Ejercicio 7 -2 Polaridad del transformador

Ejercicio
7-2
Polaridad del transformador
OBJETIVO DEL EJERCICIO
Después de completar este ejercicio, usted será capaz de determinar la polaridad
de los transformadores y de emplearla para conectar correctamente los diferentes
arrollamientos, de manera que los voltajes se sumen (serie aditiva) o se resten
(serie substractiva).
PRINCIPIOS
Cuando se energiza el arrollamiento primario de un transformador, por medio de una
fuente c.a., se establece un flujo magnético alterno en el núcleo de hierro. Este flujo
alterno vincula, o acopla, las espiras de cada arrollamiento del transformador e
induce voltajes c.a. en dichos arrollamientos. Como los transformadores son
dispositivos c.a., parece que la polaridad resulta de poca importancia. Sin embargo,
cuando se conectan juntos dos o más arrollamientos, sus polaridades instantáneas
relativas tienen un efecto significativo sobre el voltaje resultante . Si el voltaje en uno
de los arrollamientos está en su valor máximo positivo y al mismo tiempo el otro
voltaje está en su valor máximo negativo, es decir, desfasados 180 dichos voltajes
se oponen y el voltaje resultante será la diferencia entre ambos (para este caso cero
voltios). Por esta razón, se adoptaron ciertas normas para marcar la polaridad de los
terminales de los transformadores. Por ejemplo, las normas en América del Norte
identifican los terminales de alto voltaje con H 1 Y H2 Y los de bajo voltaje con X 1 Y
X2. De este modo, en el instante que H1 es positivo, X1 también lo será. Este
sistema de identificación permite conectar correctamente los transformadores para
adicionar o substraer los voltajes de los arrollamientos, según se desee. También
se emplean otros tipos de marcaciones para identificar la polaridad de los
transformadores. Sus terminales pueden resultar identificados con puntos , cruces,
números u otro tipo de símbolo apropiado. En la representación esquemática de los
arrollamientos de un transformador de la Figura 7-6 se emplearon puntos.
0
,
--I
PRI
1 1
2
Figura 7-6. Marcación de la polaridad de un transformador.
Cuando se habla de polaridad de los arrollamientos de un transformador, se están
identificando todos los terminales que tienen la misma polaridad (positiva o negativa)
7-13
en un instante
utilizados en la
7-6 indican que, en un
instante
cuando el terminal 1 es
con res,pecto al terminal 2, el
terminal
terminal
terminal
terminal
3 es n r...
6 es nm;;;m\"o
7 es ron<.:'IT"'"
10 es 00:;;;1/1\1'0
:-ITII;""
res:f)e,cco al terminal 4, res:/Je,cro al terminal 5, re.c:,:ne,r;m al terminal 8, roc'nor-Trt. al terminal 9. Note que un terminal no
ser
con res;pecIO a sí mismo y que sólo
con
a otro terminal. Por lo
en un instante
ser
los terminales 1, 3, 6, 7 Y 10 son todos
a los terminales 2, 4,
5,8 Y 9.
Cuando se conectan en serie dos
para obtener un
de salida
ele~valao el terminal
de una de las
se conecta con el terminal
,r:uc>",,'u de la otra. Del mismo
si los arrollamientos de dos transformadores
se conectan en serie para adicionar sus
el terminal identificado de uno de
los arrollamientos se debe conectar con el terminal no identificado del otro. Si los
se deben
el terminal identificado de uno de los arrollamientos se
debe conectar con el terminal identificado del otro arrollamiento.
Cuando se conectan transformadores de
(,l"'IjrY\n,~rf'lr la corriente que se suministra a una carga, es muy 1n'"\Ir"\nl-t~I"lt.a res;petar
.... n ...... ,." .............. de sus arrollamientos. La conexión de los arrollamientos en
con
un gran
de corriente en dichos
unidad de este manual se ocupa de las
de los transformadores.
