“Año del Buen Servicio al Ciudadano”
INGENIERIA mecanica y electrica EXPERIENCIA 06 v erificar polaridades, terminales homólogos TEMA: “método para verificar
para conexión de Transformadores Transformadores Monofásicos En Paralelo P aralelo ”
EXPERIENCIA 07 transformador trifásico TEMA: El transformador
DOCENTE
: Ing. Carlos Wilfredo Oré Huarcaya
CURSO
: Laboratorio de máquinas eléctricas 1
ALUMNO
: Diaz Huashuayo Henry Sergio
CICLO
: VI-ME-2
SUPGRUPO : “A”
ICA - PERU
2017
A. RELACIÓN DE VALORES TOMADOS DE LAS EXPERIENCIAS EFECTUADAS Y CIRCUITOS UTILIZADOS.
Primer ensayo (método de la corriente alterna):
Con las terminales comunes: Vo=107.6 V; Vn= 220 v, como VoV no son homólogos entonces será de polaridad aditiva.
Segundo ensayo (determinar los terminales homólogos):
Colocando las puntas del voltimetro en X1, x2 Vo=335; Vn=220, Vo>V no son homólogos entonces será de polaridad adictiva. Colocando las puntas del voltimetro en X1,X1 Vo=0, son homólogos entonces será de polaridad sustractiva. B. AVANCE DE LA CLASE (DESCRIPCIÓN Y CONCLUSIONES C ONCLUSIONES DE LA EXPERIENCIA) DESCRIPCION:
1) Primer ensayo:
Para verificar los terminales homólogos lo que hicimos es armar el circuito dado se hiso un corto en H2 Y H2 Y X2, X2, en H1 en H1 y y X1 se X1 se colocó un voltimetro y nos salió un voltaje Vo=107.6 V cual era menor que Vn=220V, se llega a concluir que a=X1 es a=X1 es homologo con H1 por H1 por lo tanto es polaridad sustractiva.
2) Segundo ensayo:
Para verificar los terminales homologos en transformadores en paralelo, unimos b con a’ con un conector luego colocamos un voltimetro en X1 y X2’ (X1=a, X2’=b´) en este caso nos salio que no son homólogos porque había voltaje. En el segundo caso colocamos el voltimetro en X1 y X1’ (X1=a, X1’=a´) como el voltaje fue igual a cero los
terminales son homólogos.
CONCLUSIONES: -
-
Los métodos de verificación de polaridad son útiles y necesarios para trabajar en conexiones en serie y paralelo de transformadores. las experiencias nos ayudan a reconocer el tipo de polaridad del transformador. son necesarios para hacer distintos trabajos. Al conectar los transformadores en paralelo la resistencia de sus devanados disminuye por lo que aumenta la circulación de la corriente aumentando su eficiencia. En la medición de la resistencia de aislamiento, debemos tener presente en no conectar entre dos terminales del mismo devanado, dado que esto dañaría inmediatamente el aislamiento delos mismos.
En caso de no cumplirse con esta condición, la corriente de carga puede no repartirse entre los dos transformadores en proporción a sus potencias nominales y puede haber una diferencia de fase entre las corrientes en los dos transformadores. - En paralelo: en este caso se obtendría un corto circuito. - En serie: los voltajes inducidos se opondrían entre si resultando voltaje 0. C. ¿CÓMO ES EL REPARTO DE CARGAS SI LOS TRANSFORMADORES TIENEN SU RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN LIGERAMENTE DISTINTAS?
D. POR QUÉ ES IMPORTANTE TENER CUIDADO CON LA POLARIDAD DE UN TRANSFORMADOR CUANDO SE CONECTAN EN PARALELO. Es de mucha importancia conectar los transformadores con polaridades iguales ya que al no hacerlo se produce cortocircuito.
E. DESCRIBA COMO SE REALIZA LA DETERMINACIÓN DE BORDES HOMÓLOGOS Y HAGA UN RESUMEN TEÓRICO DEL TEMA TRATADO EN CLASES. METODO DE CORRIENTE ALTERNA: Para este método solamente usamos un voltímetro y un cable para cortocircuitar las terminales del transformador que a mi parecer parece ser el método mas fácil de aplicar ya que solamente verificamos la medida de 2 tensiones la de entrada y la que nos señalaba el voltímetro y luego solamente las comparábamos para verificar si su polaridad era sustractiva o aditiva.
