EL AUTOTRANSFORMADOR
“EL AUTOTRANSFORMADOR”
1. Determinar la polaridad instantánea en los devanados del
transformador.
2. Aprender cómo se conectan los devanados del transformador en
serie y paralelo.
3. Reconocer las características físicas de un autotransformador.
4. Conectar y verificar el funcionamiento del autotransformador.
II. FUNDAMENTO TEORICO:
2.1. MARCAS DE POLARIDAD
Dos o más terminales de los devanados (bobinas) tienen
la misma polaridad cuando las corrientes que entran simultáneamente por los
terminales producen flujos que son concurrentes.
La polaridad de los devanados de un trasformador es
importante cuando se pretende asociar las fases entre ellos, para poder
determinar la polaridad, colocamos dos o más bobinas en serie, dependiendo de
cada una, tendremos la suma o diferencia de las tensiones instantáneas
inducidas en ellos.
Dos bobinas para
producir flujos concordantes tienen que tener la misma polaridad. El método
consiste en marcar un punto arbitrario, los otros puntos serán marcados a
partir de la 1ª bobina. Los puntos indican los terminales por los cuales deben
entrar las corrientes para producir flujos concordantes.
Se debe energizar el sistema y tomar lecturas del
voltaje, las cuales pueden conducir a dos alternativas:
• Si el voltaje Vx tiene un valor igual a V1 + V2, entonces las
marcas serán:
Diagonales.
• Si el voltaje Vx tiene un valor igual a V1 − V2, entonces las
marcas serán:
Colineales.
Los requisitos
mínimos necesarios para este tipo de conexión es que los transformadores tengan
el mismo voltaje primario y secundario (Misma relación de transformación).
2.4. EL AUTOTRANSFORMADOR DE REGULACION
Son dispositivos
empleados para obtener una tensión variable mediante un sistema capaz de ir
poniendo en conexión las diferentes espiras del bobinado principal. Se
construyen con contactos deslizantes o con contactos fijos seleccionados
mediante un conmutador múltiple rotativo.
IV. PROCEDIMIENTO
• Parte 1 (Identificación de marcas de polaridad)
1. Marcar los transformadores proporcionados por el profesor como T1 y T2.
2. Escoger el transformador marcado con T1 y realizar un puente entre un terminal del primario y un terminal del secundario, colocar una marca en el lado donde no se ha realizado el puente, tal como la figura 10.
De acuerdo con el resultado obtenido, en qué lado del secundario colocaría la marca de polaridad, ¿En el lado del puente o en el lado libre?
Tal como se conectó el transformador se obtuvo la resta de los voltajes V1 y V2, por lo tanto, la polaridad es horizontal o paralela correspondiendo el positivo (X1) en lado libre y el negativo (X2) en el puente.
4. Repetir los pasos anteriores para el transformador T2.
Con la misma técnica empleada en el transformador T1 se determinó la polaridad del transformador T2.
Tal como se conectó el transformador se obtuvo la resta de los voltajes V1 y V2, por lo tanto, la polaridad es horizontal o paralela correspondiendo el positivo (X1) en lado libre y el negativo (X2) en el puente.
4. Repetir los pasos anteriores para el transformador T2.
Con la misma técnica empleada en el transformador T1 se determinó la polaridad del transformador T2.
·
Parte
2. Conexión de un transformador.
5. Realizar la conexión de la figura 2, 4 y
5 y anotar los resultados, tener cuidado con las marcas de polaridad,
considerar el valor de R = 629 Ω para todos los casos.
Conexión
Serie /Serie
|
Conexión
Paralelo /Serie
|
Conexión
Paralelo /Paralelo
|
|
V1
|
20 V
|
20 V
|
20 V
|
V2
|
10 V
|
20 V
|
10 V
|
I1
|
0.016
A
|
0.064
A
|
0.064
A
|
I2
|
0.032
A
|
0.064
A
|
0.128
A
|
V1T1
|
10 V
|
20 V
|
20 V
|
V1T2
|
10 V
|
20 V
|
20 V
|
V2T1
|
5 V
|
10 V
|
10 V
|
V2T2
|
5 V
|
10 V
|
10 V
|
I1T1
|
0.016
A
|
0.032
A
|
0.032
A
|
I1T2
|
0.016
A
|
0.032
A
|
0.032
A
|
I2T1
|
0.032
A
|
0.064
A
|
0.064
A
|
I2T2
|
0.032
A
|
0.064
A
|
0.064
A
|
Comentarios de los
resultados obtenidos:
·
Conexión Serie / Serie: En esta configuración se conectó
el primario a 20V y la tensión en el secundario cayó a 10V, las corrientes son 0.016
A y 0.032 A respectivamente, se debe a que al conectar en serie las bobinas del
primario y el secundario el número de espiras y las reactancias se suman, pero
se mantiene la relación de transformación.
