Transformador monofásico

Universidad Nacional de Colombia Laboratorio de Conversión electromagnética
Pedro Pablo Rojas Quiroga José Manuel Moreno Soler
Andrés Felipe Rodríguez Avella Andrés Felipe Betancourt Camargo
Jonathan Daniel Márquez Ortiz Uriel Andrés Mora
INFORME TRANSFORMADOR MONOFASICO
Objetivos
Reconocer e Identificar los bornes de conexión de los devanados del transformador
monofásico.
Determinar la polaridad de los devanados del transformador monofásico.
Obtención de los parámetros del transformador (reactancias de dispersión, magnetización y
pérdidas por calor).
Principio de Funcionamiento
Los transformadores, como la mayoría de las máquinas eléctricas, disponen de un circuito
magnético y dos circuitos eléctricos. Sobre el núcleo magnético, formado por chapas apiladas,
van arrollados dos bobinados que se denominan primario y secundario.
Imagen 1. Transformador monofásico ideal.
Al conectar el bobinado primario de N1 espiras a una tensión alterna, se crea un flujo magnético
alterno. Este flujo magnético, que se establece en todo el circuito magnético, recorre el
bobinado secundario de N2 espiras induciendo en él una fuerza electromotriz produciendo la
tensión en bornes V2. A la relación de tensiones entre el primario y secundario se le llama
relación de transformación, para un transformador ideal se cumple:

La transferencia de energía eléctrica entre el primario y secundario se hace a través del campo
magnético variable que aparece en el núcleo, no hay conexión eléctrica entre los dos
bobinados.
Transformador real
Si bien, por tratarse de una máquina estática las pérdidas son menores que en una máquina
rotativa y hay que tenerlas en cuenta, para un transformador real.
Las pérdidas de un transformador son las siguientes:
● Las debidas a las resistencias de los bobinados primario y secundario R1 y R2.
● Pérdidas en el circuito magnético, debidas sobre todo por histéresis y las corrientes de
Foucault.
● El flujo no es del todo común, ya que tiende a dispersarse por el chasis o el aire. Este
hecho origina f.e.m. de autoinducción en los dos bobinados y se representa por
reactancias en serie.
● Teniendo en cuenta todo lo dicho anteriormente se representa el transformador real
con el siguiente circuito equivalente:
Imagen 2. Transformador Monofásico Real
Aunque se utiliza el Circuito Equivalente Aproximado que es mucho más simple y permite hacer
cálculos más fácilmente.

Imagen 3. Circuito aproximado del transformador monofásico.
R y X representan, respectivamente, la resistencia equivalente de los devanados y la
reactancia equivalente del flujo de dispersión referidas ambas al secundario. La impedancia de
cortocircuito, Z¯, es igual a:
gc representa la conductancia de pérdidas en el hierro y bm la susceptancia magnetizante,
ambas también referidas al secundario.
DETERMINACIÓN DE LABOBINAY SU POLARIDAD
En segunda instancia se lleva a cabo la caracterización del transformador monofásico la cual
se hace mediante un reconocimiento de sus bornes, es decir, la determinación de la relación
entre un conector de la bornera y las terminales de los devanados del transformador.
Como primera medida, se encuentran los conectores del transformador, para esto se mide con
un multímetro la continuidad entre cada uno de los bornes. De esta manera se puede
determinar entre que terminales se encuentran las bobinas del transformador. Los valores
obtenidos son los siguientes:
Terminales con continuidad entre sí
5,6,7 y 9
10, 11, 12 y 8
1 y 2
3 y 4
Tabla 1, Bornes con continuidad
Una vez establecidos los terminales correspondientes a una misma bobina se procedió a
energizar a una tensión de 20V usando los terminales 6 y 7 en serie con un reóstato (15
ohmios) limitador de corriente, una vez energizado se realizaron mediciones de tensión en
todos los demás terminales, lo datos obtenidos son los siguientes (Tabla 2):
Número del terminal Tensión medida (V)
5-7 2,99

5-9 33
7-9 30
6-5 1,5
6-7 1,48
6-9 32,19
8-11 32
8-12 33,5
8-10 30,4
10-12 2,97
11-12 1,5
11-10 1,48
1-2 16
3-4 16
Tabla 2. Valores de tensión medidos entre los bornes que presentaban continuidad
Seguido a esto se realizó una prueba que permite determinar si entre dos bornes hay un
inductor o simplemente es un corto, el procedimiento realizado se describe a continuación: se
conectan dos bornes en serie con un reóstato y una fuente de tensión AC a una tensión muy
baja, esto para que la corriente no supere los límites del reóstato, los reóstatos que
encontramos en el almacén son del orden de los 0 - 150 ohms y la corriente que soportan es
del orden de 1[A] aproximadamente, para empezar se trabaja con una fuente de tensión entre
los 10 - 20[V], hecho esto si la tensión que cae en el reóstato es inferior a la de la fuente,
podremos decir que entre el par de bornes en los cuales estamos trabajando existe un inductor.
De esta manera se encontró que los inductores están localizados entre los punto de conexión
medidos, ya que realizando las medidas de tensión no se encontró que existiera un corto, solo
se encontraron bobinas.
Una vez obtenidos estos resultados, se procedió a obtener la polaridad de los devanados. La
cual se encontró energizando uno de los dos devanados y posteriormente, se mide la tensión
que cae en uno de los nodos del otro devanado, dependiendo del valor de esta tensión
respecto de la aplicada, se puede determinar la polaridad de la bobina.
Para ello, se realizó la siguiente prueba:

