CIRCUI18

LABORATORIO CIRCUITOS ELÉCTRICOS II
PRÁCTICA 8
CARACTERIZACIÓN DE LOS
TRANSFORMADORES Y REDES DE
DOS PARES DE TERMINALES
8.1. ASUNTO: determinar las características internas de un transformador y la
Caracterización de redes de dos pares de terminales.
8.2. OBJETIVOS:
 Verificar las relaciones de transformación, voltajes y corrientes de un
transformador.
 Determinar el modelo del transformador mediante los ensayos en corto y en vacío.
 Verificar todas las relaciones de transformación en carga.
 Analizar las pérdidas en el núcleo y en los devanados.
 Determinar la eficiencia de un transformador real.
 Aplicar los teoremas de superposición y linealidad para caracterizar una red de dos
pares de terminales (por ejemplo transformadores, líneas de transmisión, etc.)
 Determinar bajo que condiciones la red es bilateral.
 Caracterizar una red por medio de parámetros Z (parámetros de impedancia).
8.3. MARCO TEÓRICO:
8.3.1. TRANSFORMADORES:
4-1
PRÁCTICA 4 CIRCUITOS ELÉCTRICOS II
Es un conjunto de dos bobinas acopladas magnéticamente. La figura 4.1. es el
esquema de un transformador incluido entre un generador y una carga. La bobina
conectada al generador recibe el nombre de primario (ésta recibe la potencia), y la
conectada a la carga el de secundario (ésta entrega la potencia). La energía entregada
por el secundario pasa a través del transformador por inducción y es consumida por la
carga.
TRF
N1:N2


Primario
Secundario
Carga
4.1. Transformador
8.3.1.1. El circuito equivalente: al analizar los dispositivos en ingeniería se
acostumbra representarlos mediante un circuito equivalente apropiado. De éste modo
el transformador se representa por el circuito modelo de la figura 4.2., el cual permite
realizar un análisis sobre el comportamiento de los transformadores.
I1
R1
jX1
N1:N2
I1 ’
I0
+
V1
-
R0
jX0

R2
jX2
I2

+
V1 ’
+
V2 ’
+
V2
-
-
-
Figura 4.2. Circuito equivalente del transformador
Cada uno de los elementos representa los siguientes fenómenos:
R1 Resistencia del devanado primario ( pérdidas en el primario)
X1 Flujos de dispersión del primario
X0 Flujo que circula por el núcleo
R0 Pérdidas de energía en el núcleo por histéresis y corrientes de Foucault
R2 Resistencia del devanado secundario ( pérdidas en el secundario)
X2 Flujos de dispersión del secundario
N1 Número de espiras del primario
4-2
LABORATORIO CIRCUITOS ELÉCTRICOS II
N2 Número de espiras de secundario
8.3.2. RELACIONES MATEMÁTICAS EN EL TRANSFORMADOR:
8.3.2.1. Relación entre tensiones y espiras: las tensiones eficaces en bornes del
transformador ideal están en la misma relación que los números de espiras.
V1, N1

V2, N 2
En el transformador real, debido a las caídas de tensión en los devanados, esta
relación solo se cumple en forma aproximada.
8.3.2.2. Relación entre corrientes y espiras: las corrientes del transformador ideal
están en razón inversa de los respectivos números de espiras.

