UNIVERSIDAD NACIONAL DE UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
BANCO DE PRUEBAS DE MAQUINAS ROTATIVAS TRIFÁSICAS DE 2 HP INFORME N°7 LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS---- ML202 ----
PROFESOR: CAPCHA BUIZA, PEDRO CRIPIN SECCION: C INTEGRANTES: RODRIGUEZ MAMANI, SERGIO ANTONIO
20134506K
LULO CASAS, JHONATAN BRYAN
20154095F
FLORES ALBERTO ANTONY HEYSON PASCUAL
20122521J
28/05/2018
2018-I
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA – FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE MÁQUINA ELÉCTRICAS TRANSFORMADOR MONOFASICO
INDICE
INTRODUCCION .............................................................................................................................. 2 OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 3 FUNDAMENTO TEORICO ............................................................................................................. 4 MOTOR ELECTRICO TRIFASICO.- ......................................................................................... 4 EQUIPOS Y MATERIALES ............................................................................................................ 6 PROCEDIMIENTO ........................................................................................................................... 9 CUESTIONARIO ............................................................................................................................ 10 CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 21 RECOMENDACIONES .................................................................................................................. 22 OBSERVACIONES ........................................................................................................................ 22 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................... 23
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INTRODUCCION En el transcurrir de nuestra vida profesional de alguna u otra manera tendremos que trabajar con máquinas rotativas trifásicas, dada esta eventualidad, tendremos que tener sólidos conocimientos de cómo funcionan los principios básicos de estas máquinas eléctricas. El presente informe data acerca de la experiencia realizada con una máquina rotativa trifásica, en esta experiencia realizamos las conexiones en vacío, en cortocircuito y en carga para luego graficar las diferentes curvas que nos piden en el cuestionario.
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OBJETIVOS
Determinar de los parámetros del funcionamiento de una máquina rotativa trifásica. Comprobar si los datos que vienes impresos en las máquinas rotativas trifásicas son correctas. Relacionar los valores tomados en la experiencia.
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FUNDAMENTO TEORICO MOTOR ELECTRICO TRIFASICO Los motores eléctricos trifásicos, se fabrican en las más diversas potencias, desde una fracción de caballo hasta varios miles de caballos de fuerza (HP), se los construye para prácticamente, todas las tensiones y frecuencias (50 y 60 Hz) normalizadas y muy a menudo, están equipados para trabajar a dos tensiones nominales distintas. Se emplean para accionar máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores, grúas, maquinaria elevada, sopladores, etc. BANCO DE PRUEBAS DE UNA MAQUINA ROTATIVA
1. HMI. Display Alfanumérico, nos permite visualizar algunas variables.
2. Power Meter, Medidor de potencia y de parámetros eléctricos del motor. 3. Variador. Elemento de Control de Velocidad. 4. Motor Tipo Jaula de Ardilla 2Hp. 5. Encoder. Sensor Óptico Incremental, nos permite mediar la RPM del Motor. 4
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6. Guarda Motor, elemento de protección del módulo. 7. Toma Trifásica: Toma por donde se alimenta al Módulo de Entrenamiento. 8. Interruptor. Sistema de On/Off del modulo
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EQUIPOS Y MATERIALES
1 Transformador monofásico de 1KVA, 220/110V
1 Auto transformador variable de 1.3KVA, 220V, 0-10ª
1 Multímetro
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1 Vatímetro monofásico
2 Amperímetros A.C. 0-10ª
1 Resistencia variable 0-10A, 220V 7
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PROCEDIMIENTO 1. OBTENCION DE RESISTENCIAS EN D.C. Medir las resistencias de cada enrollamiento y anotar la temperatura ambiente. Corregir los valores a la temperatura normalizada de referencia (75°C). 2. ENSAYO EN VACIO Utilizar el circuito de la figura:
Ajustando el auto transformador, variar la tensión hasta que el voltímetro indique el valor nominal (110) voltios. Mediante el mismo proceso, reducir la tensión desde 120% de la tensión nominal hasta cero voltios y registrar las lecturas de corriente, tensión y potencia.
