Laboratorio Laboratorio de d e Conversión electromagnética: electromagnética: Informe Practica 2- Transformadores Transformadores monofásicosUniversidad distrital Francisco José de caldas
INGENIERÍA ELÉCTRICA Palabras
clave:
Corriente,
Parámetros,
Jeisson Fabián Monje 20082007029
INTRODUCCIÓN
Rafael Morales 20081007037
En este informe informe de laboratorio determinaremos determinaremos
Jorge Augusto Moncaleano
importantes del transformador monofásico. El
ABSTRACT
2008200702 2
transformador es uno de los dispositivos
This report contains laboratory measurements
eléctricos más importantes y más utilizados en
and calculations of the parameters of single-
los sistemas de potencia, ya que con él,
phase
podemos aumentar o disminuir tensiones en
unique to each transformer, and influences the
corriente alterna manteniéndonos la frecuencia,
voltages, currents and power of it, reason why it
lo que nos facilita el transporte de la energía,
is vitally important for our studies analyzed.
cuando las distancias son muy largas. La ventaja
Some of the issues discussed in this lab are:
de aumentar la tensión en las líneas de
measuring the resistance of the windings of the
transmisión, es que se minimizan las pérdidas
transformer, the transformer impedance, the
en el sistema de potencia.
ratio of the equivalent model of the transformer.
RESUMEN
Keywords: Current Parameters, Transformer,
Éste informe de laboratorio contiene las
Voltage,
mediciones y cálculos de los parámetros del
Relationship, Model.
Transformador, Voltajes, Potencia, Resistencia, Devanados, Relación, Modelo.
los
parámetros
y
características
más
transformer.
Power,
These
parameters
Resistance,
are
Winding,
transformador monofásico. Éstos parámetros son únicos para cada transformador, e influyen
1.
OBJETIVOS:
1.1
Objetivo General:
en los voltajes, corrientes y potencia del mismo, razón por lo cual es de vital importancia analizarlos para nuestros nuestros estudios. estudios.
y
Determinar
los
parámetros
Algunos de los aspectos a tratar en este
generales de un transformador
laboratorio son: la medición de la resistencia de
monofásico, para comprender su
los devanados de transformador, la impedancia
comportamiento en condiciones de
del
operación.
transformador,
la
relación
de
transformación, el modelo equivalente del transformador.
1.2
Objetivos específicos: y
Realizar
la
medición
de
la
resistencia
interna
de
los
devanados del transformador. y
y
y
y
Realizar
la
medición
-
de
TRANSFORMADOR:
El
transformador es un dispositivo que
la
impedancia del Trafo.
convierte la energía eléctrica alterna de
Realizar la prueba de cortocircuito
un cierto nivel de tensión, en energía
en el transformador monofásico.
alterna de otro nivel de tensión, por
Realizar la prueba de circuito
medio de interacción electromagnética.
abierto en el Trafo monofásico.
Está constituido por dos o más bobinas
Determinar el modelo equivalente
de material conductor, aisladas entre sí
del transformador por medio de las
eléctricamente
pruebas ya nombradas.
enrolladas alrededor de un mismo
y
por
lo
general
núcleo de material ferromagnético. La 2.
única conexión entre las bobinas la
MARCO TEÓRICO
constituye el flujo magnético común -
que se establece en el núcleo.
CORRIENTE ALTERNA (AC): Se denomina corriente alterna a la corriente eléctrica en la que la magnitud
y
dirección
varían
-
PRUEBAS
DEL
TRANSFORMADOR
cíclicamente. La forma de onda de la
-
corriente alterna más comúnmente
Las pruebas de transformador, nos
utilizada es la de una onda senoidal,
permiten determinar desde el modelo
puesto que se consigue una transmisión
equivalente del transformador hasta su
más eficiente de la energía.
polaridad. Estas pruebas son:
CORRIENTE corriente
CONTÍNUA:
continua
La
corriente
o
PRUEBA DE POLARIDAD DEL TRANSFORMADOR
directa es el flujo continuo de
Regalas generales para determinar la
electrones a través de un conductor
polaridad de un transformador:
entre dos puntos de distinto potencial.
y
Seleccionar cualquier devanado de
A diferencia de la corriente alterna, en
alta tensión y usarlo como bobina
la
de referencia.
corriente
continua
las
cargas
eléctricas circulan siempre en la misma
y
Unir mediante una conexión un
dirección (es decir, los terminales de
terminal de la bobina de referencia
mayor y de menor potencial son
con un terminal de cualquier otro
siempre
devanado
los
mismos).
