Este documento describe el funcionamiento de un transformador monofásico sometido a diferentes tipos de carga, incluyendo carga resistiva, inductiva y capacitiva. Explica los conceptos teóricos relevantes como potencia, corriente y voltaje. También describe el equipo necesario y los procedimientos para realizar las pruebas y medir las lecturas bajo cada tipo de carga.

1. Mecatrónica – MAQUINAS ELECTRICAS-
TRANSFORMADOR MONOFASICO CARGA FECHA: 2011-04-29
INDUCTIVA, CAPACITIVA, RESISTIVA
Nombre: Andrés Santiago Rodríguez Cadena CURSO: 5 C
Diego Mauricio Bernal Castro
1.- TEMA: TRANSFORMADOR MONOFÁSICO CARGA INDUCTIVA, CAPACITIVA, RESISTIVA
2.- OBJETIVOS:
2.1.- OBJETIVO GENERAL: Aplicar correctamente los conceptos y definiciones de un
transformador monofásico.
2.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICO:
Comprender el funcionamiento del transformador e identificar el comportamiento del
mismo sometidos a cargas.
Observar el comportamiento del transformador sometido a carga inductiva.
Observar el comportamiento del transformador sometido a carga capacitiva.
Observar el comportamiento del transformador sometido a carga resistiva.
3.- MARCO TEÓRICO:
3.1TRANSFORMADOR
El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la
energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción electromagnética.
La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de
voltajes y corrientes. Un transformador elevador recibe la potencia eléctrica a un valor
de voltaje y la entrega a un valor más elevado, en tanto que un transformador
reductor recibe la potencia a un valor alto de voltaje y a la entrega a un valor bajo.
FUNCIONAMIENTO:
Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones
de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable
dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable
originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en
los extremos del devanado secundario.
Transformador Monofásico:
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2. 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 primarios y secundarios.
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:
Donde:
 m = relación de transformación
 V1 = tensión del primario (V)
 V2 = tensión del secundario (V)
 N1 = número de espiras del primario
 N2 = número de espiras del secundario
Potencia en corriente continua
Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto
instante por un dispositivo de dos terminales es el producto de la diferencia de potencial entre
dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Esto es,
Donde I es el valor instantáneo de la corriente y V es el valor instantáneo del voltaje. Si I se
expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en Watts. Igual definición se aplica
cuando se consideran valores promedio para I, V y P.
Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la resistencia
equivalente del dispositivo, la potencia también puede calcularse como:
Potencia en corriente alterna
Cuando se trata de corriente alterna (AC) sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica
desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores eficaces o
valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de la
intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo.
En el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común) al que se aplica una tensión
sinusoidal v(t) con velocidad angular ω y valor de pico Vo resulta:
Esto provocará una corriente i(t) retrasada un ángulo φ respecto de la tensión aplicada:
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3. La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores:
Mediante trigonometría, la anterior expresión puede transformarse en la siguiente:
Y sustituyendo los valores de pico por los eficaces:
Potencia aparente
La potencia aparente (también llamada compleja) de un circuito eléctrico de corriente alterna
es la suma (vectorial) de la energía que disipa dicho circuito en cierto tiempo en forma de calor
o trabajo y la energía utilizada para la formación de los campos eléctricos y magnéticos de sus
componentes que fluctuara entre estos componentes y la fuente de energía.
Esta potencia no es la realmente consumida "util", salvo cuando el factor de potencia es la
unidad (cos φ=1), y señala que la red de alimentación de un circuito no sólo ha de satisfacer la
energía consumida por los elementos resistivos, sino que también ha de contarse con la que
van a "almacenar" bobinas y condensadores. Se la designa con la letra S y se mide en
voltiamperios (VA).
Su fórmula es:
Potencia activa
Es la potencia que representa la capacidad de un circuito para realizar un proceso de
transformación de la energía eléctrica en trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricos
existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica,
lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la realmente consumida por los
circuitos. Cuando se habla de demanda eléctrica, es esta potencia la que se utiliza para
determinar dicha demanda.
Se designa con la letra P y se mide en vatios (W). De acuerdo con su expresión, la ley de Ohm y
el triángulo de impedancias:
Resultado que indica que la potencia activa es debida a los elementos resistivos.
Potencia reactiva
Esta potencia no tiene tampoco el carácter realmente de ser consumida y sólo aparecerá
cuando existan bobinas o condensadores en los circuitos. La potencia reactiva tiene un valor
medio nulo, por lo que no produce trabajo útil. Por ello que se dice que es una potencia
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4. desvatada (no produce vatios), se mide en voltiamperios reactivos (VAR) y se designa con la
letra Q.
