GUÍA DE LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS ESTÁTICAS (ML – 223) 223) Elaborado por:
Ing. Bernabé Alberto Tarazona Bermúdez Ing. Emilio Asunción Marcelo Barreto 2015
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
Informe final : Este informe será realizado y presentado en forma grupal por los alumnos que participaron participaron en la experiencia. Sus partes serán las siguien siguientes: tes: 1. Carátula 2. Índice 3. Objetivo 4. Fundamento teórico 5. Solución del cuestionario que se plantea en la guía del laboratorio (los resultados en cuadros y/o gráficos detallar la forma de cálculo de alguno de ellos) 6. Conclusiones y recomendaciones (por separado) 7. Bibliografía 8. Hojas de datos tomados en la experiencia
Los informes finales serán entregados en versión física y digital (pdf) una semana después, en la hora de laboratorio. Luego de realizarse las cuatro primeras experiencias, habrá una sustentación oral y/o escrita sobre las cuatro experiencias realizada por el grupo. La nota individual que obtenga cada alumno en la sustentación será incrementada en la nota de las cuatro primeras experiencias. Igualmente luego de realizarse las cuatro últimas experiencias habrá una sustentación oral y/o escrita sobre las últimas cuatro experiencias del laboratorio. La nota individual será incrementada en las notas de las cuatro últimas experiencias. experiencias. Los puntajes asignados en la calificación en las diferentes partes que comprenden las experiencias de laboratorio son: Informe final : 07 Participación en experiencias y evaluación oral : 03 Sustentación oral y/o escrita : 10
Se considera tardanza, el ingreso al laboratorio luego de 15 minutos de la hora programada. La tardanza restará en menos un punto la nota del alumno. alumno. La ausencia del alumno de los primeros 30 minutos de la hora programada será calificada como falta. Los informes que no fueron entregados en su oportunidad subirán una penalidad de menos un punto por cada día transcurrido contados desde la fecha de entrega.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
Informe final : Este informe será realizado y presentado en forma grupal por los alumnos que participaron participaron en la experiencia. Sus partes serán las siguien siguientes: tes: 1. Carátula 2. Índice 3. Objetivo 4. Fundamento teórico 5. Solución del cuestionario que se plantea en la guía del laboratorio (los resultados en cuadros y/o gráficos detallar la forma de cálculo de alguno de ellos) 6. Conclusiones y recomendaciones (por separado) 7. Bibliografía 8. Hojas de datos tomados en la experiencia
Los informes finales serán entregados en versión física y digital (pdf) una semana después, en la hora de laboratorio. Luego de realizarse las cuatro primeras experiencias, habrá una sustentación oral y/o escrita sobre las cuatro experiencias realizada por el grupo. La nota individual que obtenga cada alumno en la sustentación será incrementada en la nota de las cuatro primeras experiencias. Igualmente luego de realizarse las cuatro últimas experiencias habrá una sustentación oral y/o escrita sobre las últimas cuatro experiencias del laboratorio. La nota individual será incrementada en las notas de las cuatro últimas experiencias. experiencias. Los puntajes asignados en la calificación en las diferentes partes que comprenden las experiencias de laboratorio son: Informe final : 07 Participación en experiencias y evaluación oral : 03 Sustentación oral y/o escrita : 10
Se considera tardanza, el ingreso al laboratorio luego de 15 minutos de la hora programada. La tardanza restará en menos un punto la nota del alumno. alumno. La ausencia del alumno de los primeros 30 minutos de la hora programada será calificada como falta. Los informes que no fueron entregados en su oportunidad subirán una penalidad de menos un punto por cada día transcurrido contados desde la fecha de entrega.
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS ESTATICAS ML 223 PROGRAMA DE EXPERIENCIA POR SEMANA
G/S
1
F O
1 R
2
3
4
5
1
2
3
4
6
C IO
2
2 N
3
4
S P
T
U
E S N
G
3 R U
4
1
E
E N
S
R T C E S
P O S
G: GRUPOS
4
1
2
3
5
6
7
8
13
14
15
E
S
S
P
T
T
R
7
8
U
U
C U
5
S
S E
E
E N
N
R T
T
A A
C N
12
P A
2
11
6
E IO
10
M U
C
1
9
A
A
3 4
X
E
D E
8
E
R
M A
7
R IO C IA
7
N
8
5
C IO N E S
E
8
5
6
A
C
6
L S
A N
IO
C IO N
7
S: SEMANA
EXPERIENCIAS 1. 2. 3. 4.
EL REACTOR DE NUCLEO DE HIERRO. EL TRANSFORMADOR MONOFASICO. EL TRANSFORMADOR TRIFÁSICO TIPO SECO BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS EN CONEXIÓN TRIFÁSICA Yy , Dd,
5. TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES EN PARALELO 6. EL AUTOTRANSFORMADOR AUTOTRANSFORMADOR MONOFÁSICO 7. EL TRANSFORMADOR TRIFÁSICO EN ACEITE 8. BANCO DE TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS EN CONEXIÓN TRIFÁSICA Yd , Dy
.
LABORATORIO Nº 01 EL REACTOR DE NÚCLEO DE HIERRO I.
OBJETIVO: Empleando un transformador como reactor con núcleo de hierro, determinar las características de magnetización de determinado material ferromagnético. Observación del lazo de histéresis dinámico y de la forma de onda de la corriente de excitación. Asimismo se presenta un método para efectuar la separación de pérdidas en el núcleo.
II. EQUIPO A UTILIZAR: 1 Transformador de 1 kVA, 127/220 V, 60 Hz. 1 Autotransformador variable (Variac). 1 Resistencia variable de 1 A ( 0-4,5 Ω) 1 Resistencia de 60 kΩ. 1 Condensador de 20 uF 1 Amperímetro de pinza A.C. 1 Multimetro digital 1 Vatímetro digital 1 Osciloscopio digital.
III. PROCEDIMIENTO:
LABORATORIO Nº 01 EL REACTOR DE NÚCLEO DE HIERRO I.
OBJETIVO: Empleando un transformador como reactor con núcleo de hierro, determinar las características de magnetización de determinado material ferromagnético. Observación del lazo de histéresis dinámico y de la forma de onda de la corriente de excitación. Asimismo se presenta un método para efectuar la separación de pérdidas en el núcleo.
II. EQUIPO A UTILIZAR: 1 Transformador de 1 kVA, 127/220 V, 60 Hz. 1 Autotransformador variable (Variac). 1 Resistencia variable de 1 A ( 0-4,5 Ω) 1 Resistencia de 60 kΩ. 1 Condensador de 20 uF 1 Amperímetro de pinza A.C. 1 Multimetro digital 1 Vatímetro digital 1 Osciloscopio digital.
III. PROCEDIMIENTO: 3.1 OBTENCION DE LA CARACTERISTICA: B-H Disponer el circuito siguiente:
A
W V
220 V
Reactor
60 HZ
Fig. 1.1
Antes de energizar el circuito de autotransformador deberá estar en la posición de tensión de salida cero. Después de comprobar la corrección de las conexiones con la presencia del profesor, cerrar el interruptor alimentando el autotransformador y elevar la tensión aplicada hasta un 30% sobre la l a tensión nominal (127 V). Comprobar el adecuado funcionamiento de todos los instrumentos y verificar que el rango de trabajo de cada uno de ellos sea el que conviene. Reducir la tensión de salida del Autotransformador a cero nuevamente elevarla progresivamente progresivamente registrando ahora valores de tensión y corriente, hacer 10 mediciones hasta un 30% sobre la tensión nominal. Medir aproximadamente el área transversal (Am) y la longitud media (Lm) del núcleo ferromagnético del reactor.
