Diseño y construcción de un transformador monofásico industrial, para aplicaciones académicas en el laboratorio de electricidad industrial, del SENA Popayán

Abstract

En este trabajo de grado en modalidad de pasantía, realizado en el laboratorio de electricidad industrial del Sena-Popayán, se diseñó y construyó un transformador monofásico tipo columna para fines pedagógicos. El transformador consta de un embobinado primario y seis embobinados secundarios, construidos con alambre de cobre, calibres apropiados y un número de vueltas que producen la ventaja de ser un elevador, igualador y reductor de voltaje en un mismo dispositivo eléctrico. Se definió una potencia de entrada del primario de 3.0 KV y la potencia total de los devanados secundarios de 2.6 KV. Se estableció en el primario un voltaje nominal de 220 V, y voltajes nominales de 380, 220, 120, 48, 24 y 12 V para los devanados secundarios. Para minimizar las perdidas magnéticas, el núcleo se construyó con placas de acero al silicio con espesores de 0.27 mm y con cortes de acuerdo al tipo de núcleo cerrado. Las resistencias de aislamiento obtenidas por pruebas de aislamiento crecen significativamente con el tiempo, mostrando índices de polarización entre 1.5 y 3.29, observándose así una buena condición de aislamiento. Las resistencias en los embobinados fueron muy bajos del orden de los mili ohmios y crecen ligeramente para embobinados de alto voltaje. Las pruebas realizadas para obtener las relaciones de transformación arrojaron porcentajes de error por debajo de 4.5 %, y muestran una relación lineal entre el voltaje de salida y el voltaje de entrada, significando un buen comportamiento eléctrico para el transformador. El transformador alimentado por el primario con un voltaje de 236 V, en la prueba de vacío, registró una pérdida magnética de 13 W, este valor está muy por debajo de la potencia máxima de trabajo de este embobinado. Con el ensayo de corto circuito y el de vacío se pudo encontrar los parámetros del transformador y sus circuitos equivalentes una eficiencia de 82,9% a 93% fue encontrada para los diferentes embobinados. Usando un programa de simulación FEEM se logró determinar las densidades de flujo magnético para las condiciones de vacío y de cortocircuito, los cuales arrojaron un valor entre de 0,85 Teslas y 1,732 Teslas respectivamente. Una base de acero y un panel fueron construidos con la información de los voltajes en el primario y en los secundarios para facilitar a los usuarios conocer las características de funcionamiento del transformador antes de usarse. Este transformador será usado como una herramienta pedagógica en el laboratorio de electricidad industrial del Sena en Popayán.