UNIVERSIDAD NACIONAL |
DE SAN AGUSTÍN TEMA: ENSAYO CON CARGA PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA EN EL TRANSFORMADOR DE POTENCIA MONOF MONOFÁSICO ÁSICO PERTENECE: CHÁVEZ CHÁ VEZ TOTORA, VÍCTOR PAOLO PROFESOR: ING. LUIS CHIRINOS CURSO: LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS I GRUPO: “C” AREQUIPA-PER !"#$
DETERMINAR EL CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR MEDIANTE LOS ENSAYOS DE VACIO Y CORTOCIRCUITO
I.
II.
OBJETIVO: Determinar mediante los ensayos correspondientes, los parámetros del circuito eléctrico equivalente de un transformador monofásico. MARCO TEORICO:
Un transformador es una máquina eléctrica estática que transfiere energía eléctrica de un circuito a otro, transformando, mediante la acción de un campo magnético variable, un sistema de corriente alterna en otro de la misma frecuencia pero de características de tensión e intensidad diferentes. Un transformador monofásico (básicamente está formado por un n!cleo ferromagnético, sobre el que se enrollan dos devanados de material conductor aislado, generalmente con diferente n!mero de espiras. "ntre ambos devanados no e#iste cone#ión eléctrica alguna$ la relación que se da entre dic%os devanados es mediante el flu&o magnético alterno que se establece en el n!cleo ferromagnético com!n a ambos bobinados. Uno de los devanados se conecta a la red de alimentación y se denomina devanado primario (con ' espiras, el otro devanado se conecta al consumo y se denomina devanado secundario (con ') espiras. *as magnitudes eléctricas fundamentales de los transformadores son la tensión e intensidad, tanto en el devanado primario como en el secundario. "n el estudio del transformador se utili+a su circuito eléctrico equivalente, que relaciona entre sí las magnitudes fundamentales del transformador.
*os ensayos en vacío y cortocircuito sirven para determinar los valores de los parámetros del circuito equivalente.
a)
Ensayo de va!o"
"l ensayo consiste en de&ar abierto uno de los devanados mientras se alimenta con la tensión sinusoidal y frecuencia nominal el otro devanado. *o %abitual es alimentar el devanado de menor tensión nominal, con el fin de reducir la tensión del ensayo.
*os datos del transformador obtenidos con el ensayo en vacío son la potencia absorbida en vacío por el transformador, que coincide con las pérdidas en el %ierro, y los parámetros de la rama en paralelo del circuito equivalente apro#imado - y /0e. 1ambién se obtiene la relación de transformación.
#)
Ensayo de o$%o&$'&%o.
2onsiste en cerrar en cortocircuito uno de los devanados, mientras se alimenta a una tensión reducida el otro devanado$ generalmente se alimenta el devanado de mayor tensión nominal, con el fin de no tener que medir intensidades e#cesivamente altas y obtener más fácilmente la tensión reducida de alimentación. *a tensión reducida se obtiene aumentando progresivamente la tensión de alimentación, desde cero %asta que por los devanados circule la corriente nominal. *os aparatos analógicos de medida se construyen para medir corrientes de 34. 2uando la corriente a medir es mayor se puede optar por reali+ar el ensayo con una intensidad menor que la nominal o utili+ar transformadores de intensidad. 5i elegimos una corriente menor que la nominal, para obtener los valores reales de las pérdidas en el cobre y la tensión de cortocircuito$ si usamos un transformador de intensidad, podemos mane&ar una intensidad en su secundario que es un subm!ltiplo de la que circula por su primario$ la relación de transformación en un transformador de intensidad es Ip6Is.
4 la %ora de calcular el circuito equivalente se desprecia la rama en paralelo, ya que la corriente que circula por ella es muy peque7a en comparación con la que recorre el resto del circuito (equivalente.
5i el ensayo en cortocircuito no se reali+a con la intensidad nominal, se calculan la resistencia, reactancia e impedancia del circuito en las condiciones de ensayo y se utili+an, teniendo en cuenta que estos parámetros son fi&os, para calcular la tensión y potencia de cortocircuito, por e#trapolación, aprovec%ando la linealidad que presentan las funciones de que dependen los datos. *a tensión de cortocircuito representa una peque7a parte de la nominal del transformador y es costumbre representarla como un porcenta&e de ella, y puede además e#presarse por separado la tensión debida a la carga ó%mica del transformador y la debida a la reactancia inductiva.