La tensión se divide por igual en cada bobina
en el lado primario y secundario por tratarse de una conexión en serie.
·
Conexión Paralelo / Serie: En esta configuración se conectó el primario
a 20V y se obtiene una tensión de salida de 20V, por lo tanto, las corrientes
también se mantienen en 0.064 A debido a la relación de transformación. Con
esto se logró obtener un transformador de protección o de aislamiento de
circuitos eléctricos. La tensión recibe cada bobina del lado primario es 20V
por tratarse de una conexión en paralelo, en el secundario la tensión se divide
en cada bobina por estar conectados en serie.
·
Conexión Paralelo/
Paralelo: En esta configuración se conectó
el primario a 20V y la tensión en el secundario cayó a 10V, pero a diferencia
de la conexión Serie/Serie la corriente en el secundario se duplica a 0.128 A
respecto al primario 0.064 A, se debe a que los bobinados están en paralelo y sus reactancias se
disminuyen haciendo que la corriente aumente, es así que en el primario I1T1 y I1T2 se suman y lo mismo en el secundario con I2T1 y I2T2.
1) ¿Investigue otros métodos
para determinar las marcas de polaridad de un transformador y explique?
Para determinar las marcas
de polaridad del transformador aparte del “Método de la fuente” que realizamos
en este laboratorio; tenemos:
·
MÉTODO DEL GOLPE INDUCTIVO.
Este método consiste en aplicar
corriente continua a uno de los devanados del transformador y con un voltímetro
determinar la polaridad el segundo devanado. Si el voltaje indicado por el
voltímetro es positivo indica que el transformador tiene una polaridad directa
o sustractiva, de ser lo contrario la polaridad es diagonal o aditiva. Al utilizar
un voltímetro analógico la aguja se inclinará a la derecha (sustractiva) o a la
izquierda (aditiva).
·
METODO DEL TRANSFORMADOR PATRON
Este
método consiste en usar un transformador aparte del que se va a ensayar y que
de este ya se conoce su polaridad. Se conecta los bobinados primarios a una
fuente de CA y en paralelo las terminales secundarias. Mediante un voltímetro se
verifica si se obtiene la suma o resta de los voltajes correspondiendo a una
polaridad aditiva y sustractiva respectivamente del transformador sometido a
prueba.
2) De
las conexiones de los transformadores (Figura 3, 4, 5 y 6), cual es el de uso
más común en la industria.
El de conexión paralelo – paralelo
ya que si la potencia de un transformador no es suficiente es necesario
conectar varios transformadores en paralelo, como se ha visto en los ensayos
con este tipo de conexión se obtiene una mayor ganancia de corriente. También
se usa a menudo el autotransformador para arranques
de motores de inducción.
3) ¿Por
qué es importante determinar la potencia propia y la potencia de paso de un autotransformador?
Determinar la potencia propia o
electromagnética es importante al momento de llevar a cabo el diseño de estas
máquinas, pues a partir de este se puede determinar las dimensiones del núcleo
del circuito magnético. Así mismo, al determinar la potencia de paso que es la potencia
aparente que es capaz de entregar el autotransformador, podemos calcular los
límites de carga que se puede conectar en la salida del autotransformador. En
el laboratorio se demostró la importancia de medir estos parámetros, se calculó
el límite mínimo de resistencia que debe tener una carga para ser conectado al
autotransformador de 50VA 220/210V, esta resistencia es 242.29 Ω, se verificó
que si hay menos resistencia la corriente I2n sube de 0.454A y
corremos el riego de quemar el transformador.
