“Año de la Inversion para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria”
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” FACULTAD: INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
INFORME DE LABORATORIO N° 04 TITULO: “PERDIDAS EN EL TRANSFORMADOR MONOFASICO” CURSO
: LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS I
DOCENTE
: MAG. CARLOS ORE HUARCAYA
ALUMNO
: MANSILLA LUCAS, DEYBI
CICLO
: VI ME-2
GRUPO
: “B”
FECHA DE REALIZACION : 04/12/2013 FECHA DE ENTREGA
: 18/12/2013
ICA – 2013.
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL:
Determinar las pérdidas de potencia en el hierro y en el cobre en el transformador monofásico (módulo 2).
OBJETIVOS ESPECÌFICOS:
Realizar la prueba de vacío.
Realizar la prueba de cortocircuito.
Obtención de parámetros del circuito equivalente del transformador.
Determinar la relación de transformación en el transformador.
Afianzar los conocimientos adquiridos sobre determinación de pérdidas de potencia en el transformador.
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), la 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 I0 El voltímetro, la tensión de ensayo (U nominal) U1 El vatímetro lee las pérdidas en el hierro PFe Si se toma como referencia el circuito equivalente reducido referido al primario se pueden determinar los parámetros G0 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 I1. El voltímetro la tensión de ensayo UCC El vatímetro lee las pérdidas en el bobinado PCU Si se toma como referencia el circuito equivalente reducido referente al primario, se pueden determinar los parámetros Re y Xe:
DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA N° 04 INSTRUMENTOS UTILIZADOS:
Dos Vatímetros.
Un Transformador monofásico de 230V/V2 V; 100VA; 60Hz
Una fuente variable de C.A.
Cables de conexión
DATOS:
S = 100VA
IN = 145mA
V1N = 230V
V2N = ?
El desarrollo de la experiencia consta de 2 partes: 1. ENSAYO EN VACÍO O A CIRCUITO ABIERTO: Para el ensayo en vacío se realizaron las conexiones en el módulo 2 con el bobinado secundario abierto, aplicándose distintas tensiones en el primario y con ayuda del 2 vatímetro se midieron los valores mostrados en la tabla a continuación: V1(V)
110
130
150
170
190
210
230
235
I0(mA) 11.9 12.8 14.8 14.9 16.2 17.9 19.9 20.4 Po(W)
0.59 0.81 1.07 1.37 1.65 1.98 2.37 2.45
Además se halló el V2N =237V 2. ENSAYO EN CORTOCIRCUITO: Para el ensayo en cortocircuito de manera similar al ensayo en vacío se realizaron las conexiones pero cortocircuitando el bobinado secundario, aplicándose distintas tensiones para cada corriente dada y se hallaron los siguientes valores: VCC1(V)
6.71 9.84
13
16.1 18.9 22.15
ICC1(mA) 0.16 0.35 0.62 0.94 1.34
1.84
PCu(W)
145
43
64
84
105
125
CUESTIONARIO 1. Resumen de un marco teórico, referente al tema (máximo 1 hoja) 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.
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.
2. Describa de manera personal la experiencia realizada. La experiencia realizada en el módulo 2 donde se realizaron las pruebas de vacío y cortocircuito con ayuda de dos vatímetros para medir los valores indicados en la experiencia. Para la prueba de vacío se realizaron las conexiones en el módulo 2 con el bobinado secundario abierto y con ayuda de 2 vatímetros se realizaron las mediciones. Para la prueba de cortocircuito se realizaron las conexiones en el módulo 2 con el bobinado secundario cortocircuitado y con ayuda de 2 vatímetros se realizaron las mediciones. 3. Relación de valores obtenidos en los ensayos y circuitos utilizados.
ENSAYO EN VACÍO: V1(V)
110
130
150
170
190
210
230
235
I0(mA) 11.9 12.8 14.8 14.9 16.2 17.9 19.9 20.4 Po(W)
0.59 0.81 1.07 1.37 1.65 1.98 2.37 2.45
ENSAYO EN CORTOCIRCUITO: VCC1(V)
6.71 9.84
13
16.1 18.9 22.15
ICC1(mA) 0.16 0.35 0.62 0.94 1.34
1.84
PCu(W)
145
43
64
84
105
125
4. Grafique y ajuste a la función que más convenga en un sistema cartesiano los valores aplicados de tensión vs la corriente de excitación y también potencia de pérdida en el núcleo.
Io(mA)
V1 vs Io 25 20 15 10 5 0 0
50
100
150
200
250
V1(V)
Pfe(W)
V1 vs Pfe 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0
70
140
210
280
V1(V)
¿Qué significado le da el gráfico y la función determinada? ¿Qué porcentaje de pérdidas de potencia le arroja sus mediciones efectuadas? El porcentaje de pérdida de potencia con respecto al valor nominal (S=100VA) es de 4.577% ¿Cuál es su tensión secundaria nominal de acuerdo a sus mediciones? La tensión secundaria nominal es:
5. Grafique y ajuste a la función que más convenga en un sistema cartesiano los valores aplicados de “corriente de cortocircuito” vs “tensión de cortocircuito” y también potencia
Vcc(V)
de pérdidas en los arrollamientos.
Vcc vs Icc 25 20 15 10 5 0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
Pcu(W)
Icc(mA)
Icc vs Pcu 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0
40
80
120
160
Icc(mA)
¿Qué significado le da el gráfico y la función determinada? ¿Qué porcentaje de pérdidas le arroja sus mediciones efectuadas? El porcentaje de pérdida de potencia con respecto al valor nominal (S=100VA) es de 3.21% ¿En porcentaje (referido al nominal) cuál es la tensión de cortocircuito? Según los cálculos realizados la tensión de cortocircuito es aproximadamente el 9.63% de la tensión nominal. ¿Si es que la función determinada se asemeja a una recta, que significado le da la pendiente de esta línea? ¿Cuál es la razón por la que se dice que los parámetros: resistencia de cortocircuito, reactancia de cortocircuito e impedancia de cortocircuito son lineales?
6. Un transformador monofásico de 125 KVA, 3000/380V, 50Hz, ha dado los siguientes resultados en unos ensayos: Vacío: 3000V, 0.8A, 1000W (medidos en el primario). Cortocircuito: 10V, 300A, 750W (medidos en el secundario). Calcule: a) Componentes de la corriente de vacío. Corriente de pérdida:
Reemplazando en I:
Corriente de magnetización:
b) Potencia de pérdidas en el hierro y de pérdidas en el cobre a plena carga.
7. Determine el circuito equivalente del transformador con los datos hallados en la prueba de cortocircuito y vacío. CIRCUITO EQUIVALENTE PARA ENSAYO EN VACIO: I0 Ip
Im
VN1
Valor Nominal V1(V)
110
130
150
170
190
210
230
235
I0(mA) 11.9 12.8 14.8 14.9 16.2 17.9 19.9 20.4 Po(W)
0.59 0.81 1.07 1.37 1.65 1.98 2.37 2.45
CIRCUITO EQUIVALENTE PARA ENSAYO EN CORTOCIRCUITO:
Rcc1
Xcc1
Icc1 Vcc1
VCC1(V)
6.71 9.84
13
16.1 18.9 22.15
ICC1(mA) 0.16 0.35 0.62 0.94 1.34
1.84
PCu(W)
145
43
64
84
105
125
Valor Nominal
8. Conclusiones personales de la experiencia.
Se pudo aprender más sobre la determinación de las pérdidas de potencia en el transformador monofásico.
Se aprendió a medir las pérdidas en el hierro y el cobre con ayuda del módulo de ensayo.