Factor de Potencia
Es un indicador del correcto aprovecha-miento de la energía eléctrica.
El Factor de Potencia puede tomar valores entre 0 y 1, lo que significa que:
0 1
muy malo 0,95 excelente
Por ejemplo, si el Factor de Potencia es 0,95 (valor mínimo exigido por la EPESF) indica que del
total de la energía abastecida por la Distribuidora sólo el 95 % de la energía es utilizada por el
Cliente mientras que el 5 % restante es energía que se desaprovecha.
En los artefactos tales como lámparas incandescentes (focos), planchas, calefón y estufas
eléctricas, toda la energía que requieren para su funcionamiento se transforma en energía
lumínica o energía calórica, en estos casos el Factor de Potencia toma valor 1 (100 % energía
activa).
En otros artefactos, por ejemplo lavarropas, heladeras, equipos de aire acondicionado,
ventiladores y todos aquellos que poseen un motor para su funcionamiento, como también los
tubos fluorescentes, entre otros, una parte de la energía se transforma en energía mecánica,
frío, luz o movimiento (energía activa), y la parte restante requiere otro tipo de energía,
llamada energía reactiva, que es necesaria para su propio funcionamiento. En estos casos, el
Factor de Potencia toma valores menores a 1
4.- EQUIPO:
FUENTE FIJA AC: TRANSFORMADOR MONOFASICO:
AMPERÍMETRO DIGITAL: VOLTÍMETRO ANALÓGICO:
CABLES CONECTORES
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5. BANCO DE RESISTENCIAS TRIFASICO.
BANCO DE INDUCTANCIAS TRIFÁSICO.
BANCO DE CAPACITANCIAS TRIFÁSICO.
VATIMETRO.
INTERRUPTOR.
5.- PROCEDIMIENTO:
CARGA RESISTIVA
Armar el circuito expuesto. En Rl conectaremos el banco de resistencias trifásico.
Conectar el ventilador del banco de resistencias.
Incrementar la corriente en paso de 0.5 A hasta 3 A
Tomar las lecturas V1, I1 V2 e I2 cada uno de los incrementos de la carga resistiva.
CARGA INDUCTIVA
Armar el circuito expuesto. En Rl conectaremos el banco de inductancias.
Incrementar el valor de la carga en seis posiciones.
Tomar las lecturas V1, I1 V2 e I2 cada uno de los incrementos de la carga inductiva.
CARGA CAPACITIVA
Armar el circuito expuesto. En Rl conectaremos el banco de inductancias.
Incrementar el valor de la carga en seis posiciones.
Tomar las lecturas V1, I1 V2 e I2 cada uno de los incrementos de la carga inductiva.
6.- TABULACION DE DATOS.
CARGA RESISTIVA
V1 I1 I2 V2 P(W)
118 1.5 1.7 94 170
118 1.7 2 92 185
118 1.9 2.3 91 215
118 2.2 2.6 90 245
118 2.7 3 90 285
CARGA INDUCTIVA
V1 I1 I2 V2 P(W)
118 0.5 0.6 94 20
118 1.1 1.2 93 25
118 1.65 1.9 92 30
118 2.2 2.65 92 37.5
118 2.9 3.45 91 45
118 3.45 4.05 91 55
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6. CARGA CAPACITIVA
V1 I1 I2 V2 P(W)
118 0.3 0.8 94 15
118 0.7 1.4 94 15
118 0.75 1.75 95 15
118 0.9 1.95 95 15
118 1.75 2.4 95 17.5
118 2.2 2.9 95 20
7.-CUESTIONARIO
1. REALIZAR LOS GRAFICOS DE REGULACION CON CARGA
a. INDUCTIVA.
b. RESISTIVA.
c. CAPACITIVA.
CURVA DE REGULACION CARGA
RESISTIVA
100
80
60
40
20
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
CURVA DE REGULACION
CURVA DE REGULACION CARGA
INDUCTIVA
100
80
60
40
20
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
CURVA DE REGULACION
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7. CURVA DE REGULACION DE CARGA
CAPACITIVA
100
80
60
40
20
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
CURVA DE REGULACION DE CARGA CAPACITIVA
2.-INDIQUE EL ANALISIS DE REGUALCION CON CADA UNA DE LAS TABLAS.
Cargas resistivas:
Analizando las cargas resistivas se puede observar que el voltaje y la corriente se
encuentran en fase.
Entonces:
Por lo que, se tiene un factor de potencia unitario.
Fp=1
Cargas inductivas:
En el análisis de cargas inductivas como pueden ser motores y transformadores,
la corriente se encuentra retrasada 90 grados con respecto al voltaje.
