FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES
PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA - ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA
ASIGNATURA: PRÁCTICAS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS TEMA: ENSAYO CON CARGA PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA EN EL TRANSFORMADOR DE POTENCIA MONOFÁSICO NOMBRE: RUDY RODOLFO FLORES GRANDA
DOCENTE: ING. LUIS A. CHIRINOS A.
VII SEMESTRE
AREQUIPA – PERÚ 2012
I OBJETIVO Verificar el comportamiento del transformador bajo carga y determinación de las características de regulación
II MARCO TEORICO La eficiencia en los transformadores. En general la eficiencia de un transformador de calcula como:
Eficiencia
Pot.Salida Pot.Salida Pot.Entrada Pot.Salida Perdidas(Cu y Fe)
En virtud de que la capacidad de un transformador esta basada en su potencia de salida, esta ecuación se puede escribir como: Eficiencia
KVA Salida x FP KVA Salida x FP Perd .Núcleo Perd .Devanados
Regulación en los transformadores La regulación se define como una expresión matemática que relaciona la tensión de vacio y la tensión de una determinada carga expresado como una fracción de la tensión nominal y puede darse también en porcentajes.
La regulación y la eficiencia son las dos características de mayor importancia en el funcionamiento de los transformadores. Los cuales son usados en sistemas de potencia para la transmisión y distribución de energía. 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.
; (Ec.9) 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. Como el transformador está entregando la corriente nominal IL2 a un factor de potencia COS ( L), 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) Los terminos V2, IL2 son los valores nominales
Figura 3-a: Transformador de núcleo de hierro de dos enrrollados alimentando una carga inductiva (ZL2).
Figura 3-b:Circuito equivalente aproximado referiodo al lado 2 del transformador ilustrado en 3a. b.- Rendimiento: Supongamos el transformador de núcleo de hierro exhibido en la fígura 3-a. Supóngase que el voltaje de la salida se mantiene constante al valor nominal y el transformador formado con factor de potencia COS ( L), 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 la óhmicas en las resistencias de los enrrollamientos. 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 tiempo. Las pérdidas óhmicas en los enrrollamientos, están en función de la corriente. A cualquier corriente IL2, kas pérdidas óhmicas totales en el transformador son I2L2 Req2; estas pérdidas son llamadas pérdidas en el cobre, luego ka ecuación 12, representa el rendimiento del transformador.
; (Ec.12)
; (Ec.13) Si IL2 es la corriente nominal, entonces se obtiene la eficiencia nominal del transformador.
III. ELEMENTOS A UTILIZAR
01 Transformador monofásico de 500 VA, 220/110V 01 Multimetro digital 02 Amperímetro 0-5 A 02 Voltímetro 0-300 V. 01 vatímetro monofásico Conductores eléctricos Varios. 01 Puente de Wheatstone 01 Variac monofásico
IV. ACTIVIDADES a) Armar el circuito de la figura, conectar las resistencias de carga (previamente calculado para plena carga del transformador) por el lado de AT y alimentar el transformador a tensión y frecuencias nominal.
b) Variar la corriente de carga ( I2) desde 0, 1A, 2A, 3A,…10A registrando las lecturas de todos los instrumentos
A1
V1
W
A2
V2
n
r
Se
θentrada θentrada rad grad
Qe
P2
0.3
226
29
0
115
0.00
0.0000000
67.8
1.1288
64.676
61.2849
0
0.7
227
140
1
115 82.14
-0.0044053
158.9
0.4927
28.230
75.1612
115
1.2
227
256
2
114.4 89.38
-0.0044053
272.4
0.3488
19.983
93.0901
229
1.7
226
370
3
114 92.43
0.0000000
384.2
0.2727
15.626 103.4874
342
2.2
227
483
4
113.3 93.83
-0.0044053
499.4
0.2570
14.724 126.9305
453
2.7
225
590
5
112.1 95.00
0.0044444
607.5
0.2406
13.786 144.7627
561
3.2
226
705
6
111.8 95.15
0.0000000
723.2
0.2248
12.881 161.2242
671
3.7
227
824
7
111.4 94.64
-0.0044053
839.9
0.1949
11.166 162.6530
780
4.2
227
942
8
111 94.27
-0.0044053
953.4
0.1548
8.869 146.9951
888
4.7
226
1052
9
110.2 94.28
0.0000000
1062.2
0.1387
7.947 146.8497
992
c) Desenergizar el circuito y completar el cuadro 2 con la información registrada en la tabla 1, resaltando en punto donde se produce la mejor eficiencia, analizar el comportamiento de la relación de transformación calculado para la tensión y para la corriente y la regulación a(tension) 1.96521739 1.97391304 1.98426573 1.98245614 2.00353045 2.00713649 2.02146691 2.03770197 2.04504505 2.0508167
a(corriente) W carga eficiencia 0 0 0.00 1.42857143 115 82.14 1.66666667 228.8 89.38 1.76470588 342 92.43 1.81818182 453.2 93.83 1.85185185 560.5 95.00 1.875 670.8 95.15 1.89189189 779.8 94.64 1.9047619 888 94.27 1.91489362 991.8 94.28
regulacion 0.0000000 -0.0044053 -0.0044053 0.0000000 -0.0044053 0.0044444 0.0000000 -0.0044053 -0.0044053 0.0000000