3.2 OBSERVACIONES DEL LAZO DE HISTÉRESIS Y FORMA DE ONDA
DE LA CORRIENTE DEL REACTOR: 3.2.1 LAZO DE HISTERESIS: Disponer el circuito siguiente:
Osciloscopio
A
W 20 uF
220 V
0 - 4.5 ohm
V
60 HZ
60 k
Fig. 1.2
Reactor
Variar la tensión de salida del autotransformador a 22, 55, 110 y 143% de a tensión nominal y observar como variar la forma de la figura sobre la pantalla del oscilocopio. Hacer un bosquejo aproximado de esta figura para cada caso.
3.2.2 CORRIENTE DEL REACTOR En el circuito anterior visualizar la señal aplicada a la sonda 2 variando la tensión desde 0 hasta a 130 % de la tensión nominal del reactor (127V) considerar 10 puntos. Asímismo, tomar las lecturas de los instrumentos conectados.
3.3 SEPARACION DE PÉRDIDAS Esta parte de la experiencia será solo teórica, porque no se dispone del alternador sincrónico. En el circuito mostrado en la figura 1.3, utilizando como fuente de alimentación un alternador sincrónico de tensión y frecuencia fácilmente controlable.
A F
VyF
W
V
Variables
Fig. 1.3
Reactor
Suministrar la tensión y tomar las lecturas indicadas por los instrumentos para las cuatro situaciones regulando la tensión y frecuencia de alimentación de tal manera que para las condiciones 1, 2, 3 y 4 se verifique: p1 k h f 1 1 k e f 12 12 p1
k h f 2 2
k e f 22 22
p1
k h f 3 3
k e f 32 32
Las cuales, al resolverse como ecuaciones simultáneas, proporcionan los siguientes resultados (donde a = f2/f1) log [
22 ( P 2 a 2 P 3 ) ( P 2 a 2 P 3 ) 12 a (a 1) P 1 22
]
2 1
log k h
k e
P 2
a 2 P 3
f 2 (1 a ) 2
P 2 a P 3
f 22 22 a
a
1
4. CUESTIONARIO 4.1.-La relación de los valores tomados en las experiencias efectuadas 4.2.-Trazar las características B vs H y U vs H y asimismo graficar W vs V explicar sus tendencias y que significado tiene cada una de ellas. 4.3.-Graficar la pérdidas especificas en el fierro en (vatios 7Kg) a 60Hz, como una función de la inducción máximas expresadas en Tesla. Explicar la tendencia. 4.4.- ¿Qué es el circuito equivalente en una maquina eléctrica? ¿En que le es equivalente?
4.5.-Elaborar el circuito equivalente del reactor para su tensión nominal. 4.6.-Explicar el principio de funcionamiento del circuito para la observación del lazo de histéresis. 4.7.-¿Qué función desempeña el condensador de 20 F y la resistencia de 60K ? 4.8.-Graficar con la frecuencia como abscisa los puntos P/f en donde P es la perdida total en vacío, A partir de este gráfico determinar las pérdidas totales por corrientes parasitas y por histéresis en el hierro del núcleo para a tensión nominal y 60Hz. 4.9.-Dar 5 conclusiones a la experiencia y plantear algunas recomendaciones.
Nota: Para la elaboración del Informe estimar el N° de vueltas probable del reactor
LABORATORIO Nº 02 EL TRANSFORMADOR MONOFASICO I. OBJETIVO Determinación de los parámetros del circuito equivalente de un transformador monofásico para operación a frecuencia y tensión nominales. Pronostico del comportamiento del transformador bajo carga, utilizando el circuito equivalente. Determinación de las características de regulación.
II. EQUIPOS A UTILIZAR
1 Transformador monofásico de 3 KVA, 220/110V 1 Fuente DC 1 Resistor de 250 ohms-1 A. 1 Auto transformador variable (Variac). 1 Multímetro digital. 1 Vatímetro digital. 1 Amperímetro de pinza. 1 Banco de Resistencias. 2 Condensadores de diferente capacitancia. 1 Motor eléctrico monofásico de 220V/110 V.
II. PROCEDIMIENTO
Verificar las características físicas del transformador trifásico, sus datos de placa e identificar sus partes principales. Medir con el multímetro y anotar las resistencias de los bobinados de los lados de alta y baja del trasformador, asimismo anotar la temperatura ambiente. Medir y anotar las resistencias de aislamiento: AT-BT, AT-Masa, BT-Masa.
3.1 OBTENCION DE RESISTENCIAS EN D.C. Este ensayo debe ser el primero en realizarse, y para efectuarlo el transformador debe de haber estado desconectado de la red lo suficiente para garantizar que el bobinado se encuentre a la temperatura ambiente y desenergizado (al menos 4 horas). Se utiliza el método de la caída de potencial acorde a la norma IEC-60076. Para llevarlo a cabo es necesario enseriar una resistencia a dos terminales cualesquiera del transformador, y alimentar esta conexión con una fuente de tensión continua. Se debe tomar en cuenta la conexión de las bobinas tanto en el primario como en el secundario para obtener el valor resistivo de cada una.
El valor de la resistencia en serie es de gran importancia, ya que permite estabilizar más rápido el transitorio del circuito R-L formado, de manera que los instrumentos usados no se dañen. Corregir los valores de las resistencias medidas a la temperatura de 75°C.
3.2 ENSAYO EN LA RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Conectar el autotransformador (Variac) al lado de baja tensión del transformador luego regular el voltaje de salida del autotransformador empezando de 220 y disminuyendo cada 10 voltios hasta 180 voltios, anotar el voltaje en el lado de alta tensión del transformador. 3.3 ENSAYO EN VACIO Utilizar el circuito de la figura 2.1
A 220V 60Hz
F
W V
V
110/220V FIGURA 2.1
Ajustando el auto transformador, variar la tensión hasta que el voltímetro indique el valor nominal (220) voltios. Mediante el mismo proceso, reducir la tensión desde 110% de la tensión nominal hasta cero voltios y registrar 10 lecturas de corriente, tensión y potencia.
3.4 E NSAYO EN CORTOCIRCUI TO: Utilizar el esquema circuital de la figura 2.2 A 220 V 60 HZ
F
W
V
A
220/110
Fig. 2.2
A partir de cero voltios aumentar gradualmente la tensión hasta lograr la corriente nominal en el lado de 220 v. Registrar las lecturas de tensión, corrientes y las pérdidas en carga dada por el vatímetro en condiciones de corrientes nominales. Cambiar la corriente del lado de 220 voltios en etapas desde 110% hasta 70% de la corriente nominal y registrar las lecturas de los instrumentos.
3.5 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 5 valores de corriente en el secundario en un rango del 20% al 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. Repetir los pasos anteriores conectando en paralelo un motor eléctrico de 110 voltios. Repetir los pasos anteriores conectando en paralelo un motor eléctrico de 110 voltios con un condensador.
