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Prácticas de tablero

Trifásico arranque directo

Estrella-triángulo

Dos velocidades

Dos velocidades, estrella-triángulo

Letrero luminoso

Ascensor 3 paradas

Monofásico

Autómata

Transformadores

Trafo I

Cálculos

Prueba de continuidad

Prueba de aislamiento

Ensayo en vacío

Ensayo en cortocircuito

Trafo II

Cálculos

Prueba de continuidad

Prueba de aislamiento

Ensayo en vacío

Ensayo en cortocircuito

Trafo III

Cálculos

Prueba de continuidad

Prueba de aislamiento

Ensayo en vacío

Ensayo en cortocircuito

Medidas eléctricas

Potencia monofásica con voltímetro, amperímetro y watímetro

Potencia trifásica

Circuito equilibrado

Circuito equilibrado con transformador de intensidad

Circuito desequilibrado

Factor de potencia monofásico

Estufas

Tubo fluorescente

Conexión de contadores

Monofásico

Trifásico de potencia activa

Trifásico de potencia reactiva

Banco trifásico

Determinación de terminales homólogos

Determinación del neutro en una red.

Conexión EN / TNI

Mediciones

Fallo en bobina del primario

Fallo en bobina del secundario

Conexión TZN / EI

Mediciones

Fallo en bobina del primario

Fallo en bobina del secundario

Autómata ordenador

Transformadores

Trafo I

V1 = 380 V (tensión del devanado primario)

V2 = 24 V (tensión del devanado secundario)

= 11900 Gs (inducción máxima)

= 5 A/mm2 (densidad de corriente)

f = 50 Hz (frecuencia)

3% caída de tensión máxima

0'94 factor de espacio

Cálculos

Núcleo

Sn = a · L = 3'5 · 3'2 = 11'2 cm2 · 0'94 = 10'528 cm2

Potencia

P " Sn2 = 10'5282 = 110'83 VA

Determinación de corrientes

P = V2 · I2 ! I2 = P / V2 = 110'83 / 24 = 4'61 A

u% · V1 3 · 380

E1 = V1 - V = V1 - = 380 - = 368'6 V

u% · V2 3 · 24

E2 = V2 - V = V2 + = 24 + = 24'72 V

E1 · I1 = E2 · I2 ! I1 = (E2 · I2) / E1

24'72 · 4'61

I1 = = 0'309 A

368'6

Determinación de la sección de los hilos

= I / S ! S = I /

I1 0'309 I2 4'61

S1 = = = 0'06 mm2 S2 = = = 0'922 mm2

5 5

Determinación del diámetro de los hilos

S = ( · d2) / 4 ! d = "((4 · S) / )

4 · 0'06 4 · 0'922

d1 = " = 0'27 mm d2 = " = 1'08 mm

Determinación del flujo magnético

= · Sn = 11900 · 10'528 = 125283'2 Mw = 125283 · 10-8 Wb = 1'25 · 10-3 Wb

Determinación de espiras

E = 4'44 · f · n · ! n = E / (4'44 · f · )

E1 368'6

n1 = = = 1328'28 " 1328 espiras

4'44 ·f · 4'44 · 50 · 1'25 · 10-3

E2 24'72

n2 = = = 89'08 " 89 espiras

4'44 ·f · 4'44 · 50 · 1'25 · 10-3

Determinación de espiras / voltio

espiras / V = n / V

espiras / V1 = 1328 / 380 = 3'49 espiras / V1

espiras / V2 = 89 / 24 = 3'70 espiras / V2

Determinación de bobinados

Altura del núcleo = 44 mm

h 44

Bobinado devanado 1º : nº espiras/capa = = = 162'96 espiras/capa

d1 0'27

n1 1328

nº de capas = = = 8'14 capas

espiras/capa 162'96

h 44

Bobinado devanado 2º : nº espiras/capa = = = 40'74 espiras/capa

d2 1'08

n2 89

nº de capas = = = 2'18 capas

espiras/capa 40'74

Espesor de bobinados

nº capas enteras1 · d1 + nº capas enteras2 · d2 = 9 · 0'3 + 3 · 1 = 5'7 mm

Prueba de continuidad

Con un medidor de aislamiento comprobaremos si existe continuidad entre el principio y el final de los arrollamientos primario y secundario. Los resultados obtenidos son:

Primario: infinito
Secundario: infinito

Un valor próximo a infinito nos indica que existe continuidad en la linea, que no está cortada en ningún punto.