Entonces:
Por lo que, en este caso se tiene un factor de potencia retrasado.
Cargas capacitivas:
Para cargas capacitivas, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje.
Entonces:
Por lo que, se tiene un factor de potencia adelantado.
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8. 3.- GRAFICAR Y DETERMINAR POTENCIA REACTIVA Y EL FACTOR DE POTENCIA CON DATOS
OBTENIDOS.
Potencia Activa (Relación del vatímetro):
Potencia Aparente:
Potencia Reactiva:
Factor de Potencia:
CARGA RESISTIVA
S Q FP
177 49.2848861 0.27844568
200.6 77.5587519 0.38663386
224.2 63.5660287 0.28352377
259.6 85.8321618 0.33063236
318.6 142.411236 0.4469907
CARGA INDUCTIVA
S Q FP
59 58.6600375 0.99423792
129.8 129.607253 0.99851505
194.7 194.545856 0.9992083
259.6 259.455507 0.9994434
342.2 342.068473 0.99961564
407.1 406.964876 0.99966808
CARGA CAPACITIVA
S Q FP
35.4 34.9737044 0.98795775
82.6 82.4182019 0.99779905
88.5 88.3303459 0.998083
106.2 106.058663 0.99866914
206.5 206.415237 0.99958952
259.6 259.522947 0.99970319
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9. POTENCIA REACTIVA
450
400
Q=(S^2-P^2)^(1/2) 350
300
POTENCIA REACTIVA
250 CARGA RESISTIVA
200
150 POTENCIA REACTIVA
CARGA INDUCTIVA
100
50 POTENCIA REACTIVA
0 CARGA CAPACITIVA
0 2 4 6 8
PASOS
FACTOR DE POTENCIA
1.2
1
0.8
FACTOR DE POTENCIA
CARGA RESISTIVA
FP
0.6
0.4 FACTOR DE POTENCIA
CARGA INDUCTIVA
0.2
FACTOR DE POTENCIA
0 CARGA CAPACITIVA
0 2 4 6 8
PASOS
4.- QUE ES MAGNETISMO
En física, el magnetismo es un fenómeno por el que los materiales ejercen fuerzas de
atracción o repulsión a otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han
presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro y
sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales
son influenciados, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.
También el magnetismo tiene otras manifestaciones en física, particularmente como
uno de los dos componentes de la onda electromagnética, como por ejemplo la luz.
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10. 8.- CONCLUSIONES
Al realizar las mediciones con resistencias la potencia activa va aumentado al ir
incrementando los valores en la corriente.
Mediante el análisis de resultados se determina que el factor de potencia varía según
el tipo de carga que se conecte al circuito, pudiendo ser esta capacitivas, resistivas o
inductivas.
En la medicion con la carga capacitiva la potencia permanece constante para cualquier
valor de capacitor lo cual indica que está potencia está ligada a una resistencia muy
pequeña por lo que la potencia Aparente depende únicamente de la potencia
Reactiva.
La potencia reactiva es mayor para la carga inductiva.
La curva de regulación más estable que se encontró fue, la curva generada por el tipo
de carga capacitiva.
Con la carga Inductiva sucede algo parecido al caso con el capacitor con la diferencia
de que la inductancia presenta una resistencia interna por lo que la potencia activa es
mayor y no permanece constante aunque con variaciones pequeñas con respecto a la
potencia Reactiva.
Al conectar el banco de resistencias hay que tener mucho cuidado ya que se puede
entregar la máxima corriente al circuito.
Para evitar daños en los aparatos de medida, se debe escoger una escala adecuada en
la medición de voltajes y corrientes; puesto que hay voltímetros y amperímetros con
escalas altas y bajas, que al no ser escogidos adecuadamente pueden dañarse.
Dependiendo de la carga aplicada al transformador se tienen diferentes características
con respecto a la fase de corriente y voltaje, puesto que cuanto se utiliza carga
resistiva la fase se mantiene mientras que con carga capacitiva se retrasa la corriente
con respecto al voltaje y con carga inductiva la corriente se adelanta con respecto al
voltaje.
FUENTES BIBLIOGRAFICAS:
o http://www.dfi.uchile.cl/labfi35a/Experim_all/Transform-a.pdf
o http://es.wikipedia.org/wiki/Magnetismo
o KOSOW, Irving. Maquinas Eléctricas, Segunda Edición
o http://www.tuveras.com/transformador/eltransformador.htm
o STEPHEN J. CHAPMAN. “Máquinas Eléctricas”. McGraw Hill.
o M. KOSTENKO Y L. PIOTROVSKY, “M.I.R Máquinas Eléctricas”,
Publishers, Moscú
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