IV CUESTIONARIO: 1. A qué se debe la diferencia entre los resultados obtenidos al medir las resistencias de los arrollamientos con el multímetro y con el método empleado? ¿Cuál es más confiable y por qué? 2. De la prueba de relación de transformación, graficar la relación de transformación vs Voltaje de entrada y explicar los resultados. 3. Tabular las resistencias medidas a los arrollamientos de las bobinas (lados de alta y de baja) y determinar las resistencias promedios (lados de alta y de baja), asimismo, determinar dichas resistencias referidos a la temperatura de 75° ¿Para los cálculos, cuál de las resistencias se utiliza?
4. Del ensayo de vacío trazar las curvas de factor de potencia Cos θ o (%), potencia consumida P o (W) y corriente en vacío I o (A) como funciones de la tensión de alimentación, asimismo graficar la curva relación de transformación. 5. Del ensayo de cortocircuito graficar a partir de las lecturas la potencia consumida P cc (W), la tensión de impedancia V cc (V) y el factor de potencia de cortocircuito Cos θ cc (%) como funciones de la corriente de cortocircuito Icc (A). 6. Utilizando los datos de las dos primeras pruebas hallar el circuito equivalente exacto del transformador para condiciones nominales. 7. Con el circuito equivalente aproximado trazar el diagrama circular del transformador, es decir, V a vs Ia. 8. Con los datos del ensayo con carga a factor de potencia 1, graficar la curva Va vs Ia, y compararlo con el gráfico encontrado en 4.5 Explicar las diferencias. 9. Para las diversas cargas determinar la caída de tensión interna μ en % según la expresión: (%)
V O 2
V 2
V O 2
x100
10. Calcular la regulación de tensión para carga nominal con Cos φ = 0.8 capacitivo. Asimismo calcular la eficiencia del transformador para estas condiciones:
V AN I AN Cos V 2 N I 2 N Cos P O
P L
(75º C )
11. Comparar las pérdidas en el cobre (I 1N)2 R T (W) con las pérdidas de carga P L (75ºC) dada por la expresión: P L ( 75ºC )
I 1 N
2
R1
(235 75) (235 t )
( P CC (t ) I 1 N
2
R1 )
(235 t ) (235 75)
Donde:I1N: Corriente nominal en el primario R t: resistencia equivalente en el arrollamiento primario a tºC = R 1t +a2 R 2t 12. Comparar los valores obtenidos con los valores indicados en el protocolo de Pruebas del transformador, indicar % de error y explicar las posibles causas de la diferencia. 13. Para el ensayo con carga y tomando como referencia los voltajes suministrados por la red, las corrientes medidas por el amperímetro y el circuito equivalente aproximado del transformador, plantear y resolver el circuito respectivo. Determinar las potencias consumidas por cada carga y su respectivo factor de potencia. Comparar, los resultados obtenidos al resolver el circuito, con los medidos por los respectivos instrumentos (vatímetro y cosfímetro), indicar % de error y las posibles causas de los mismos.
LABORATORIO Nº 03 EL TRANSFORMADOR TRIFÁSICO TIPO SECO I . Objetivos
Realizar el ensayo de vacío y de cortocircuito en el transformador trifásico (3Ø) para determinar los parámetros del circuito equivalente del transformador. Determinar las pérdidas en el hierro y en el cobre, que ocurren en el transformador. Hallar el rendimiento del transformador. Familiarización con el transformador trifásico, relacionado a las formas de conexión posibles y diferencias entre ellas. Identificación de bornes homólogos (igual polaridad relativa). Pronosticar el comportamiento del transformador trifásico bajo carga, utilizando el circuito equivalente. Determinación de las características de regulación.
I I . Equi pos a Util izar
1 Transformador trifásico de 5 KVA; 220/380V 1 Fuente DC y 1 Resistor de 250 ohms-1A 1 Autotransformador trifásico (Variac) de 5 KVA 1 Multímetro digital 1 Vatímetro trifásico (Analizador de Calidad). 1 Amperímetro de pinza. 1 Banco de Resistencias (Focos incandescentes). 3 Condensadores de 20 microfaradios 1 Motor trifásico de 380 V 1 Motor monofásico
I I I .Procedimiento
Verificar las características físicas del transformador trifásico, sus datos de placa e identificar sus partes principales. Medir con el multímetro y anotar las resistencias de los bobinados de los lados de alta y baja del trasformador, asimismo anotar la temperatura ambiente. Medir y anotar las resistencias de aislamiento: AT-BT, AT-Masa, BTMasa.
a) M edici ón de resistencia elé ctr ica en l os ar rollami entos
Este ensayo debe ser el primero en realizarse, y para efectuarlo el transformador debe de haber estado desconectado de la red lo suficiente para garantizar que el bobinado se encuentre a la temperatura ambiente y des energizado (al menos 4 horas). Se utiliza el método de la caída de potencial acorde a la norma IEC-60076. Para llevarlo a cabo es necesario enseriar una resistencia a dos terminales cualesquiera del transformador, y alimentar esta conexión con una fuente de tensión continua. Se debe tomar en cuenta la conexión de las bobinas tanto en el primario como en el secundario para obtener el valor resistivo de cada una.
El valor de la resistencia en serie es de gran importancia, ya que permite estabilizar más rápido el transitorio del circuito R-L formado, de manera que los instrumentos usados no se dañen. Corregir los valores de las resistencias medidas a la temperatura de 75°C.
b) Prueba de Relación de Tran sfor mación
Conectar el autotransformador (Variac) al lado de baja tensión del transformador luego regular el voltaje de salida del autotransformador empezando de 220 y disminuyendo cada 10 voltios hasta 190 voltios, anotar el voltaje en el lado de alta tensión del transformador. c) Pr ueba de Vacío
Armar el circuito que se muestra en la figura, conectar el lado de baja (220 V) al autotransformador (Variac), el que a su vez debe estar alimentado con la energía de la red y dejar abierto los bornes del lado de alta (380 voltios). Luego, insertar en el lado de baja tensión (220 V) un vatímetro trifásico el cual nos dará directamente las pérdidas totales en el fierro ( PFe), para medir las corrientes en cada fase usar la pinza amperimétrica y para medir los voltajes usar el multímetro digital. Si utiliza el analizador de calidad conectarlo tal como se muestra en la siguiente figura, y anotar la lectura de potencia, factor de potencia, corrientes y voltajes.
V a r a i c .
ANALIZADOR DE CALIDAD
Una vez armado el circuito de acuerdo a las indicaciones dadas en el párrafo anterior, se debe graduar el voltaje de salida del autotransformador de manera que se obtengan en el lado de baja (220 V), 5 voltajes en un rango del 75% y 100% del voltaje nominal (medida por el multímetro), para cada caso anotar la lectura de todos los instrumentos.
d) Prueba de Cortocircuito Previamente se deben de calcular las corrientes nominales de alta y baja tensión del transformador trifásico. Con el circuito desenergizado, armar el circuito que se muestra en la figura, conectar el lado de baja (220 V) al autotransformador (Variac), el que a su vez debe estar alimentado con la energía de la red y dejar cortocircuitado los bornes del lado de alta (380 voltios). Luego, insertar en el lado de baja tensión (220 V) un vatímetro trifásico el cual nos dará directamente las pérdidas totales en el cobre (Pcu), para medir las corrientes en cada fase usar la pinza amperimétrica y para medir los voltajes usar el multímetro digital. Si utiliza el analizador de calidad conectarlo tal como se muestra en la siguiente figura, y anotar la lectura de potencia, factor de potencia, corrientes y voltajes.