conexiones en
de un transformador. Uno utiliza
Existen dos métodos para determinar la
una fuente c.c. y el otro una fuente c.a .. En el método C.C., se conecta un voltímetro
c.c. en el arrollamiento secundario y se
un
c.c. reducido al
Una vez encendida la
la dirección en la
se desvía la
indicará la
del arrollamiento secundario. La
se desvía a
la derecha si el terminal del arrollamiento
al cual está conectada la
de
del
tiene la misma
que el terminal del
....... 'rn ...... '1"'\ al cual está unido el lado
de la fuente. Si la desviación
es a la
los terminales
y secundario tienen
c.a. en el arrollamiento n,."...... ....,"·,1"'\
Con el método de la fuente c.a., se
y este último se
en serie con el secundario. Si el
medido en la combinación serie resulta más
los dos
terminales unidos tienen la misma
resulta mayor, los
terminales interconectados tienen
7-7 ilustra los dos
métodos para la determinación de la Y'\1"'I1":\rllfi':l,fi
7-14
Polaridad del transformador INTERRUPTOR
-t
+
.
11'
E
~
a) METODOCC b) METODO CA
Figura 7-7. Métodos para la determinación de la polaridad de un transformador.
EQUIPO REQUERIDO
A fin de obtener la lista de aparatos que se necesitan para este ejercicio, consulte
la Tabla de utilización de los equipos del Apéndice C.
PROCEDIMIENTO
¡ADVERTENCIA!
Durante esta experiencia de laboratorio, usted estará en
presencia de voltajes elevados. No realice ni modifique
ninguna conexión con las fichas tipo banana en 105 circuitos
bajo tensión, salvo indicación contraria.
D
1. Dentro del puesto de trabajo EMS, instale los siguientes módulos: la Fuente
de alimentación, la Interfaz para la adquisición de datos y el Transformador
monofásico.
D
2. Asegúrese de que el interruptor principal de la Fuente de alimentación se
encuentra en la posición O (apagado) y que la perilla de control de voltaje
de salida ha sido girada completamente a la izquierda. Ajuste el selector del
voltímetro en la posición 4-N y asegúrese de que la Fuente de alimentación
está enchufada a una toma mural trifásica.
D
3. Asegúrese de que la entrada ALIMENTACiÓN BAJA POTENCIA de la DAI
se encuentra conectada a la Fuente de alimentación principal y coloque el
interruptor 24 V - CA en la posición I (encendido). Luego, asegúrese de que
el cable USB de la computadora está conectado a la DA\.
D
4. Muestre la aplicación Aparatos de Medición y seleccione el archivo de
configuración existente ES17-4.dai.
7-15
Polaridad del transformador D
5. Monte el circuito del transformador de la Figura 7-8 y conecte el terminal 1
con el 5, como se muestra . Note que en este circuito, la entrada de la
fuente está conectada al arrollamiento 3-4.
3
+
E1
11
N
4
Figura 7-8. Arrollamientos de transfo rmadores conectados en serie.
D
6. Encienda la Fuente de alimentación y ajuste el control de voltaje para que
Es resulte exactamente igual al 50 % del voltaje nominal del arrollamiento
3-4 . Note que el valor del voltaje nominal es la suma de los voltajes de los
arrollamientos entre los terminales 3 y 4. Mida y anote los voltajes de los
arrollamientos del transformador 1-2, 5-6 Y 2-6 . Note que E2 -6 se obtiene a
partir del medidor programable A , empleando la función E2+E3.
E 1_2
D
= ___
V
E S-6 = _ _ _
V
E2 -6
= ___
V
7. Los arrollamientos, ¿están conectados en serie aditiva o serie substractiva?
Nota: Normalmente, el voltaje medido entre los terminales 2 y 6
resulta cercano a cero voltios. Esto significa que los
arrollamientos se encuentran conectados para que sus voltajes
se resten. De este modo, se puede determinar la polaridad de un
transformador, dado que si los terminales unidos tienen la misma
polaridad, el voltaje de las dos bobinas interconectadas resulta
menor que el voltaje aplicado.
r-16
D
8. Coloque nuevamente el control de voltaje en cero y apague la Fuente de
alimentación . Desconecte los terminales 1 y 5 Y conecte el terminal 1 con
e16 . Invierta las conexiones del instrumento E3 . Si esta nueva conexión es
serie aditiva, ¿cuál será el valor de E2-5 si al arrollamiento 3-4 se le aplica
el mismo voltaje de la etapa 6?
