TRANSFORMADORES DE POTENCIAPRACTICA II

CRISTIAN ANDRES MEJIA AVENDAÑO1128422239

PREINFORME PARA EL LABORATORIO DE CIRCUITOS IIPRESENTADA AL PROFESOR

CARLOS MARIO

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAFACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA ELECTRICA2010

INTRODUCCION

Es un dispositivo que se encarga de "transformar" la tensión de corriente alterna que tiene a la entrada en otra diferente a la salida.

Este dispositivo 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 denominarán: "primario" a la que recibe la tensión de entrada y "secundario" a aquella que dona la tensión transformada.

Se tienen tres tipos de diagramas de los circuitos equivalentes al transformador, el primero es circuito equivalente exacto, los otros dos son circuitos aproximados, se conocerá los tres tipos de circuitos, para efectos del laboratorio se trabajara el circuito equivalente aproximado 1.

Objetivos generales

Familiarizarnos con los circuitos equivalentes a un trasformador de potencia

Objetivos específicos

Realizar análisis de los circuitos equivalente al transformador con cargas: R, RL, RC, RLC.

Conocer los tipos de circuitos que se me asemejan a los transformadores en alta, media y baja tensión.

Marco Teórico

Resistencia: Un resistor o resistencia es un dispositivo electrónico generalmente hecho de carbón u otro material similar que se utiliza con el fin de presentar oposición (resistencia) al paso del flujo de corriente. Esta corriente (máxima) en la resistencia está condicionada por la máxima potencia que puede disipar el resistor. La potencia se disipa generalmente en forma de calor1. Los valores de estos resistores que vamos a utilizar son del orden un ohmio hasta un megohmio (1Ω - 1MΩ) y a medio vatio.

Condensador: Conjunto constituido por dos materiales conductores separados generalmente por un dieléctrico que se utiliza para almacenar energía eléctrica2. En el laboratorio trabajaremos con condensadores del orden de 0.01 a 2200 microfaradios (µf) y a 50 voltios.

Osciloscopio: Instrumento que nos permite visualizar a través de una pantalla fenómenos transitorios como las formas de onda de los diferentes voltajes que encontremos a trasvés de un circuito eléctrico3.

Fuentes de corriente Alterna: Un circuito de CA se compone de elementos de circuito de un generador que brinda la corriente alterna. El principio básico del generador de CA es una consecuencia directa de la ley de inducción de Faraday. Cuando una bobina se hace girar en un campo magnético a frecuencia angular constante w, un voltaje sinusoidal (FEM) se induce en la bobina, este voltaje instantáneo es: v= Vmax. Sen wt

Donde Vmax es el voltaje de salida máximo del generador de CA, o la amplitud de voltaje, la frecuencia angular está dada por w=2π=2 π /T, donde es la frecuencia de la fuente y T es el periodo. Las plantas de generación eléctrica comerciales en estados unidos usan una frecuencia de 60 Hz lo que corresponde a una frecuencia angula de 377 rad/s.4

Impedancia: La impedancia es una magnitud que establece la relación (cociente) entre la tensión y la intensidad de corriente. Tiene especial importancia si la corriente varía en el tiempo, en cuyo caso, ésta, la tensión y la propia impedancia se describen con números complejos o funciones del análisis armónico. Su módulo (a veces impropiamente llamado impedancia) establece la relación entre los valores máximos o los valores eficaces de la tensión y de la corriente. La parte real de la impedancia es la resistencia y su parte imaginaria es la reactancia.

1 http://es.wikipedia.org/wiki/Resistor. 2 http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador3 http://www.monografias.com/trabajos/osciloscopio/osciloscopio.shtml4 http://html.rincondelvago.com/fuentes-de-corriente-alterna.html

El circuito equivalente de un transformador

Los principales aspectos que se deben considerar en la construcción de un modelo como éste son:

Las pérdidas por histéresis están asociadas con la reubicación de los dominios magnéticos en el núcleo durante cada Semiciclo. Son una función compleja y no lineal del voltaje aplicado al transformador efectos de esta inductancia.

Las pérdidas en el cobre son causadas por el calentamiento resistivo en los devanados primario y secundario del transformador. Son proporcionales al cuadrado de la corriente en los devanados.

Los flujos ФDP y ФDS que escapan del núcleo y pasan a través de sólo uno de los devanados del transformador son flujos dispersos. Estos flujos que escapan producen una auto inductancia en las bobinas primarias y secundarias; se deben tomar en cuenta los las pérdidas por corrientes parásitas son provocadas por el calentamiento resistivo en el núcleo del transformador. Son proporcionales al cuadrado del voltaje aplicado al transformador.