Prueba de aislamiento

Por seguridad es necesario que los devanados primario y secundario estén totalmente aislados del exterior, que no entren en contacto con ningún otro elemento conductor del transformador. De nuevo, con el medidor de aislamiento, testearemos esta vez un posible contacto entre los devanados y las chapas del trafo:

Primario y chapa: 0
Secundario y chapa: 0
Primario y secundario: 0

Valores iguales a cero demuestran que los elementos en cuestión están aislados entre si.

Ensayo en vacío

Comprobación de las tensiones en los devanados mediante un tester, previa conexión del primario a la red. Los resultados son:

Tensión primario: 374 V (380 V esperados)
Tensión secundario: 27 V (24 V esperados)

Ensayo en cortocircuito

Se pretende hallar la tensión de cortocircuito en el transformador, ayudándonos de un transformador auxiliar y dos amperímetros. El esquema de conexión es el siguiente:

Dev 1º Dev 2º

220 5

Conectaremos el amperímetro del primario de la siguiente forma: un borne irá al devanado primario de nuestro transformador y el otro lo iremos conectando a tensiones cada vez mayores en el devanado secundario del transformador auxiliar; cuando el aparato marque la misma intensidad que la corriente nominal del primario, la tensión que le estemos aplicando en ese momento será la de cortocircuito. Asimismo, el amperímetro colocado en paralelo con el otro devanado deberá marcar la corriente nominal del secundario.

Para tensiones muy pequeñas (5V, 10V, ...) puede que la tensión marcada sea inapreciable. No hay que olvidar usar amperímetros con una escala que soporte la corriente nominal del devanado al cual lo vamos a conectar.

Tensión del aux. 2º	Amperímetro primario	Amperímetro secundario
5 V	inapreciable	inapreciable
10 V	...	...
15 V	...
...
Vcc	IN1	IN2

Vcc : tensión de cortocircuito

IN1 : corriente nominal del primario

IN2 : corriente nominal del secundario

Los cálculos con el trafo I son:

Tensión del aux. 2º (V)	Amperímetro primario (A)	Amperímetro secundario (A)
4'8	Inapreciable	inapreciable
9'7	0'05	inapreciable
14'6	0'10	0'4
19'0	0'13	0'9
23'9	0'17	1'5
28'5	0'21	1'9
34'2	0'29	2'5
38'6	0'30	3'5
50'0 (Vcc)	0'40 (IN1)	5'5 (IN2)

Con la tensión hallada, calculamos la impedancia de cortocircuito:

Vcc = Zcc · IN1 ! Zcc = Vcc / IN1 = 50'0 / 0'4 = 125

Trafo II

V1 = 0-127-220 V (tensión del devanado primario)

V2 = 0-25-50 V (tensión del devanado secundario)

= 12000 Gs (inducción máxima)

= 4 A/mm2 (densidad de corriente)

f = 50 Hz (frecuencia)

2% caída de tensión máxima

0'97 factor de espacio

Cálculos

Núcleo

Sn = a · L = 5'4 · 4'2 = 22'68 cm2 · 0'97 = 21'9996 cm2

Potencia

P " Sn2 = 21'99962 = 483'98 VA

Determinación de corrientes

P = V2 · I2 ! I2 = P / V2 = 483'98 / 50 = 9'67 A

u% · V1 2 · 220

E1 = V1 - V = V1 - = 220 - = 215'6 V

u% · V2 2 · 50

E2 = V2 - V = V2 + = 50 + = 51 V

E1 · I1 = E2 · I2 ! I1 = (E2 · I2) / E1

51 · 9'67

I1 = = 2'28 A

215'6

Determinación de la sección de los hilos

= I / S ! S = I /

I1 2'28 I2 9'67

S1 = = = 0'57 mm2 S2 = = = 2'41 mm2

4 4

Determinación del diámetro de los hilos

S = ( · d2) / 4 ! d = "((4 · S) / )