D
9. Seleccione el archivo de configuración existente ES17-5.dai. Encienda la
Fuente de alimentación y ajuste nuevamente el control de voltaje para que
Es resulte exactamente igual al 50 % del voltaje nominal del arrolla­
miento 3-4. Mida y anote los
de los arrollamientos 1
transformador. Note que
se obtiene a
del medidor
___ v 10. El valor obtenido de
Sí
11
___ v
--- v
¿es el mismo que el
rULl\f.t.:lrn
en la
8?
D No
nuevamente el control de voltaje en cero, apague la Fuente de
alimentación y desconecte los terminales 1 y 6. Cuando al arrollamiento 3-4
el mismo
de la
9,
son los dos
que
obtener a través de la combinación serie de los arrollamientos
3-4y1-2?
12. Conecte el terminal 1 con e14, encienda la Fuente de alimentación y
nominal del
para que resulte exactamente
al 50 % del
ES17­
arrollamiento 3-4. Seleccione el archivo de
6.dai. Utilice E2 y E3 para medir los
y 2-3
del transformador y anote los valores.
___ v 13. v
nuevamente el control de
en cero y apague la Fuente de
alimentación. Desconecte los terminales 1 y 4 Y conecte el terminal 1 con
el
Intercambie las conexiones en la entrada EZ del módulo DAL
14. Encienda la Fuente de alimentación y ajuste
para que resulte
al 50 % del
nominal del arrollamiento 3-4.
exactamente
existente ES17-7.dai. Mida y anote
Seleccione el archivo de
el
del arrollamiento 2-4 del transformador.
___ v
15. Los resultados de las
en la
11?
D 16.
cuáles
4, 1 Y 4 ó 2 y 3?
12 Y
¿son
de terminales tienen la misma
con los
nf"\l~rtri~rI
nrO,\lIcrf"'lC
y 3, 2 Y
transformador D
17.
de que la Fuente de alimentación ha sido ap.aq:3a¡3, que la perilla
y
de control de voltaje se encuentra
a la
que todos los cables han sido desconectados.
Usted ha determinado la polaridad de un transformador mediante el método del
voltaje c.a. Conectando los arrollamientos del transformador en serie y los
terminales de igual polaridad juntos, usted ha observado que los voltajes de dichos
arrollamientos se restan. A la inversa, usted ha observado que cuando se conectan
juntos los terminales de polaridades opuestas, los voltajes de los arrollamientos se
suman. Esto último es similar a la conexión de baterías en serie para obtener
voltajes más elevados.
PREGUNTAS DE
1. Si los terminales de diversos arrollamientos de un transformador no están
laentll"IC2IaOS, ¿se los
conectar
para elevar el voltaje?
a. b. c. d. Sí, pero la n 1'":1 1"11"'1 '":11""1 deberá determinarse CVlnar"lrnCnlr':llr-ncnTa de antemano.
No.
Sólo si se trata de las bobinas del lado nrlrn-:.rll"""\ del transformador.
Sólo si la corriente es menos de 1 A.
1"""\
2. Dos de los cuatro terminales del secundario de un transformador están
marcados con una cruz. Si a esos dos terminales se los conecta juntos, los
arrollamientos secundarios están
a.
b.
c.
d.
conectados en serie substracliva.
conectados en serie aditiva.
conectados para incrementar el
by c.
resultante.
3. Un voltímetro está conectado a los arrollamientos del secundario de un
transformador que tiene tres arrollamientos con
nominales de 50 V, 125
Vy 75 V. Aunque se
el
nominal al
del
¿el
voltímetro
a.
b. medir cero voltios?
debe haber algún error en el voltímetro.
si los arrollamientos de 50 V Y de 75 V se conectan en
con el
arrollamiento de 125 V.
c. si los arrollamientos de 50 Vy de 75 V se conectan para adicionarlos al
arrollamiento de 125 V.
d. No, porque se dañará el transformador.
7-18
4.
Los dos métodos para determinar la
transformador son:
a.
b.
c_
d.
el
el
el
el
nrd':lrlf;':ln
de los arrollamientos de un
método resistivo y el método inductivo.
método serie substractiva y el método serie aditiva.
método c.c. y el método c.a.
método
y el método teórico.
5. Para conectar correctamente los arrollamientos de un transformador para elevar
el
es necesario
a. b. c. d. conocer sus características.
conocer la corriente máxima del arrollamiento.
conocer el
de material del núcleo.
conocer la
de los arrollamientos_
7-19