*a corriente de falta es la corriente que circularía por el transformador si se presentara el cortocircuito cuando la alimentación conectada fuera la nominal y se obtiene dividiendo la tensión nominal entre la impedancia de cortocircuito. "stá claro que esta corriente es muy alta y la potencia disipada por ella destruiría el transformador en poco tiempo, por lo que el ensayo se %ace siempre con una tensión muc%o menor. Del ensayo de cortocircuito obtenemos la potencia activa consumida en el transformador (lectura del vatímetro, que coincide con las pérdidas en el cobre, y la tensión de cortocircuito (lectura del voltímetro. 8uesto que conocemos los valores de la potencia activa y de la tensión, calculamos la resistencia (9cc$ ya que conocemos también la corriente, es posible calcular la impedancia y, con ellas, la reactancia (:cc. III"
ELEMENTOS AUTILI(AR: • ; 1ransformador monofásicos de 3;; <4 ));6;< ;multímetro digital • ; 4mperímetro ;=3 4 • • ;
;;< • ; vatímetro monofásico 2onductores eléctricos varios • ; variac monofásico •
IV"
ACTIVIDADES: a 4rmar el siguiente circuito.
b 9egistrar los valores de los instrumentos , cuando la tensión en <) es la nominal (;< Ensayo de va!o o$ e* Lado de #a+a %ens&,n: N V )); =) Datos , V ; = ));V $ I ; = ;.);A A $ P ; = )B.)W a = ( = ( = N ) V ) ((;
referido al lado primario , I ) E =
I ; a
=
;.);A
= ;.(;> A
)
$ P ;
= V ; D I ; cos ϕ ;
ϕ ;
P )B.) = 3C.C)3° −( cos = cos −( ; = )); D ;.);A V ; D I ;
I fe
= I ; cos ϕ ; = E
I u
= I ; sin ϕ ; =E
Z m
=
R fe D X m R fe
9eferido al lado primario Io Vo 1"213 A ));<
+ X m
E
E
;.);A D cos 3C.C)3° = ;.(( A $ R fe
=
;.);A D sin 3C.C)3° = ;.(CB) A
V ; I fe
=
X m
)); ;.((
=
V ; I u
= );;;Ω =
)); ;.(CB)
= ()A).@(A)Ω
= 3C;.(B( + @;).?@A j
-o )B.)F
R.
Ω
);;;
/0
Ω
(0
3C;.(B( + @;).?@A j
).A).@A)
c 4rmar el siguiente circuito
d 9egular el autotransformador variable desde cero voltios %asta conseguir que en ambos arrollamientos circule la corriente nominal del transformador (más o menos 3G < nominal e 9egistrar los valores de los instrumentos para esta corriente nominal. Ensayo de o$%o &$'&%o o$ e* *ado de AT
Ω
Datos , V cc P cc ϕ cc
I cc
= B.> A $ P cc = (B.(W
= V cc D I cc cos ϕ cc P −( (B.( cos = cos −( cc = = 3@.(?° A.B D B.> V cc D I cc
Rcc
=
X cc
=
I 4"5 A
= A.BV $
V cc I cc V cc I cc
cos ϕ cc
=
A .B
sin ϕ cc
=
A .B
V A.B <
B .> B .>
cos 3@.(? = ;.CA)AΩ sin 3@.(? = (.)C?)Ω
- B. F
R
R( X (
= R) E =
= X ) E =
)
X cc
/ Ω
;.CA)A
Rcc
)
= ;.>?(>Ω = ;.A>@(Ω (
Ω
.)C?)
Ω
;.CA)AH&.)C?)
V" CUSTIONARIO:
. 6Q'7 es *a $e*a&,n de %$as.o$0a&,n y o0o 'ede de%e$0&na$se e8e$&0en%a*0en%e9 *a relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la de entrada. *a relación entre la fuer+a electromotri+ inductora ( E, la aplicada al devanado primario y la fuer+a electromotri+ inducida ( Es, la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al n!mero de espiras de los devanados primario ( N y secundario ( Ns , seg!n la ecuación
*a $e*a&,n de %$ans.o$0a&,n 0) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los n!meros de vueltas que tenga cada uno. 5i el n!mero de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario %abrá el triple de tensión.
Dónde ( V es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, ( Vs es la tensión en el devanado secundario o tensión de salida, ( I es la corriente en el devanado primario o corriente de entrada, e ( Is es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida. "sta particularidad se utili+a en la red de transporte de energía eléctrica al poder efectuar el transporte a altas tensiones y peque7as intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto oule y se minimi+a el costo de los conductores. 4sí, si el n!mero de espiras (vueltas del secundario es ;; veces mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de )>;voltios en el primario, se obtienen )>.;;; voltios en el secundario (una relación ;; veces superior, como lo es la relación de espiras. 4 la relación entre el n!mero de vueltas o espiras del primario y las del secundario
se
le
llama relación
de
vueltas del
transformador
o relación
de
transformación. 4%ora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario
"l producto de la diferencia de potencial por la intensidad (potencia debe ser constante, con lo que en el caso del e&emplo, si la intensidad circulante por el primario es de ;amperios, la del secundario será de solo ;, amperios (una c entésima parte.
