LABORATORIO DE ELECTRÓNICA INDUSTRIAL EXPERIENCIA Nº 0 Introducción

LABORATORIO DE ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
EXPERIENCIA Nº 0
AMBIENTACIÓN CON EL LABORATORIO DE ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
Introducción
En el presente informe daremos a conocer, a modo de marco teórico, como esta constituido un transformador,
sus partes internas, su funcionamiento, su utilización, sus aplicaciones y algunas formas de calcular las
diferentes magnitudes que nos da (como por ejemplo la potencia y la corriente).
En la parte práctica, comenzaremos identificando el lugar de trabajo, y los elementos que se encuentran.
Aprenderemos a reconocer los devanados del transformador (primario y secundario) y los diferentes procesos
que se aplicaron para su funcionamiento.
Objetivos
Una vez realizadas las actividades de la guía, UD. será capaz de:
• Identificar las partes de que constituyen el panel universal, mediante mediciones realizadas con el tester.
• Identificar los devanados de primarios y secundarios de los transformadores, mediante mediciones
realizadas con el tester.
• Concluir, elaborando informe experimental.
Instrumentos y Componentes
• Panel Universal
• Transformadores Nº 1 y 2
• Tester
Secuencia de Trabajo
• Disponga del panel universal. Retire el fusible.
• Obtenga el circuito equivalente del porta−tarjeta. Mida con el Ohmetro.
• Obtenga el circuito equivalente del comando del panel. Mida con el Ohmetro.
• Disponga los transformadores Nº 1 y 2.
• Identifique visualmente los lados primarios y secundarios, para cada transformador.
• Tabule las medidas anteriores.
• Alimente cada transformador, por separado, desde el panel universal.
• Mida con el voltímetro AC las tensiones secundarias en los distintos taps de los transformadores.
• Tabule las medidas anteriores.
Aspectos Sobresalientes
• Obtenga información relacionada con los transformadores.
• Construya tablas de medidas.
• Concluya, grupalmente.
Marco Teórico
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El Transformador
Hace algo más de un siglo que se inventó este dispositivo que ha hecho posible la distribución de energía
eléctrica a todos los hogares, industrias, etc. Si no fuera por el transformador tendría que acortarse la distancia
que separa a los generadores de electricidad de los consumidores.
Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético que permite aumentar o disminuir el voltaje y
la intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto permanezca constante (ya que la potencia
que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la que se
obtiene a la salida).
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están
constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce.
Este conjunto de vueltas 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 representación esquemática del transformador es la siguiente:
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 un voltaje Habría una corriente si hay una carga (el secundario está conectado a una resistencia por
ejemplo)
La razón de la transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del número
de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el
secundario habrá el triple de voltaje.
La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza
electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras
de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .
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Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de espiras de cada bobinado.
Cuando el secundario tiene un mayor numero de vueltas que el primario, el voltaje en aquel es mayor que en
el primario y, por consiguiente, el transformador aumenta el voltaje. Cuando el secundario tiene un numero
menor de vueltas que el primario, el transformador reduce el voltaje. Sin importar cual sea el caso, la relación
siempre se da en términos del voltaje en el primario, el cual puede aumentarse o reducirse en el devanado
secundario.
Estos cálculos solo son validos para transformadores con núcleo de hierro donde el acoplamiento es unitario.
Los transformadores con núcleo de aire para circuitos de RF son, en general, sintonizados para resonancia. En
este caso, se considera el factor de resonancia en lugar de la relación de vueltas.
Si se supone que el transformador es ideal (la potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él), o
sea, se desprecian las pérdidas por calor y otras, entonces:
Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps).
Pi = Ps
Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar su potencia usando la
siguiente fórmula.
Potencia (P) = Voltaje (V) x corriente (I)
P = V x I (watts)
Así, para conocer la corriente en el secundario cuando tengo la corriente Ip (corriente en el primario), Np
(espiras en el primario) y Ns (espiras en el secundario) se utiliza siguiente fórmula:
Is = Np x Ip / Ns
TIPOS DE TRANSFORMADORES
• Transformadores Secos Encapsulados en Resina Epoxi.
Descripción:
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Se utilizan en interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares donde los espacios
reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendio imposibilitan la utilización de
transformadores refrigerados en aceite. Son de aplicación en grandes edificios, hospitales, industrias, minería,
grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.
Características Generales:
Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislamiento clase F, utilizándose resina epoxi
como medio de protección de los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la
instalación. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kVA, tensiones primarias de 13.2,
15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.
• El transformador de núcleo distribuido.
Descripción:
Tiene un núcleo central y cuatro ramas exteriores. Se denomina transformadores de distribución,
generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o
inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos. Aunque la mayoría de tales unidades están
proyectadas para montaje sobre postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las
clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas. Las aplicaciones típicas son para
alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales.
• El transformador de núcleo arrollado.
Descripción:
El núcleo consiste en una tira de hierro arrollado en forma de espiral en torno a una bobina preformada.