V a ri a c .
ANALIZADOR DE CALIDAD
Una vez armado el circuito de acuerdo a las indicaciones dadas en el párrafo anterior, hay que aplicar al lado de baja (220 V) una tensión reducida (empezar de 0 voltios), graduando el voltaje de salida del autotransformador (Variac), de manera de obtener en dicho lado la corriente nominal, luego, anotar la lectura de los instrumentos. Regular el voltaje de salida del Variac (empezar de 0 voltios) a fin de obtener 5 diferentes valores de corriente en un rango del 75 al 110% de la corriente nominal (medida por el amperímetro de pinza), para cada caso anotar la lectura de los instrumentos.
e) Prueba con Carga: Retirar el Variac, luego, conectar directamente a la red el lado de baja del transformador (lado 220 V) y a la carga el lado de alta del transformador (lado 380 V), finalmente, insertar el vatímetro en el lado de alta (380 V) mostrado esquemáticamente en la figura siguiente. La carga eléctrica a conectar en el lado de alta tensión del transformador será: Resistencias ó focos incandescentes iguales conectadas en delta y/o en estrella. Condensadores iguales conectados en delta y/o en estrella. 01 motor eléctrico trifásico de 380 voltios. Nota: Tomar en cuenta que los focos incandescentes trabajan a 220 voltios, por lo tanto el circuito debe adecuarse de tal manera de asegurar estos 220 Voltios ¿Qué cambios haría?. Asimismo, en el caso de utilizar el neutro del transformador, deberá utilizar el neutro del vatímetro digital.
R e d
C a rg
2 2
a 0 V
ANALIZADOR DE CALIDAD
-
Se deben conectar las resistencias ó los focos incandescentes para obtener 4 diferentes % de la intensidad nominal secundaria, es decir, con diferentes índices de carga a fin de evaluar posteriormente bajo que índice presenta una mayor eficiencia. Para cada caso medir potencia, factor de potencia consumida por la carga, asimismo, medir las corrientes y voltajes de línea y de fase en el primario y secundario.
-
Armar una carga trifásica desbalanceada que contenga focos incandescentes, condensadores y 01 motor eléctrico, luego, medir potencia, factor de potencia consumida por la carga, asimismo, medir las corrientes y voltajes de línea y de fase en el primario y secundario.
I V. Cuestionario
Medición de Resistencia, Pruebas de vacío y cortocircuito: 1. A qué se debe la diferencia entre los resultados obtenidos al medir las resistencias de los arrollamientos con el multímetro y con el método empleado? ¿Cuál es más confiable y por qué? 2. De la prueba de relación de transformación, graficar la relación de transformación vs Voltaje de entrada y explicar los resultados. 3. Tabular las resistencias medidas a los arrollamientos de las bobinas (lados de alta y de baja) y determinar las resistencias promedios (lados de alta y de baja), asimismo, determinar dichas resistencias referidos a la temperatura de 75° ¿Para los cálculos, cuál de las resistencias se utiliza?
4. Realizar el esquema de conexiones para realizar la prueba de Circuito Abierto en un transformador, que condiciones son validas para realizar la prueba de vacío. 5. Realizar el esquema de conexiones para realizar la prueba de Cortocircuito en un transformador, que condiciones son validas para realizar la prueba de Cortocircuito. 6. Determinar los parámetros que representan el transformador real, las pérdidas en el mismo y la eficiencia del transformador trifásico. 7. Del ensayo de vacío trazar las curvas del factor de potencia Co s θ (%); Potencia consumida P0 (W) y corriente en vacío I 0 (A) en función de la tensión de alimentación. 8. Del ensayo de cortocircuito graficar a partir de las lecturas la potencia consumida P CC (W), la tensión de la impedancia V CC (V) como funciones de la corriente de cortocircuito ICC (A) 9. Calcular la regulación de tensión para una carga nominal con Cos θ = 0.91 inductivo. Asímismo calcular la eficiencia del transformador para estas condiciones:
10. Comparar los valores obtenidos con los valores indicados en el protocolo de Pruebas del transformador, indicar % de error y explicar las posibles causas de la diferencia.
Ensayo con carga: 1) Elaborar una síntesis de los pasos realizados para la implementar la conexión trifásica requerida (Dy5). 2) Con los datos del ensayo con carga a factor de potencia 1, graficar la curva V vs I. 3) Para las diversas cargas resistivas dispuestas, construir el circuito monofásico equivalente y determinar: La regulación de tensión
4) La eficiencia del transformador para estas condiciones:
5) Comparar las pérdidas en el cobre (75°C) dada por la expresión:
con las pérdidas de carga
Donde:
6) Grafique la curva índice de carga vs. Rendimiento. ¿Qué puede notar?, Sustente su repuesta y desarrolle la expresión analítica adecuada. 7) ¿Qué particularidades tiene la conexión usada? 8) Elabore un diagrama fasorial total, tomando en cuenta los desfasajes entre fases originados por el tipo de conexión usada. 9) Para las condiciones de la carga usada y en base a su análisis anterior, diga usted si sería favorable usar otro tipo de conexión, de ser así indique cual sería y que ventajas y desventajas obtendría respecto al caso ensayado. 10) Haga un estudio teórico empleando el circuito equivalente exacto (con la rama de excitación), indicar los porcentajes de variación. ¿Es viable despreciar dicha rama en la práctica? 11) Tomando como referencia los voltajes suministrados por la red, las corrientes medidas por el amperímetro y el circuito equivalente aproximado del transformador, plantear y resolver el circuito respectivo. Determinar las potencias consumidas por cada carga y su respectivo factor de potencia. Comparar, los resultados obtenidos al resolver el circuito, con los medidos por los respectivos instrumentos (vatímetro y cosfímetro), indicar % de error y las posibles causas de los mismos.
LABORATORIO Nº 04 BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS EN CONEXIÓN TRIFÁSICA: Yy, Dd I.
OBJETIVOS
II.
MATERIALES Y EQUIPO NECESARIO
III.
Analizar y evaluar el comportamiento en forma experimental de las conexiones tipo Yy y Dd de dos bancos trifasicos. Realizar el ensayo de cortocircuito y de circuito abierto de un banco trifasico y calcular el valor de sus parametros respectivamente. Determinar el circuito equivalente y verificar el reparto de carga trifásica.
3 transformadores monofásicos de 1 KVA, 220/127 2 Multímetros Digitales. 1 Vatímetro monofásico 1 Vatímetro trifásico (Analizador de Calidad). 1 Autotransformador (Variac) trifásico 1 Autotransformador (Variac) monofásico 3 Resistencias variables ó Focos incandescentes 3 Condensadores de 20 µF. 1 Motor eléctrico trifásico 220 V.
