Laboratorio de Máquinas Eléctricas 1- 2016 A .
GUIA DE LABORATORIO No. 4. 1 TEMA: PÉRDIDAS ELÉCTRICAS (EN EL COBRE) DE LOS DEVANADOS DEL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO DE POTENCIA. 1. OBJETIVOS a) Determinar experimentalmente las pérdidas eléctricas de los devanados, la tensión de corto circuito y corriente de corto circuito de falla. b) Comprobar experimentalmente el concepto de inductancia de dispersión. c) Determinar los parámetros del transformador mediante los ensayos de vacío y corto circuito. d) Determinar experimentalmente la relación de transformación en función de sus corrientes. 2. INTRODUCCIÓN Las pérdidas y tensión de cortocircuito, tanto para transformadores monofásicos como para trifásicos, de acuerdo al procedimiento descrito en la norma IEC 76-5, el cual se describe a continuación: Uno de los devanados del transformador (del lado de baja tensión) debe ponerse en corto y se aplica al otro devanado una tensión a frecuencia nominal, la cual se ajusta para que circule la corriente nominal por los devanados. En caso de que no se puedan alcanzar los valores nominales de corriente, se puede utilizar una corriente no menor del 25% de In (corriente nominal), corrigiendo el valor obtenido. El ensayo debe realizarse sobre la derivación principal de mayor número nú mero de espiras. Con la corriente y frecuencia ajustadas a los valores de ensayo, se toman lecturas en el amperímetro, vatímetro, voltímetro y frecuencímetro. Es suficiente medir la corriente en el devanado excitado solamente, porque la corriente en el devanado en cortocircuito, debe estar en el valor correcto de acuerdo a la relación de transformación (Sí se desea comprobar la relación se puede tomar el valor de la corriente que circula por el devanado en corto). La temperatura del devanado antes del ensayo se considera igual a la temperatura del ambiente o del aceite, cuando el transformador no ha sido excitado por lo menos ocho horas antes del ensayo. El conductor usado para hacer el cortocircuito en transformadores de alta corriente y baja tensión, debe tener una sección transversal igual o mayor que aquella de los terminales conductores del devanado correspondiente, debe ser tan corto como sea posible y mantenerse retirado de masas magnéticas. Los contactos deben estar limpios y bien ajustados. aj ustados. Cuando no se alcancen los valores de corriente nominal, los valores medidos se corregirán al valor nominal de la siguiente forma: k Vcc P cu
In Im
Vm k
P cum
2
k
Donde: k = = Factor de corrección por corriente. I = Corriente nominal del devanado del transformador por el cual se energizó (Amperios). n I = Valor de corriente alcanzado durante el ensayo. ( Amperios). m V = Tensión de corto circuito cc V = Tensión de cortocircuito m
real a corriente nominal (Voltios).
medida con corriente reducida (voltios). 1
Laboratorio de Máquinas Eléctricas 1- 2016 A .
P = Pérdidas en el cobre reales a corriente cu
nominal (vatios).
P = Pérdidas en el cobre medidas con corriente nominal (Vatios). cum
Los valores de
V cc
y
P serán cu
consignados en el protocolo de pruebas en la parte “Ensayo de
cortocircuito”, una vez corregidos a 75ºC. Se asume que estos valores son medidos a temperatura ambiente y se corregirán a 75ºC de acuerdo con el procedimiento que se indica más adelante en este mismo apartado. Corrección de una resistencia medida a temperatura ambiente T a , a una temperatura
R x
T : x
k t * Ra
donde:
k t
234.5 Tx 234.5 Ta
El factor: 234.5 es para el cobre. Para el aluminio es: 225
se tiene un factor de corrección por temperatura. Donde: T = Temperatura a la cual se a T x
midió la resistencia (ºC).
= Temperatura a la cual se desea referir la resistencia (ºC), generalmente 75ºC.
R = Resistencia medida a una temperatura dada (ambiente). a R = Resistencia corregida a la temperatura Tx. x
CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS Y SU CORRECCIÓN A 75ºC PARA LLENAR EL PROTOCOLO DE PRUEBAS DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO
2
I R a
2
2
2
R I R ................vatios at at bt bt
I
I R
75º C
P adicionales
k t
* I 2R
P cu
a
2 R
I
a
..........vatios
...........vatios
P 2 adicionales P I R cu(75ºC) 75ºC k t U r 75º C
U r (ta) U z U x
P cu 75º C P n
P cu P n
U cc U n
............. vatios
*100 ........ %
*100 ...........%
*100 ............%
2 U 2 r (ta )
U z
..........% 2
Laboratorio de Máquinas Eléctricas 1- 2016 A .