Aunque
polaridad
desconocida.
comúnmente se identifica la corriente continúa con la corriente constante (por
de
y
Designar al otro terminal de la
ejemplo la suministrada por una
bobina de referencia con un punto
batería), es continua toda corriente que
de polaridad (Positiva)
mantenga siempre la misma polaridad.
y
Conectar un multímetro entre el
terminal marcado con un punto de
razón entre estos dos voltajes es lo que
la bobina de referencia y el otro
nos
terminal de la bobina de polaridad
transformación del transformador.
muestra
desconocida. y
Aplicar
tensión
la
relación
de
a = Vp/Vs
(Generalmente
120v) a la bobina de referencia. y
y
y
Anotar los valores de la tensión en
PRUEBA
DE
bornes de la bobina de referencia
CIRCUITO ABIERTO
V1 y el de la tensión de ensayo
Consiste
entre bobinas V.
nominal V1 en cualquiera de los
Si la tensión de ensayo es superior
enrollados del transformador, con el
a V1, la polaridad es aditiva, y
otro enrollado abierto, se le aplica al
debe marcarse un punto en la
lado 1 voltaje y frecuencia nominal,
bobina ensayada
registrándose las lecturas de la potencia
Si la tensión es inferior a V1 la
de entrada en vacío P0 y la corriente en
polaridad es sustractiva.
vacío I1. Es obvio que los únicos
en
parámetros
VACIO
aplicar
que
una
tienen
O
DE
tensión
que
ser
MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA
considerados en la prueba de vació son
INTERNA DE LOS DEVANADOS
Rm
Ésta prueba consiste en aplicar una
dispersión, R1 +jX1, no afecta a los
tensión DC mediante una fuente
datos de prueba. Usualmente, la
variable, para determinar los voltajes y
tensión nominal se aplica al enrollado
corrientes del transformador en DC.
de baja tensión. La figura 1, muestra el
Aplicando ley de ohm se calcula la
circuito de prueba utilizado.
y
jXm,
la
impedancia
resistencia interna del transformador.
MEDICIÓN DE LA IMPEDANCIA DEL TRAFO En esta prueba se conecta una carga en serie a la fuente de alimentación del
Figura
transformador y mediante diagramas fasoriales
junto
con
herramientas
matemáticas se halla la impedancia
1: Circuito Equivalente para la
equivalente del Trafo.
condición en Vacío
CALCULO DE LA RELACIÓN DE
Nuestros parámetros nos quedan:
TRANSFORMACIÓN En ésta prueba, lo que se hace es medir los voltajes en el lado primario y en el lado secundario del transformador. La
; Ec.1
de
; (Ec.2) Es válido mencionar que Im se calcula con la ecuación 3
Figura
2:
Circuito
equivalente
para
la
condición de cortocircuito
La potencia del cortocircuito es la pérdida total en el cobre del transformador. Debido al efecto pelicular, Pcc puede ser mayor que las perdidas ; (Ec.3)
PRUEBA DE CORTOCIRCUITO
óhmicas en el cobre. De la figura 2, obtenemos lo siguiente:
Esta prueba se realiza a voltaje reducido, hasta que circule una corriente nominal por el circuito. En
; (Ec.4)
este caso no se toma la rama de magnetización, esto es debido a que solo se requiere un pequeño voltaje para obtener las corrientes nominales
; (Ec.5)
en los embobinados debido a que dicha impedancias son limitadas por la
; (Ec.6)
impedancia de dispersión de los embobinados, por lo tanto la densidad de flujo en el núcleo será pequeña en la prueba de cortocircuito, las pérdidas en el núcleo y la corriente de magnetización será todavía más
Zeq, Xeq y Req son conocidas por impedancia equivalente, reactancia equivalente y resistencia equivalente, respectivamente. Si V1 = V2, podemos decir que:
pequeña. La tensión reducida Vcc, llamada frecuentemente tensión de impedancia, se soluciona para que la corriente de cortocircuito Icc no ocasione daño en los enrollamientos. Se escoge usualmente Icc como la corriente de plena carga (nominal). Usualmente esta prueba se hace por el
; (Ec.7) Deberá notarse nuevamente que los parámetros están en función del enrollamiento en el que se toman las lecturas de los instrumentos. Ya que la resistencia equivalente Req es la suma de R1 y R'2 se deduce que:
lado de alto voltaje (para que la corriente sea más pequeña). ; (Ec.8)
MATERIALES: y
Transformador
monofásico
PRUEBA DE CORTOCIRCUITO
DL1093 y
Fuentes AC y DC variables.
