LABORATORIO 5 Autotransformador 01

Laboratorio de Máquinas Eléctricas 1- 2014A .

Apellidos y Nombres:………………………………..……………. CUI:……………………..

GUIA DE LABORATORIO No. 5 1 TEMA: ENSAYOS DEL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO CONECTADO COMO AUTOTRANSFORMADOR. 1. OBJETIVOS a) Determinar y comparar las pérdidas de vacío (rama de magnetización) del transformador y del autotransformador a través del ensayo de vacío a tensión y frecuencia nominal. b) Determinar y comparar las pérdidas del cobre (impedancia de corto circuito) del transformador y del autotransformador a través del ensayo de corto circuito. c) Verificar experimentalmente la potencia nominal transformador y del autotransformador a través del ensayo con carga nominal. 2. INTRODUCCIÓN Autotransformador de potencia monofásico

Un autotransformador es simplemente un transformador ordinario que tiene los arrollamientos primario y secundario conectados en serie. Las dos bobinas son alimentadas desde una fuente de tensión mientras que la carga se conecta a una de las bobinas o viceversa. Sus funciones son análogas a las de un transformador, la de transformar (reflejar) tensiones, corrientes e impedancias.

EL AUTOTRANSFORMADOR IDEAL Suponemos la no existencia de flujos de dispersión Despreciamos la resistencia de las bobinas : R1= R2= 0 Reluctancia del circuito magnético nula R recl recl= 0 (μ→∞). Podemos obtener la relación de transformación del autotransformador (a partir del transformador).

Circuito equivalente del autotransformador visto visto desde el aldo de alta tensión

Ensayo de vacío del autotransformador

Moisés C. Tanca Villanueva, Dr. Ing.



Ensayo de corto circuito del autotransformador

Las relaciones de transformación son diferentes. Las corrientes I N1 e I N2 de los arrollamientos son iguales en ambas configuraciones. ST = potencia aparente del transformador SA= potencia aparente del autotransformador Funcionando como autotransformador las corrientes IN1 e IN2 podrían siempre recorrer los arrollamientos La potencia aparente del autotransformador será:

La tensión de cortocircuito V CC y la Zeq1 son iguales en ambas consideraciones, pero la impedancia porcentual baja.

La regulación es directamente proporcional a la impedancia equivalente porcentual

La potencia total puede considerarse formada de dos partes que son: Moisés C. Tanca Villanueva, Dr. Ing.



SC= V N2I N1 = voltamperios transferidos conductivamente a la carga Si = V N2I N2 = voltamperios transferidos inductivamente a la carga

VENTAJAS DE LOS AUTOTRANSFORMADORES FRENTE AL TRANSFORMADOR ORDINARIO a. Dimensión más reducida b. Costos más bajos c. Eficiencia más alta . d. Corriente de excitación más reducida e. Mejor regulación DESVENTAJAS FRENTE AL TRANSFORMADOR a. Mayores corrientes de cortocircuito por disminuir su impedancia de cortocircuito. b. Conexión eléctrica entre el primario y el secundario. Estas desventajas son muy importantes porque limita el uso del autotransformador notablemente pues solamente se le puede utilizar en circuitos que tienen tensiones del mismo orden de magnitud. Por ejemplo para elevar una tensión en un 10%. Rendimiento de un autotransformador. El rendimiento de un auto transformador es la relación entre la potencia suministrada a la carga y la potencia absorbida de la red. 



Pc arg a Pabsorb .



