“
Año de la Inversion para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria ”
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA”
FACULTAD: INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
INFO RM E D E L A B OR A TOR IO N° 03 TITULO: PÉRDIDAS DE PO TENCIA EN EL TRA NSFORMA DOR MONO FÁSI FÁSICO, CO, PRU EB A DE V A CÌ O Y PRUEB A DE CORTOCIRCUITO
“
” ”
CURSO
:
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS
DOCENTE
:
MAG. CARLOS ORE HUARCAYA
ALUMNO
:
MANSILLA LUCAS, DEYBI
CICLO
:
VI ME-2
GRUPO
:
“B”
FECHA DE REALIZACION :
27/11/2013 27/11/20 13
FECHA DE ENTREGA
04/12/2013
:
ICA – 2013.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL:
Determinar las pérdidas de potencia en el transformador monofásico.
OBJETIVOS ESPECÌFICOS:
Determinar las pérdidas en el Hierro mediante la prueba de vacío o circuito abierto.
Determinar las pérdidas en el cobre mediante la prueba de cortocircuito.
MARCO TEORICO
TRANSFORMADOR: Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
RELACION DE TRANSFORMACION:
La 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. La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), l a obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , según la ecuación:
La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.
Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario o tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida.
Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de los conductores. Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de transformación. Ahora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario:
El producto de la diferencia de potencial por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).
ENSAYOS DEL TRANSFORMADOR:
ENSAYO EN VACIO O A CIRCUITO ABIERTO: Consiste en conectar uno de los bobinados del transformador a una fuente de Tensión alterna y el otro bobinado queda abierto (sin carga). Se mide tensión, corriente y potencia. El ensayo de vacío se efectúa a plena tensión y se hace del lado más cómodo (según tensión disponible)
El amperímetro lee la corriente de vacío I 0 El voltímetro, la tensión de ensayo (U nominal) U 1 El vatímetro lee las pérdidas en el hierro P Fe Si se toma como referencia el circuito equivalente reducido referido al primario se pueden determinar los parámetros G 0 y B0:
ENSAYO EN CORTOCIRCUITO: Consiste en conectar uno de los bobinados del transformador a una fuente de tensión alterna y cortocircuitar el otro bobinado. Se mide tensión, corriente y potencia. El ensayo de cortocircuito se efectúa a tensión reducida y con corriente nominal, también se hace del lado más cómodo (según la tensión disponible)
El amperímetro lee la corriente nominal I 1. El voltímetro la tensión de ensayo U CC El vatímetro lee las pérdidas en el bobinado P CU Si se toma como referencia el circuito equivalente reducido referente al primario, se pueden determinar los parámetros R e y Xe:
DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA N° 03 INSTRUMENTOS UTILIZADOS:
Multímetro.
Un Transformador monofásico de 1000 VA; 220/113V; 60Hz
Un vatímetro
Cables GPT Nº 16
Fuente variable de 0 – 420 V
El desarrollo de la experiencia consta de 2 partes:
1. ENSAYO EN VACÍO O A CIRCUITO ABIERTO: Circuito a Utilizar: XWM1
I
I0
V
V1
V1
220 Vrms 60 Hz 0°
Para el ensayo en vacío se realizaron las conexiones de acuerdo al circuito de la figura con el bobinado secundario abierto, aplicándose distintas tensiones en el primario y con ayuda del vatímetro se midieron los valores mostrados en la tabla a continuación: V1(V)
100
135
150
175
200
220
230
I0(mA)
68
93
112
174
288
430
532
PFe(W)
4.7
7.8
9.6
12
19.7
26.6
31.5
2. ENSAYO EN CORTOCIRCUITO: Circuito a Utilizar: XWM1
I0=4.54A
V1
V1
220 Vrms 60 Hz 0°
I
V
Para el ensayo en cortocircuito se realizaron las conexiones de acuerdo al circuito de la figura pero cortocircuitando el bobinado secundario, aplicándose distintas tensiones hasta medir 4.54 A de corriente y se hallaron los siguientes valores:
ICC1= 4.54 A
PCC1= 37.5 W
VCC1= 8.8 V
CUESTIONARIO a) Relación de todos los valores medidos en la experiencia: 1. ENSAYO EN VACIO: V1(V)
100
135
150
175
200
220
230
I0(mA)
68
93
112
174
288
430
532
PFe(W)
4.7
7.8
9.6
12
19.7
26.6
31.5
2. ENSAYO EN CORTOCIRCUITO:
ICC1= 4.54 A
PCC1= 37.5 W
VCC1= 8.8 V
b) De la prueba de vacío graficar las curvas de pérdida de potencia W Fe (Pérdidas en el hierro) en función de la tensión:
Po vs V1
Po(W)
31.5
35.0
26.6
30.0 25.0
19.7
20.0 15.0 7.8
10.0
9.6
12
4.7
5.0 0.0 0
50
100
150
200
250
V1(V)
c) De la Prueba de Vacío graficar las curvas de corriente de vacío en función de la tensión.