TERMINALES HOMOGENEAS EN TRANSFORMADORES MONOFASICOS: Para este método al igual que en los demás realizamos las debidas conexiones, pero esta vez entre dos transformadores para la conexión en paralelo de estos 2 y mediante la medición que nos señalaba un voltímetro mediante el cual sabíamos si la conexión en paralelo era correcta o no. F. SE TIENE 3 TRANSFORMADORES CUYAS POTENCIAS Y TENSIONES DE CORTOCIRCUITO SON RESPECTIVAMENTE 100KVA,2.5%(T1);200KVA,3.5%(T2) Y 300KVA,3%(T3) ¿CUÁL ES LA CARGA TOMADA POR CADA TRANSFORMADOR?, SI EL CENTRO DE TRANSFORMACIÓN SUMINISTRA TODA SU POTENCIA.
= (∑)
Donde: S1: Potencia del transformador (KVA)
SNi: Potencia asignada del transformador i (KVA) Ucci: Tensión de cortocircuito del transformador i (%) ST: Potencia total suministrada por el conjunto de transformadores en paralelo (KVA)
= + + = = 12.005 1002.5 + 2006003.5 + 3003 = . = 23.005 1002.5 + 2006003.5 + 3003 = . TRANSFORMADOR 1: SNi = 100 KVA, U cci =2.5%
TRANSFORMADOR 2: SNi = 200 KVA, U cci =3.5%
TRANSFORMADOR 3: SNi = 300 KVA, U cci =3%
= 3003 1002.5 + 2006003.5 + 3003 = .
G. SE MUESTRA ABAJO EL SERVICIO EN PARALELO DE 2 TRANSFORMADORES, SE PIDE HALLAR LOS VALORES QUE FALTAN EN LAS COLUMNAS X, Y, Z Y W RESPECTIVAMENTE. Transfor mador
VALORES CONOCIDOS
X
Carga nominal SN1 100KVA Tensión de cortocircuito 2.5% Ecc1 Componentes de carga S 1 100KVA Carga nominal SN2 200KVA Tensión de cortocircuito 3.5% Ecc2 Componentes de cargas 142.857KVA S2 Carga total SL 242.857KVA Tensión de cortocircuito resultante Er
I
II
I + II
Y
Z
W
50KVA 3%
50KVA 4%
45KVA 4.5%
40KVA 35KVA 3%
50KVA 40KVA 5%
35.46KVA 48KVA 4%
28KVA
32KVA
42.54KVA
68KVA
82KVA
78KVA
FÓRMULAS PARA CONECTAR TRANSFORMADORES EN PARALELO
= ∑
Donde: Si: potencia del transformador i (KVA).
SNi: Potencia asignada del transformador i (KVA). Ucci: Tensión de cortocircuito del transformador i (%). ST: Potencia total suministrada por el conjunto de transformadores en paralelo (KVA). EN X: Hallando SLx:
HALLANDO S2X:
100 = 12.005 1002.5 + 2003.5 = . = 23.005 100 2.2542.+8200573.5 = .
EN Y: Hallando S1Y:
Hallando S2Y:
= 530 50368+ 353 = = 335 50368+ 353 =
EN Z: Hallando S1Z:
Hallando S2Z:
= 540 50482+ 405 = = 450 50482+ 405 =
EN W: Hallando S1W:
Hallando S2W:
= 4.455 4.45578+ 484 = . = 448 4.45578+ 484 = .
EXP:7
EL TRANSFORMADOR TRIFASICO
Actualmente casi todos los sistemas principales de generación y distribución de potencia en el mundo son trifásicos de CA. Para transformar la corriente alterna trifásica se puede hacer uso de tres transformadores monofásicos. En el sistema trifásico estos tres transformadores deben trabajar como una sola unidad. Es lógico preguntarse si no sería posible unir los tres transformadores monofásicos en un solo artefacto trifásico y con ello conseguir economía de material. Imaginémonos
tres
transformadores
independientes.
Uniéndolos
en
un
solo
transformador trifásico, dejamos sin modificación aquella parte de los núcleos que llevan los arrollamientos y unimos los demás lados de los tres núcleos en un camino magnético común. Tal sistema magnético puede ser comparado con la conexión en estrella de tres circuitos eléctricos.