3. ENSAYO EN CORCIRCUITO Utilizar el esquema de la figura:
A partir de cero voltios aumentar gradualmente la tensión hasta lograr la corriente nominal en el lado de 220 V. 9
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Registrar las lecturas de tensión, corrientes y las pérdidas en carga dada por el vatímetro. Cambiar la corriente primaria en etapas desde 120% hasta 10% de la corriente nominal y registrar las lecturas de los instrumentos. 4. ENSAYO CON CARGA Con el circuito anterior desenergizado, conectar a la salida la resistencia de carga. Excitar el transformador a tensión y frecuencias nominales. Ajustar el valor de la resistencia de carga para obtener magnitudes de 25, 50, 75 y 100% de la intensidad nominal secundaria, registrando la intensidad nominal secundaria y las lecturas de los demás instrumentos. Desconectar la carga y medir la tensión del primario para los valores anotados en las diferentes condiciones de cargas fijadas anteriormente.
CUESTIONARIO 1.- Datos tomados en la experiencia.
Tabla 1. Datos del ensayo al vacío. VP o VO (v) 11.42 22.94 34.41 46.05 57.64 69.10 80.50 92.00 103.30 115.00 126.50 138.00
IP o IO (A) 0.04 0.08 0.11 0.14 0.18 0.23 0.33 0.49 0.72 1.04 1.50 2.14
P0 (w) 0.00 0.20 0.50 1.00 1.40 1.90 2.30 3.40 4.20 5.20 6.40 8.20
VS (v) 22.77 45.72 68.80 92.00 115.00 137.70 160.40 183.30 206.00 228.80 252.40 274.60
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Tabla2. Datos del ensayo en cortocircuito. IS o ICC (A) 0.38 0.87 1.19 1.76 2.18 2.70 3.13 3.54 4.05 4.73 4.86 5.60
VP o VCC (v) 0.5227 1.1720 1.5960 2.3270 2.8800 3.6000 4.1360 4.6900 5.3300 6.1460 6.2900 7.6300
PCC (w) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 1.5
IP (A) 0.22 0.47 0.64 0.92 1.09 1.42 1.62 1.85 2.09 2.43 2.50 2.80
Tabla 3. Datos del ensayo con carga. IS (A) 1.14 2.52 3.39 4.50
IP (A) 0.90 1.56 2.00 2.58
P (w) 0.33 0.64 8.50 12.00
VP (v) 220.3 220.8 220.2 221.5
VS (v) 107.2 107.6 108.8 109.9
R carga Ω
93.20 41.20 30.10 22.30
Tabla 4. Datos de la tensión del ensayo con carga.
Carga máxima Carga mínima
VP (v) 220.3 221.5
VS (v) 107.2 109.9
Tabla 5. Datos para tensión primaria del ensayo en carga, tomando vacío. VP (v) 220.3 221.6
IP (A) 0.49 0.50
W (w) 0.5 0.8
VS (v) 109.9 110.6
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2.- Del ensayo de vacío:
Tabla 6. Intensidad de corriente al vacío, factor de potencia y potencia en función de la tensión del bobinado primario. VP (v) 11.42 22.94 34.41 46.05 57.64 69.10 80.50 92.00 103.30 115.00 126.50 138.00
IP (A) 0.04 0.08 0.11 0.14 0.18 0.23 0.33 0.49 0.72 1.04 1.50 2.14
P0 (w) 0.00 0.20 0.50 1.00 1.40 1.90 2.30 3.40 4.20 5.20 6.40 8.20
COS(ɸ)
0.0000 0.1090 0.1321 0.1551 0.1349 0.1195 0.0866 0.0754 0.0565 0.0435 0.0337 0.0278
VP Vs. COS(ɸ) Series1 0.2000 0.1500 ) ɸ ( S 0.1000 O C
0.0500 0.0000 0.00
20.00
40.00
60.00
80.00 100.00 120.00 140.00 160.00
VP (voltios)
Figura 1. Factor de potencia en función de la tensión de alimentación.
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VP Vs. IP Series1 2.5 2 ) 1.5 A ( P I
1
0.5 0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
VP (voltios)
Figura 2. Intensidad de corriente en el vacío en función de la tensión de alimentación.
VP Vs. P0 Series1 10 8 ) s t t a w ( 0 P
6 4 2 0 -2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
VP (voltios)
Figura 3. Potencia en el vacío en función de la tensión de alimentación.
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3.- Para el ensayo en cortocircuito.