4 · 0'57 4 · 2'41

d1 = " = 0'8 mm d2 = " = 1'7 mm

Determinación del flujo magnético

= · Sn = 12000 · 21'99 = 263880 Mw = 263880 · 10-8 Wb = 2'638 · 10-3 Wb

Determinación de espiras

E = 4'44 · f · n · ! n = E / (4'44 · f · )

E1 215'6

n1 = = = 371'7 " 372 espiras

4'44 ·f · 4'44 · 50 · 2'63 · 10-3

E2 51

n2 = = = 87'9 " 88 espiras

4'44 ·f · 4'44 · 50 · 2'63 · 10-3

220 V 372 espiras

127 V x1 x1 = (127 · 372) / 220 = 214'7 espiras

50 V 88 espiras

25 V x2 x2 = (25 · 88) / 50 = 44 espiras

220 V ! 372 espiras

127 V ! 215 “

50 V ! 88 “

25 V ! 44 “

Determinación de espiras / voltio

espiras / V = n / V

espiras / V1 = 372 / 220 = 1'69 espiras / V1

espiras / V2 = 88 / 50 = 1'76 espiras / V2

Determinación de bobinados

Altura del núcleo = 54 mm

h 54

Bobinado devanado 1º : nº espiras/capa = = = 67'5 espiras/capa

d1 0'8

n1 372

nº de capas = = = 5'51 capas

espiras/capa 67'5

h 54

Bobinado devanado 2º : nº espiras/capa = = = 27 espiras/capa

d2 2

n2 88

nº de capas = = = 3'25 capas

espiras/capa 27

Espesor de bobinados

nº capas enteras1 · d1 + nº capas enteras2 · d2 = 6 · 0'8 + 4 · 2 = 12'8 mm

Prueba de continuidad

Primario: infinito
Secundario: infinito

Prueba de aislamiento

Primario y chapa: 0
Secundario y chapa: 0
Primario y secundario: 0

Ensayo en vacío

Tensión primario: 121-223 V (127-220 V esperados)
Tensión secundario: 23-48 V (25-50 V esperados)

Ensayo en cortocircuito

Tensión del aux. 2º (V)	Amperímetro primario (A)	Amperímetro secundario (A)
4'8	Inapreciable	Inapreciable
10'9	0'20	2'5
20'4	0'95	6'7
26'8	1'45	7'3
31'1	1'80	8'5
37'7 (Vcc)	2'30 (IN1)	9'6 (IN2)

Impedancia de cortocircuito:

Vcc = Zcc · IN1 ! Zcc = Vcc / IN1 = 37'7 / 2'3 = 16'39

Trafo III

V1 = 220 V (tensión del devanado primario)

V2 = 100 V (tensión del devanado secundario)

= 11750 Gs (inducción máxima)

= 4 A/mm2 (densidad de corriente)

f = 50 Hz (frecuencia)

3% caída de tensión máxima

0'96 factor de espacio

Cálculos

Núcleo

Sn = a · L = 5'8 · 3'7 = 21'46 cm2 · 0'96 = 20'6016 cm2

Potencia

P " Sn2 = 20'601 = 424'425 VA

Determinación de corrientes

P = V2 · I2 ! I2 = P / V2 = 424'425 / 100 = 4'244 A

u% · V1 3 · 220

E1 = V1 - V = V1 - = 220 - = 213'4 V

u% · V2 3 · 100

E2 = V2 - V = V2 + = 100 + = 103 V

E1 · I1 = E2 · I2 ! I1 = (E2 · I2) / E1

103 · 4'244

I1 = = 2'048 A

213'4

Determinación de la sección de los hilos

= I / S ! S = I /

I1 2'048 I2 4'244

S1 = = = 0'512 mm2 S2 = = = 1'061 mm2

4 4

Determinación del diámetro de los hilos

S = ( · d2) / 4 ! d = "((4 · S) / )