Pero en el sistema trifásico con carga uniforme el conductor neutro resulta superfluo; prescindiendo de él, habremos conseguido economía de cobre. En el sistema magnético al conductor neutro corresponde el tronco central común. El flujo en el hierro del transformador puede ser considerado como directamente proporcional a la tensión y atrasado en fase con respecto a la misma en un ángulo casi igual a 90°. En consecuencia, las tres tensiones primarias deben dar lugar a tres flujos de igual amplitud desfasados entre sí 120°. La suma de estos tres flujos en el tronco común es igual a cero, lo que permite suprimirlo. El núcleo simétrico indicado en la figura no se presta a la fabricación y actualmente se lo reemplaza por el indicado en la siguiente figura:
Tanto los tres bobinados primarios como los tres secundarios se pueden conectar de cualquiera de las dos formas trifásicas conocidas: estrella o triángulo. Estas formas de conexión si bien en teoría se las conoce de la siguiente forma:
estrella
triángulo
En la práctica para transformadores trifásicos las conexiones anteriores se hacen de la siguiente forma: R
S
T
R
A1
B1
C1
A2
B2
C2
S
A1
A2
estrella
T
B1
C1
B2
C2
triángulo
El aspecto de un transformador tr ifásico en aire sería el siguiente: n cleo
perfil para sujetar el núcleo
obinado
La mayor parte de los transformadores trifásicos son de media y de alta tensión por lo tanto los bobinados no se pueden ejecutar en aire porque no tienen suficiente aislación, por esa razón se los construye inmersos en aceite aislante. El aceite aislante es un aceite mineral que posee una rigidez dieléctrica muy superior a la del aire. tanque de expansión
nivel de aceite
relé buchholz
aisladores
radiadores
vaso de silicagel
Tº
canilla para drenaje
Constitución Al tratar del transformador tr ifásico suponemos que sus devanados, tanto de alta como de baja tensión, se hallan conectados en estrella. Según la aplicación a que se destine un transformador, deben considerarse las posibilidades de establecer otras conexiones distintas, las cuales ofrecen sobre todo especial interés desde el punto de vista del acoplamiento en paralelo con otros transformadores.
Grupos de conexión Las combinaciones básicas que han de ser tenidas en cuenta por lo que se refiere a sus particularidades para los acoplamientos en paralelo, forman esencialmente cuatro grupos. Cada grupo se caracteriza en particular por el desfase que el método de conexión introduce entre las f.e.m. primarias y las homólogas
Símbolo
Conexionado
Nº Grupo Primario
Dd0
0
Yy0
Dz0
Dy5
5
Yd5
Yz5
Dd6
6
Yy6
Dz6
Secundario
Primario
Secundario
Dy11
11 Yd11
Yz11
En la tabla se detallan los grupos de conexiones normalizados para transformadores de potencia trifásicos. Debe tenerse en cuenta que el esquema de conexionado es válido solamente en el caso que los devanados tengan el mismo sentido de arrollamiento
Ensayos de transformadores trifásicos Hay pocas diferencias entre los transformadores trifásicos y monofásicos, en lo que respecta a los ensayos a realizar. Por lo pronto, las especificaciones sobre temperatura, aislación, etc., no pueden ser diferentes, pues las normas no hacen distingos sobre el número de fases. Para las caídas de tensión y regulación, también pueden estudiarse como si se tratara de uno monofásico, con solo considerar separadamente cada fase. Ya sabemos cómo se combinan los resultados para hacer un diagrama unico, trifásico. De modo que la característica de carga o externa, que da la tensión en los bornes secundarios al variar la carga, se tomara para una fase, pues es igual pr ácticamente, para las otras. Para determinar el rendimiento aparece la primera diferencia de consideración. En efecto, las perdidas en el hierro son distintas para las tres fases, cuando el núcleo es asimétrico, lo que es común. Y como para calcular el rendimiento había que medir las perdidas en el hierro y en el cobre, ya vemos que habrá alguna diferencia con respecto a los monofásicos. Por lo cual se realizaran los ensayos en vacío y cortocircuito.
Ensayo de vacío Se utiliza para encontrar las perdidas en el hierro en un transformador, pero en la forma indicada en la siguiente figura.