PROCEDIMIENTO 1. Verificar el funcionamiento correcto de los instrumentos de medida antes de realizar los ensayos 2. Medicion de resistencias en corriente continua : Con la ayuda del multimetro medir las resistencias en corriente continua de cada arrollamiento de los transformadores a la temperatura de ambiente. 3. Verificar que la relación de transformación de cada transformador monofásico sean del mismo valor. 4. Realizar la prueba de cortocircuito de cada transformador monofásico. 5. Conectar los circuitos de acuerdo con las figura y determinar las polaridades y relación de transformación de c/u de los transformadores monofásicos de acuerdo con el método de los 3 voltímetros y utilizando las siguientes ecuaciones:
FIGURA 1 a = V1 / V2 Si: V12 = V1 + V2 la polaridad es aditiva Si: V12 = V1 - V2 la polaridad es sustractiva Transformador V1 V2 V3 a = relación de Polaridad Observaciones o Serie N voltios voltios voltios transformación
6. Realizar la conexión mostrada en la figura 2 para formar un banco trifasico en conexión Dd0 luego medir en la salida las tensiones en cada fase del sistema y comprobar con la parte teorica.
U
u
V
v
W
w
ACOPLAMIENTO FIGURA N°2
7. Implementar el circuito de la figura 3, donde el banco de transformadores monofásicos está en conexión trifásica Dd0, conectar el lado de baja tensión (110 V) al Variac y el lado da alta tensión (220 V) a la carga eléctrica trifásica, insertar el vatímetro trifásico en el lado de alta tensión (220 V), finalmente regular el variac a un voltaje de 110 voltios y realizar las pruebas, la carga trifásica estará formada por: Caso 01: 03 Lamparas incandescentes conectadas en delta y/o en estrella. Caso 02: 01 Motor eléctrico trifásico 220 V. Caso 03: Conexión en paralelo de las cargas del caso 01 y caso 02. Realizar las mediciones de potencia, factor de potencia, y todas las corrientes y voltajes tanto de línea como de fase.
V a r a i c .
C a g r a
ANALIZADOR DE CALIDAD
FIGURA 3 8. Repetir solamente el caso 03, pero ahora deberá conectar los transformadores monofásicos en:
Conexión trifásica D-d invirtiendo polaridad del secundario de manera que los voltajes del primario y secundario estén desfasados 180° (Conexión Dd6).
Conexión trifásica en delta abierto ó conexión V.
Conexión trifásica Y-y (Figura 4) de manera que los voltajes del primario y secundario estén en fase (Conexión Yy0).
Conexión trifásica Y-y invirtiendo polaridad del secundario de manera que los voltajes del primario y secundario estén desfasados 180° (Conexión Yy6)
U
u
V
v
W
w
ACOPLAMIENTO FIGURA N°4
IV.
CUESTIONARIO 1. Presentar en forma tabulada, todas las lecturas de los instrumentos obtenidas en los ensayos realizados, asimismo, determinar el circuito equivalente aproximado de cada transformador, también indicar la forma como se determinó la polaridad de cada transformador. 2. ¿Qué tipos de conexiones trifásicas de transformadores monofásicos existen? ¿para qué sirven? 3. ¿Se pueden obtener diferentes relaciones de transformación con un transformador trifásico? ¿Y con un monofásico? Explícalo. 4. ¿Qué requisitos deben cumplir los transformadores monofásicos para formar la conexión trifásica? 5. Si formamos un transformador trifásico a partir de tres transformadores monofásicos iguales y lo alimentamos con un sistema trifásico equilibrado de secuencia directa, ¿obtendremos a la salida siempre un sistema equilibrado de tensiones de secuencia directa?. 6. Indique las ventajas y desventajas de los bancos monofásicos en conexión trifásica respecto a los transformadores trifásicos.
7. ¿En qué casos es conveniente usar la conexión Yy y Dd? 8. ¿Qué diferencias relevantes se encontraron al trabajar con la conexión Yy0 y Yy6? 9. ¿Qué diferencias relevantes se encontraron al trabajar con la conexión Dd0 y Dd6? 10. Enumera algunas de las normas de seguridad a tener en cuenta en los ensayos de transformadores. 11. En qué casos se utiliza la conexión Delta abierto? 12. Para las pruebas con carga y tomando como referencia los voltajes suministrados por la red, las corrientes medidas por el amperímetro y el circuito equivalente aproximado de cada transformador, plantear y resolver el circuito respectivo. Determinar las potencias consumidas por cada carga y su respectivo factor de potencia. Comparar los resultados obtenidos al resolver el circuito con los medidos por los respectivos instrumentos (vatímetro y cosfímetro), indicar % de error y las posibles causas de los mismos.
LABORATORIO Nº 05 PARTE A: TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN PARALELO 1. OBJETIVOS: Verificar el reparto de carga en dos transformadores de distinta tensión de cortocircuito funcionando en paralelo.
2. EQUIPOS A UTILIZARSE:
2 Transformadores monofásicos de 1 KVA; 220/110 V 1 Transformador monofásico de 3 KVA; 220/110 V 1 Autotransformador variable (Variac); 220 V; 0-20 A 1 Multímetro digital 1 Amperímetro de pinza 1 Vatímetro monofásico 1 Banco de Focos Incandescentes de 1000 Watts 1 Motor Eléctrico de 220 voltios
3. PROCEDIMIENTO: 3.1.- Verificación de la polaridad de los transformadores .
FIGURA 1 Conectar los circuitos de acuerdo con las figura 1 y determinar las polaridades y relación de transformación de c/u de los transformadores monofásicos de acuerdo con el método de los 3 voltímetros y utilizando las siguientes ecuaciones: a = V1 / V2 V12 = V1 + V2 la polaridad es aditiva V12 = V1 - V2 la polaridad es sustractiva
Transformador V1 V2 V3 a = relación de Polaridad Observaciones o Serie N voltios voltios voltios transformación
3.2.- Regular el autotransformador (Variac) empezando de 0 voltios y aumentando gradualmente hasta obtener la tensión, corriente y potencia de cortocircuito de cada transformador conforme se muestra en la figura 2.
3.3.- Regular el autotransformador a un voltaje de 110 voltios y conectar los 2 transformadores monofásicos en paralelo de acuerdo con la figura 3, tomando en cuenta la polaridad de c/u de ellos, se realizarán las pruebas para los siguientes casos: Conexión I : 02 transformadores de 1 KVA Conexión II: 02 Transformadores: de 1 KVA y de 3 KVA Medir la corriente suministrada por cada transformador y la corriente consumida por la carga, para cada conexión la carga estará compuesta por: Caso I: 01 banco de focos incandescentes de 1000 watts Caso II: 01 Motor Eléctrico de 220 V Caso III: Banco monofásico + Motor
110V
L2
L1
T1
A A
CARGA
220/110
A
T2 L1
L2
220 V
220/110
FIG 3
4. CUESTIONARIO 4.1.- ¿Qué condiciones se deben cumplir para conectar dos ó más transformadores monofásicos en paralelo? 4.2.- ¿Cuál será el reparto de carga si los transformadores tienen además su relación de transformación distinta? 4.3.- ¿Se mantendrá el equilibrio entre las corrientes si se modifica el factor de potencia de la carga?. Aplicar el caso de una carga a f.d.p. 0.8 inductivo. 4.4.- ¿Cuál es el factor de potencia del transformador 1 con respecto al secundario si el f.d.p. de la carga es 0.85? 4.5.- ¿Qué sucedería si los transformadores se conectan en paralelo con la polaridad opuesta? 4.6.- ¿Cómo es el reparto de carga en cada transformador? Elaborar un cuadro con los resultados obtenidos en cada conexión y compararlo con los resultados teóricos, indicando % de error. ¿Con que aproximación se verificó el cálculo teórico del reparto de la carga? Explicar las discrepancias. 5.- CONCLUSIONES
PARTE B TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS EN PARALELO I. OBJETIVO: Verificar el reparto de carga en dos transformadores trifásicos funcionando en paralelo.