● Tomar alguna bobina como devanado de referencia.
● Conectar una de las terminales del devanado de referencia con cualquiera de las
terminales del devanado a caracterizar.
● Entre las otras dos terminales no conectadas de los devanados, conectar el voltímetro y
aplicar una tensión AC al devanado de referencia.
● Si la tensión indicada en el voltímetro es inferior a la aplicada en el devanado de alta, el
punto de polaridad del devanado a averiguar (baja tensión) está en el lado que no está
conectado al voltímetro.
● Si la tensión indicada en el voltímetro es superior a la aplicada en el devanado de alta,
el punto de polaridad del devanado a averiguar (baja tensión) está en el lado que se
encuentra conectado al voltímetro.
En la siguiente tabla (tabla 3) se listan los terminales entre los que se analizó la polaridad y sus
respectivos resultados
Terminales
U-V
Magnitud U1
(V)
Terminales
u-v
Magnitud U2
(V)
Terminales
V-v
Magnitud
ΔU (V)
Polaridad
9-6 5,8 1-2 2,8 6-2 8,6 Aditiva
9-6 5,2 12-8 5,23 6-8 0 Sustractiva
2-1 7,19 4-3 7,2 1-3 0 Sustractiva
Tabla 3. Resultados para la definición de la polaridad
Con base en la Tabla 3 las polaridades entre bobinas quedarían como se muestra en la Figura 4

Figura 4. Polaridad entre los devanados del transformador monofásico del laboratorio
DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL TRANSFORMADOR
Para determinar los parámetros del circuito equivalente del transformador, se realizaron los dos
ensayos básicos encontrados en la literatura de máquinas eléctricas, estos fueron: Ensayo de
vacío, llamado también ensayo o prueba de circuito abierto, y el ensayo de cortocircuito.
Esto se realiza con el fin de hallar las pérdidas que ocurren realmente en los transformadores
como pérdidas en el cobre son pérdidas variables y dependen de la corriente que circule por
los bobinados, éstas se pueden determinar por el ensayo de cortocircuito. Las pérdidas en el
hierro son fijas, y dependen del voltaje de la red, la frecuencia y la inductancia del circuito
magnético, éstas se pueden hallar mediante el ensayo de circuito abierto o prueba de vacío.
El valor de n más exacto se toma como la media geométrica de los obtenidos en los ensayos
de vacío y de cortocircuito:

ENSAYO DE CORTOCIRCUITO
Imagen 4. Esquema ensayo de cortocircuito.
Alimentando por el lado de alta y cortocircuitando las borneras de 1 y 2 o 3 y 4 podríamos
realizar este procedimiento, teniendo en cuenta las limitaciones físicas de los equipos de
medición, ya que si se alimentaban con sus valores nominales como se pedía, los valores de
corriente podrían ser muy altos y ser perjudiciales para los equipos.
Se tomaron medidas gradualmente en el variac aumentando su tensión a un límite
correspondiente a los 4 [A] como máximo, ya que el vatímetro no podía superar un valor de
corriente del orden de los 5 [A]. Además, se podía aproximar los valores de potencia que se
obtenían de la lectura del vatímetro, tomando diferentes valores de potencia

ENSAYO DE VACÍO
Imagen 5. Esquema ensayo de vacío.
Al realizar este montaje se conectó el variac por el lado de baja, alimentando a una tensión
aproximada de los 120 [V] gradualmente tal como en la prueba anterior, observando que la
corriente en el lado de baja no superaba los 2 [A], procedimos a obtener valor de potencia con
el vatímetro.
CONCLUSIONES
 Para realizar el ensayo de cortocircuito se debe energizar el transformador por el lado
de alta, cortocircuitar el lado de baja hasta llevarlo a su valor nominal de corriente, en la
toma de los datos no se deben poner equipos de medición en los bornes de baja, ya
que pueden sufrir daños debido a las altas corrientes que se pueden presentar, por esta
razón las medidas se deben tomar del lado de alta y con la relación de transformación
estimar cuales son los valores que se necesitan.
 Para realizar la prueba de vacío o circuito abierto se alimentó el transformador por el
lado de baja y se tomaron las mediciones en el secundario de éste, en esta ocasión
dadas las tensiones esperadas, no importa de qué lado se hagan las mediciones pues
no son tensiones nominales perjudiciales para los equipos.
 Se deben hacer cálculos previamente y tener claras las conexiones realizadas, por
seguridad tanto de la prueba como de los equipos (transformador, variac, multímetros).
 En la prueba de la polaridad de las bobinas era de esperarse que con las polaridades
sustractivas la tensión de salida fuera cero, por el contrario pudimos observar que esta
tensión era mucho más alta que la de entrada.
Referencias:

Principios de funcionamiento tomado de:
http://www.fing.edu.uy/iie/ense/asign/introelec/Documentos/Teorico/ApuntesIntroParte2.pdf
http://www.lhusurbil.com/sep/euskera/u07a01/a.htm
Transformador real y ensayos para determinar parámetros, tomado de:
http://www.tecnun.es/asignaturas/SistElec/Practicas/PR_SIS_01.pdf

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