmente están en los postes cercanos a las casas e industrias, tienen potencias entre 5 y 1000 kVA y las tensiones primarias son mayores a 1000 voltios y por el secundario son de 120 V; 240 V y 480 V. 10.- Calcular la potencia del transformador del circuito 1. 𝑃1 = (𝐼1 )(𝑉1 ) = (3.56)(134.28) = 478.03[𝑤] 𝑃2 = (𝐼2 )(𝑉2 ) = (0.59)(146.5) = 86.435[𝑤] 𝑃𝑇 = (𝑃1 ) + (𝑃2 ) = (478.03) + (86.435) = 564.465[𝑤]

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones -

Mediante la aplicación de los diferentes tipos de transformadores en Proteus se pudo analizar los diferentes usos y las formas de ondas

que se producen en el componente principal y así poder comprender teóricamente su aplicación. -

El software Proteus permite determinar las diferentes variables que pueden tener los transformadores al momento de ponerlos en simulación y en la vida real.

Recomendaciones -

En cuanto se aplique el uso de los transformadores en el software diferenciar correctamente cada uno de ellos.

-

Cuando se realice la medición de señales tomar de referencia una señal en el osciloscopio para rectificar las señales en medición.

8. BIBLIOGRAFÍA -

Ayllón Fandiño, E. (1987). Fundamentos de la teoría de los circuitos eléctricos II. La Habana, Pueblo y Educación.

-

Bessonov, L. A. (1984). Teoreticheskie osnovi electrotejniki. Moscú, Vysshaia shkola.

-

Evdokimov, F. E. (1981). Teoreticheskie osnovi electrotejniki. Moscú, Vysshaia shkola.

-

Anonimo,(2014).

Ingenieria

Electrica.

Recuperado

http://ingenieriaelectricafravedsa.blogspot.com/2014/12/circuitoequivalente-transformador.html 9. ANEXOS

Anexo1. Simulación en Proteus

de: