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Laboratorio de transformadores Tema:
TRANSFORMADOR MONOFÁSICO COMO AUTOTRANSFORMADOR
Nota:
I.
Apellidos y Nombres:
Lab. Nrº
III 05
OBJETIVOS -
II.
Código: Semestre: Grupo:
Interpretar y analizar los los resultados de pruebas y mediciones efectuadas al transformador monofásico operando como autotransformador. Comparar el comportamiento de un transformador y un autotransformador. Determinar experimentalmente el valor valor de la potencia ganada por conducción cuando el transformador funciona como autotransformador.
EQUIPO A UTILIZAR -
01 Transformador monofásico de 220/110 V – V – 400 400 VA. 03 multímetros. 01 pinza amperimétrica. 01 vatímetro monofásico. 02 carga resistiva 100
-
2.5 A,
Conductores de conexión.
III. FUNDAMENTO TEÓRICO El autotransformador puede ser considerado simultáneamente como un caso particular del transformador con núcleo de hierro. Tiene un solo bobinado arrollado sobre el núcleo, pero dispone de cuatro bornes, dos para cada circuito, y por ello presenta puntos en común con el transformador. Es empleado para elevar o reducir voltajes en pequeños porcentajes, es decir como reguladores de tensión (5% al 20%), también pueden ser empleados para el arranque de motores de inducción como limitadores de corriente de arranque, bajando los niveles de tensión entre el 50% y 75 %.
La ecuación general de la potencia de un autotransformador es:
Sa
Nc Nse St Nse
Con la que se puede notar que estos pueden dar más potencia conectados como autotransformador que como transformador, esta potencia adicional se conoce como potencia de conducción y es calculada a partir de : Sc = Sa - St Los autotransformadores pueden ser empleados como elevadores o reductores, empleando en cada caso su propia ecuación particular para el cálculo de la potencia, que se derivan de la general.
Sa
a 1 St a
Sa
St (1 a )
Laboratorio de transformadores Fig . 1 a: Autotransformador Reductor
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Fig . 1 b: Autotransformador Elevador
Entre sus principales ventajas podemos mencionar:
-
Mayor potencia con menos masa y peso comparado con un transformador de potencia similar. Mas económico. Mayor eficiencia. Menor regulación de voltaje. Menor corriente de excitación.
Entre las desventajas podemos mencionar que el autotransformador tiene menor im pedancia porcentual que un transformador de potencia similar, lo que haría que las corrientes de falla en los sistemas de potencia sean mayores, otra de las desventajas es que con esta forma de conexión del transformador, se pierde aislamiento galvánico por lo que se perderá aislamiento ante transitorios entre le primario y secundario. Para la determinación del circuito equivalente, se pueden hacer ensayos en vacío y cortocircuito y los parámetros del cobre y del núcleo se calculará con las mismas ecuaciones y de la misma manera que con el transformador de potencia monofásico.
IV. PROCEDIMIENTO
Advertencia: ¡En esta etapa se manejarán voltajes peligrosos! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición!. 4.1. DETERMINACIÓN DEL CIRCUITO EQUIVALENTE DEL AUTOTRANSFORMADOR E nsayo en cortocircuito: Con los valores nominales del transformador, encuentre la corriente nominal en el bobinado de mayor tensión como transformador (lado 220 V). SN = ___________
UN1 = ___________
IN1 = ___________
Arme el circuito de la figura N° 2 y regule la tensión en el lado de prueba hasta obtener la corriente nominal, la misma que debe ser la máxima que soporte el bobinado serie. Con los valores medidos, determine los parámetros del cobre. Escriba las formulas y encuentre resultados:
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Laboratorio de transformadores U cc = 12,75
I N = 1,82
P cu =22,8
Zqe1 =
Req1 =
Xeq1 =
Ucc% = a´ =
Fig . 2: Circuito de pruebas para hallar la impedancia del cobre.
Arme el circuito de la figura N° 3 y regule la tensión en el lado de prueba hasta obtener la corriente nominal. Con los valores medidos, determine la impedancia del cobre así como su tensión de cortocircuito. Escriba las formulas y encuentre resultados: U cc = 12,7
I N =1,80
P cu =22.6
Zqe1 =
Ucc% = a=
Fig . 3: Circuito de pruebas para hallar la impedancia del cobre.
¿Son iguales las impedancias del cobre del autotransformador y el transformador?¿Porqué?. --------------------------------- ------------------------------------------- ---------------------------------------- --------- ---------------------------------- ------------------------------------------- ---------------------------------------- --------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------- ---------------------------------------- --------- --------------------------------- ------------------------------------------- -------------------------------------- --------------
E nsayo en vacío: Arme el circuito de la figura N° 4 y regule el voltaje del Erfi a tensión nominal. Tome nota de los valores marcados por los instrumentos y con ellos determine la impedancia del núcleo del autotransformador. Escriba las formulas y encuentre resultados:
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Laboratorio de transformadores U 0 = 99.9 =9
I´ e1 = 0.21
P nu
Znu = Ynu = Rnu = Gnu = Bm = Xm = a´ =
Fig . 4: Circuito de pruebas para hallar la impedancia del nucleo.