Es posible construir un circuito equivalente que tome en cuenta todas las principales imperfecciones de los transformadores reales. Se considera cada una de estas imperfecciones y se incluye su efecto en el modelo de transformador.

a) El modelo del transformador referido a su nivel de voltaje primario.

b) El modelo del transformador referido a su nivel de voltaje secundario.

o Circuitos equivalente aproximado 1 de un transformador

Circuito equivalente completo en el cual la rama de excitación tiene una corriente muy pequeña comparada con la corriente de carga de los transformadores. De hecho, es tan

pequeña que causa una caída de voltaje despreciable en Rp y Xp. Por lo tanto, se puede suprimir sin producir errores significativos, dando como resultado un circuito equivalente con el cual tendremos una mayor facilidad de trabajar.

a) Referido al lado primario b) referido al lado secundario

Circuitos equivalente aproximado 2 de un transformador

En algunas aplicaciones, la rama de excitación puede desecharse totalmente sin causar ningún error serio. En estos casos, el circuito equivalente del transformador se reduce a los circuitos sencillos de las figuras:

a) sin rama de excitación. Referido al lado primario b) sin rama de excitación, referido al lado secundario.

PROPUESTA DE MONTAJE Y PROCEDIMIENTOS

Para este montaje realizaremos el circuito equivalente aproximado 1, en donde utilizaremos diferentes cargas, R, RL, RC, RLC, para los cálculos teóricos los realizaremos con una carga R, puramente resistiva, hallaremos los voltajes y corriente en la carga, para calcular la potencia activa. Para los demás casos de carga, se realizara para cada uno las simulacionesen donde hallaremos las potencias activa y reactiva de la fuente y las cargas.

Cálculos teóricos

Impedancias del circuito

Z1=242∗108 .950 j242+108 .950 j

=99.3 ⌊65.8¿¿

Z2=242+108950 j+242=496 ⌊12.6Ω¿¿

Como Z1 Y Z2 están respectivamente en paralelo con la fuente entonces el voltaje de estas en el voltaje de la fuente.La corriente que pasa por cada una de estas impedancias será:

Iz 1=120 ⌊0Ω¿¿¿=0.24 ⌊−12.7¿¿

Entonces el voltaje en la carga R será igual a:

VR=0.24 ⌊−12.7¿¿

La potencia activa en la carga R será igual a:

P=0.24 ⌊−12.7¿¿=14.15W

Como la carga es puramente resistiva no tiene potencia reactiva.

SIMULACION

DATOS TEÓRICOS DATOS SIMULADOS

MEDIDAS FUENTE CARGA FUENTE CARGA

RESISTENCIA RESITENCIA

Voltaje 120v58.53 ⌊−12.7¿¿

v120v 58.15v

Corriente 1.36 ⌊−58¿¿A0.24 ⌊−12.7¿¿

A1.358 A 0.2403 A

Potencia activa 14.15W 86.66W 13.97W

Potencia reactiva 136.7 0

SIMULACION CIRCUITO CON CARGA RL

DATOS SIMULADOS

MEDIDAS FUENTE CARGA R-L

Voltaje 119.2v 58.06

Corriente 1.371 A 0.2319

Potencia activa 84.75W 13.02

Potencia reactiva 139.7 3.447

SIMULACION CIRCUITO CON CARGA R-C

DATOS SIMULADOS

MEDIDAS FUENTE CARGA R-L

Voltaje 119.2v 62.7v

Corriente 1.332 A 0.2459 A

Potencia activa 87.99W 14.63 W

Potencia reactiva 132.2 -4.66

SIMULACION CIRCUITO CON CARGA R-L-C

DATOS SIMULADOS

MEDIDAS FUENTE CARGA R-L

Voltaje 119.2v 58.67v

Corriente 1.353 A 0.2419 A

Potencia activa 87.04W 14.16 W

Potencia reactiva 135.8 -0.9534

CONCLUSIONES

o De las tablas comparativas para cada una de los tipos de carga R-RL-RC-RLC, se puede observar que en el circuito con carga R-C, hubo un aumento en la entrega de potencia de la fuente, respecto a las demás cargas.

o En el circuito con carga R-L, la potencia de la fuente se vio afectada al disminuir aproximadamente 1.91W.

o Cuando usamos una carga R-L-C, la potencia en la fuente tuvo un aumento de 1.O4W respecto a la potencia de la fuente.

o Se puede determinar que no es bueno potencias reactivas generadas por bobinas debido a que me disminuye la eficiencia de entrega de potencia de la fuente.

o Por el contrario la potencia reactiva generada por los condensadores tuvo un choque positivo en la potencia de la fuente, ya que esta la mejoro.

o La carga puramente resistiva no causa ningún efecto sobre la potencia de la fuente.