I 1, N 2

I 2 N1
Tener bien en cuenta el signo (-) en la relación anterior. En el transformador real est
relación solo se cumple aproximadamente debido a la corriente I0.
8.3.2.3. Rendimiento: es la relación entre la potencia de entrada y la potencia de
salida.
% 
P. salida
 100
P. entrada
En el transformador ideal éste índice es 100%.
8.3.2.4. Regulación: es la capacidad de mantener el voltaje más o menos constante
ante cambios en la carga.
Re g % 
V2 Vacio  V2 C arg a
V2 C arg a
4-3
 100
PRÁCTICA 4 CIRCUITOS ELÉCTRICOS II
8.4. REDES DE DOS PUERTOS:
Una red con dos pares de terminales se denomina red de dos puertos, donde uno de
ellos se caracteriza con el nombre de “terminales de entrada”, y el otro par como
“terminales de salida”. El par de terminales de salida puede muy bien estar conectado
con las terminales de entrada de alguna otra red. No pueden hacerse conexiones
internas a ningún otro nodo interno a la red de un puerto. Las corrientes en los dos
alambres que integran cada puerto deben ser iguales y se sigue que la Ia=Ib=I1 e
Ic=Id=I2 en la red de la figura 5.1.
Ia
a
Ic
RED
V1
b
Ib
Id
c
V2
d
Figura 5.1. Red de dos puertos
8.4.1. PARÁMETROS DE CIRCUITO ABIERTO:
Los parámetros de circuito resultan de relacionar los voltajes y las corrientes de la red
de dos puertos de la figura 5.1..
V1  Z 11 I 1  Z 12 I 2
V2  Z 21 I 1  Z 22 I 2
Por supuesto, al usar estas ecuaciones no es necesario que I1 e I2 sean fuentes de
corriente, como tampoco es necesario que V1 y V2 sean fuentes de voltaje. Los
parámetros Zij se les denomina parámetros de impedancia o de circuito abierto y se
obtienen así:
Z 11 
Z 12 
V1
I1
I2  0
V1
I2
I1  0
4-4
LABORATORIO CIRCUITOS ELÉCTRICOS II
Z 21 
Z 22 
V2
I1
I2 0
V2
I2
I1  0
8.5. PREINFORME:
8.5.1. Hacer un diagrama de conexión de los instrumentos de medida para tomar los
datos necesarios en el circuito del ensayo en vacío.
TRF
I1
+
110 VAC
-
I2
N1:N2


+
V1
+
V2
-
-
Figura 4.3. Ensayo en vacío
8.5.2. Explicar el procedimiento matemático por medio del cual se encuentra el valor
de la resistencia y de la impedancia del circuito shunt en el modelo que representa el
transformador.
8.5.3. Hacer un diagrama de conexión de los instrumentos de medida para tomar los
datos necesarios en el circuito del ensayo a plena carga.
TRF
I1
+
110 VAC
-
I2
N1:N2


+
V1
+
V2
-
-
Figura 4.4. Ensayo a plena carga
4-5
Carga
PRÁCTICA 4 CIRCUITOS ELÉCTRICOS II
8.5.4. Hacer un análisis matemático sobre el circuito equivalente del transformador a
plena carga y demostrar que permite resolver este tipo de ensayo.
8.5.5. Determinar las condiciones de plena carga.
8.5.6. Hacer un diagrama de conexión de los instrumentos de medida para tomar los
datos necesarios en el circuito del ensayo en vacío.
TRF
R
I1
+
110 VAC
-
I2
N1:N2


