Determinación del circuito equivalente del Determinación transformador mediante los ensayos de vacío y cortocircuito. Laboratorio de Máquinas Eléctricas.
25 de marzo de 2013 Autor: Wilfredo Walter Flores Valverde. Valverde.
Determinación del circuito equivalente del transformador mediante los ensayos de vacío y cortocircuito. Laboratorio de Máquinas Eléctricas.
Contenido 1. 2. 3.
INTRODUCCIÓN. ........................................................................................................................... 2 OBJETIVO. ...................................................................................................................................... 2 FUNDAMENTO TEÓRICO. ............................................................................................................. 2
ENSAYO EN VACÍO O ENSAYO DE CIRCUITO ABIERTO O EVALUACIÓN DE LAS PERDIDAS FIJAS EN LOS TRANSFORMADORES. ................................................................................................................. 2 ENSAYO EN CORTOCIRCUITO O EVALUACIÓN DE LAS PERDIDAS VARIABLES DE LOS TRANSFORMADORES. ......................................................................................................................... 3 4. M ATERIALES. ................................................................................................................................. 4 5. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA . ................................................................................................... 5 ENSAYO EN VACIO. ............................................................................................................................ 5 ENSAYO DE CORTOCIRCUITO........................................................................................................... 6 6. CUESTIONARIO. ............................................................................................................................ 8 7. OBSERVACIONES. ........................................................................................................................ 10 8. CONCLUSIONES. .......................................................................................................................... 10 9. BIBLIOGRAFÍA . ............................................................................................................................ 11
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1. Introducción. El circuito equivalente de un transformador es un circuito conexo que incorpora los fenómenos físicos que se producen en un transformador real a frecuencia industrial, permitiendo la aplicación de las técnicas de la teoría de circuitos eléctricos en la resolución de múltiples problemas del funcionamiento de los transformadores en las redes eléctricas. El desarrollo del circuito equivalente del transformador se inicia con la reducción de ambos arrollamientos a un mismo número de espiras. En una aproximación simple, se podría indicar que los parámetros de la rama paralelo del circuito equivalente representan los fenómenos ligados a la transformación electromagnética que se produce en el núcleo ferromagnético (creación del flujo común de magnetización y pérdidas en el hierro). Por otra parte, los parámetros de la rama serie del circuito equivalente representan los fenómenos ligados al funcionamiento en carga (pérdidas Joule en los arrollamientos, flujos dispersos y pérdidas adicionales asociadas a dichos flujos).
2. Objetivo. Determinar mediante los ensayos correspondientes, los parámetros del circuito eléctrico equivalente de un transformador monofásico.
3. Fundamento teórico. Ensayo en vacío o ensayo de circuito abierto o ev aluación de las perdidas fijas en los transformadores.
Su finalidad es la determinación de las perdidas en el hierro, consiste en dejar abierto un devanado del transformador, mientras al otro se le aplica su voltaje nominal. Se recomienda excitar el lado de bajo voltaje debido a que es más seguro y es mas fácil conseguir fuentes de bajo voltaje. El ensayo consiste en aplicar al primario, la tensión nominal, obteniéndose los valores de potencia y corriente.
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Al no existir carga en el segundo circuito, la corriente de vacio es muy pequeña y por lo tanto despreciada; y en consecuencia la potencia absorbida se debe a las perdidas en el hierro. En la Figura 1 se muestra el diagrama de conexión para la prueba en vacio.
Figura 1: Diagrama de conexión para prueba en vacio. Si asumimos que la corriente de vacio es despreciable, entonces las perdidas en el cobre también seria despreciable; entonces el circuito equivalente aproximado correspondiente al lado de bajo voltaje seria como el de la Figura 2.
Figura 2: Circuito equivalente lado de bajo voltaje. Ensayo en cortocircuito o evaluación de las perdidas variables de los transformadores.
Su finalidad es la determinación de las perdidas en el cobre, las cuales se representan en las resistencias del devanado y las reactancias de dispersión. La prueba consiste en establecer un cortocircuito en uno de los devanados y alimentar el otro con una fuente de voltaje. El voltaje con que se alimentará debe ser aplicado con cuidado para poder controlar la corriente que debe circular por el devanado, la cual no debe ser superior a la corriente nominal; dicha corriente se calcula antes de realizar el ensayo. La prueba se puede realizar en cualquier lado, pero por seguridad se debe realizar en el lado de alto voltaje. En la figura 3 se muestra el diagrama de conexión.
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Figura 3: Diagrama de conexión para prueba en cortocircuito. Debido a que la tensión en el devanado cortocircuitado es muy pequeña, en consecuencia la potencia absorbida se deben a las pérdidas de cobre. El circuito equivalente y los cálculos aproximados a la prueba de cortocircuito se muestra en la figura 4.