Escriba la corriente de excitación y con la relación de transformación del autotransformador, refleje la corriente de excitación al lado de menor tensión. I´e1 = _____________ A
Ie2 = a´ I´e1 = _____________ = ______________ A
Arme el circuito de la figura N° 5 y regule la tensión en el lado de prueba hasta obtener la tensión nominal y tome nota de las lecturas de los instrumentos. U 0 =220 I e1 =0.144 P 0 =11 a = 1 por siacaso
Fig . 5: Circuito de pruebas para hallar la corriente de excitación. Escriba la nueva corriente de excitación y con la relación de transformación del autotransformador, refleje la corriente de excitación al lado de menor tensión. Ie1 = _____________ A
Ie2 = a Ie1 = _____________ = ______________ A
¿Son iguales las corrientes reflejadas Ie2 del autotransformador y el transformador?¿Porqué?. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------- -------------------------------------- ------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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-------------------------------- ------------------------------------------- -------------------------------------- ------------ -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Con las lecturas de las corrientes de excitación medidas para el autotransformador y el transformador, confirme que se cumple la ecuación siguiente: ´
I e1
a I a 1 e1
¿Qué puede concluir según los resultados encontrados?. -------------------------------- ------------------------------------------- -------------------------------------- ------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------- -------------------------------------- ------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------- -------------------------------------- ------------ ------Con los resultados de los ensayos, dibuje el circuito equivalente del autotransformador referido al lado de mayor tensión y luego referido al lado de menor tensión.
Lado de mayor tensi ón
Lado de menor tensi ón
4.2. EL AUTOTRANSFORMADOR CON CARGA Arme el circuito de la figura N° 6, verifique las conexiones y escalas de los instrumentos y luego aplique las cargas indicadas en la tabla N° 1. Recuerde mantener la tensión constante en el primario (330 V).
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Fig . 6: Circuito de pruebas para aplicar carga al autotransformador.
Resistencia (Ω)
V1 (V)
V2 (V)
I1 (A
TABLA N°1 I2 P1 (A) (W)
P2 (W)
PC (W)
300
330
109.8
0.22
0.36
41
38
22
250
330
109.8
0.21
0.42
48
47
27
200
330
110
0.16
0.54
54
59
35
150
330
109.5
0.37
0.71
93
77
49
100
330
109.3
0.47
1.7
140
117
75
50
330
108.3
0.75
2.58
230
223
140
33.333
330
107.3
1.12
3.1
374
332
217
RVa (%)
Eficiencia (%)
Con los valores medidos, calcule la potencia de salida, la potencia por conducción, la regulación de voltaje y la eficiencia, considerando las siguientes ecuaciones: P 2
U 2 I 2 ;
Nc Nse Pa Pt Nse
V 1
P 2 ;
Pc
Pa
Pt ; RVa%
a´
V 2
* 100% ;
V 2
%
P 2
*100%
P 1
4.3. EL TRANSFORMADOR CON CARGA Arme el circuito de la figura N° 7, verifique las conexiones y escalas de los instrumentos y luego aplique las cargas indicadas en la tabla N° 2. Recuerde mantener la tensión constante en el primario (220 V).
Fig . 7: Circuito de pruebas para aplicar carga al transformador.
Resistencia (Ω)
V1 (V)
V2 (V)
I1 (A
TABLA N° 2 I2 P1 (A) (W)
P2 (W)
300
220
110.3
0.44
0.36
73
37
250
220
109.3
0.35
0.47
65
46
RVT (%)
Eficiencia (%)
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Laboratorio de transformadores 200
220
108.8
0.38
0.52
74
56
150
220
108.4
0.47
0.72
98
80
100
220
107.8
0.64
1.1
135
120
50
220
105
1.1
2.03
240
217
33.333
220
103.8
1.6
3.01
343
313
Con los valores medidos, calcule la potencia de salida, la regulación de voltaje y la eficiencia, considerando las siguientes ecuaciones: V 1
P 2
U 2 I 2 ;
RV T %
a
V 2
*100% ;
V 2
%
P 2
*100%
P 1
4.4. COMPARACIÓN DEL TRANSFORMADOR Y AUTOTRANSFORMADOR CON CARGA Con los resultados obtenidos en las tablas 1 y 2, realizar la gráfica de la eficiencia ( η%) vs potencia de salida (P2), para el transformador y el autotransformador.
Con los resultados obtenidos en las tablas 1 y 2, realizar la gráfica de la regulación de tensión (RV %) vs potencia de salida (P 2), para el transformador y el autotransformador.
V.
CUESTIONARIO 1- ¿Según el transformador de la experiencia, determine que voltajes de entrada y salida se pueden obtener haciendo distintas conexiones?. Realizar graficas que demuestren lo afirmado.
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2- ¿Es factible conectar el transformador como autotransformador para las distintas tensiones indicadas en la pregunta N° 1?¿cuales si se podrían hacer?. --------------------------------- ------------------------------------------- ---------------------------------------- --------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------- ---------------------------------------- --------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------- ---------------------------------------- --------- --------
VI. TRABAJO DE INVESTIGACIÓN Temas:
-
“Aplicaciones del autotransformador”. “Ventajas y desventajas de los autotransformadores”.
VII. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES (Mínimo 8 de cada una de ellas)
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