II. EQUIPOS A UTILIZARSE:
2 transformadores trifásicos secos de 5KVA; 220/380 V 1 Autotransformador trifásico 1 Vatímetro trifásico 1 multímetro digital 1 Amperímetro de pinza 1 Banco de focos incandescentes 1 Motor de 380 v
III. PROCEDIMIENTO Conectar el circuito de la figura 3
L1 L2
L3
L1 L2
L3
Dyn5 A
A
Dyn5 A
220 V
380 V
Conectar los 2 transformadores trifásicos en paralelo de acuerdo con la figura 3 teniendo en consideración la polaridad de c/u de ellos, medir la corriente suministrada por cada transformador y la corriente consumida por la carga, esta carga estará compuesta por: Caso I: 01 banco de focos trifásico balanceado. Caso II: 01 banco de focos trifásico desbalanceado Caso III: 01 Motor Eléctrico de 380 V Caso IV: Banco trifásico + Motor
Nota: Utilizar los parámetros de cortocircuito determinados en el laboratorio N° 3.
IV.- CUESTIONARIO 4.1.- ¿Qué condiciones se deben cumplir para conectar dos ó más transformadores trifásicos en paralelo? 4.2 ¿Qué diferencias existen entre la conexión en paralelo de transformadores monofásicos con respecto a los transformadores trifásicos? 4.3. ¿Cómo es el reparto de carga en cada transformador trifásico?. Elaborar un cuadro con los resultados obtenidos y compararlo con los resultados teóricos, indicando % de error. ¿Con que aproximación se verificó el cálculo teórico del reparto de la carga? Explicar las discrepancias. 4,5 Tomando como referencia los voltajes suministrados por la red, las corrientes medidas por el amperímetro y el circuito equivalente aproximado de cada transformador, plantear y resolver el circuito respectivo. Determinar las potencias consumidas por cada carga y su respectivo factor de potencia. Comparar los resultados obtenidos al resolver el circuito con los medidos por los respectivos instrumentos (vatímetro y cosfímetro), indicar % de error y las posibles causas de los mismos.
V.- CONCLUSIONES
LABORATORIO N° 06 EL AUTOTRANSFORMADOR MONOFÁSICO
I . Objetivos
Realizar la prueba de vacío y de cortocircuito en el Autotransformador monofásico (1Ø) para determinar los parámetros del circuito equivalente del autotransformador. Determinar las pérdidas en el hierro y en el cobre, que ocurren en el autotransformador. Hallar el rendimiento del autotransformador. Pronosticar el comportamiento del autotransformador monofásico bajo carga, utilizando el circuito equivalente. Determinación de las características de regulación.
I I . Equi pos a Uti li zar:
2 Autotransformadores variables con capacidad de 2KVA c/u. 1 Vatímetro monofásico. 1 Bobina L=112.86 m Hr; ri=13.2 Ω; A=3.5 Amp. 1 Condensador de 20µF. 1 Elemento resistivo (Foco de 300 watts). 1 Multímetro digital. 1 Juego de cables para Conexión. 1 Amperímetro de Pinza de 40 Amp.
I I I .Procedimiento
Verificar las características físicas del autotransformador monofásico, anotar sus datos de placa e identificar sus partes principales, anotar Temperatura ambiente. Medir y anotar las resistencias de los bobinados de los lados de alta y baja del autotransformador. Medir y anotar las resistencias de aislamiento: AT-BT, AT-Masa, BT-Masa. Conectar los bornes de entrada del Autotransformador N° 2 (El que se va a analizar) a la red de 220 voltios y regular su tensión de salida a un voltaje de 150 voltios. Conectar los bornes de entrada del autotransformador N° 2 a la red de 220 voltios y dejando abiertos los bornes de salida del autotransformador 2, tomar la lectura de los instrumentos de medición: tensión, corriente y potencia.
220 V
VARIAC.
Monofasico
N° 1
AUTO TRASFORMADOR MONOFASICO
U
N° 2
I T LN
VATÍMETRO DIGITAL
MONOFÁSICO
Conectar el Autotransformador N° 1 a la red de 220 voltios y regular su tensión de salida a 220 voltios, luego conectarlo a los bornes de entrada del autotransformador N° 2 Conectar el vatímetro digital entre los bornes de salida del Autotransformador N° 1 y los bornes de entrada del autotransformador N° 2, luego cortocircuitando los bornes de salida del autotransformador N° 2, regular el voltaje de salida del autotransformador N° 1, de manera que circule la corriente nominal en el primario del autotransformador N° 2, tomar la lectura de los instrumentos de medición: tensión, corriente y potencia. Sin modificar nada en el Autotransformador N° 2, realizar la prueba de carga, para esto instalamos el vatímetro a la salida del Autotransformador (El que se analiza), y a la salida de este conectamos primero la carga resistiva (foco), segundo la carga capacitiva (condensador) y por último la carga inductiva, para cada carga tomar las lecturas de los instrumentos de medición: tensión, corriente y potencia. Repetir los pasos anteriores cuando a la salida del Autotransformador N° 2 sea 110 voltios y después cuando sea 50 voltios.
IV CUESTIONARIO: 4.1 La relación de los valores tomados en las experiencias efectuadas. 4.2 Del ensayo de vacío trazar las curvas de factor de potencia Cos θ o (%),
potencia consumida P o (W) y corriente en vacío I o (A) como funciones de la tensión de alimentación, asimismo graficar la curva relación de transformación. 4.3 Del ensayo de cortocircuito graficar a partir de las lecturas la potencia consumida Pcc (W), la tensión de impedancia V cc (V) y el factor de potencia de cortocircuito Cos θ cc (%) como funciones de la corriente de cortocircuito Icc (A). 4.4 Utilizando los datos de las dos primeras pruebas hallar el circuito equivalente exacto del autotransformador para condiciones nominales. 4.5 Con el circuito equivalente aproximado trazar el diagrama circular del autotransformador, es decir, V a vs Ia.
