El Transformador

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL Nro. DD-106Página 1 de 15

Tema :EL TRANSFORMADOR

Código :Semestre: IVGrupo : A

CONTENIDOI. OBJETIVOS..................................................................................................................2II. EQUIPO Y MATERIALES A UTILIZAR.........................................................................2III. INTRODUCCIÓN TEÓRICA..........................................................................................2IV. PROCEDIMIENTO........................................................................................................4V. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES....................................................................10




I. OBJETIVOS

Reconocer los riesgos y peligros que presenta el manejo de la energía eléctrica, y asume una conducta de seguridad para sí mismo y para los demás.

Determinar la relación de transformación de un transformador monofásico. Determinar la polaridad de los bobinados de un transformador. Interpretar y analizar los resultados de pruebas y mediciones efectuadas al transformador

monofásico, al aplicar cargas de distinta naturaleza (resistiva, inductiva y capacitiva). Determinar el desfase entre la tensión y corriente de diferentes grupos de conexión de

transformadores trifásicos.

II. EQUIPO Y MATERIALES A UTILIZAR

1 Transformador monofásico de 400 VA 220/110 V. 2 Multímetros digitales. 1 Fluke 43B. 1 Pinza amperimétrica. 1 Osciloscopio 1 Fuente de tensión monofásica - trifásica variable. Conductores de conexión. Cargas resistivas. Cargas inductivas. Cargas capacitivas.

III. INTRODUCCIÓN TEÓRICA

EL TRANSFORMADOR

Es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de corriente alterna que tiene a su entrada en otro diferente que entrega a su salida. El transformador se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras (vueltas) de alambre conductor. Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y se denominan: Bobina primaria o "primario" a aquella que recibe el voltaje de entrada y Bobina secundaria o “secundario" a aquella que entrega el voltaje transformado.La bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente alterna. Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro. Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste. Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "Secundario", se generará por el alambre del secundario una tensión. En este bobinado secundario habría una corriente si hay una carga conectada (el secundario está conectado a una resistencia por ejemplo).




GRUPO DE CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

Los bobinados del primario y del secundario pueden conectarse tanto en estrella como en delta. Por tanto, en un transformador puede realizarse diferentes conexiones, que se designan mediante el llamado grupo de conexión de un transformador. El grupo de conexión indica cómo están conectados los diferentes bobinados así como el índice horario del desfasaje entre los vectores de tensión de dos bobinados. El tipo de conexión del primario se indica mediante letras mayúsculas (D – triángulo, Y – estrella, Z – conexión tipo zig - zag). El índice horario indica el número de veces 30º en que el vector baja tensión en estrella está retrasado respecto al vector de alta tensión en estrella con terminales homólogos.

Figura 1. Componentes del transformador.

Figura 2. Principio básico del transformador.




Figura 3. Grupo de conexión de transformadores trifásicos

IV. PROCEDIMIENTOMEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DE LOS BOBINADOS DEL TRANSFORMADOR MONOFáSICO

1. Medir la resistencia de los bobinados de mayor tensión (220 V) y baja tensión (110 V) utilizando un ohmímetro.

Resistencia del lado de mayor tensión = 3,3 Ω.Resistencia del lado de menor tensión = 0,9 Ω.

2. ¿Cuál de los dos bobinados presenta mayor resistencia? Explique el resultado obtenido.

El de mayor tensión (220 V), es decir la resistencia de 3,3 Ω. Esto se debe a que presenta mayor cantidad de espiras en el bobinado.

DETERMINACION DE LA POLARIDAD DEL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

1. Armar el circuito de la figura para identificar la polaridad de los bobinados del transformador. Los puntos X –Y están puenteados.




Figura 4. Esquema de circuito 1.

- Si el voltímetro “U” marca la suma de voltajes U1 + U2 entonces los puntos X –Y son de diferente polaridad.

- Si el voltímetro “U” marca la diferencia de voltajes U1 - U2 entonces los puntos X –Y son de la misma polaridad.

2. Explique lo que observa.

El voltímetro marca 110 V en las posiciones U, U.2. El voltímetro marca 220 V en U.1.