100 

Pc arg a Pc arg a



Pérdidas



100 

Pc arg a Pc arg a



PFe



PCu



U  I  cos  U  I  cos   PFe

2

 I

 Re

el rendimiento es variable con la carga y el mejor rendimiento se obtiene en el régimen en que las pérdidas en el hierro son iguales a las pérdidas en el cobre. *complementar el fundamento teórico de autotransformadores con las referencias básicas del curso. ++Traer un resumen de la información revisada del procedimiento de pruebas en vacío y corto circuito de autotransformadores y sus respectivas normas nacionales e internacionales y como determinar los parámetros del autotransformador experimentalmente. 2.1. PRE-LABORATORIO.- realizar los siguientes cálculos y presentar la solución de este problema antes de iniciar la práctica: Enunciado: Un transformador de 500 VA, 220/110 V de 60 Hz, dio los siguientes resultados de ensayo, de corto circuito: Vcc= 5 % Vn, In, Pcc=20 W; ensayo de vacío: Vn, Io=12%Iny Pcc=35 W. Determinar los parámetros del circuito equivalente exacto del transformador referido al lado de alta tensión. El transformador se utiliza como autotransformador para elevar la tensión de un línea de 220/330 V. Determinar el nuevo circuito equivalente exacto como autotransformador, la regulación de tensión y el rendimiento del como autotransformador para las cargas de: 25%, 50%, 75%, 100% y 125% de potencias nominal y a un factor de potencia de 80% en atraso. Trazar las curvas de regulación vs potencia activa y rendimiento vs potencia activa de la carga. 3. MATERIALES, INTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y EQUIPOS Los siguientes dispositivos, equipos, instrumentos y materiales serán necesarios para la realización de la practica: Item Cantidad Descripción Código 1 1 Regulador de tensión monofásica (variac) 220 V, 5 A 2 1 Transformador de potencia monofásico: 220 V, 110 V, 60Hz. 350 VA, ó 500 VA ó 1000 VA,



3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

2 2 1 1 1 1 1 1 1 1


Amperímetro de c.a. 5 A, 1 A Voltímetro de c.a. de 150 V, 300V Vatímetro 1A, 120; 5 A, 240 V, ó 5A, 120V;25 A, 240 Frecuencímetro de 220 V 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 Resistencia de carga según potencia del autotransformador

4. PROCEDIMIENTO 1) A partir del transformador monofásico de potencia se puede obtener dos configuraciones de autotransformador como se observa en la fig. 1. Determine y compare las potencias nominales y las relaciones de transformación "aA" de los configuraciones como autotransformador en relación al transformador "aT".

Fig. 1 Configuraciones del autotransformadores a partir del conexionado del transformador. configuración

S [VA]

V1n [V]

V2n [A]

I1n [V]

I2n [A]

Relación de transformación

transformador Autotransformador 1 Autotransformador 2 2.- Antes de configurar el autotransformador es necesario determinar la polaridad de los devanados. Montar el circuito de la figura 2 para alimentar por el lado de 110 V, marcar una de los extremos de la bobina con punto (ó A) y conectar al regulador de tensión de corriente alterna (c.a.).

Fig. 2 Montaje del circuito de determinación de polaridad de bobinado.

Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor, energizar el circuito con el regulador de tensión ca ajustando la tensión hasta llegar al valor nominal de tensión del lado de BT. Medir y registrar las lecturas de los instrumentos de mediación de ca.




V1.= ………………V2=……………. y V3=……………… si el V3= V1+V2, marcar a "x" como : ………. si el V3= V1-V2, marcar a "x" como: …….

4) Ensayo de vacío. Configurar el transformador como autotransformador para la potencia nominal mayor. Montar el circuito de la figura 4 para alimentar una de las bobinas, el lado deBT conectar al regulador de tensión de corriente alterna (c.a.).

Fig. 3 Ensayo de vacío del autotransformador de potencia Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor, energizar el circuito con el regulador de tensión c.a. ajustando la tensión hasta llegar al valor nominal de tensión del lado de BT. Medir y registrar un juego lectura de los instrumentos de mediación de c.a. en la siguiente tabla.

# 1

Voltímetro1 div Cv V

Amperímetro A Ci A

Vatímetro div Cw W

Voltímetro2 div Cv V

f Hz

5) Ensayo de corto circuito

Montar el circuito de la figura 4 para alimentar por 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. 4 Esquema de conexiones del ensayo de corto circuito del autotransformador. Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor, energizar el circuito con el regulador de tensión c.a. ajustando el valor nominal de la corriente en el lado de AT. Luego medir y registrar un juego lecturas de los instrumentos de mediación de c.a. en la siguiente tabla.