4.6 Con los datos del ensayo con carga a factor de potencia 1, graficar la curva Va vs Ia, y compararlo con el gráfico encontrado en 4.5 Explicar las diferencias. 4.7 Para las diversas cargas determinar la caída de tensión i nterna μ en % según la expresión: (%)
V O 2
V 2
V O 2
x100
4.8 Calcular la regulación de tensión para carga nominal con Cos φ = 0.8
capacitivo. Asimismo calcular la eficiencia del autotransformador para estas condiciones:
V AN I AN Cos V 2 N I 2 N Cos P O
P L
(75º C )
4.9 Comparar las pérdidas en el cobre (I 1N)2 R T(W) con las pérdidas de carga P L (75ºC) dada por la expresión: P L ( 75ºC )
I 1 N
2
R1
(235 75) (235 t )
( P CC (t ) I 1 N
2
R1 )
(235 t ) (235 75)
Donde: I1N: Corriente nominal en el primario R t: Resistencia equivalente en el arrollamiento primario a tºC = R 1t +a2 R 2t
LABORATORIO N° 07 TRANSFORMADOR TRIFÁSICO EN ACEITE
I . Objetivos
Realizar la prueba de vacío y de cortocircuito en el transformador trifásico (3Ø) en aceite para determinar los parámetros del circuito equivalente del transformador. Determinar las pérdidas en el hierro y en el cobre, que ocurren en el transformador. Hallar el rendimiento del transformador. Familiarización con el transformador trifásico refrigerado con aceite, relacionado a las formas de conexión posibles y diferencias entre ellas. Identificación de bornes homólogos (igual polaridad relativa). Pronosticar el comportamiento del transformador trifásico bajo carga, utilizando el circuito equivalente. Determinación de las características de regulación.
I I . Equi pos a Uti li zar:
1 Transformador trifásico Dy5; de 5 KVA, 460/220V. 1 Fuente DC y 1 resistor de 250 Ohms. 1 Autotransformador trifásico (Variac). 1 Multímetro digital. 1 Vatímetro trifásico (Analizador de Calidad). 1 Amperímetros de pinza. Carga Resistiva (Focos incandescentes). 06 Condensadores de 20 microfaradios. 01 Motor Eléctrico trifásico.
I I I .Procedimiento
Verificar las características físicas del transformador trifásico en aceite, anotar sus datos de placa e identificar sus partes principales, anotar Temperatura ambiente. Medir y anotar las resistencias de los bobinados de los lados de alta y baja del trasformador. Medir y anotar las resistencias de aislamiento: AT-BT, AT-Masa, BT-Masa.
a) M edici ón de resistenci a elé ctr ica en l os ar r ollami entos
Este ensayo debe ser el primero en realizarse, y para efectuarlo el transformador debe de haber estado desconectado de la red lo suficiente para garantizar que el bobinado se encuentre a la temperatura ambiente y des energizado (al menos 4 horas). Se utiliza el método de la caída de potencial acorde a la norma IEC-60076. Para llevarlo a cabo es necesario enseriar una resistencia a dos terminales cualesquiera del transformador, y alimentar esta conexión con una fuente de tensión continua. Se debe tomar en cuenta la conexión de las bobinas tanto en el primario como en el secundario para obtener el valor resistivo de cada una.
El valor de la resistencia en serie es de gran importancia, ya que permite estabilizar más rápido el transitorio del circuito R-L formado, de manera que los instrumentos usados no se dañen. Corregir los valores de las resistencias medidas a la temperatura de 75°C. b) Prueba de Relación de Tran sfor mación
Conectar el autotransformador (variac) al lado de baja tensión del transformador, luego regular el voltaje de salida del autotransformador empezando de 220 y disminuyendo cada 10 voltios hasta 190 voltios, anotar el voltaje en el lado de alta tensión del transformador. c) Pr ueba de Vacío
Armar el circuito que se muestra en la figura, conectar el lado de baja (220 V) al autotransformador (Variac), el que a su vez debe estar alimentado con la energía de la red y dejar abierto los bornes del lado de alta (440 voltios). Luego, insertar en el lado de baja tensión (220 V) un vatímetro trifásico el cual nos dará directamente las pérdidas totales en el fierro ( PFe), para medir las corrientes en cada fase usar la pinza amperimétrica y para medir los voltajes usar el multímetro digital. Si utiliza el analizador de calidad conectarlo tal como se muestra en la siguiente figura, y anotar la lectura de potencia, factor de potencia, corrientes y voltajes.
V a r a i c .
ANALIZADOR DE CALIDAD
Una vez armado el circuito de acuerdo a las indicaciones dadas en el párrafo anterior, se debe graduar el voltaje de salida del autotransformador de manera que se obtengan en el lado de baja (220 V), 5 voltajes en un rango del 75% y 100% del voltaje nominal (medida por el multímetro), para cada caso anotar la lectura de todos los instrumentos.
d) Prueba de Cortocircuito Previamente se deben de calcular las corrientes nominales de alta y baja tensión del transformador trifásico. Con el circuito desenergizado, armar el circuito que se muestra en la figura, conectar el lado de alta (440 V) al autotransformador (Variac), el que a su vez debe estar alimentado con la energía de la red y dejar cortocircuitado los bornes del lado de baja (220 voltios). Luego, insertar en el lado de baja tensión (220 V) un vatímetro trifásico el cual nos dará directamente las pérdidas totales en el cobre (Pcu), para medir las corrientes en cada fase usar la pinza amperimétrica y para medir los voltajes usar el multímetro digital. Si utiliza el analizador de calidad conectarlo tal como se muestra en la siguiente figura, y anotar la lectura de potencia, factor de potencia, corrientes y voltajes.
V a r a i c .
ANALIZADOR DE CALIDAD
Una vez armado el circuito de acuerdo a las indicaciones dadas en el párrafo anterior, hay que aplicar al lado de alta (440 V) una tensión reducida (empezar de 0 voltios), graduando el voltaje de salida del autotransformador (Variac), de manera de obtener en dicho lado la corriente nominal, luego, anotar la lectura de los instrumentos. Regular el voltaje de salida del Variac (empezar de 0 voltios) a fin de obtener 5 diferentes valores de corriente en un rango del 75 al 110% de la corriente nominal (medida por el amperímetro de pinza), para cada caso anotar la lectura de los instrumentos.
e) Prueba con Carga: Retirar el Variac, luego, conectar directamente a la red el lado de baja del transformador (lado 220 V) y a la carga el lado de alta del transformador (lado 440 V), finalmente, insertar el vatímetro ó analizador de calidad en el lado de alta (440 V) mostrado esquemáticamente en la figura siguiente. La carga eléctrica a conectar en el lado de alta tensión del transformador será: Resistencias ó focos incandescentes iguales conectadas en delta y/o en estrella. Condensadores iguales conectados en delta y/o en estrella. 01 motor eléctrico trifásico de 440 voltios. Nota: Tomar en cuenta que los focos incandescentes trabajan a 220 voltios, por lo tanto el circuito debe adecuarse de tal manera de asegurar estos 220 Voltios ¿Qué cambios haría? Asimismo, en el caso de utilizar el neutro del transformador, deberá utilizar el neutro del analizador de calidad.
R e d
C a rg
2 2
a 0 V
ANALIZADOR DE CALIDAD
-
Se deben conectar las resistencias ó los focos incandescentes para obtener 4 diferentes % de la intensidad nominal secundaria, es decir, con diferentes índices de carga a fin de evaluar posteriormente bajo que índice presenta una mayor eficiencia. Para cada caso medir potencia, factor de potencia consumida por la carga, asimismo, medir las corrientes y voltajes de línea y de fase en el primario y secundario.
-
Armar una carga trifásica desbalanceada que contenga focos incandescentes, condensadores y 01 motor eléctrico, luego, medir potencia, factor de potencia consumida por la carga, asimismo, medir las corrientes y voltajes de línea y de fase en el primario y secundario.