U z 75º C
2 U 2 r (75º C )
U x
..............%
Donde: I Corriente nominal del devanado de alta tensión. at I = Corriente nominal del devanado de baja tensión. bt R = Resistencia medida a temperatura ambiente. Devanado de at
alta tensión.
R = Resistencia medida a temperatura ambiente. Devanado de bt
baja tensión.
P = Potencia nominal del transformador [VA]. n U = Tensión nominal del n
devanado por donde se energizó [V].
Fig. 1 Transformador monofásico de dos devanados con núcleo real. *complementar el fundamento teórico de transformadores con las referencias básicas del curso. ++Traer un resumen de la información revisada del procedimiento de pruebas en vacío y de corto circuito de transformadores y sus respectivas normas nacionales e internacionales y como determinar los parámetros del transformador experimentalmente. 2.1. PRE-LABORATORIO .- resolver el siguiente ejercicio en un programa de cálculo numérico antes de
iniciar la práctica (presentar en forma impresa): Enunciado: sean las variables medidas de un transformador de 1000 VA, 220/110 V de 60 Hz, que durante el ensayo de corto circuito a corriente nominal se obtuvo una tensión de corto circuito de 8 % de la tensión nominal la potencia de corto circuito de 20 W. Del ensayo de vacío a tensión nominal, la corriente vacío es 12 % de la corriente nominal y la potencia de vacío de 35 W. Determinar los parámetros del circuito equivalente del transformador referido al lado de Alta Tensión y otro referido al lado de Baja Tensión. 3. MATERIALES, INTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y EQUIPOS Los siguientes dispositivos, equipos, instrumentos y materiales serán necesarios para la realización de la práctica: Item 1 2 3 4 5 6
Cantidad Descripción 1 Regulador de tensión monofásica (variac) 220 V, 5 A 1 Transformador de potencia monofásico: 220 V, 110 V, 60Hz. 500 VA ó 1000 VA, 1 Amperímetro de c.a. 5 A, 1 A 1 Voltímetro de c.a. de 150 V, 300V 1 Vatímetro 1A, 120; 5 A, 240 V, ó 5A, 120V;25 A, 240 1 Frecuencímetro de 220 V
Código
3
Laboratorio de Máquinas Eléctricas 1- 2016 A .
7 8 9 10 11 12 13
1 1 1 1 1
Microohmímetro MPK5 (o puente Wheastone) Reostato o resistencia de 11 Ω, 8 A. Multitester para verificación de circuitos Kit de cables flexibles AWG 14 ó 2.5 mm2 Termómetro de mercurio o digital
4. PROCEDIMIENTO a) Medición de la resistencia de los devanados a temperatura ambiente (frio)
a1. De acuerdo a los manuales del micrómetro realizar las mediciones de la resistencia en corriente continua de cada uno de los bobinados, teniendo en cuenta la temperatura ambiente y que el transformador a ensayar no haya sido utilizado antes de la práctica. R
ϴ0 [
oC]
1ra med. [mΩ]
2da. med. [mΩ]
3ra. med.[mΩ]
Promedio [mΩ]
b) Lectura de los datos de la prueba de corto circuito y tensión de corto circuito:
b1.- Montar el circuito de la figura 1 para alimentar una de las bobinas, el lado de AT conectar al regulador de tensión de corriente alterna (c.a.). Tener cuidado de utilizar instrumentos de medición que soporten la capacidad de corriente nominal del bobinado.
Fig. 2 Esquema de conexiones del ensayo de corto circuito del transformador. b2.- Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor, energizar el circuito con el regulador de tensión c.a. ajustando corriente desde 0 hasta 120% del valor nominal de la corriente en el lado de AT. Luego reducir este valor hasta llegar a 0 V. Medir y registrar un juego de 10 lecturas de los instrumentos de mediación de c.a. en la siguiente tabla. #
Amperímetro 1 div CI V
Voltímetro div CV A
Vatímetro div CW W
Amperímetro 2 div CI V
f Hz
1 2 3 4 5 6 7 8 4
Laboratorio de Máquinas Eléctricas 1- 2016 A .