Tabla 7. Potencia consumida, la tensión en cortocircuito y el factor de potencia en función de la corriente de cortocircuito. IS O ICC (A) 0.38 0.87 1.19 1.76 2.18 2.70 3.13 3.54 4.05 4.73 4.86 5.60
VP o VCC (v) 0.5227 1.1720 1.5960 2.3270 2.8800 3.6000 4.1360 4.6900 5.3300 6.1460 6.2900 7.6300
PCC (w) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 1.5
COS(ɸCC)
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0033 0.0351
IP (A) 0.22 0.47 0.64 0.92 1.09 1.42 1.62 1.85 2.09 2.43 2.50 2.80
PCC Vs. ICC Series1 2.0 1.5 ) s t t 1.0 a w ( C 0.5 C P
0.0 0.00 -0.5
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
ICC (A)
Figura 4. Potencia consumida en función de la corriente de cortocircuito.
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VCC Vs. ICC Series1 10.0000 ) s o i t l o v ( C C V
8.0000 6.0000 4.0000 2.0000 0.0000 0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
ICC (A)
Figura 5. La tensión en cortocircuito en función de la corriente de cortocircuito.
COS(ɸCC) Vs. ICC Series1 0.0400 0.0350 0.0300 ) 0.0250 C C 0.0200 ɸ ( S 0.0150 O C 0.0100 0.0050 0.0000 -0.0050 0.00
1.00
2.00
3.00 ICC (A)
4.00
5.00
6.00
Figura 6. El factor de potencia en función de la corriente de cortocircuito. 4.- Utilizando los datos de las dos primeras pruebas hallar el circuito equivalente exacto del transformador para condiciones nominales.
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Figura 7. Circuito equivalente del transformador. Del ensayo de vacío (circuito abierto) para el V 0 = 115 voltios nominales:
= = 1155.20 = 0.393210− 1. 0 4 = √ = √ 115 0.393210− = 9.0349 10−
Del ensayo de cortocircuito (I cc = 4.5 A, VCC = 5.868 v, PCC = 0 w):
Sabemos:
= = 4.05 = 0Ω 5. 8 68 √ = √ () = 4.5 0 = 1.3040Ω = + = + = 2 = 02 = 0Ω = 2 = 22200 = 0Ω 115 = 2 = 1.32040 = 0.6520Ω = 2 = 1.23220040 = 0.1782Ω 115 y
:
5.- Con el circuito equivalente aproximado trazar el diagrama circular del transformador, es decir, Va Vs. Ia. 16
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Figura 8. Diagrama fasorial del transformador.
= + = 0+1.3040 Ω = 1.3040⦤90° Ω = 115⦤0°
6.- Ensayo con carga:
Tabla 8. Datos del ensayo con carga. IS (A) 1.14 2.52 3.39 4.50
IP (A) 0.90 1.56 2.00 2.58
P (w) 0.33 0.64 8.50 12.00
VP (v) 220.3 220.8 220.2 221.5
VS (v) 107.2 107.6 108.8 109.9
R carga Ω 93.20 41.20 30.10 22.30
ISxR (v) 106.248 103.824 102.039 100.350
Va (v) 1.0 3.8 6.8 9.6
Va Vs. IS Series1 15.0
) s o i t 10.0 l o v ( 5.0 a V
0.0 0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
IS (A)
Figura 9. Gráfica Va Vs. IS. 17
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7.- Para las diversas cargas determinar la caída de tensión interna µ en % según la expresión:
µ% = 100
Tabla 9. Resultados de la caída de tensión interna. IS (A) 1.14 2.52 3.39 4.50
VS o VO2 (v) 107.2 107.6 108.8 109.9
R carga
ISxR o V2 (v) 106.248 103.824 102.039 100.350
Ω
93.20 41.20 30.10 22.30
Va (v) 1.0 3.8 6.8 9.6
µ (%) 0.89 3.51 6.21 8.69
8.- Calcular la regulación de tensión para carga nominal con cos( ɸ)=0.8 capacitivo. Asimismo calcular la eficiencia del transformador para estas condiciones.