I V. Cuestionario
Medición de Resistencia, Pruebas de vacío y cortocircuito: 1. Determinar los parámetros que representan el transformador real, las pérdidas en el mismo y la eficiencia del transformador trifásico. 2. Del ensayo de vacío trazar las curvas del factor de potencia Cos θ (%); Potencia consumida P0 (W) y corriente en vacío I 0 (A) en función de la tensión de alimentación. 3. Del ensayo de cortocircuito graficar a partir de las lecturas la potencia consumida P CC (W), la tensión de la impedancia V CC (V) como funciones de la corriente de cortocircuito ICC (A) 4. Calcular la regulación d e tensión para una carga nominal con Cos θ = 0.91 inductivo. Asímismo calcular la eficiencia del transformador para estas condiciones:
5. A qué se debe la diferencia entre los resultados obtenidos al medir las resistencias de los arrollamientos con el multímetro y con el método empleado? ¿Cuál es más confiable y por qué?
6. Comparar los valores obtenidos con los valores indicados en el protocolo de Pruebas del transformador, indicar % de error y explicar las posibles causas de la diferencia.
Prueba con carga: 1) Explicar el significado de cada una de las características de placa de este tipo de transformadores. 2) Describir cada una de las partes de este tipo de tranasformadores. 3) Detallar los usos de este tipo de transformadores. 4) Explicar la utilidad de los Taps en este tipo de transformadores. 5) Con los datos del ensayo con carga a factor de potencia 1, graficar la curva V vs I. 6) Para las diversas cargas resistivas dispuestas, construir el circuito monofásico equivalente y determinar: La regulación de tensión
7) La eficiencia del transformador para estas condiciones: 8) Comparar las pérdidas en el cobre con las pérdidas de carga (75°C) dada por la expresión:
Donde:
9) Grafique la curva índice de carga vs. Rendimiento. ¿Qué puede notar?, Sustente su repuesta y desarrolle la expresión analítica adecuada.
10) Elabore un diagrama fasorial total, tomando en cuenta los desfasajes entre fases originados por el tipo de conexión usada. 11) Para las condiciones de la carga usada y en base a su análisis anterior, diga usted si sería favorable usar otro tipo de conexión, de ser así indique cual sería y que ventajas y desventajas obtendría respecto al caso ensayado. 12) Tomando como referencia los voltajes suministrados por la red, las corrientes medidas por el amperímetro y el circuito equivalente aproximado del transformador, plantear y resolver el circuito respectivo. Determinar las potencias consumidas por cada carga y su respectivo factor de potencia. Comparar los resultados obtenidos al resolver el circuito con los medidos por los respectivos instrumentos (vatímetro y cosfímetro), indicar % de error y las posibles causas de los mismos.
LABORATORIO N° 08 BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN CONEXIÓN Dy,Yd I.
OBJETIVOS:
II.
III.
Analizar y evaluar el comportamiento en forma experimental de las conexiones tipo Dy e Yd de dos bancos trifasicos. Realizar el ensayo de cortocircuito y de circuito abierto de un banco trifasico y calcular el valor de sus parametros respectivamente. Determinar el circuito equivalente y verificar el reparto de carga trifásica.
EQUIPOS A A UTILIZARSE: 1 autotransformador trifásico (Variac) 3 Transformadores monofasicos (220v-127v) 1 carga trifásica resistiva (Focos incandescentes) 220 voltios, 1 vatímetro trifásico (Analizado de Calidad) 1 vatímetro monofásico 1 amperímetro de pinza digital 1 multímetro digital 1 Motor eléctrico trifásico a 220 v 3 condensadores de igual capacidad.
PROCEDIMIENTO: 1. Verificar el funcionamiento correcto de los instrumentos de medida antes de realizar los ensayos 2. Medicion de resistencias en corriente continua : Con la ayuda del multimetro medir las resistencias en corriente continua de cada arrollamiento de los transformadores a la temperatura de ambiente. 3. Verificar que la relación de transformación de cada transformador monofásico sean del mismo valor. 4. Realizar la prueba de cortocircuito y de vacío de cada transformador monofásico, asimismo determinar la polaridad (puntos homólogos) del primario y secundario de cada transformador. 5. Verificar las relaciones de transformacion de cada transformador utilizado.
6. Implementar el circuito de la figura 1 para formar un banco trifasico en conexión Dy luego medir en la salida las tensiones en cada fase del sistema y comprobar con lo que se dice en la teoria. 7. Implementar el circuito de la figura 2 para formar un banco trifasico en conexión Yd luego medir en la salida las tensiones en cada fase del sistema y comprobar con la parte teorica.
1era Parte: Conexión Dy
FIGURA 1.
2da Parte: Conexión Yd FIGURA 2.
3era Parte: Prueba de Vacio Armar el circuito que se muestra en la Figura 3 Variar la tensión de alimentación del banco trifásico de 0 a 220 voltios en el lado Delta, mientras el lado Y permanece en circuito abierto y tomar diferentes medidas simultáneas de tensión, corriente y potencia. U
u
A O R T E M I T A V
AUTOTRAFO TRIFASICO
V
N V
v
W w
DY FIGURA 3 4ta Parte: Prueba de Cortocircuito Conectar el circuito de la figura 4 y utilizando el autotransformador trifásico alimentar con tensión reducida del orden de 5-12% de la tensión nominal de c/u de las fases, de tal manera que circulen las corrientes nominales del banco y tomar diferentes medidas simultáneas de tensión, corriente y potencia. U
u
V A T IM
A E
A
T R
v O
V AUTO TRAFO 3 Ø
T R
O
IC
S
A
IF
V W
w
FIGURA 4 5ta Parte: Prueba con carga Implementar el sistema de la figura 5 y realizar las pruebas cuando la carga trifásica está formada por: Caso 01: 03 Lamparas incandescentes conectadas en delta y/o estrella. Caso 02: 01 Motor eléctrico trifásico. Caso 03: 03 Condensadores conectados en delta y/o estrella. Caso 04: 01 Carga R-L-C desbalanceada en delta y/o estrella. Realizar las mediciones de potencia, factor de potencia, y todas las corrientes y voltajes tanto de línea como de fase.
FIGURA 5
IV.
CUESTIONARIO
1. Elaborar para los circuitos de las figuras 1 y 2 , así como del ensayo con carga el diagrama fasorial en cada secuencia de fases indicando las tensiones de linea, de fase y corrientes obtenidas a partir de los cálculos. 2. Calcular a partir del ensayo de cortocircuito los parámetros a la temperatura garantizada por norma tomando como tensiones de cortocircuito valores entre el 5-12% de la tension nominal y tabular estos valores en una tabla. 3. ¿Qué aplicaciones importantes tienen en este caso las conexiones tipo Dy e Yd ? 4. ¿Qué ventajas importante tiene la conformacion de un banco trifasico a partir de transformadores monofasicos y dar un ejemplo aplicativo? 5. ¿Hay un cambio significante en los resultados si en nuestro sistema de alimentación con carga despreciamos la corriente de excitación? 6. ¿Es correcto decir que el factor de potencia en el ensayo de vacío es igual a la unidad? Fundamente su respuesta.