+
VP
+
VS
-
-
Figura 4.5. Ensayo en corto
8.5.7. Realizar lo indicado en el numeral 4.4.4. para el ensayo en corto.
8.5.8. Por qué son necesarios los núcleos de hierro en los transformadores de
alimentación?.
8.5.9. Por qué se puede emplear el transformador como acoplador de impedancias?.
8.5.10. Qué relación de fase existe entre las tensiones y corrientes de ambos lados del
transformador ideal? Y en el transformador real?.
8.5.11. Tener claro los instrumentos a utilizar de tal forma que permitan medir con las
escalas correctas los datos necesarios (hacer lista de ellos).
NOTAS:
 Para esta práctica esta prohibido el uso del medidor de armónicos.
 Para realizar el preinforme si es necesario preguntar al monitor los valores de las
cargas que se deben emplear en cada circuito.
 Utilizar siempre cuchillas para el montaje de los circuitos que empleen 110 Voltios
C.A.
4-6
LABORATORIO CIRCUITOS ELÉCTRICOS II
8.6. RDPT: Hacer un diagrama de conexión de los instrumentos de medida para
tomar los datos necesarios en el circuito 1 de la figura 5.2, como son: voltaje (V1, V2),
corriente (I1, I2) y potencia (P1, P2).
8.6.1. En un diagrama independiente dibujar como se miden las potencias P12 y P21.
8.6.2. Determinar en forma paramétrica los parámetros Z de la red con la cual se
trabajará en el laboratorio (figura 5.2.).
8.6.3. Explicar el procedimiento por el cual se comprueba la bilateralidad de una red
de dos pares de terminales.
I1
+
V1
I2
4 F
8 F
-
+
V2
-
Figura 5.2. Circuito 1
8.6.4. Dibujar los triángulos de potencias para cada uno de los circuitos.
8.6.5. Cuáles son las condiciones necesarias para que una red sea bilateral?.
8.6.6. Qué otro tipo de parámetros permiten caracterizar una red de dos pares de
terminales?.
8.6.7. Tener claro los instrumentos a utilizar, de tal forma que permitan medir con las
escalas correctas los datos necesarios (hacer lista de ellos).
4-7
PRÁCTICA 4 CIRCUITOS ELÉCTRICOS II
NOTAS:
 Para esta práctica esta prohibido el uso del medidor de armónicos.
 Para realizar el preinforme si es necesario preguntar al monitor los valores de las
cargas que se deben emplear en cada circuito.
 Utilizar siempre cuchillas para el montaje de los circuitos que empleen 110 Voltios
C.A.
8.7. PROCEDIMIENTO:
8.7.1. Implementar el circuito de la figura 4.1. para realizar el ensayo en vacío.
8.7.2. Según el diagrama de conexiones que se realizó en el preinforme, medir el
voltaje del primario V1, voltaje del secundario V2, Potencia del primario P1 y
corriente del primario I2.
Tabla 
V1
V2
I1
P1
8.7.3. Implementar el circuito de la figura 4.2. para realizar el ensayo a plena carga.
8.7.4. Nuevamente, teniendo en cuenta el diagrama de conexiones pedido en el
preinforme medir V1, V2, I1, I2 (Corriente de secundario), P1 y P2 ( Potencia del
secundario).
Tabla 
V1
V2
I1
I2
P1
P2
8.7.5. Implementar el circuito de la figura 4.3. para realizar el ensayo en corto.
8.7.6. Para completar el ensayo en corto se debe medir V1, I1, I2=ISC y perdidas en
corto P1. Se debe tener la precaución de poner el bombillo en el primario para no
reflejar el corto a la fuente. Además medir la potencia después de la protección en el
primario.
Tabla 
V1
I1
I2
P1
4-8
LABORATORIO CIRCUITOS ELÉCTRICOS II
8.7.7. PROCEDIMIENTO 2:
8.7.8. Implementar el circuito necesario para determinar Z11.
8.7.9. Medir el voltaje, la corriente y la potencia en los lugares indicados en el
diagrama de conexión de instrumentos realizado en el preinforme.
Tabla 1
V1
V2
I1
I2
P1
8.7.10. Implementar el circuito necesario para determinar Z21.
8.7.11. Medir el voltaje, la corriente, la potencia y P21 en los lugares indicados en los
diagramas de conexión de instrumentos realizado en el preinforme.
Tabla 2
V1
V2
I1
I2
P21
8.7.12. Implementar el circuito necesario para determinar Z22.
8.7.13. Medir el voltaje, la corriente y la potencia en los lugares indicados en el
diagrama de conexión de instrumentos realizado en el preinforme.
Tabla 3
V1
V2
I1
I2
P2
8.7.14. Implementar el circuito necesario para determinar Z12.
8.7.15. Medir el voltaje, la corriente, la potencia y P12 en los lugares indicados en los
diagramas de conexión de instrumentos realizado en el preinforme.
Tabla 4
V1
V2
I1
I2
P12
4-9
PRÁCTICA 4 CIRCUITOS ELÉCTRICOS II
8.8. INFORME:
8.8.1. Incluir los resultados en tablas.
8.8.2. Determinar la relación de espiras.
8.8.3. Determinar las pérdidas de vacío y la impedancia en vacío (elementos en
paralelo del circuito modelo del transformador).
8.8.4. Calcular la eficiencia del transformador.
8.8.5. Hallar el valor de cada uno de los elementos en serie del circuito equivalente
del transformador.
8.8.6. Comprobar los resultados con la ficha técnica del transformador.
8.8.7. Analizar los resultados.
8.8.8. Realizar conclusiones breves y concisas.
8.8.9. Indicar los problemas que se presentaron en la práctica.
8.9. INFORME RDPT:
8.9.1. Incluir los resultados en tablas.
8.9.2. Determinar los parámetros Z en forma de fasor, con las medidas realizadas en
el laboratorio.
8.9.3. Analizar si la red es bilateral. Explicar cualquiera que sea la respuesta.
8.9.4. Describir tres cualidades de las redes bilaterales.
8.9.5. En qué momento se aplican los teoremas de la linealidad y la superposición en
esta práctica.
8.9.6. Realizar los triángulos de potencia experimentales.
4-10
LABORATORIO CIRCUITOS ELÉCTRICOS II
8.9.7. Analizar detalladamente los resultados.
8.9.10. Realizar conclusiones breves y concisas.
8.9.11. Indicar los problemas que se presentaron en la práctica.
4-11