Máquinas Eléctricas

1. PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR
1
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
Laboratorio 2
Máquinas Eléctricas I
INTEGRANTES
RAMIREZ TEJADA, Víctor
YENGLE MENDOZA, Carlos
DOCENTE
PRÍNCIPE LEYVA, Edgar
Cuarto Ciclo
Tecnología Mecánica Eléctrica
FECHA DE REALIZACIÓN: Martes, 10 de Septiembre del 2013
FECHA DE ENTREGA: Martes, 23 de Septiembre del 2013
2013-II

2. 2
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
 OBJETIVOS:
Al finalizar la práctica de laboratorio el alumno será capaz de:
 Determinar la polaridad instantánea en los devanados del transformador.
 Aprender cómo se conectan los devanados del transformador en serie y
paralelo.
 Reconocer las características físicas de un autotransformador.
 Conectar y verificar el funcionamiento del autotransformador.
 FUNDAMENTO TEORICO:
Un autotransformador es una máquina eléctrica, de construcción y características
similares a las de un transformador, pero que a diferencia de éste, sólo posee un
único devanado alrededor de un núcleo ferromagnético. Dicho devanado debe tener al
menos tres puntos de conexión eléctrica; la fuente de tensión y la carga se conectan a
dos de las tomas, mientras que una toma (la del extremo del devanado) es una
conexión común a ambos circuitos eléctricos (fuente y carga). Cada toma corresponde
a una tensión diferente de la fuente (o de la carga, dependiendo del caso).
Marcas de Polaridad
Dos o más terminales de los devanados (bobinas) tienen la misma polaridad
cuando las corrientes que entran simultáneamente por los terminales producen
flujos que son concurrentes.
La polaridad de los devanados de un trasformador es importante cuando se
pretende asociar las fases entre ellos, para poder determinar la polaridad,
colocamos dos o más bobinas en serie, dependiendo de cada una, tendremos la
suma o diferencia de las tensiones instantáneas inducidas en ellos.
Dos bobinas para producir flujos concordantes tienen que tener la misma
polaridad. El método consiste en marcar un punto arbitrario, los otros puntos serán
marcados a partir de la 1ª bobina. Los puntos indican los terminales por los cuales
deben entrar las corrientes para producir flujos concordantes.
Se debe energizar el sistema y tomar lecturas del voltaje, las cuales pueden
conducir a dos alternativas:
• Si el voltaje Vx tiene un valor igual a V1 + V2, entonces las marcas serán:
Diagonales.
• Si el voltaje Vx tiene un valor igual a V1 − V2, entonces las marcas serán:
Co-lineales.

3. 3
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
Figura 1.a: Determinación de las Marcas de Polaridad de un transformador.
Figura 1.b: Determinación de las Marcas de Polaridad de un transformador.
CONEXIÓN DE LOS DEVANADOS DE LOS TRANSFORMADORES.
Primario en Serie, Secundario en Serie
En este tipo de conexión, los voltajes primarios deben ser iguales para que de
esta manera el voltaje V1, se divida de manera en los voltajes primarios, es decir
V1,T1=V1,T2=V1/2, el voltaje V2 sería la suma de los voltajes secundarios.
En esta conexión, la corriente que circula por los devanados primarios es I1 y por
los devanados secundarios es I2.
V1,T1
V1
V2
I1 T1 I2
T2
V1,T2
V2,T1
V2,T2
Figura 2. Conexión Serie / Serie

4. 4
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
Primario en Serie, Secundario en Paralelo
Para este tipo de conexión se debe cumplir que ambos transformadores tengas
los mismos voltajes primarios y secundarios, es decir, misma relación de
transformación y que las impedancias de los transformadores sean
necesariamente iguales para que la corrientes que aporten cada devanado
secundario sean iguales.
V1
V2
I1,T1
I1 I2
V1,T1
V1,T2
V2,T1
V2,T2
I2,T2
T1
T2
Figura 3. Conexión Serie / Paralelo
Primario en Paralelo, Secundario en Serie.
Para esta conexión los transformadores deben tener necesariamente los mismos
voltajes primarios, la corriente que circula por I1,T1 y I1,T2 serán iguales.
V1,T1
V1
V2
I2 I1 T1
T2
V1,T2
V2,T1
V2,T2
I1,T1
I1,T2
Figura 4. Conexión Paralelo / Serie
Primario en Paralelo, Secundario en Paralelo.
Los requisitos mínimos necesarios para este tipo de conexión es que los
transformadores tengan el mismo voltaje primario y secundario (Misma relación
de transformación).