4 · 0'512 4 · 1'061

d1 = " = 0'807 mm d2 = " = 1'162 mm

Determinación del flujo magnético

= · Sn = 11750 · 20'6016 = 242238 Mw = 242238 · 10-8 Wb = 2'42 · 10-3 Wb

Determinación de espiras

E = 4'44 · f · n · ! n = E / (4'44 · f · )

E1 213'4

n1 = = = 397'2 " 397 espiras

4'44 ·f · 4'44 · 50 · 2'42 · 10-3

E2 103

n2 = = = 191'72 " 192 espiras

4'44 ·f · 4'44 · 50 · 2'42 · 10-3

Determinación de espiras / voltio

espiras / V = n / V

espiras / V1 = 397'2 / 220 = 1'805 espiras / V1

espiras / V2 = 191'72 / 100 = 1'91 espiras / V2

Determinación de bobinados

Altura del núcleo = 48 mm

h 48

Bobinado devanado 1º : nº espiras/capa = = = 60 espiras/capa

d1 0'8

n1 397'2

nº de capas = = = 6'62 capas

espiras/capa 60

h 48

Bobinado devanado 2º : nº espiras/capa = = = 40 espiras/capa

d2 1'2

n2 191'72

nº de capas = = = 4'79 capas

espiras/capa 40

Espesor de bobinados

nº capas enteras1 · d1 + nº capas enteras2 · d2 = 7 · 0'8 + 5 · 1'2 = 11'6 mm

Prueba de continuidad

Primario: infinito
Secundario: infinito

Prueba de aislamiento

Primario y chapa: 0
Secundario y chapa: 0
Primario y secundario: 0

Ensayo en vacío

Tensión primario: 216 V (220 V esperados)
Tensión secundario: 104 V (100 V esperados)

Ensayo en cortocircuito

Tensión del aux. 2º (V)	Amperímetro primario (A)	Amperímetro secundario (A)
4'9	Inapreciable	1'4
9'8	0'8	2'9
14'8 (Vcc)	1'2 (IN1)	4'2 (IN2)

Impedancia de cortocircuito:

Vcc = Zcc · IN1 ! Zcc = Vcc / IN1 = 14'8 / 1'2 = 12'3

Medidas eléctricas

En este punto vamos a medir las tensiones, intensidades y potencias de varios aparatos eléctricos, valiéndonos de voltímetros, amperímetros y watímetros. Nos guiaremos por esquemas para realizar las distintas conexiones.

Potencia monofásica con voltímetro, amperímetro y watímetro

Medimos la tensión y la intensidad de tres estufas individualmente y obtenemos la potencia a través de la fórmula P = V · I. Posteriormente conectamos cada estufa como está dibujado en el diagrama y el valor obtenido (potencia) ha de ser igual al calculado previamente.

Los terminales 2-5 constituyen la bobina voltimétrica del watímetro; los terminales 1-3 son la bobina amperimétrica del mismo. Las medidas fueron:

	Estufa 1	Estufa 2	Estufa 3
V	220 V	220 V	220 V
I	3'0 A	3'0 A	2'5 A
I (Pa)	3'4 A	3'3 A	2'5 A
P = V · I	660 W	660 W	550 W
Frecuencia	50 Hz	50 Hz	50 Hz
P watimetro	890 W	860 W	850 W

Potencia trifásica

Circuito equilibrado

Medimos la potencia de tres estufas conectadas en triángulo a una red trifásica de 220 V. Ahora los terminales 2-11 son la bobina voltimétrica del watímetro; 1-3 siguen siendo la amperimétrica. Los lugares marcados con una X son donde irán colocadas las cargas (en triángulo, como se aprecia en el esquema.)

Asumiendo que las cargas fuesen totalmente equilibradas y defasadas 120°, si cada estufa consume 1000 W, la potencia marcada en nuestra conexión debería ser de 3000 W.

Circuito equilibrado con transformador de intensidad

La potencia medida es de 3000 W.

Circuito desequilibrado

	R	S	T
I línea	3'6 A	3'3 A	2'5 A
I fase	3'6 A	3'3 A	2'5 A

Las intensidades de línea son iguales a las de fase por la conexión en triángulo. La potencia obtenida es de 3000 W.