Esto se debe a que se encuentran en la misma polaridad, porque cuando ambos flujos giran en sentidos opuestos, estos se restan.

3. ¿Por qué es importante determinar la polaridad de un transformador?

Porque dependiendo del trabajo que vaya a realizar el equipo, podríamos malograr los componentes o el equipo en sí. Además para conservar la fase del voltaje de entrada con el de salida. También para utilizarlos como elevadores o reductores según se requiera.

TRANSFORMADOR MONOFÁSICO CON CARGA RESISTIVA

1. Armar el circuito de la figura:


2. Medir el voltaje sin carga (en vacío) del transformador.




U SC=220V

3. Complete la siguiente tabla. Recuerde mantener el voltaje en el lado primario del transformador (voltaje de entrada a 110 V).

TABLA N°1 (VALORES MEDIDOS)RESISTENCIA U 1(V ) U 2(V ) I 1(A ) I 2(A )

1.5 KΩ 108.4 V 218 V 0.542 A 0.137 A1 KΩ 108.3 V 214.2 V 0.661 A 0.212 A

470 Ω 107.4 V 211.8 V 1.074 A 0.441 A

TABLA N°2 (VALORES CALCULADOS)RESISTENCIA S1(VA ) S2(VA ) U 1

U 2

I 2I 1

RV%

1.5 KΩ 58.753 VA 29.866 VA 0.497 0.253 0.917 %1 KΩ 71.586 VA 45.410 VA 0.506 0.321 2.708 %

470 Ω 115.348 VA

93.404 VA 0.507 0.411 3.872

Para el cálculo de la regulación de voltaje use la siguiente expresión:

RV %=U SC−UPC

U PC∗100

Donde:U SC =Tensión del lado secundario sin la carga conectada, o también llamada tensión de vacío.U PC =Tensión del lado secundario con la carga conectada. RV%= Regulación de voltaje del transformador expresado en forma porcentual.

4. ¿Qué ocurre con el valor de voltaje del secundario cuando se disminuye el valor de la resistencia (carga)?

También disminuye.

5. Compare los valores resultantes de la potencia del lado primario y lado secundario, y comente los resultados.

Los valores disminuyen. Como sabemos la potencia de entrada debe ser igual a la de salida pero la variación que existe en estos casos se debe a las cargas que se han agregado al circuito.

TRANSFORMADOR MONOFÁSICO CON CARGA INDUCTIVA

1. Armar el circuito de la siguiente figura:





2. Complete la siguiente tabla:

TABLA N°1 (VALORES MEDIDOS)INDUCTANCIA U 1(V ) U 2(V ) I 1(A ) I 2(A )

5 H 108.9 V 217.2 V 0.517 A 0.102 A2.5 H 108.4 V 216.1 V 0.778 A 0.241 A

1.25 H 107.2 V 211.4 V 1.740 A 0.714 A

TABLA N°2 (VALORES CALCULADOS)INDUCTANCIA S1(VA ) S2(VA ) U 1

U 2

I 2I 1

RV%

5 H 56.301 VA 22.154 VA 0.501 0.197 1.290 %2.5 H 84.335 VA 52.080 VA 0.501 0.310 1.805 %

1.25 H 186.528VA 150.940 VA

0.507 0.410 4.068 %

3. ¿El valor de U1/U2 es similar a I2/I1? Explique

No, porque

4. ¿Qué ocurre con el voltaje en el lado secundario cuando disminuye el valor de la inductancia de carga?

También disminuye.

TRANSFORMADOR MONOFÁSICO CON CARGA CAPACITIVA






2. Complete la siguiente tabla:

TABLA N°1 (VALORES MEDIDOS)CAPACITANCIA U 1(V ) U 2(V ) I 1(A ) I 2(A )

0.68 µF 108.9 V 218.1 V 0.260 A 0.054 A1.5 µF 109.6 V 218.8 V 0.205 A 0.116 A2.7 µF 109.6 V 218.7 V 0.224 A 0.220 A

TABLA N°2 (VALORES CALCULADOS)CAPACITANCIA S1(VA ) S2(VA ) U 1

U 2

I 2I 1

RV%

0.68 µF 28.314 VA 11.777 VA 0.499 0.208 0.871 %1.5 µF 22.468 VA 25.381 VA 0.501 0.566 0.548 %2.7 µF 24.550 VA 48.114 VA 0.501 0.982 0.594 %

3. ¿Qué efecto tienen las cargas capacitivas en el transformador?