5e puede determinar e#perimentalmente con los ensayos de vacío y cortocircuito , alimentando al transformador por el lado primario con tensión luego conectamos un voltímetro en paralelo en el lado secundario en de igual manera colocamos un variac en el lado secundario y colocamos un voltímetro en el lado primario tomando los datos
reales luego %acemos al relación indicada anteriormente también se puede %allar colocando una amperímetro en serie para medir la corriente tanto en el lado primario como secundario.
). ;a*eo y *a o$$&en%e de 0a
2onsiste esta prueba en aplicar al primario del transformador la tensión asignada, estando el secundario en circuito abierto. 4l mismo tiempo debe medirse la potencia absorbida 8;, la corriente de vacío I; y la tensión secundaria, de acuerdo con el esquema de cone#iones de la figura.
0ig. "squema eléctrico del ensayo en vacío 2omo quiera que las perdidas 9 I; ) en vacío son despreciables (debidoalpeque7ovalordeI; la potencia absorbida en vacío coincide prácticamente con las perdidas en el %ierro.
2ircuito equivalente en vacío y diagrama fasorial correspondiente De las medidas efectuadas puede obtenerse el factor de potencia en vacío, de acuerdo con la ecuación
8or otra parte, debido al peque7o valor de la caída de tensión primaria, se puede considerar que la magnitud <n coincide prácticamente con ", resultando el diagrama vectorial de vacío de la figura b en el que se %a tomado la tensión primaria como referencia de fases. "n este esquema las dos componentes de I; valen
"s decir, el ensayo de vacío permite determinar las pérdidas del %ierro del transformador y también los parámetros de la rama paralela del circuito equivalente mismo. >. 6C'@* es *a ven%a+a de $ea*&?a$ *a $'e#a de &$'&%o a#&e$%o en e* *ado de #a+o vo*%a+e9 "l ensayo de vacío se reali+a alimentando l devanado primario, ya que pretende obtener el circuito equivalente reducido al primario. "n la práctica real este ensayo se reali+a alimentando el devanado de ba&a tensión. 8orque normalmente su tensión de régimen está comprendida en las escalas de los aparatos de medida empelados. 4demás e#iste menos peligro para el operador al traba&ar con ba&a tensión B. 6o$ '7 se $e.&e$e e+e'%a$ *a $'e#a de o$%o&$'&%o en e* *ado de en a*%o vo*%a+e 9ana*&?a$ o$'e en s&s%e0as de o%en&a es%a $'e#a es &0o$%an%e" "ste ensayo se reali+a en al practica alimentando el transformador por el lado de alta tensión de esta forma la corriente a medir en el primario será de un valor ra+onable. 4l mismo tiempo la tensión de alimentación solo será una peque7a parte de la nominal está dentro de las escalas de medida de los instrumentos 3. D&#'+e e* &$'&%o e'&va*en%e de* %$ans.o$0ado$ ensayado en *a#o$a%o$&o on s's $ese%&vos va*o$es R=R2"/=/2=/0 y R.) 2ircuito reducido al primario
KJ;.>?>H ;.A>@M
9feJ);;; M
K)LJ;.>?>H ;.A>@M
:mJ).A).@A)&M
Donde 9J;.>?>, 9)J;.;@3>)3 :J;.A>@, :)J;.3@C3
VI"
OSERVACIONES Y CONCLUSIONES •
Debemos 0i&arnos en la má#ima corriente de salida que soporta cada instrumento.
• • • • • • •
VII"
"s importante revisar el uso de cables para no provocar accidentes tener en cuenta que los cables por el desgastes pueden producir malas mediciones. "s importante tener en cuenta en la posición de los instrumentos como nos indican para obtener los resultados correctos y no averiar los instrumentos. "l ensayo de vacío se reali+a en ba&a tensión con un apro#imado del 3G del valor nominal. "l ensayo de corto circuito se reali+a con la tensión nominal. 5e %a podido comprobar los valores e#perimentales y anali+ar los ensayos en vacío y en corto circuito del e#perimento satisfactoriamente. Nientras los voltímetros tengan una resistencia más grande sus mediciones son más precisas y los errores son muc%o menores. *a relación de transformación es importante ya que se sabe en cuanto se va a reducir o elevar la tensión aplicada en el primario, así evitamos quemas o alterar el funcionamiento de una carga que se vaya a conectar al transformador, y la polaridad nos permite saber cómo reali+ar la cone#ión entre transformadores y la carga.
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