y
Multímetro.
y
Conectores
y
Vatímetro
y
Pinza amperimétrica.
y
Cargas resistivas, inductivas y capacitivas.
3.
ESQUEMA ELÉCTRICO O DE
4. ESQUEMAS TOPOGRÁFICOS PRUEBA DE VACÍO
CONEXIONES PRUEBA DE POLARIDAD
MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DEL DEVANADO DEL TRANSFORMADOR
El plano de conexión nos indica que, al
PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO O DE VACÍO
PRUEBA DE CORTOCIRCUITO
mayor que el voltaje medido en el lado
5. DESARROLLO PRÁCTICO:
primario.
5.1 Medida de la resistencia interna de
5.3 Calculo de la impedancia del Trafo.
los devanados:
Alimentamos el Trafo con una fuente AC de
Para la medida de la resistencia interna
25v. La carga en serie con la fuente decidimos
de los devanados del transformador
colocarla de R=123 por la corriente máxima
monofásico, se aplica una fuente DC
que soportan los fusibles.
variable al Trafo, se toman las medidas
V1
R1
1
2
de voltaje y de corriente, y se aplica ley
123
25 Vrms
de ohm para hallar la resistencia
T1
60 Hz
interna.
0° 3
La corriente medida en la carga fue de 203.25
R=V/I
mA.
PRIMARIO voltaje (V)
Imax=2,27A
corriente (A) resistencia () 3,2 0,74 4,32 5,3 1,2 4,42 8,5 2 4,25 Total 4,33
SECUNDARIO voltaje (V)
Vr=3.3v, Vz=22.1V Por medio de diagramas fasoriales sabemos que:
Imax=4,5A
corriente (A) resistencia () 3 1,6 1,88 5,1 2,7 1,89 6,4 3,3 1,94 Total
1,90
5.2 Prueba de polaridad
Aplicamos ley del coseno para determinar el ángulo B. La ley del coseno nos dice Reemplazando, tenemos que:
Al seguir los pasos generales para definir la polaridad del Trafo, los resultados nos arrojaron que el transformador tiene una polaridad aditiva. Las corrientes del primario y el secundario se desfasan 180° entre ellas.
POLARIDAD ADITIVA Voltaje (V) Vo
Entonces:
V medido 50
75,70
El voltaje medido entre los bornes del Trafo es
El voltaje en el devanado del Trafo tiene un ángulo de 30.48°.
Hallamos la impedancia, teniendo como base la corriente en 0°.
En los transformadores, las resistencias en DC y
VOLTAJE VOLTAJE RESISTENCIA CORRIENTE PRIMARIO SECUNDARIO () (mA) (V) (V) 435/fase 20 20 10,2 750/fase 25 20 10,2 10507fase 14 20 10,2
5.6.2
Cargas inductivas
en AC no son las mismas VOLTAJE INDUCTANCIA CORRIENTE PRIMARIO (H) (mA) (V)
5. 4
Relación
de
transformación
del 5.6.3
transformador Medimos
los
voltajes
en
vacío
VOLTAJE SECUNDARIO (V)
3,52
106
20
10,2
2,63
104
20
10,2
1,61
93
20
10,2
Cargas capacitivas
del
transformador, alimentando con los valores nominales en el primario y en secundario.