Con carga capacitiva el valor del voltaje de utilización se incrementa debido a la potencia reactiva que tiene el capacitor

4. Compare el valor de la regulación de voltaje con la regulación de la carga resistiva e inductiva.

GRUPO DE CONEXIÓN EN TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS


http://www.unicrom.com/Tut_condensador.asp





2. Regule la tensión de 12 V en el lado primario.

Uab=12.03V

3. Mida la tensión en el lado secundario. La tensión en el lado primario U AB debe estar en 12 V.

a=U AB

Uab= 1212.03

=0.998

4. ¿El valor de la relación teórica coincide con la relación experimental medida?

Si coinciden, el valor varía pero por pocas centésimas que no afectan a la relación.

5. Dibujar las ondas que se obtiene en el osciloscopio.

6. Medir el ángulo de desfase que presenta la tensión de entrada y salida.

Φ=0 ° .

7. ¿Cuál es el grupo de conexión que corresponde el esquema?







U ab=11.9V


a=U AB

U ab=11.911.9

=1


Si coincide.



Φ=178 ° .






Figura 10.Esquema de circuito 7.


U ab=11.9V


a=U AB

U ab=11.97

=1.7







Φ=−150 ° .


V. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONESVI. ANEXOS

TRANSFORMADORES

ABB ha provisto uno de los primeros transformadores del mundo en 1893, y

hoy en día, es el líder mundial de esta importantísima tecnología de

energía, con una porción mayoritaria del mercado global y un historial de

innovaciones inigualable.

Los transformadores de energía y de distribución ABB se pueden encontrar en cualquier lugar donde se genera, se transporta y se consume electricidad: en plantas energéticas y subestaciones, rascacielos y centros comerciales, barcos y plataformas de petróleo, locomotoras y transporte sobre rieles, parques eólicos y campos de energía solar, en el agua y en plantas de tratamiento de agua.

La función más importante que tienen es regular el voltaje al nivel correcto en cada etapa de la cadena de provisión, aumentándolo para transmisiones de alto voltaje y de largas distancias desde una planta energética, y disminuyéndolo en la distribución a usuarios finales y a consumidores.

También cumplen con otras tareas importantísimas como la de garantizar la estabilidad de redes, la fiabilidad y la eficiencia energética, mientras que satisfacen las necesidades de los clientes respecto a la seguridad, al servicio sin interrupciones, y al bajo impacto ambiental.

ABB fue una de las primeras empresas en desarrollar un transformador, integrándolo a la primer red de transmisión de energía de CA comercial del mundo, una solución que innovó ABB en 1893 para conectar una planta hidroenergética con una enorme mina de mineral de hierro en Suecia.

Desde entonces, y por casi 120 años, ABB ha extendido continuamente los límites del rendimiento de los transformadores, mediante el desarrollo de nuevas tecnologías y materiales que mejoran la eficiencia, la fiabilidad y la durabilidad a nuevos niveles.

Además de haber establecido nuevos récords en los ratings sobre energía de transformadores para ambos tipos de transmisión, CA y CC, ABB ha desarrollado una serie de soluciones innovadoras, incluyendo los primeros bujes para CC de 800 kV del mundo (para un sistema de transmisión de CC de 800 kV en China); el transformador subacuático más eficiente del mundo, que puede operar en plataformas marítimas de petróleo y gas en profundidades de hasta 3.000 metros; y transformadores con muy poco ruido para medioambientes sensibles al ruido.




ABB también ha desarrollado transformadores de distribución de alta eficiencia, del tipo líquido y seco, que pueden reducir las pérdidas energéticas entre un 40 y 70 por ciento. Los transformadores de distribución están disponibles con un núcleo de acero de grano orientado o de acero amorfo y combustible biodegradable.

Y para los transformadores viejos que han estado trabajando durante décadas, ABB puede mejorar su rendimiento y eficiencia energética de manera significativa mientras que extiende su vida útil varias décadas más.