Los transformadores se pueden refrigerar con circulación natural o forzada de aire, pero su tensión nominal
viene limitada por la baja rigidez dieléctrica del aire. El aire (o el Askerol o Pyranol) sirve tanto para aislante
como para refrigerante. Los transformadores se pueden refrigerar mediante circulación natural o forzada en
aceite. Para aumentar la superficie disipadora del calor, se sueldan los tubos de la cubierta o se empernan
radiadores a ella. Para gobernar la tensión y la fase, algunos transformadores están equipados de mecanismos
de tomas variables. Cuando se eleva la temperatura del transformador a causa de la carga, el aire o gas que se
halle dentro del transformador se dilata y es expulsado; cuando se enfría el transformador, se contrae el aire o
gas y penetra aire del exterior que contiene oxigeno y humedad. A este efecto se le da el nombre de
respiración. La humedad y el oxigeno deterioran el sistema y ensucian el aceite. Para evitar esto, se emplea
nitrógeno y un respirador elimina el oxigeno y la humedad del aire que penetra. Un pequeño tanque de
expansión, llamado conservador, montado sobre la cubierta del transformador, reduce mucho la superficie del
aceite expuesta al gas.
• Los transformadores Auto Protegidos.
Aplicaciones
El transformador incorpora componentes para protección del sistema de distribución contra sobrecargas,
corto−circuitos en la red secundaria y fallas internas en el transformador, para esto posee fusibles de alta
tensión y disyuntor de baja tensión, montados internamente en el tanque, fusibles de alta tensión y disyuntor
de baja tensión. Para protección contra sobretensiones el transformador está provisto de dispositivo para
fijación de pararrayos externos en el tanque.
Características
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Potencia: 45 a 150KVA
Alta Tensión: 15 o 24,2KV
Baja Tensión: 380/220 o 220/127V
• El transformador de núcleo.
Descripción:
Los devanados rodean al núcleo. Éste está constituido por láminas rectangulares o en forma de L que se
ensamblan y solapan alternativamente en capas adyacentes.
En los transformadores trifásico de núcleo hay tres núcleos unidos por sus partes superior e inferior mediante
un yugo y sobre cada núcleo se devanan el primario y el secundario de cada fase. Este dispositivo es posible
porque, en todo momento, la suma de los flujos es nula. Invirtiendo las conexiones de las bobinas centrales en
el transformador trifásico acorazado, las secciones de los núcleos entre las ventanas es igual al valor que se
obtendría sin invertir las conexiones, divididas por raíz de 3. El transformador trifásico mas compacto y ligero
que los tres transformadores monofásicos equivalentes, pero disminuye la flexibilidad del sistema. En un auto
transformador, parte del devanado es común a primario y secundario. Tan solo se transforma una parte de la
potencia, yendo la restante de la carga por conducción. Cuando la razón de transformación es próxima ala
unidad o es pequeña, se ahorra mucho material y pérdidas adoptando este sistema en vez del transformador
clásico aparente.
• Los transformadores Rurales
Descripción:
Están diseñados para instalación monoposte en redes de electrificación suburbanas monofilares, bifilares y
trifilares, de 7.6, 13.2 y 15 kV.
En redes trifilares se pueden utilizar transformadores trifásicos o como alternativa 3 monofásicos.
• Los transformadores Herméticos de Llenado Integral,
Descripción:
Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles
en lugares donde los espacios son reducidos. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería,
explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de
energía eléctrica.
Características Generales:
Su principal característica es que al no llevar tanque de expansión de aceite no necesita mantenimiento, siendo
esta construcción más compacta que la tradicional. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta
1000 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.
Procedimiento de Trabajo
• Primero, retiramos el fusible que se encontraba en el panel universal. En seguida comenzamos con la
identificación del panel universal y con sus conexiones, de manera de poder entender en que puntos
del panel, debíamos medir. Verificamos con el tester la continuidad de las pistas. Del mismo modo,
analizamos la parte del porta tarjeta que se encuentra en el panel universal.
• Luego se realizó un diagrama del conexionado interno del panel universal, el que queda
esquematizado de la siguiente manera:
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• Identificamos los lados primarios y secundarios de los transformadores y los dispusimos de manera
tal, que nos permitieran medir las resistencias de cada uno, y los tabulamos en las siguientes tablas:
Valores de resistencia en la bobina chica
Entre 0 y 10
6.5 !
Entre 0 y 50
16.8 !
Entre 0 y 250
78.8 !
6
Entre 0 y 400
132 !
Valores de resistencia en la bobina grande
Entre 0 y 10
6.5 !
Entre 0 y 90
38 !
Entre 100 y 110
7.4 !
• Luego de tabular los valores, alimentamos cada transformador de manera separada y medimos con el
voltímetro, los diferentes valores de voltaje que nos daba en el secundario de cada transformador, y
tabulamos en las siguientes tablas:
Valores de voltaje en la bobina chica, a la salida
Entre 0 y 10
11 (V)
Entre 0 y 50
56 (V)
Entre 0 y 250
275 (V)
Entre 0 y 400
441 (V)
Valores de voltaje en la bobina grande, en la salida
Entre 0 y 10
10 (V)
Entre 0 y 90
92 (V)
Entre 100 y 110
7
110 (V)
Conclusiones
Nos dimos cuenta que los valores de voltaje que debían darnos, no correspondían exactamente a los valores
teóricos, esto es debido a la resistencia interna que cada transformador provoca al tener un cierto número de
espiras, que por lo demás no era de mucho valor Ohmico, sin embargo la diferencia entre el voltaje de entrada
con el de salida no tenía grandes variaciones.
Logramos identificar los devanados de cada transformador y comprender como funciona su relación, (al
aumentar el número de vueltas del secundario, en relación al primario, aumenta el voltaje en el secundario).
Bibliografía
http://www.frino.com.ar/transformador.htm
http://www.unicrom.com/Tut_transformador.asp
http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador
http://html.rincondelvago.com/transformador−ideal.html
Tu futuro es la electrónica, curso básico de electrónica aplicada Volumen 3, Cekit (C.R.A)
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