Factor de potencia monofásico

Estufas

Medimos el factor de potencia (cos ) en las tres estufas. El resultado es igual a uno, porque en las estufas todo es resistencia.

Tubo fluorescente

Tratamos de mejorar el factor de potencia en tubos fluorescentes, añadiendo para ello condensadores de distintos valores en paralelo con el tubo. Los resultados obtenidos son:

Tubo solo : cos = 0'60
Tubo + condensador de 6 F : cos = 0'95
Tubo + condensador de 16 F : cos = 0'50

Como vemos, el tubo solo tiene un factor de potencia de 0'6. Al añadirle un condensador de 6 F lo mejoramos hasta 0'95; eso es lo que buscamos, que se aproxime a la unidad. Si le colocamos un condensador de 16 F, ya es un valor excesivo, porque el factor de potencia baja a 0'5: lo hemos convertido en capacitivo, mucho peor.

Conexión de contadores

Monofásico

Trifásico de potencia activa

Conexión estrella-triángulo con neutro. Mide potencia activa (kWh)

1 2 3 4 5 6 7 8

Trifásico de potencia reactiva

Conexión estrella-triángulo con neutro. Mide potencia reactiva (kVARh)

Banco trifásico

Construiremos un banco trifásico, es decir, la conexión conjunta de tres transformadores con el fin de obtener mayor potencia. El tipo de conexión será en paralelo, ya que si lo hiciésemos en serie, alteraríamos el valor de la tensión en los devanados secundarios, resultando inútil el banco para nuestros propósitos. Los tres transformadores han de tener la misma relación de transformación.

Determinación de los terminales homólogos

A) V = 0 V B) V = 200 V

R R

N N

a1 b1 a2 b2 a1 b1 a2 b2

V V

0 100 100 0 0 100 0 100

Para conectar los transformadores lo que hacemos primero es conectar los devanados primarios; en éstos da igual como se conecten, no hay que determinar homólogos porque no va a afectar en el acoplamiento.

Para conectar el secundario hay que determinar los homólogos, y lo haremos de la siguiente manera: primero conectaremos b1 y a2 y en la otra salida de los devanados le conectaremos un voltímetro o simplemente probando con el tester. En el caso A el voltímetro indica el doble de la tensión nominal (200 V), por lo tanto hemos conectado los devanados secundarios en serie y los terminales homólogos son (a1 y a2) y (b1 y b2).

En el caso 2 la tensión obtenida es nula, es decir, de 0 V, por lo tanto hemos conectado los devanados en paralelo y los terminales homólogos serán (a1 y b2) y (a2 y b1). Los homólogos irán siempre conectados al mismo conductor.

Determinación del neutro en una red.

N T T S R

------------ VL = 380 --------

------ VL=0 -------- --VL= 380 -- -- VL=380 --

VL = 220

Conexión EN / TNI

U V W

Mediciones

Tomamos las medidas con un tester:

VL 1º

227

226

224

VF 1º

133

128

VL 2º

0-0 UV

0-0 VW

0-0 WU

VF 2º

0-100 UV

0-100 VW

0-100 WU

Análisis de resultados:

Cualquiera de los tres trafos conectado individualmente transforma de 220 a 100 V; al estar los tres en conexión estrella, cada bobina del primario está alimentada por 127 V...

VL 1º 220

VF 1º = ! 127 " (conexión estrella)

"3 "3

...y por tanto, el voltaje de fase en las bobinas del secundario también queda modificado de la misma manera:

100

60 "

Los devanados secundarios están en conexión triángulo, por lo que la tensión de fase será igual a la tensión de linea:

VF 2º = VL 2º (conexión triángulo)

Fallo en bobina del primario

Simulamos un fallo en una de las bobinas del devanado primario, desconectando el cable W. Las medidas son:

VL 1º

227

225

VF 1º

112

193

VL 2º

0-0 UV

0-0 VW

0-0 WU

VF 2º

0-100 UV

0-100 VW

0-100 WU

Análisis de resultados:

La tensión de linea en los devanados primarios no se ve alterada, ya que seguimos midiendo el voltaje entre dos lineas, independientemente de si las bobinas funcionan o no.