Cálculo de la regulación
= + +75º
De la ecuación (21) tenemos: 2 I 1 I r (%) 2 N ( Req 2 . cos L X eq 2 . sen L ) . 2 N ( X eq 2 . cos L Req 2 . sen L ) 100 V 2 N 2 V 2 N Siendo:
I 2 N
1kV A 220V V 2 N
4.5455 A
220V
cos L
0.8
sen L
L
36.87º
0.6
Reemplazando datos obtenemos:
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(%)
r
3.576%
Cálculo de la eficiencia Con carga nominal tenemos entonces que la potencia nominal es 1000 VA (datos del transformador), las pérdidas en el hierro son 15.5 W (dato hallado en la experiencia) y las pérdidas nominales en el cobre a temperatura ambiente alcanza el valor de 60 W y con la fórmula de corrección tiene el valor numérico de 73.58 W. Finalmente en la ecuación de la eficiencia dada tenemos que:
220 4.5455 0.8 220 4.5455 0.8 15.5 73.58
100
89.98%
9.- Comparar las perdidas en el cobre (I 1N )2 R T (W) con las pérdida de carga P L(75ºC) dada por la expresión:
235+ º = + 235+75 + 235+ 235+75
Donde: I 1N : corriente nominal del primario R 1: Resistencia equivalente en el arrollamiento primario a
Se tiene que: I 1 N
1000 115
℃ = +
8.6957 A
2
Rt
115 0.417 1.3554 0.7874 220
(a temperatura ambiente)
P cc t
60W
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Reemplazando valores en la ecuación:
P 75º C L
73.0198W
Calculando las pérdidas en el cobre a la temperatura normalizada de 75ºC. P Cu 75º C I 12 N R1eq 75º C
P Cu 75º C
8.6957
P Cu 75º C
2
0.9524
72.0146W
Finalmente:
P 75º C
P Cu 75º C
0.9862
L
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CONCLUSIONES
La relación de transformación se mantiene constante y no tiene tendencia a cambiar pues el voltaje inducido depende del flujo magnético y este de la corriente. Pero aunque se sature el flujo magnético este va a ser el mismo para ambas bobinas y por tanto el voltaje inducido va a ser el mismo.
La prueba con carga permite determinar la caída de tensión en el secundario debida a la carga adicional, para determinar la regulación y hacer las compensaciones del caso, de tal forma que el transformador siempre entregue el mismo voltaje.
La eficiencia de un transformador es la relación entre la cantidad de energía que entrega el transformador (energía útil) entre la cantidad de energía que se le entrega al transformador (incluyendo las pérdidas) es alta trabajando con valores nominales, los cuales aseguran la máxima transferencia de energía.
La resistencia y la reactancia son mucho mayores a la resistencia y la reactancia por ello podemos despreciarlos de los cálculos de en el ensayo en vacío.
La eficiencia de este transformador es de %; este valor está algo debajo de lo normal (alrededor del 95%) lo que nos lleva a pensar que se producen demasiadas pérdidas en él; además, también debemos tener en cuenta que si se mejora la precisión en las mediciones se podrían mejorar los resultados.
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RECOMENDACIONES
Verificar que los instrumentos estén debidamente calculados.
Medir con mucho cuidado la resistencia pura en los devanados del transformador ya que de lo contrario podríamos cometer errores tales como que la resistencia DC es mayor que la resistencias equivalente (lo cual sería imposible).
Tratar de conseguir un vatímetro digital, debido a que en el analógico la visualización de la medida produce mayores errores.
Debido a que en el ensayo con carga las corrientes en el secundario son valores muy elevados para los reóstatos (produciendo mucho humo y aumento de la temperatura), es recomendable usar dos de ellos en paralelo, así la gran corriente en el secundario se repartiría entre ambos y se podría disponer de un poco más de tiempo para realizar las mediciones.
OBSERVACIONES
Se observa que las resistencias liberan más energía mientras más se aumente el voltaje.
Se observa que ante diferentes voltajes de entrada (en el primario), la relación permanece casi constante. Su ligera variación se debe a las pérdidas que se dan en las impedancias de los devanados.
En la prueba de vacío se observó que se alimentaba por el lado de baja tensión al transformador.
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BIBLIOGRAFÍA
CIRCUITOS MAGNÉTICOS Y TRANSFORMADORES – E. E. Staff del MIT.
MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 – Ing. Darío Biella Bianchi.
http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador
www.alu.us.es/a/amaluqsen/ Transformador es.doc
http://www.tuveras.com/transformador/eltransformador.htm
Apuntes de clase.
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