Voltaje Voltaje Alimentación medido 110.3 V 220.7v (Secundario) 220.5 V 110.8v (Primario)
VOLTAJE VOLTAJE CAPACITANCIA CORRIENTE PRIMARIO SECUNDARIO (F) (mA) (V) (V) 1,5 94 20 10,2 2,5 99 20 10,2 4 101 20 10,2
5.7 Carga
que
permite
la
máxima
transferencia de potencia
Por lo tanto, la relación de transformación es de
La carga (impedancia) que permite la máxima
a=220.5V/110.3V
transferencia de potencia es el conjugado de la
a=1.999 aproximadamente a= 2
impedancia hallada en el punto 5.3 la cual es
Zl=93.72- j55.16 5.5 Conexión de las cargas resistivas máxima La
resistencia
máxima
que
soporta
el
5.8 Prueba de vacío y de cortocircuito del transformador monofásico
transformador es 93.72. Si hay variaciones, ya que va a haber un divisor de voltaje entre la carga y el devanado del
5.8.1
Trafo. El voltaje a la salida debe ser la mitad del
En el primario
voltaje sin la máxima carga.
Voc (V)
Ioc(mA)
Poc(W) Cos
Vs=55.12 V
80.3
30.7
2.46
0.9978
101
35.6
3.592
0.992
120
40.4
4.84
0.998
150
49.2
7.379
0.9999
201
70
14.02
0.996
221
83.5
18.45
0.9998
5.6 Conexión de cargas resistivas, inductivas y capacitivas.
5.6.1
Cargas resistivas
Prueba de circuito abierto o de vacío
Las medidas de la potencia, no se pudieron realizar debido a que las pérdidas son muy mínimas, sin embargo al hacer la prueba en el lado de baja tensión, finalmente pudimos medir las pérdidas.
En el secundario
En el primario Vcc(V)
Icc(A)
3.28
0.42
5.21
0.666
8.3
1.06
11.5
1.46
13.8
1.75
15.7
1.98
16.9
2.11
18.8
2.37
Voc (V)
Ioc(mA)
Poc(W) Cos
21.3
39.6
0.84
0.995
40.1
56.8
2.27
0996.
60.8
74.5
4.52
1
80.7
95.5
4.70
0.992
100.5
127.8
12.84
0.996
La
110.1
150.1
16.52
0.998
Ip=2.27A
corriente
nominal
Ip=500VA/220V;
La potencia medida en el vatímetro fue de 20W. Al mirar las pérdidas en el vatímetro para la prueba de vacío en el secundario, nos mostró
Hallamos la impedancia equivalente
una potencia de 5W. Calculamos la rama de magnetización
Referimos la impedancia al secundario:
Entonces:
5.8.2
Prueba de cortocircuito transformador
Realizamos
la
prueba
de
en
el
cortocircuito
alimentando en el primario y cortocircuitando en el secundario. Los resultados fueron
El modelo del transformador (referido al secundario) es:
DIAGRAMAS FASORIALES
CONCLUSIONES y
Determinamos los parámetros de un transformador monofásico, los cuales nos permiten comprender y analizar el comportamiento
del
transformador
cuando esté en funcionamiento (Carga o en vacío). y
Calculamos la impedancia en serie del transformador, por medio de la prueba de cortocircuito.
y
Realizamos la prueba de circuito abierto para hallar la rama de magnetización.
y
Aprendimos a calcular la resistencia de los devanados de un transformador monofásico.
y
Aprendimos a calcular la impedancia de un transformador monofásico.
y
Aprendimos a determinar la polaridad de un transformador monofásico.
BIBLIOGRAFÍA y
Manuales
deLorenzo.
Trafo
monofásico (DL1093) y
Maquinas eléctricas 3ed. Stephen J Chapman
y
Circuitos
magnéticos
transformadores. Mit Staff.
y