Figura 4: Circuito equivalente y cálculos para el ensayo en cortocircuito. Según el criterio de diseño optimo , si han de disgregarse las resistencias, se supondrá que el transformador ha sido diseñado para que la pérdida de potencia en el lado de alto voltaje sea igual a la que ocurre en el lado de bajo voltaje.
4. Materiales.
01 Transformador monofásico de 1 KVA. 220/110 V. 01 Multimetro digital. 01 Amperímetro 0-5 A. 01 Voltímetro de 0-300 V. 01 Vatímetro monofásico. Conductores eléctricos varios . 01 Variac monofásico.
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5. Desarrollo de la práctica. Ensayo en vacio.
Se armó el circuito para el ensayo en vacio. Figura 1.
Figura 1:Diagrama de conexión para prueba en vacio.
Fotografía 1: Circuito armando, ensayo de vacio. Fuente: Tomada en el laboratorio de maquinas eléctricas UCSM 25/03/2013.
Se registro los valores medidos en la siguiente tabla 1.
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Tabla 1 Registro y calculo , ensayo de vacío. Io(A) Vo(V) Wo(W) Rm Xm 0.31 228 32 Fuente: Laboratorio Maquinas Eléctricas UCSM. Fecha:25/03/2013
√ Ensayo de cortocircuito.
Como paso preliminar tuvimos que calcular la corriente nominal.
Se armó el circuito para el ensayo en vacio(Fotografía 2). Figura 3.
Figura 3: Diagrama de conexión para prueba en cortocircuito.
Zm
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Fotografía 2: Circuito armando, ensayo de cortocircuito. Fuente: Tomada en el laboratorio de maquinas eléctricas UCSM 25/03/2013.
Para este ensayo tuvimos que utilizar un transformador trifásico(Fotografia 3), ya que el transformador monofásico que teníamos no cumplía con la corriente nominal que necesitábamos.
Fotografía 3: Transformador trifásico. Fuente: Tomada en el laboratorio de maquinas eléctricas UCSM 25/03/2013.
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Se vario el transformador trifásico(Fotografía 3) desde los 0 V hasta alcanzar la corriente nominal, que es aproximadamente el 5% V del valor nominal. Se registro los datos en la tabla 2. Tabla 2 Registro y calculo , ensayo de cortocircuito. Io(A) Vo(V) Wo(W) Rm Xm Zm 4.59 10.1 45 9.8 2.20 546.1 m Fuente: Laboratorio Maquinas Eléctricas UCSM. Fecha:25/03/2013
6. Cuestionario. a. ¿Qué es la relación experimentalmente?
de
transformación
y
cómo
puede
determinarse
La relación de transformación indica el aumento ó decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la de entrada. Se puede hallar experimentalmente hallando el numero de espiras de dicho transformador, o midiendo el voltaje o la corriente entre los devanados primario y secundario.
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b. Haga la definición correcta de: la corriente de vacío, la corriente por perdida en el núcleo y la corriente de magnetización, dibuje el diagrama fasorial de corrientes.
Corriente de vacío: es la corriente que genera la maquina cuando no se encuentra operando con carga, y su valor es el 20 o 30% del valor nominal. Corriente por perdida en el núcleo: Es la corriente que fluye a través del núcleo. Corriente de magnetización: es la corriente que circula por el bobinado de la primera parte del transformador.
c. ¿Cuál es la ventaja de realizar la prueba de circuito abierto en el lado de bajo voltaje?
La ventaja es obtener datos más precisos , los cuales nos ayudarán en el calculo de los elementos para el circuito equivalente. d. ¿Por qué se prefiere ejecutar la prueba de cortocircuito en el lado de alto voltaje?
Porque se necesita menos corriente en el lado de alto voltaje, lo que también nos permite trabajar con mayor seguridad. e. Dibuje el circuito equivalente del transformador ensayado en laboratorio con sus respectivos valores (R1, R2, X1, X2, Xm y Rm)
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7. Observaciones. Se tuvo problemas al realizar la medición en el ensayo de cortocircuito por lo que la tuvimos que repetir. Se detecto dicho problema cuando calculamos Xm y dicha raiz nos salió negativa.
8. Conclusiones. La falta de experiencia en componentes de medición hizo que los datos sean irreales. Se comprobó que los componentes de un transformador influyen mucho en sus propiedades.
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9. Bibliografía. - http://es.scribd.com/doc/18357999/10/Circuito-equivalente-de-un-transformador -http://ocw.uc3m.es/ingenieria-electrica/circuitos-magneticos-ytransformadores/practicas-de-laboratorio/practica-3-obtencion-del-circuito-equivalentede-un-transformador -http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador -http://ocw.uc3m.es/ingenieria-electrica/circuitos-magneticos-ytransformadores/practicas-de-laboratorio/practica-3-obtencion-del-circuito-equivalentede-un-transformador
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