Universidad De La Serena
Facultad de Ingeniería Departamento de Ing. Mecánica Área de Electricidad Maquinas Eléctricas Profesor Lab: Jorge Vera Lemus
Laboratorio N°2: Parámetros de un transformador Mario Araya Moya.
Resumen
El presente informe trata básicamente de hacer pruebas o ensayos en circuito ci rcuito abierto o en vacío y en cortocircuito de un transformador de núcleo monofásico de prueba, obteniendo las características de esta máquina eléctrica.
Objetivos ●
●
●
Obtener los parámetros y características de un transformador, necesarios en el cálculo de la regulación de voltaje y del rendimiento o eficiencia. Conocer las características de saturación del circuito magnético y las pérdidas en el núcleo en un ensayo en vacío. Conocer las características de los devanados, es decir, los valores de sus resistencias y reactancias en ensayo cortocircuito.
excitación.
Introducción
El transformador es una maquina eléctrica estática, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito a otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía se hace por lo general con cambio de valores de voltaje y corriente. Las funciones principales de un trasformador es reducir o aumentar los voltajes, con el fin de poder transportar la energía eléctrica desde los centros de producción hasta los consumidores, acoplar impedancias y asilar eléctricamente. El transformador de prueba de este laboratorio tiene las siguientes características: Tabla N°1 Potencia
500 (Volts-Amper)
Voltaje Primario Voltaje Secundario Intensidad de la corriente
230 (Volts) 36,5 (Volts)
Diagrama N°1
Ensayo corto circuito: La prueba se lleva a cabo desde
el lado de alta tensión del transformador mientras el lado de baja tensión está cortocircuitado. El voltaje de suministro requerido para circular la corriente nominal a través del transformador es normalmente muy pequeño y es del orden de unos cuantos porcentajes del voltaje nominal y este voltaje del 5% está aplicado a través de primario. Las pérdidas en el núcleo son muy pequeñas porque el voltaje aplicado es sólo un cuanto porcentaje del voltaje nominal y puede ser despreciado. Así, el vatímetro sólo medirá las pérdidas en el cobre.
2,17 (Amper)
Se realizan pruebas de corto circuito y circuito abierto para conocer los parámetros del circuito equivalente del transformador, ya sea resistencia, impedancias y resistencias que existen dentro del transformador. A través de estos parámetros se puede calcular los valores de la regulación y rendimiento del transformador. Se va utilizar el promedio de los parámetros calculados en la experiencia para poder calcular el valor de la regulación de tensión y rendimiento.
Diagrama N°2
Voltímetro: es un instrumento que se utiliza para
medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. El voltímetro siempre debe colocarse en paralelo con respeto a los elementos que se miden para efectuar la medida de la tensión. Amperímetro: es un instrumento que se utiliza para
Marco teórico
Ensayo en vacío o de circuito abierto: Se deja abierto
el devanado secundario del transformador y el devanado primario se conecta al voltaje pleno nominal. De esa manera se mide el voltaje, la corriente y la potencia de entrada al transformador. Con esta información es posible determinar el factor de potencia, la magnitud y el ángulo de la impedancia de
medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Un micro amperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio ∙ Procedimiento
1. Armar el circuito (transformador, fuente, voltímetro, amperímetro, wattmetro) en circuito abierto. 2. Prender la fuente y realizar mediciones aumentando la tensión.
3. Una vez realizadas las mediciones rearmar el circuito circ uito en corto circuito. 4. Realizar las mediciones, pero tomando los valores con una tensión descendiente. ECUACIONES
Cálculo de la potencia aparente en el primario:
= × []
Vp = Voltaje en el primario. Ip= Intensidad de corriente
en el primario.
Cálculo del factor de potencia f.p.:
.. . .== ×
= = × = ×
Factor de Regulación:
La regulación de voltaje es una medida de la variación de tensión de salida de un transformador, cuando la corriente de carga con un factor de potencia constante varia de cero a un valor nominal. Considérese los dos embobinados del transformador mostrado en la figura 4-a. La carga esta conectada al lado2 y la fuente de voltaje al lado 1.Supongamos que el transformador esta entregando a la carga una corriente nominal a un voltaje nominal y con un factor de potencia específico. La fuente de voltaje es ajustada para obtener voltaje constante a este valor y la carga es desconectada del transformador, el voltaje de salida del transformador cambiará; la diferencia entre los valores del voltaje de salida cuando está sin carga, y el nominal a plena carga, expresada como una fracción del valor nominal, es definida como la regulación del voltaje nominal del transformador a un factor de potencia específico. La ecuación 9 representa el factor de regulación en porcentaje.
Para prueba de circuito abierto:
= ; =
( ) = 1 ; =
= √ 2 − 2
=
Como generalmente, la corriente de excitación será pequeña comparada con la corriente nominal de un transformador de núcleo de hierro, la rama en derivación consiste de Rm y Xm puede no considerarse para cálculos de regulación de voltaje. Este circuito equivalente simplificado referido al lado 2 se muestra en la siguiente Figura 3-b.
