LABORATORIO LABORATORIO DE MEDIDAS LABORATORIO Nº2: PRUEBAS ELECTRICAS EN TRANSFORMADORES 1. OBJETIVOS:
Realizar las pruebas eléctricas eléctrica s de circuito circuit o abierto y corto circuito en un transformador. Determinar los parámetros eléctricos del circuito equivalente de un transformador real.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO: Antes del uso uso inicial inicial es obligatorio realizar una prueba prueba de aceptación aceptación del transformad transformador or para confirmar que funciona correctamente y garantizar un funcionamiento seguro. Los cambios mecánicos en los devanados, producidos, por ejemplo, por el transporte, y los problemas de contacto en otras conexiones, se pueden detectar antes del primer funcionamiento. Se puede confirmar el estado adecuado del aislamiento del transformador y de las bornes, así como que los devanados no tengan fallas, mediante el uso de los métodos de prueba convencionales. Estos resultados de las pruebas también se pueden utilizar como valores de referencia para mediciones futuras. Estos métodos de pruebas convencionales incluyen la medición de la impedancia en cortocircuito, la relación de transformación, la corriente de magnetización, la resistencia del devanado, la resistencia dinámica del devanado del cambiador de tomas, así como el factor de disipación y la capacitancia. Con nuestro sistema de pruebas, se puede utilizar un solo dispositivo para determinar de manera sencilla todos estos parámetros. Una vez completadas las pruebas, también se puede desmagnetizar el transformador.
TRANSFORMADOR: Se denomina a transformador un un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión la tensión en un circuito eléctrico de corriente de corriente alterna, manteniendo alterna, manteniendo la potencia. la potencia. La potencia La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), 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 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 primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente.
Ensayo de circuito abierto: Es un método utilizado para determinar la impedancia de vacío en la rama de excitación de un transformador. El secundario del transformador se deja abierto. Un vatímetro está conectado al primario. Un amperímetro está conectado en serie con el primario. Un voltímetro es opcional ya que el voltaje aplicado es igual al medido por el voltímetro. El voltaje nominal se aplica al primario. Si el voltaje aplicado es voltaje nominal entonces aparecerá un flujo magnético nominal. Como las pérdidas en el hierro son función del voltaje aplicado, las pérdidas serán nominales. Por ello las pérdidas en el hierro son máximas a voltaje nominal. Esta pérdida en el hierro máxima se mide utilizando el vatímetro. Como la impedancia serie del transformador es muy pequeña comparada a la de la rama de excitación, todo el voltaje de entrada cae en la rama de excitación. Como el secundario del transformador está abierto, el primario absorbe la corriente de vacío, que incluye ciertas pérdidas en el cobre. Esta corriente de vacío es muy pequeña y como las pérdidas en el cobre en el primario son proporcionales al cuadrado de la corriente, es insignificante. No hay pérdidas en el cobre en el secundario porque no hay corriente en el secundario. La corriente, el voltaje y la potencia se miden en el primario para obtener la admitancia y el factor de potencia.
Ensayo de cortocircuito: Es una técnica utilizada para determinar los parámetros del circuito equivalente de un transformador real. 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 solo un porcentaje del voltaje nominal y puede ser despreciado. Así, el vatímetro solo medirá las pérdidas en el cobre
3. EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES:
Autotransformador:
Analizador de calidad de energía:
Transformador marca SERVILEC:
Multitester marca PRASEK PR – 85.
Pinza amperimétrica marca PRASEK PR – 54.
Lámpara incandescente de 100w. Balasto de 1H.
4. PROCEDIMIENTO: 4.1.
Armar el esquema eléctrico para la prueba de circuito abierto de un transformador, según la Figura Nº1. Medir el valor del voltaje, la corriente, la potencia activa y reactiva y anotarlos en la Tabla Nº1.
Figura Nº1: Esquema eléctrico de la prueba de circuito abierto de un transformador
TABLA N°1: PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO
N°
Valores Medidos
1
Voltaje 1 (V)
220.1
2
Voltaje 2 (V)
115.5
3
Intensidad 1 (A)
0.182
4
Potencia Activa 1 (W)
10
5
Potencia Reactiva 1 (VAR)
38 (inductiva)
4.2.
Armar el esquema eléctrico para la prueba de corto circuito de un transformador, según la Figura Nº2. Medir el valor del voltaje, la corriente, la potencia activa y reactiva y anotarlos en la Tabla Nº2.