9 10 11 12 c) Medición de resistencia de los devanados después del ensayo de corto circuito (caliente) c1.- Después de la lectura de datos, energizar nuevamente el circuito con el regulador de tensión c.a.
ajustando corriente 120% del valor nominal de la corriente en el lado de AT y dejarlo por unos 15 minutos hasta que se sienta que transformador está caliente. De acuerdo a los manuales del micrómetro realizar las mediciones de la resistencia en corriente continua de cada uno de los bobinados. Calcule y complete la temperatura de los bobinados.
# 1 R
Amperímetro1 div CI V
Voltímetro A CV A
Vatímetro div CW W
1ra med. [mΩ]
2da. med. [mΩ]
3ra. med.[mΩ]
Amperímetro2 div CI V Promedio [mΩ]
ϴcc [
f Hz oC]
c2.- Tenga en cuenta este transformador de potencia para realizar los siguientes ensayos de desempeño bajo carga, autotransformador, paralelo de transformadores, etc. (marcar el trafo).
d) Determinación experimental de la relación de transformación método directo en función de corrientes: d1.- Montar el circuito de la figura 2 para alimentar una de las bobinas, el lado de AT conectar al
regulador de tensión de corriente alterna (c.a.). Incluir un amperímetro en la lado primario y el lado secundario. d2- Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor, energizar el circuito con el regulador de tensión c.a. ajustando la corriente hasta llegar al valor nominal de la corriente del lado de AT. Medir y registrar las lecturas de los instrumentos de medición de c.a. Ica1= …………………..Ica2=……………. Calcular la relación de transformación a=………. Ica1= …………………..Ica2=……………. Calcular la relación de transformación a=……… 5. CUESTIONARIO PARA LA DISCUSIÓN DE RESULTADOS 5.1. Explique, que inductancia de dispersión y como de calcula con los datos experimentales?
5.2. De algunas diferencias entre inductancia de dispersión, autoinductancia e inductancia mutua. 5.3. Porque se prefiere realizar la prueba de corto circuito por el lado de AT. Fundamente su respuesta. 5.4. Tabular todos los valores registrados de la prueba de corto circuito y calcular el ángulo de desfase entre la tensión corriente de corto circuito, la resistencia y reactancia de corto circuito. 5.5. Trazar o graficar la curva características de V cc vs Icc y Wcc vs Ucc en escala adecuada o en papel milimetrado. 5.6. De acuerdo al Norma IEC 76-5, la resistencia y las pérdidas de corto circuito debe ser corregida a la temperatura de 75 oC. Realice esa corrección. 5.7. Con los datos del punto 5.6. y del informe anterior (ensayo de vacío) calcular los parámetros del circuito equivalente exacto referidos la primario, y otro referido al s ecundario.
5
Laboratorio de Máquinas Eléctricas 1- 2016 A .
5.8. Con el circuito equivalente trazar el diagrama vectorial del transformador a plena carga con factor de potencia en atraso de 0.8. 5.9. Con ayuda de programa de simulación o cálculo numérico trazar las curvas características de eficiencia vs potencia de carga con factor de potencia de 0.8 en atraso, 1.0 y 0.8 en adelanto. 5.10. Con ayuda de programa de simulación o cálculo numérico trazar las curvas características de regulación (V.2) vs potencia de carga con factor de potencia de 0.8 en atraso, 1.0 y 0.8 en adelanto. 6. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA 6.1. Investigue y calcule como seria su placa de características del transformador ensayado. 6.2. Investigue como es características del regulación en función al ángulo de desfase de la carga, demuestre si existe regulación cero, regulación máxima y regulación negativa? 6.3. Que es el efecto piel de los conductores y como se evita en el diseño de transformadores de potencia. 7. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES Plantee en forma personal y clara un mínimo de cinco (5) conclusiones de la experimentación. Plantee en forma personal y clara un mínimo de tres (3) observaciones para mejorar la experiencia de las prácticas de estas pruebas. 8. BIBLIOGRAFIA Al final de todo documento o informe técnico se hace referencias a la bibliografía empleada y la normalización respectiva. Dar las referencias bibliográficas de su informe de la práctica. 1. 2. 3.
Jesús Fraile Mora, “Máquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra. edición, 2008. Fitzgerald A. E. Charles Kingsley Jr, Stephen D. Umans, “Máquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra. edición, 2003. ….
ANEXO Todo material relacionado con la ejecución de la practica que ayude a elaborar y comprender el informe presentado.
Circuitos equivalente exacto del transformador monofásico de dos devanados. 6