5. 5
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
V2
I2
I1,T1
V2,T1
V2,T2
I2,T2
I1,T1
V1,T1
V1
I1
I1,T2
V1,T2
T1
T2
Figura 5. Conexión Paralelo/ Paralelo
Lo ideal es que en todas las conexiones, los transformadores tengan la misma
impedancia de cortocircuito, de no ser así es necesario evaluar los parámetros
eléctricos que soportarán los devanados para no superar sus valores nominales.
EL AUTOTRANSFORMADOR
Estos dispositivos se construyen con el mismo núcleo que los transformadores
pero con un solo devanado y una conexión intermedia.
Los autotransformadores al igual que los transformadores pueden ser:
 Reductores  U2 < U1
 Elevadores  U2 > U1

6. rt  
6
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
EL AUTOTRANSFORMADOR DE REGULACION
Son dispositivos empleados para obtener una tensión variable mediante un
sistema capaz de ir poniendo en conexión las diferentes espiras del bobinado
principal. Se construyen con contactos deslizantes o con contactos fijos
seleccionados mediante un conmutador múltiple rotativo.
Figura 7: Autotransformador de Regulación.
EL AUTOTRANSFORMADOR EN VACIO
Trabaja en vacío cuando está conectado el primario y el circuito secundario está
abierto. En este caso, al igual que en el transformador, circula por el devanado
primario, una corriente I1 para mantener el flujo en el circuito magnético.
Figura 8: Autotransformador en vacío.
La relación de transformación será:
E
1
2
1
2
E
N
N

7. 7
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
EL AUTOTRANSFORMADOR CON CARGA
Trabaja con carga, cuando el secundario suministra una corriente, es decir cuando
se le ha conexionado una carga. Entonces el primario absorbe de la red una
corriente mayor que la de vacío, manteniéndose la relación.
2
1
1
rt  
2
I
I
N
N
Figura 9: Autotransformador con carga.
 EQUIPOS Y MATERIALES:
Cantidad Descripción
01 Fuente de alimentación
01 Autotransformador
01 Vatímetro digital
05 Multímetro digital
01 Módulo resistivo
Varios Conductores de conexión
 PROCEDIMIENTO
Parte 1 (Identificación de marcas de polaridad)
1. Marcar los transformadores proporcionados por el profesor como T1 y T2.
2. Escoger el transformador marcado con T1 y realizar un puente entre un terminal
del primario y un terminal del secundario, colocar una marca en el lado donde no
se ha realizado el puente, tal como la figura 10.

8. 8
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
Figura 10
3. Conectar el lado primario a su tensión nominal,
V1 V2 Vx
20.12 V
10.29 V
30.41 V
De acuerdo al resultado obtenido, en qué lado del secundario colocaría la marca
de polaridad, ¿En el lado del puente o en el lado libre?
 En el lado del puente.
4. Repetir los pasos anteriores para el transformador T2.
V1 V2 Vx
20.12 V
10.29 V
9.83 V
Parte 2. Conexión de un transformador.
5. Realizar la conexión de la figura 2, 4 y 5 y anotar los resultados, tener cuidado con
las marcas de polaridad, considerar el valor de R = 629 Ω para todos los casos.

9. 9
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
Comente los resultados obtenidos:
 Al conectarse los transformadores en serie tienden a conservar su relación de
transformación, mas cuando se conecta en paralelo- serie la relación de
transformación se vuelve casi la unidad.
Al conectarse en paralelo- paralelo el voltaje conserva su relación de
transformación de 0.5, pero las corrientes no la conservan.
En la conexión serie- paralelo el voltaje inducido en el lado de B.T es de una
relación de ¼.
Parte 3. Autotransformador
6. Identifique las conexiones del autotransformador con la ayuda de un multímetro.
Figura 11
Conexión
Conexión
Conexión
Conexión
Serie
/Serie
Paralelo
/Serie
Paralelo
/Paralelo
Serie
/Paralelo
V1 220.4 V 220.1 V 220.4 V 220.4 V
V2 105.1 V 212.5 V 110.5 V 54.87 V
I1 91.6 mA 383.2 mA 61.1 mA 29.3 mA
I2 170.1 mA 341.7 mA 78.9 mA 44.7 mA
V1T1 107.9 V 220.3 V 220.4 V 110.7 V
V1T2 110.5 V 219.2 V 219.9 V 110.5 V
V2T1 52.9 V 107.1 V 110.5 V 55.45 V
V2T2 54.05 V 108.1 V 109.2 V 50.12 v
I1T1 86.3 mA 183.4 mA 67.1 mA 29.6 mA
I1T2 92.7 mA 176.2 mA 61.2 mA 25.6 mA
I1T1 153.8 mA 341.4 mA 79.2 mA 42.20 mA
I1T2 155.3 mA 306.4 mA 78.1 mA 44.6 mA