Figura N°2: Esquema eléctrico de la prueba de corto circuito de un trasformador
TABLA N°2: PRUEBA DE CORTO CIRCUITO
N°
Valores Medidos
1
Voltaje 1 (V)
11.09
2
Intensidad 1 (A)
2.263
3
Intensidad 2 (A)
4.382
4
Potencia Activa 1 (W)
24.9
5
Potencia Reactiva 1 (VAR)
1.6 (inductiva)
4.3.
Armar el esquema eléctrico para la prueba con carga parcial de un transformador, según la Figura Nº3. Medir el valor del voltaje, la corriente, la potencia activa y reactiva y anotarlos en la Tabla Nº3 y Tabla Nº4.
Figura N°3: Esquema eléctrico de la prueba con carga de un transformador
TABLA N°3: PRUEBA CON CARGA N°1
N°
Valores Medidos
1
Voltaje 1 (V)
220.7
2
Voltaje 2 (V)
115.6
3
Intensidad 2 (A)
0.328
4
Potencia Activa 2 (W)
38
5
Potencia Reactiva 2 (VAR)
3
TABLA N°4: PRUEBA CON CARGA N°2
N°
Valores Medidos
1
Voltaje 1 (V)
220.4
2
Voltaje 2 (V)
115.7
3
Intensidad 2 (A)
0.456
4
Potencia Activa 2 (W)
44
5
Potencia Reactiva 2 (VAR)
29
5. CÁLCULOS Y RESULTADOS: 5.1.
Graficar el circuito equivalente de un transformador real e indicar cada uno de los elementos que conforman el circuito.
Elementos del circuito equivalente: Primario: Np: Espiras del primario Vp: Tensión aplicada Ip: Corriente en el primario Secundario: Ns: Espiras en el secundario Vs: Tensión aplicada a la carga Is: Corriente de la carga Impedancia del transformador: Xp, Xs: Reactancias de dispersión del primario y secundario Rp, Rs: Resistencias de los conductores primario y secundario.
5.2.
Definir:
a) Pérdidas en el hierro: Estas pérdidas dependen del flujo magnético y como ya se vio, el flujo solo varía con la tensión y ésta suele ser constante. Quiere esto decir que las pérdidas en el hierro son constantes ya sea en vacío o en carga nominal. La corriente en vacío suele obtenerse del ensayo de vacío, en el que se cuantifica la potencia absorbida y la tensión aplicada. El transformador se conecta sin ninguna carga en el secundario (en vacío). Pues bien, si tenemos en cuenta que de la potencia aplicada al primario (potencia total) una parte se perderá en el hierro y otra en el cobre, el resto será la potencia aplicada en el secundario (potencia útil)
b) Pérdidas en el cobre: Los fabricantes de transformadores suelen proporcionar el dato de la potencia activa que tiene el transformador cuando se realiza el ensayo de cortocircuito. En el ensayo de cortocircuito se conecta el transformador a tensión nominal, cortocircuitando el secundario. Se mide en este ensayo la potencia consumida en el transformador en estas condiciones Pcc. A esta potencia se le denomina pérdidas en el cobre a máxima potencia, porque es la consumida por los arrollamientos cuando circula la intensidad nominal.
Conviene recordar que la reactancia no consume energía activa sino reactiva. Si queremos conocer la caída de tensión en el arrollamiento:
c) Eficiencia del transformador: La eficiencia del transformador será:
Existen varias formas de desarrollar esta expresión:
Siendo cos φ el factor de potencia de la carga que puede considerarse igual que en el secundario. Otra forma es en función del índice de carga:
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:
En cuanto a la determinación de la relación de transformación existe un margen de error en las diferentes medidas realizadas. Se determinó algunos de los parámetros para las características de un transformador monofásico, mediante la realización de la prueba de corto circuito. Se realizó el circuito equivalente de acuerdo a los valores de impedancias hallados en la presente práctica. Para hacer la prueba de relación de transformación debe hacerse a tensión nominal sin carga. La vida útil del transformador depende de su sistema de aislamiento, entonces se necesita diagnosticar el estado, en el que se encuentra funcionando. Para realizar estos diagnósticos se recomienda tener nuestros instrumentos estén en perfecto estado y bien calibrados.
7. BIBLIOGRAFÍA: -
https://tecnoblogsanmartin.wordpress.com/category/tecnologia-3%C2%BA-e-so/unidad-4-energia-tecnologia-3%C2%BA-e-s-o/4-3-el-transformador/
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http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptosbasicos/funcionamiento-de-los-transformadores
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https://automatismoindustrial.com/1-3-6-5-ensayos-de-vacio-y-de-cortocircuito/
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https://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_cortocircuito