4)
¿Cuál es la relación que existe entre la potencia propia y la potencia de paso?
La potencia de paso es mayor que la
potencia propia. La potencia propia es la potencia aparente que se transmite
del primario al secundario por el flujo magnético, mientras que la potencia de
paso es la potencia aparente que el transformador puede subministrar a la carga
que se conecte.
5)
Investigue sobre las aplicaciones de los autotransformadores de regulación y
mencione 5 de ellas.
El autotransformador lo podemos
encontrar en diversas aplicaciones, ente las principales tenemos:
·
Para
arrancar motores de inducción.
·
Para
regular el voltaje de líneas de distribución rural e interconexión de redes de
alta tensión.
·
En bancos
trifásicos de centrales eléctricas.
·
Sistemas
ferroviarios.
·
Como
autotransformador de regulación para ensayos.
6)
Busque y anote los datos de placa de un autotransformador comercial y de un
transformador con los mismos voltajes de entrada y salida y potencia. (Compare
las dimensiones, pesos y corriente de cortocircuito)
Los
datos del un transformador y un autotransformador monofásico se presentan en la
siguiente tabla:
TRANSFORMADOR
|
AUTOTRANSFORMADOR
|
|
Marca
|
Audax
|
Audax
|
Modelo
|
--------
|
--------
|
220
V
|
220
V
|
|
Salida
|
110
V
|
110
V
|
S
|
50 VA
|
50 VA
|
Frecuencia
|
60 Hz
|
60 Hz
|
Dimensiones
|
8.4 x 10.5 x 18.3 cm
|
7.8 x 12,7 x 11.9 cm
|
Peso
|
2.3 Kg
|
1.95 Kg
|
Cc
|
0.23 A
|
0.681A
|
Estas máquinas de transformación están diseñadas para
trabajar bajo las mismas condiciones de tensión y frecuencia, sin embargo, lo
que los diferencia es su diseño en cuanto a sus dimensiones, peso y ICC.
El autotransformador es menos pesado por poseer un solo núcleo, es más
eficiente y soporta más corriente de cortocircuito que el transformador
convencional.
VI. CONCLUSIONES:
·
Se logró determinar la polaridad
instantánea en los devanados del transformador aplicando un método que se
conoce como “Método de la fuente” que consiste en cortocircuitar un terminal
primario con un secundario y con un voltímetro en los dos restantes, a partir
del análisis de las lecturas se pudo determinar la polaridad y conectar los
devanados de los transformadores en combinaciones serie y paralelo.
·
Logramos verificar que cuando los
bobinados de los transformadores se conectan en serie, el número de espiras se
suman, y cuando se conecta en paralelo el número de espiras se conserva, de
esta manera se mantiene la relación de transformación.
·
Una vez que se determinó la
polaridad de los transformadores se hizo una combinación de las conexiones
serie y paralelo de los terminales. La finalidad de estas conexiones es obtener
un transformador de mayor potencia que puede ser reductor a la mitad, reductor
a la cuanta parte, elevador y de aislamiento. Para realizar las conexiones ya
sea en serie o paralelo es necesario que los transformadores manejen igual
potencia aparente, así como los voltajes de entrada y salida.
·
Se reconoció las características
físicas que diferencian un transformador de un autotransformador, así como las
ventajas y desventajas al momento de utilizarlos. La principal desventaja de
autotransformador es no poseer aislamiento entre sus devanados primario y
secundario.
·
Comprobamos que un transformador
común puede conectarse como autotransformador que ofrece mayor eficiencia, ya
que al poseer un solo núcleo hay menores pérdidas por corrientes parásitas e
histéresis; se identificó la principal desventaja en estas máquinas, y es que
no existe aislamiento eléctrico entre los devanados primario y secundario, por
lo que si hay una falla toda la tensión puede caer en la carga conectada en el
lado de baja y quemarlo.
REFERENCIAS
AUDAX. (5 de Octubre de 2018). AUDAX TRANSFORMADORES.
Obtenido de http://www.transformadoresaudax.com/
García, F. M. (Julio de 2017). ANÁLISIS DE LA
EFICIENCIA EN UN AUTOTRANSFORMADOR. Madrid.
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