Se conectan 2 vatimetros monofásicos o uno trifásico, según el conocido método de medición de potencia total trifásica, un voltímetro para verificar la tensión normal, y, opcionalmente, amperímetros para poder determinar la corriente de vacío, y con ella, el ángulo de fase en vacío. Si el vatimetro es trifásico dará directamente en su escala la potencia total absorbida por el transformador, pero si se trata de dos monofásicos, hay que tener cuidado con un detalle que recordaremos. En el método de medida de los dos vatimetros, según se estudio en electricidad, se sumaban las indicaciones cuando el desfasaje entre la corriente y la tensión era menor de 60º, pues si ese ángulo era superado, había que retar ambas lectura. En un transformador en vacío, es seguro que el angula de desfasaje supera los 60º, por lo cual hay que tener presente esta circunstancia, restando las lecturas de ambos instrumentos. Finalmente, la potencia total de vacío representa las perdidas en el hierro de todo el transformador, y el ángulo de desfasaje de la corriente de vacío será:
Ɵ = / √ 3 ∗ ∗ Debiendo tenerse presente que el ángulo cuyo coseno da la ultima formula, no es el que corresponde a una fase particular, sino que a un intermedio entre las tres fases, ya sabemos que son distintos. Para tener el valor exacto de cada uno, habría que conectar tres juegos de instrumentos, uno en cada fase, y calcular el angulo por el método de medida que se conoce y que se vio en la sección correspondiente a los monofásicos. EJEMPLO
Ensayo de corto circuito Se utiliza para determinar las perdidas en el cobre, pero en este caso no es menester medir las pérdidas en las tres fases, pues como son iguales en todas, basta medir en una fase y multiplicar por tres. Se emplea el esquema que se muestra en la siguiente figura.
Tal como se vio en ensayo para transformadores monofásicos, hay que aplicar al primario una tensión reducida, que se gradúa de manera de tener en el secundario la carga normal, acusada por el amperímetro. El vatimetro indica la potencia que absorbe una fase del transformador con secundario en cortocircuito. Las pérdidas totales en el cobre se calculan multiplicando esa lectura por tres. Y una vez que conocemos las pérdidas totales en el hierro y en el cobre de nuestro transformador trifásico, para determinar el rendimiento no hay más que conocer la potencia normal secundaria y aplicar la siguiente formula n = W2 / (W2 + Pf + Pc) Donde W2 es la potencia total trifásica para el secundario, en watt. Pf son las pérdidas totales en el hierro Pc pérdidas totales en el cobre Para tener el rendimiento en porcentaje, vasta multiplicar el resultado por 100.
MATERIALES
Multímetro digital
Cables de conexión
Pinza amperimétrica
3 Condensadores de 20 uF
Vatímetro trifásico
Motor monofásico
PANEL DE LAMPARAS INCANDESCENTES
Cosfímetro trifásico
Motor trifásico de 380 V
Transformador trifásico de 3 KVA, 220/380 V
Autotransformador trifásico variable de 5 KVA
PROCEDIMIENTO Previamente se obtendrán los datos del transformador trifásico a estudiar. Mediremos con anticipación las resistencias de los bobinados tanto como de alta y baja tensión.
Relación de transformación: 1.- Se conectara el autotransformador con el voltaje de salida al 100 % al lado de baja tensión del transformador.
2.- Disminuiremos gradualmente la salida del autotransformador para que de esta manera, obtendremos 5 puntos de relación de transformación en el transformador trifásico. 3.- Con el multímetro se medirá los voltajes de entrada y de salida en cada fase del transformador.
Prueba de vacío: 1.- Se armara el circuito que se muestra en el esquema.
2.- Se conectara el lado de baja 220V a la salida del autotransformador y los bornes de 380V se dejaran abiertos. 3.- Se instalara el vatímetro así como el cosfimetro trifásico en el lado de baja del transformador para de esta manera obtener el factor de potencia.
4.- Con la pinza amperimetrica medir cada una de las corrientes de línea en el lado de baja tensión. 5.- Medir con el multímetro los voltajes de línea en lado de baja y alta tensión. 6.- Regularemos el voltaje de salida del autotransformador y de esta manera obtener 5 puntos de prueba.
Prueba de Cortocircuito 1.- Se tendrá en cuenta el circuito del siguiente esquema.
2.- Se conectara la salida del autotransformador a los bornes de alta tensión (380V) del transformador y se cortocircuitara los bornes de baja tensión. 3.- Instalar el cosfimetro trifásico en el lado de alta del transformador para medir el factor de potencia. 4.- Instalar el vatímetro trifásico en el lado de alta para de esta manera obtener las pérdidas totales en el cobre. 5.- Medir con la pinza amperimetrica las corrientes de línea en cada una de las fases de alta (380V) 6.- Disminuir gradualmente la salida del autotransformador y obtener múltiple puntos de prueba.
Prueba con carga 1.-Del siguiente esquema
Se instalara las siguientes cargas: -
Tres focos conectados en delta
-
Motor trifásico
-
Condensadores en delta
2.-Para cada caso se medirán el voltaje de fase en los bornes de la carga tanto como las corrientes de línea. 3.-Con el cosfimetro y vatímetros instalados se anotara el valor del factor de potencia y potencia activa de la carga.
