LABORATORIO 6 autotransformador

Laboratorio de Máquinas Eléctricas 1- 2015-A .

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

GUIA DE LABORATORIO No. 6 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 2.1 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.

2.2. 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) como se muestra en la Figura 1 y Figura 2.

Figura 1. Conexionado de transformador como autotransformador.

Moisés C. Tanca Villanueva, Dr. Ing.



Figura 2. Circuito equivalente del autotransformador de potencia referido a primario

Figura 3. Conexionado de los devanados de transformador para determinar la potencia nominal como 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 eficiencia del autotransformador mejora

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

2.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS AUTOTRANSFORMADORES VENTAJAS DE LOS AUTOTRANSFORMADORES FRENTE AL TRANSFORMADOR 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 transformador. 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. 2.4. PRE-LABORATORIO.- presentar la solución del siguiente problema en programa de cálculo MATHCAD ó MATLAB antes de iniciar la práctica: Enunciado: A partir del 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. Y del ensayo de vacío a tensión nominal, la corriente vacío es 12 % de la corriente nominal y la potencia de vacío de 35 W. Este transformador se conecta como autotransformador como se muestra la Figura 3; fin de incrementar su potencia de transferencia. A partir de esta conexión determinar la nueva potencia de transferencia y los parámetros del circuito equivalente como autotransformador referido al lado de alta tensión de la nueva conexión. Con los parámetros del circuito equivalente aproximado del autotransformador referidos al lado de alta tensión determinar la regulación de tensión, características externas y el rendimiento del transformador para las siguientes cargas: 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 de carga activa y rendimiento vs potencia de carga activa. 3. MATERIALES, INTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y EQUIPOS Los siguientes dispositivos, equipos, instrumentos y materiales serán necesarios para la realización de la practica: Item 1 2 3 4 5

Cantidad Descripción 1 Regulador de tensión monofásica (variac) 220 V, 5 A 1 Transformador de potencia monofásico: 220 V, 110 V, 60Hz. 350 VA, ó 500 VA ó 1000 VA, 2 Amperímetro de c.a. 20 A, 5 A, 1 A 2 Voltímetro de c.a. de 150 V, 300V, 750 V 1 Vatímetro 1A, 120; 5 A, 240 V, ó 5A, 120V;25 A, 240


Código


6 7 8 9 10 11 12

1 1 4 1 1 1 4


Frecuencímetro de 220 V Microohmímetro MPK5 (o puente Wheastone) Reostatos o resistências variables de 0-42 Ω, 5 A. Multitester para verificación de circuitos Kit de cables flexibles AWG 14 ó 2.5 mm2 Termómetro de mercurio o digital Reostatos o resistencias de carga según potencia del autotransformador

13 4. PROCEDIMIENTO a) Cálculo de las resistencias de la carga del autotransformador para plena carga, 75%, 50% y 25% en los terminales de baja tensión. 1.- De acuerdo a la potencia nominal de autotransformador y la capacidad de corriente seccionar los reóstatos y dibujar el esquema de conexiones de resistencias para conseguir las diferentes cargas. Carga 100% 75% 50% 25%

SnA [VA]

V2n [V]

I2n [A]

R L [Ω]

b) Lectura de los datos de la prueba bajo carga resistiva : 2.- 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. 1. Esquema de conexiones del ensayo de carga del transformador. 3.- 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 la instrumentes para cada carga indicada. Registrar lecturas de los instrumentos de medición en la siguiente tabla.

# 1 2

Amp1 div CI A

Volt1 A CV V


Vatímetro div CW W

Amp2 div CI A

V1 V

f Hz



3 4 5 6 7 c) Completar la tabla con los resultados de cálculos efectuados. 4.- Con un programa de cálculo MATHCAD ó MATLAB realizar el procesamiento de los datos tomados en la experimentación y dar los resultado obtenidos en forma tabulada. .

5. CUESTIONARIO PARA LA DISCUSIÓN DE RESULTADOS 5.1. En forma tabulada presente los datos de los ensayos de vacío a tensión nominal y de corto

circuito a corriente nominal con los parámetros del circuito equivalente del autotransformador. Haga un resumen de la formulas necesarios para obtener los parámetros del circuito equivalente. 5.2. Presente, dibuje el circuito equivalente exacto del autotransformador y sus parámetros respectivos del autotransformador corregidos a la temperatura de normalizada de 75 oC, referidos al lado de alta tensión. 5.3. Determine la regulación o caída de tensión del autotransformador con los parámetros del circuito equivalente; para cargas desde 0 hasta 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 autotransformador. 5.4. Con los datos del ensayo de carga resistiva graficar la curvas de regulación experimental y comparar con el grafico obtenido vía simulación o de cálculo. 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. 5.3. Como cree Ud. se realiza los ensayo de carga de autotransformadores de distribución y subestaciones de transformación de grandes potencias, por ejemplo de 500 MVA. 6. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA 6.1. Investigue y calcule los parámetros del circuito equivalente a partir de los datos de un protocolo de pruebas de una autotransformador de distribución o de transmisión, presentar la copia del protocolo. 6.2. Investigue como es el principio de funcionamiento del sistema de regulación de autotransformadores de transmisión bajo condiciones de carga.




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. 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. ….

APENDICE Temas resueltos y explícitos que complementan la comprensión del informe. ANEXO Todo material relacionado con la ejecución de la practica que ayude a elaborar y comprender el informe presentado.


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