Io vs V1
Io(mA) 600 540 480 420 360 300 240 180 120 60 0 0
50
100
150
200
250
V1(V)
d) Ajuste los valores de tensión y potencia según su gráfica del inciso c a la función exponencial:
y halle la potencia de pérdidas para V= 69 V y V= 58 V, según su
ajuste (c y k son constantes)
∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ [ ] ∑ ∑ [] [] [] Reemplazando valores en (1):
Dividiendo entre 7:
De la ecuación (2):
Dividiendo entre 1210: Restando (4) – (3):
Reemplazando en (3):
Hallando la potencia de pérdidas para V= 69 V y V= 58 V :
e) Explique con sus propias palabras las experiencias realizadas: La experiencia se desarrolló en dos partes: En ensayo en vacío y en cortocircuito. Para el ensayo en vacío se conectó el circuito con ayuda de los cables GPT N° 16 y se midió con el vatímetro en el primario la tensión, la corriente de vacío y las pérdidas en el hierro. Para el ensayo en cortocircuito de forma similar se realizaron las conexiones, pero en el secundario se cortocircuitó, luego se procedió a regular la tensión hasta obtener la corriente de 4.54 A y con el vatímetro se procedieron a realizar las mediciones correspondientes.
f)
Halle los circuitos equivalentes en vacío y en cortocircuito con los datos hallados en su experiencia (Utilice valores nominales), halle los diagramas fasoriales y el esquema fasorial de tensiones.
CIRCUITO EQUIVALENTE PARA ENSAYO EN VACIO:
VN1
Puesto que la corriente de excitación es pequeña podemos despreciar la caída de tensión en los terminales. De la prueba de vacío:
√
Tomando el valor nominal de la tensión V N1 =220V, tenemos los siguientes valores:
Entonces:
También se tiene:
CIRCUITO EQUIVALENTE PARA ENSAYO EN CORTOCIRCUITO:
VN1
La Rama de excitación se puede despreciar porque las pérdidas en el hierro son proporcionales al cuadrado de la tensión aplicada. De la prueba de cortocircuito:
√ ()
Para Icc =4.58 A se tienen los siguientes valores:
Entonces:
DIAGRAMA FASORIAL:
g) ¿Qué se entiende por flujo de dispersión? Al circular una corriente eléctrica por el devanado secundario, crea una línea de fuerzas que se cierran por el núcleo del transformador formando un flujo magnético, denominado flujo principal . Pero no todo el flujo magnético se cierra por el núcleo del trasformador. Existen un número importante de líneas de fuerza que se dispersan a través del aire que es nocivo para el transformador. Este flujo se denomina flujo de dispersión.
h) ¿Por qué se atenúan las pérdidas de Foucalt cuando el núcleo del trasformador es laminado? Las corrientes de Foucault crean pérdidas de energía a través del efecto Joule. Estas pérdidas son minimizadas utilizando núcleos con materiales magnéticos que tengan baja conductividad eléctrica (como por ejemplo ferrita) o utilizando delgadas hojas de acero eléctrico, apiladas pero separadas entre sí mediante un barniz aislante u oxidadas tal que queden mutuamente aisladas eléctricamente. Los electrones no pueden atravesar la capa aisladora entre los laminados y, por lo tanto, no pueden circular en arcos abiertos. Se acumulan cargas en los extremos del laminado, produciendo campos eléctricos que se oponen a una mayor acumulación de cargas y a su vez eliminando las corrientes de Foucault.
i)
Conclusiones personales de la experiencia:
En la prueba de vacío se observó que se alimentaba por el lado de baja tensión al transformador; esto se hace generalmente en los transformadores de alto voltaje ya que sería muy difícil alimentarlo para pruebas por el lado de alta tensión con voltajes de 2.3 KV., 10 KV, etc. Entonces es recomendable hacer la prueba de vacío por el lado de baja tensión para así también brindar mayor seguridad.
En la prueba de corto circuito se suele alimentaba por el lado de alta tensión al transformador; esto se hace generalmente para poder así necesitar poca corriente nominal para la prueba ya que por el lado de baja tensión se necesitaría más corriente nominal (a veces más). Entonces se concluye que la prueba de corto circuito es recomendable hacerlo por el lado de alta tensión para así tener una fuente de menor amperaje.