= = = 1
Para prueba de corto-circuito:
1 + 2′ = ; = ; = = = 1 + 2 = √ 2 − (1 + 2′)2 ′1 = ′2
=
;
Rendimiento:
= +
;
; (Ec.9)
Asumir:
Como el transformador está entregando la corriente nominal IL2 a un factor de potencia, el voltaje de carga es V2. El correspondiente voltaje de entrada es V1 / a referido al lado 2. Cuando la carga se remueve, manteniendo el voltaje de entrada constante se observara en la figura 4.b que el voltaje en los terminales de carga, cuando IL2 = 0, es V1 / a, luego la ecuación 10 representa el factor de regulación de voltaje, en porcentaje, no considerando la rama de magnetización.
; (Ec.10) Donde:
; (Ec.11)
tiempo. Las pérdidas óhmicas en los enrollamientos, están en función de la corriente. A cualquier corriente IL2, las pérdidas óhmicas totales en el transformador son I2L2 Req2; estas pérdidas son llamadas pérdidas en el cobre, luego la ecuación 12, representa el rendimiento del transformador.
; (Ec.12)
Los términos V2, IL2 son los valores nominales ; (Ec.13) Si IL2 es la corriente nominal, entonces se obtiene la eficiencia nominal del transformador. Mediciones De Resistencia (Método volmetro Ampermetro)
Figura 3-a: Transformador de núcleo de hierro de dos enrolladlos alimentando una carga inductiva (ZL2).
Figura 3-b: Circuito equivalente aproximado referido al lado 2 del transformador ilustrado en 3a. Rendimiento:
Supongamos el transformador de núcleo de hierro exhibido en la figura 3-a. 3- a. Supóngase que el voltaje de la salida se mantiene constante al valor nominal y el transformador formado con factor de potencia, está entregando a la carga, una corriente IL2 (no es necesariamente el valor nominal). Las pérdidas en el transformador son los que se tienen en el núcleo debida a la histéresis, a las corrientes parásitas y las óhmicas en las resistencias de los enrollamientos. Por Pc se presentan las pérdidas en el núcleo; como las pérdidas en el núcleo son dependientes de la densidad de flujo y la frecuencia puede considerarse que Pc permanece constante en el tiempo si el voltaje de salida y la frecuencia se mantienen constantes en el
Este método de medición de la resistencia de los devanados consiste en aplicar una tensión continua en uno de los devanados y medir la corriente existente en ese instante, luego conocidos estos valores es posible calcular la resistencia de los devanados en corriente continua mediante Ley de Ohm. En el caso de transformadores pequeños, pequeños, la resistencia óhmica de los devanados (corriente continua) suelen considerarse iguales a sus resistencias efectivas (corriente alterna). Cabe señalar que en la ejecución ejecuci ón de esta experiencia, el valor de la resistencia no se realizó por el método de Voltimetro-Amperimetro. Si no que se realizo directamente a través de un multímetro en cada uno de sus conectores, o sea en el enrollado primario y en los secundarios. Factor de Corrección por Temperatura
La temperatura ambiente alta influye desfavorablemente en la conducción de electricidad debido a que aumenta la resistencia eléctrica. Por el contrario, a menor temperatura se conduce mejor la electricidad. De hecho hay un fenómeno f enómeno que se llama superconductividad que se presenta en algunos materiales a temperaturas por debajo de los 200 grados centígrados.
A continuación se mostraran los datos obtenidos para Las pruebas de Corto Circuito y Circuito Abierto, y los cálculos obtenidos mediante una planilla formato Excel: CORTO CIRCUITO
Para temperaturas ambiente “normales” o comunes se
dan los siguientes valores.
Vprimario Iprimario Pprimario Icortocircuito Sprimario
Cuando se determina el calibre del conductor apropiado para una instalación eléctrica, se debe considerar también el Factor de Temperatura, de la siguiente manera. Después que se ha determinado el calibre del conductor se multiplica la cantidad de amperes que soporta dicho conductor, por el factor correspondiente que corresponda a la temperatura de operación. Datos de la experiencia
3,65
72
1,8
17,08
3,12
54
4,7
53,2896
0,585047
15,08
2,73
42
7
41,1684
0,589013
13,49
2,36
33
8,2
31,8364
0,598452
12,66
2,17
28
10
27,4722
0,588442
11,82
2
24
11
23,64
0,586142
10,25
1,73
18
12
17,7325
0,586060
a) Excite el transformador por el devanado de A.T. y deje abierto el devanado de B.T. b) Tome como mínimo 10 lecturas, partiendo del 20% de la tensión nominal del devanado excitado, hasta llegar al 110% del valor nominal. c) Los valores obtenidos se deben registrar en una tabla. Prueba o ensayo en corto circuito
Para efectuar esta prueba realice los siguientes pasos: a) Ponga en cortocircuito el devanado de B.T. (que demanda mayor corriente). Excite el transformador por el lado de A.T. b) Tome como mínimo diez lecturas, partiendo del 20% de la corriente nominal del devanado, hasta llegar al 110%, empiece con las corrientes más altas, hasta llegar a las más bajas. c) Registrar los valores obtenidos en una tabla como la que se indica a continuación.