Con 30 centros de asistencia y 55 fábricas de transformadores, ABB es, por lejos, el proveedor de asistencia y el fabricante de transformadores más grande del mundo.

Algunas de las instalaciones destacadas son:

Los transformadores más potentes del mundo

ABB ha roto el récord mundial de los transformadores más potentes del mundo en varias ocasiones a lo largo de los pasados 50 años, desde los primeros transformadores del mundo para trasmisiones de CA de 400 kV y 800 kV en el 1950 y 1960 respectivamente, a los transformadores de Corriente Continua de ultra alto voltaje (UHVDC, por sus siglas en inglés) para la red de transmisión Xiangjiaba-Shanghai de 800 kV en China, una de la más largas del mundo.

Figura 11. Transformador Xiangjiaba-Shanghai.

Reparación en tiempo récord de un enorme transformador de 40 años de antigüedad

ABB ha reparado y re-fabricado cientos de transformadores de energía en todo el mundo, tanto dentro de las instalaciones de los clientes, como en las plantas propias de ABB. Una de las reparaciones más grandes y complejas fue realizada en un enorme transformador generador de 880 MVA de 40 años de antigüedad que estaba en falla en la planta energética ScottishPower, en Escocia. Fabricado por una empresa que ya no existe, con un peso de 274 toneladas y con un diseño inusual y complejo, el transformador presentó un gran desafío logístico y técnico que ABB logró resolver de manera rentable y en tiempo récord.

Transformadores de tracción ecológicos




ABB le está proveyendo a Siemens transformadores de tracción ecológicos después de haber ganado un contrato de provisión de unidades para 38 trenes suburbanos Desiro, para la red de transporte urbano de Glasgow, la cual es operada por ScotRail. Los transformadores de tracción mejorarán el impacto ambiental de los trenes gracias a la utilización de un refrigerante biodegradable, en vez del refrigerante estándar a base de minerales, y gracias a la reducción del consumo energético en la operatividad. El proyecto demuestra como los transformadores ABB contribuyen a que el transporte sobre rieles sea aún más ecológico.

Fiabilidad energética para el edificio más alto del mundo

Una vez finalizado, en Enero de 2010, el Burj Khalifa, en Dubai, se convirtió en la estructura más alta del mundo realizada por el hombre, con 110 pisos y una altura total de 818 metros. Para garantizar la fiabilidad energética en todo el edificio, la torre se equipó con 78 transformadores RESIBLOC® de tipo seco ABB, los cuales son reconocidos por su excepcional fuerza mecánica y por su alta resistencia a cortos circuitos. La Fuente de Dubai (The Dubai Fountain), que se encuentra afuera del edificio y está iluminada por 6.600 luces y 50 proyectores de color, y la cual lanza chorros de agua de hasta 150 metros de altura, también está potenciada por transformadores RESIBLOC. Dicha fuente es la más grande del mundo.

Figura 12. The Dubai Fountain.

Comentario

ABB es líder mundial en tecnología de energía, es así que proveen de transformadores desde 1893 a diversas empresas de diversos rubros, como por ejemplo plantas energéticas y subestaciones, rascacielos y centros comerciales, barcos y plataformas de petróleo, locomotoras y transporte sobre rieles, parques eólicos y campos de energía solar, en el agua y en plantas de tratamiento de agua.

Cuenta con 30 centros de asistencia y 55 fábricas de transformadores, lo que la convierte en el proveedor de asistencia y el fabricante de transformadores más grande del mundo.

Han realizado instalaciones de transformadores muy importantes como es el caso de la red de transmisión Xiangjiaba-Shanghai de 800 kV en China, una de las más largas del mundo.

También las instalaciones hechas en Dubai, como la realizada en el edificio más alto del mundo, el Burj Khalifa, donde se instalaron 78 transformadores. Afuera de dicho edificio se encuentra la fuenta




más grande del mundo, la fuente de Dubai, la cual también está potenciada por transformadores Resibloc.

VII. Bibliografía

ABB. (2015). http://new.abb.com/. Obtenido de http://new.abb.com/south-america/sobre-nosotros/tecnologia/transformadores

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