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:

Instrumentos y Componentes

Secuencia de Trabajo

Aspectos Sobresalientes

Marco Teórico

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) .

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:

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

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:

• 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 !
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	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)