69,496
0,598153
9,4
1,46
14
14
13,724
0,588961
8,45
1,31
12
14
11,0695
0,625882
6,86
1,04
8
15
7,1344
0,647399
5,15
0,7
4
16
3,605
0,640611
2,87
0,4
2
19
1,148
1,005837
CIRCUITO ABIERTO Vprimario Iprimario Pprimario Vsecundario Sprimario Cos(&) Rc(ohm) Xm(ohm) 47,4 0,0263 1 0 1,24662 0,4631 6740,3 1870,4
Ensayo en vacío o prueba de circuito abierto
Para realizar esta prueba realice los pasos siguientes:
cos(&)primario
19,04
73,5
0,0394
2
0
2,8959 0,3987 8103,4
1917,0
98,1
0,0557
3
0
5,46417 0,3170 9623,6
1791,5
131,7
0,0993
6
0
13,07781 0,2649 8672,4
1342,1
159
0,18
9
0
188,7
0,39
14
0
73,593 0,1098 7630,2
484,8
217
0,86
24
0
186,62 0,0742 5886,1
252,6
230
1,26
31
0
289,8
0,0618 5119,4
182,7
243
2,02
43
0
490,86 0,0506 4119,7
120,3
253
3,18
64
0
804,54 0,0459 3000,4
79,6
28,62
0,1816 8427,0
888,2
A continuación se mostrarán los Voltajes de cada devanado y la relación de Transformación del Transformador: gc
ioc
bm
primario secundario
a
0,0
0,000554852320675105
0,000534649303082246
2400
400 6
0,0
0,000536054421768707
0,000521656455391992
2400
400 6
0,0
0,000567787971457696
0,000558198586250861
2400
400 6
0,0
0,000753986332574032
0,000745117115417451
2400
400 6
0,0
0,00113207547169811
0,00112583889100363
2400
400 6
0,0
0,00206677265500795
0,00206261316103294
2400
400 6
0,0
0,00396313364055299
0,0039594905330752
2400
400 6
0,0
0,00547826086956522
0,00547477721618729
2400
400 6
0,0
0,00831275720164609
0,0083092124417592
2400
400 6
0,0
0,0125691699604743
0,0125647504403226
2400
400 6
CONCLUSION
Al final la segunda experiencia de laboratorio de Maquinas Eléctricas se puede concluir que se pudo obtener los parámetros y características de un transformador, y así poder calcular la regulación de Voltaje en conjunto con el Rendimiento. Dos aspectos claves para obtener la característica del transformador, transformador, poder clasificarlo para su uso, estar seguros que aguanta la tarea a realizar y asi, ser exhaustivo en el trabajo y eficaz. Las mediciones de resistencias en los embobinados del transformador obtenidas en las pruebas realizadas, son características propias de su construcción ya que resultaron ser bastante bajas lo cual es lógico, ya que así las perdidas en el transformador transformador son mínimas, o sea, son características propias de su construcción lo que garantiza menores perdidas. De acuerdo a los parámetros obtenidos de conductancia de flujo principal Gm y reactancia del núcleo Gm, cuyos parámetros corresponden a la rama de magnetización están demostraron el porque la poca circulación de la corriente en la prueba en vacío resultaron ser lo suficientemente pequeña lo cual significa una alta impedancia y por ende la poca potencia disipada por los enrollados, lo que fue reflejado en las pequeñas perdidas en la prueba antes mencionada.En la prueba de cortocircuito, debido a que la tensión aplicada es pequeña en comparación con la tensión nominal, las pérdidas en vacío o en el núcleo se pueden considerar como despreciables, de manera que toda la potencia absorbida es debida a las pérdidas por efecto joule en los devanados primario y secundario. Además, de esta prueba, se pueden obtener los parámetros de los devanados primario y secundario del transformador.
En el punto a se pide corregir el valor de las resistencias, reactancias e impedancias a una temperatura de 75º, la conclusión de este apartado es que La temperatura ambiente alta influye desfavorablemente en la conducción de electricidad debido a que aumenta la resistencia eléctrica. Por el contrario, a menor temperatura se conduce mejor la electricidad. De hecho hay un fenómeno que se llama superconductividad que se presenta en algunos materiales a temperaturas por debajo de los 200 grados centígrados. En los puntos d y e, se pide la regulación de Tension y el rendimiento para 100% de carga y un factor de potencia 0.8 inductivo, la conclusión de esta condición, se observa que al variar la carga, en este caso al ir aumentando hasta llegar a su valor nominal, la corriente en el primario y secundario aumentan, aumentan las potencia, pero en menor grado que en una carga con f.p=1. Por lo tanto el rendimiento disminuye con este factor de carga de carácter inductivo.