10. 10
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
7. Implemente el circuito de la figura 3.
Figura 12
8. Alimente el autotransformador con su tensión nominal y anote los valores en la
siguiente tabla:
V1 V2 I1
220.12 V
330.41 V
14.2 mA
9. Con los resultados anteriores calcule la relación de transformación del
autotransformador:
rt
1.50
10. Implemente el circuito de la figura, consultar con el profesor el valor de R y de V.
Figura 13

11. 11
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
11. Aumente el voltaje desde cero hasta que se alcance el voltaje nominal (V) o los
amperímetros indique la corriente nominal, luego anotar sus resultados en la
siguiente tabla:
V1
I1
V2
I2
221.4 V
0.67 A
329.4 V
0.46 A
12. Con los resultados anteriores calcule la potencia de paso:
SD = V1.I1
SD = V2.I2
148.338
151.524
13. Calcule la potencia propia.
SB = (V1- V2). I1
SB = U2. (I2 – I1)
72.36
69.17
CUESTIONARIO
1. ¿Investigue otros métodos para determinar las marcas de polaridad de un
transformador y explique?
Método del golpe inductivo: Si al cerrar el interruptor, el voltímetro marca dentro
de la escala, significa que le fue aplicada a su borne (+) una tensión cuya polaridad
era positiva con relación a su otro borne, esto quiere decir que el terminal del
transformador conectado al borne (+) del voltímetro es la correspondiente a la
terminal del devanado excitado conectado al borne (+) de la batería (polaridad
sustractiva o colineal).
Una deflexión en sentido contrario a la escala nos indicará que al borne (-) del
voltímetro le fue aplicado un voltaje (+); luego la terminal conectada a este borne
será la correspondiente al terminal (+) del devanado excitado (polaridad diagonal).
2. ¿De las conexiones de los transformadores (Figura 3, 4, 5 y 6), cual es el de uso
más común en la industria?
Se utiliza la conexión paralelo- paralelo.

12. 12
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
3. ¿Por qué es importante determinar la potencia propia y la potencia de paso de
un autotransformador?
Básicamente para poder diseñar un autotransformador y de esta manera conocer sus
límites permisibles en cuanto a la potencia aparente transformable y su potencia
interna.
4. ¿Cuál es la relación que existe entre la potencia propia y la potencia de paso?
La potencia de paso es el doble aproximadamente, siendo una la potencia interna del
autotransformador y la otra la potencia aparente transformable del mismo.
5. Investigue sobre las aplicaciones de los autotransformadores de regulación y
mencione 5 de ellas.
 Para determinar la caída de la impedancia a plena carga en el
autotransformador y aplicarlas en líneas de distribución.
 Arranque de motores a voltaje reducido.
 Como pequeños transformadores domésticos 220/127 V
 Para arranque de motores asíncronos.
 Para enlazar redes de media tensión con neutro aislado.
6. Busque y anote los datos de placa de un autotransformador comercial y de un
transformador con los mismos voltajes de entrada y salida y potencia.¿ Compare
las dimensiones, pesos y corriente de cortocircuito).
TRANSFORMADOR

13. 13
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
AUTOTRANSFORMADOR:
 C mm 169
 A mm 180
 Perdidas Cortocircuito (W) 83
 Perdidas Vacío (W) 24
 P eso Kg. 12
 B mm 104
 Rendimiento % 97.4
En este caso el los dos poseen una potencia de paso de 3kVA y el autotransformador
es mucho más pequeño y con mucho mayor eficiencia que el transformador.
CONCLUSIONES
 La eficiencia de los autotransformadores es mucho mayor debido a que poseen
un solo núcleo y las pérdidas por histéresis son mínimas.
 El transformador en la conexión paralelo – paralelo tiende a tener pérdidas
mínimas en cuanto a voltaje y corriente de entrada y salida se refiere.
 El autotransformador nos permite alimentar cargas que requieren mayor voltaje
del permisible aceptado en un transformador.
En esta imagen nos
encontrábamos haciendo la
prueba de polaridad a los
transformadores.