CUESTIONARIO
Prueba de vacío y cortocircuito : 1. Realizar el esquema de conexiones para realizar la prueba de Circuito Abierto en un transformador, que condiciones son validas para r ealizar la prueba de vacío
Al aplicar al primario las tensiones nominales, los vatímetros indicarán las pérdidas en el hierro por fase. Las pérdidas totales serán: PFe = W1 + W2 + W3. El ensayo en vacío permite hallar la relación de transformación por fase o simple ms, como cociente entre las lecturas del voltímetro V1 y V2:
En los sistemas trifásicos habrá que diferenciar la relación de tensiones simples ms (por fase) de la compuesta mc (entre fases).
2.
Realizar el esquema de conexiones para realizar la prueba de Cortocircuito en un transformador, que condiciones son validas para realizar la prueba de Cortocircuito.
Dado que las tres resistencias del devanado primario son iguales, así como las del secundario, para averiguar las pérdidas en el cobre del transformador será suficiente aplicar la tensión de cortocircuito a un devanado y conectar el otro en cortocircuito. La lectura del vatímetro W1 indicará las pérdidas por fase; las pérdidas totales en el c obre serán: PCu = 3 · W1.
También pueden determinarse las pérdidas en el cobre, con dos vatímetros, utilizando la conexión Aaron: PCu = W1 + W2.
Para realizar el ensayo en cortocircuito, es necesario disponer de una fuente de c.a. trifásica de tensión regulable.
3. Determinar los parámetros que representan el transformador real, las pérdidas en el mismo y la eficiencia del transformador trifásico.
corrientes
potencia
voltajes (v) (A)
hierro(W)
w1
205.000
0.824
292.569
450
190.000
0.525
172.767
150
162.000
0.296
83.053
100
153.000
0.201
53.264
20
124.000
0.145
31.141
;
W2=3W1
4. Del ensayo de vacío trazar las curvas del factor de potencia Cos θ (%); Potencia consumida P0 (W) y corriente en vacío I0 (A) en función de la tensión de alimentación.
w1 (W)
W2(W)
450
1350
150
450
100
300
20
60
N(eficiencia %) 82.19 72.26 78.32 52.97
voltaje vs cos(ө) 1.000 0.800 ) O0.600 ( s o0.400 c
0.200 0.000 0.000
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
voltaje primario
voltaje vs corriente
voltaje vs potencia
1.000
400.000
e t n e i 0.500 r r o C
a i c n e 200.000 t o P
0.000 0.000
0.000 0.000 100.000 200.000 300.000
100.000 200.000 300.000 voltaje primario
voltaje primario
5. Del ensayo de cortocircuito graficar a partir de las lecturas la potencia consumida PCC (W), la tensión de la impedancia VCC (V) como funciones de la corriente de cortocircuito ICC (A)
corriente vs potencia
corriente vs voltaje
600
20
a i c 400 n e t o 200 p
c c e j a 10 t l o v
0
0 0
5
10 corriente cc
15
20
0
10
20
corriente cc
6. Calcular la regulación de tensión para una carga nominal con Cos θ = 0.91 inductivo. Asímismo calcular la eficiencia del transformador para estas condiciones:
corrientes
potencia
voltajes (v) (A)
hierro(W)
w1
cos θ
n(%)
205.000
0.824
292.569
450
0.910
80.7655435
190.000
0.525
172.767
150
0.910
70.3285606
162.000
0.296
83.053
100
0.910
76.6740076
153.000
0.201
53.264
20
0.910
50.6192064
CONCLUSIONES
La eficiencia y regulación del transformador tienden a disminuir a medida que nos alejamos de los valores nominales, siendo la eficiencia máxima registrada de 82.19% y regulación máxima registrada de 80.76% a un valor de tensión en el primario de 208 V.
Se completó la familiarización con el transformador trifásico, relacionado a las formas de conexión posibles y diferencias entre ellas.
RECOMENDACIONES
Se recomienda conectar con mucho cuidado el motor monofásico, ya que una mala conexión podría dañar el mismo. A su vez al momento del encendido del motor, sujetarlo fuertemente para que no salte y perjudique las conexiones hechas.
Seguir las especificaciones indicadas en el vatímetro y cosfímetro para su adecuado funcionamiento.
Verificar el buen estado de los cables de conexión para evitar interrupciones en el desarrollo del laboratorio.