V. CUESTIONARIO 5.1 Con los datos del ensayo con carga FP=1 graficar las curvas U2 vs I2, eficiencia vs corriente y regulación vs tensión
V2 vs I2 116 114 112 V2 vs I2
110 108 106 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Eficiencia VS Corriente 100.00 95.00 90.00 Eficiencia VS Corriente
85.00 80.00 75.00 1
2
3
4
5
6
7
8
9
Regulacion VS Tension 0.0050000 0.0040000 0.0030000 0.0020000 0.0010000 0.0000000 -0.0010000
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
Regulacion VS Tension
-0.0020000 -0.0030000 -0.0040000 -0.0050000
5.2 Explique que se debe hacer con la información recogida durante el ensayo para que se cumpla la relación de transformación de corriente. Para poder hacer cumplir la verdadera relación de transformación se toman adecuadamente los datos, por ejemplo tomar 5 veces datos y tomar el promedio de ellos, luego trabajar con las formulas adecuadas con un numero de decimales adecuado ya que si estos son muchos luego al aproximar arrastra mucho error, estas formulas son las de eficiencia y la de regulación, en este caso se deberá considerar todas las perdidas ya que allí esta la razón por la cual la relación de conversión no es igual a la de voltaje al sumar las y la . 5.3 Para las diversas cargas determinar la caída de tensión interna del transformador en % (la regulación) según expresión para todos los datos V
Vo 2 V2 100% Vo 2
A2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
∆V % 0.00000 0.08696 0.52174 0.86957 1.47826 2.52174 2.78261 3.13043 3.47826 4.17391
5.4 Calcular la regulación de tensión para carga nominal con cos ф=0.8 inductivo y cos ф= 0.8 capacitivo. Así mismo calcular la eficiencia del transformador para estas condiciones.
1er Caso: inductivo: Para encontrar la regulación tendremos que determinar primero algunos parámetros: Angulo de desfase: Relación de transformación de corriente: a=1.94 I2= Se usara datos de ensayo de corto circuito: Z=2.76+j1.77 La tensión real trabajada con la relación de transformación: V2=110.3 V2’=a*V2=213.982V
Luego:
Reemplazando y calculando tenemos:
Entonces usando al ecuación de regulación:
Reemplazando:
2do Caso: capacitivo: Para encontrar la regulación tendremos que determinar primero algunos parámetros: Angulo de desfase: Relación de transformación de corriente: a=1.94 I2= Se usara datos de ensayo de corto circuito: Z=2.76+j1.77 La tensión real trabajada con la relación de transformación: V2=110.3 V2’=a*V2=213.982V Asumimos que el valor Xcc es el mismo que se trabajó en el anterior caso.
Luego:
Reemplazando y calculando tenemos:
Entonces usando la ecuación de regulación:
Reemplazando:
VI. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES En el ensayo se aprecio por medio de los datos obtenidos, pequeñas perdidas de corriente. En el ensayo de potencia monofásico en vacío, se aprecia claramente que la corriente A2 va aumentando casi proporcionalmente a la corriente A1. En el caso del voltaje en V2 se aprecia claramente que este disminuye a medida que la corriente aumenta. En los datos obtenidos en la tabla Nº2, se aprecia el valor obtenido en W2 cuando se le conecta una carga de 210 µf, este valor es W2=0, esto nos dice que es puramente reactivo.
En transformadores mientras mas grande sea la carga, aumenta el voltaje en el primario. No es lo mismo medir la corriente en el primario, que hacerlo de la misma forma en el secundario. La potencia de salida en un transformador, es igual a la diferencia de la potencia de entrada menos la potencia de perdidas, por ejm por histéresis. 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 varía de cero a un valor nominal. Cuando al transformador se le conecta una carga con factor de potencia 1, 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, según la relación, a=I2/I1, aumentan las potencia y aumenta el factor de potencia del primario aproximadamente a 0.99. La eficiencia del transformador se acerca a su comportamiento ideal cuando la carga es puramente resistiva, baja un poco su rendimiento cuando la carga tiene un f.p=0.8 inductivo, y es relativamente baja cuando la carga posee un f.p=0.8 capacitivo. Para el caso de transformadores se utiliza mucho los circuitos equivalentes para facilitar los cálculos correspondientes. Se hizo la práctica con el comportamiento del transformador cuando trabaja con carga, y se apreciaron las variaciones que este sufre por medio de los instrumentos de medición.
VII BIBLIOGRAFÍA:
http://www.unicrom.com/Tut_transformador.asp http://html.rincondelvago.com/transformador-electrico.html http://72.14.209.104/search?q=cache:3WMOiHGxp0wJ:www.alu.us.es/ http://72.14.209.104/search?q=cache:3WMOiHGxp0wJ:www.alu.us http://ingenierias.uanl.mx/20/pdf/20aplicacionderna.PDF http://www.sapiensman.com/electrotecnia/transformador_electrico2.htm http://garaje.ya.com/migotera/autotransformador.htm http://html.rincondelvago.com/el-transformador-monofasico.html