# 1

Amperímetro1 div CI V

Voltímetro A CV A

Vatímetro div CW W

Amperímetro2 div CI V

f Hz

Medición de resistencia de los devanados después del ensayo de corto circuito (temperatura ambiente). De acuerdo a los manuales del micrómetro realizar la mediciones de la resistencia en corriente




continua de cada uno de los bobinados. Calcular las resistencias en cd corregidas a la temperatura de 75oC. o ϴ0 [ C] R cd1 [Ω] R cd2 [Ω] R cd3 [Ω] 75 oC 6) Ensayo con carga del autotransformador: De acuerdo a la potencia nominal como autotransformador y la capacidad valor nominal de la corriente de la carga seleccionar los reóstatos para conseguir las diferentes cargas. Carga SL [VA] VL [V] IL [A] R L [Ω] 100% 75% 50% 25%

Lectura de los datos de la prueba bajo carga resistiva: Montar el circuito de la figura 5 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. 5. Esquema de conexiones del ensayo de carga del transformador. Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor, energizar el circuito con el regulador de tensión c.a. ajustando la tensión al valor nominal. Mantener esta tensión nominal durante todo el ensayo. Tomar los cuatro juegos de lecturas de los instrumentes para cada carga indicada. Registrar lecturas de los instrumentos de medición en la siguiente tabla.

# 1 2 3 4 5

Amp1 div CI A

Volt1 A CV V

Vatímetro div CW W

Amp2 div CI A

V1 V

tabla.1 Cálculo de la eficiencia y caída de tensión como autotransformador, completar.


f Hz



tabla.1 Cálculo de la eficiencia y caída de tensión como autotransformador. 5. CUESTIONARIO PARA LA DISCUSIÓN DE RESULTADOS 5.1. Determine la potencia nominal del autotransformador y su relación con respecto al transformador. 5.1. Determine los parámetros de la rama de magnetización a partir del ensayo de vacío, resistencia ó

conductancia) de pérdidas y reactancia (susceptancia) de magnetización. 5.2. Determine los parámetros de los bobinados del autotransformador referidos al lado de AT a partir del ensayo de corto circuito corregidos a la 75 oC y la reactancia de dispersión. 5.3. Presente, dibuje el circuito equivalente aproximado y sus parámetros respectivos del autotransformador referidos al lado de alta tensión. 5.4. Determine la regulación o caída de tensión del autotransformador con los parámetros del circuito equivalente; para cargas desde 0, 25%, 50%, 75% y 100& (o plena carga) con factor de potencia unitario. 5.4 Determine las pérdidas del núcleo y las perdidas eléctricas a través del circuito equivalente exacto. Determine la potencia de carga resistiva en la cual se produce la máxima eficiencia del transformador. 5.4. Con los datos del ensayo de carga resistiva complete la tabla 1 graficar la curvas de regulación experimental y comparar con el grafico obtenido vía simulación o de cálculo en 5.4. 5.2. Con los datos del ensayo de carga resistiva graficar la curva de eficiencia para las diferentes cargas y comparar con el grafico obtenido vía simulación o de cálculo en 5.4. 6. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA 6.1. Investigue en concesionarias de transmisión y el lugar donde se utilizan autotransformadores trifásicos en nuestros sistema de potencia interconectado, de sus potencia nominales y relación de transformación configuraciones trifásicas y las principales razones de su uso. 6.2. Investigue que consideraciones principales se debe tener en cuenta en la protección de los autotransformadores de potencia triásicos. 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 numeradas a la bibliografía empleada y la normalización respectiva. Dar las referencias bibliográficas enumeradas de su informe de la práctica. 1. 2.

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…

APENDICE: Temas resueltos y explícitos complementarios al informe para su mejor comprensión. ANEXO: Todo material relacionado con la ejecución de la practica que ayude a comprender y a elaborar el informe final.


LABORATORIO 5 Autotransformador 01

Recommend Documents