Tanto la tensión de linea como la de fase en el devanado secundario de la bobina W es nula, debido a que su devanado primario no está funcionando: no hay flujo de corriente, no se genera F.E.M., etc.

Fallo en bobina del secundario

VL 1º

226

224

VF 1º

113

130

119

VL 2º

0-0 UV

0-0 VW

0-0 WU

VF 2º

0-100 UV

0-100 VW

0-100 WU

Conexión TZN / EI

U V W

Mediciones

VL 1º

225

0-0 UV

224

0-0 VW

223

0-0 WU

VF 1º

225

0-220 UN

224

0-220 VN

223

0-220 WN

VL 2º

185

100-100 UV

187

100-100 VW

183

100-100 WU

VF 2º

102

0-100 UV

110

0-100 VW

107

0-100 WU

Análisis de resultados:

La tensión de linea y la de fase en el devanado primario es la misma (en teoría 220 V), por la conexión triángulo del mismo:

VL 1º = VF 1º

La tensión de fase del devanado secundario es 100 V (como siempre en teoría), porque estamos midiendo la tensión de la bobina, entre el principio y el fin del devanado, 0-100; este es el valor de transformación en condiciones normales. Por su conexión en estrella, el voltaje de linea del secundario queda multiplicado por raíz cuadrada de 3:

VF = ! VL 2º = VF 2º · "3

Fallo en bobina del primario

Desconexión del cable W en devanado primario. Medidas:

VL 1º

226

0-0 UV

224

0-0 VW

223

0-0 WU

VF 1º

226

0-220 UN

224

0-220 VN

222

0-220 WN

VL 2º

185

100-100 UV

110

100-100 VW

103

100-100 WU

VF 2º

102

0-100 UV

110

0-100 VW

0-100 WU

Análisis de resultados:

La tensión de linea en el devanado primario sigue siendo la misma: la corriente siempre transcurre por el lugar más apropiado (camino más corto), pero si éste está cortado, aún podrá fluir por otro camino a causa de la conexión en triángulo de los primarios. El voltaje de fase también es el mismo por idéntica razón y por ser VL = VF en triángulo.

La tensión de línea UV en el secundario no se altera, pero sí lo hacen las tensiones VW y WU: la bobina W del primario no funciona y por tanto su devanado secundario tampoco (no hay F.E.M.). Al ser nulo el secundario W, la resistencia que creaba dicho devanado es anulada, y las tensiones de linea en donde intervenía (VW y WU) se modifican reduciéndose, porque el voltaje es directamente proporcional a la resistencia (V = I · R)

Por último, la tensión de fase en los secundarios U-neutro y V-neutro es la misma que en condiciones normales (100 V), siendo 0 en W por estar su primario desactivado (de nuevo, no hay flujo, no hay F.E.M ! secundario nulo.)

Fallo en bobina del secundario

Desconexión del cable W en devanado secundario. Medidas:

VL 1º

227

0-0 UV

224

0-0 VW

223

0-0 WU

VF 1º

227

0-220 UN

224

0-220 VN

222

0-220 WN

VL 2º

185

100-100 UV

100-100 VW

100-100 WU

VF 2º

102

0-100 UV

110

0-100 VW

0-100 WU

Análisis de resultados:

La tensión de linea y de fase en el devanado primario siguen siendo las de siempre (220 V en teoría.)

En los secundarios, con la tensión de linea UV no hay problema; con VW y WU, nos encontramos un valor de 0: el cable W está desconectado y no hay continuidad (estamos midiendo los extremos de una linea rota.)

Respecto a la tensión de fase en los secundarios, U-neutro y V-neutro no plantean problemas (no hay rupturas de por medio.) W-neutro señala 0 voltios: su devanado primario funciona correctamente, pero el secundario tiene un cable partido y no hay continuidad.

Autómata ordenador

Montacargas monofásico 2 paradas.

100

220

100

Dev. 2º

Dev. 1º

III

RED

ABONADO

220

100

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Trifásico arranque directo Continuidad Aislamiento Ensayo en vacío y cortocircuito Medidas eléctricas Potencia Conexión contadores Banco

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