´ ELECTROMAGNETICA ´ LABORATORIO DE CONVERSION
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Preinforme de la pr´actica P06: Transformador monof´asico bajo carga Mario Fernando D´ıaz P´erez, David Santiago Daza Quiroga {mfdiazp, dsdazaq}@unal.edu.co Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingenier´ıa
Resumen—To know the compound of the electric mornings under load and its safe procedures were studied in the pre-report of this laboratory practice.
´ INTRODUCCI ON
I.
E
STE pre informe contiene el procedimiento que su utiliza m´as com´unmente para realizar una pr´actica de laboratorio segura para poner bajo carga un transformador monof´asico. II.
necesaria una inductancia para crear un campo magn´etico en su interior, por ende la regulaci´on no ser´a nula constantemente. Ahora dependiendo de la carga se producir´a una regulaci´on distinta, ya sea una carga capacitiva o resistiva o inductiva, e incluso las distintas combinaciones entre ellas.
OBJETIVO S
Obtener las p´erdidas del transformador bajo carga.. Obtener las p´erdidas del transformador bajo carga..
III.
ALCANCE
Este procedimiento aplica para el transformador monof´asico marca Eisler Engineering Co, de 5 kVA, 240-480/120- 240V disponible en el laboratorio. IV.
´ ´ M ETODOS DE C ALCULO Regulaci´on de Tensi´on
La regulaci´on dentro de un transformador es la diferencia de tensiones medidas en los terminales del transformador, en funci´on de una tensi´on porcentual basada en la tensi´on a plena carga. Vvacio − VP C ∗ 100 % VP C La utilizaci´on de esta regulaciones importante puesto que cuando la demanda cambia dr´asticamente tambi´en la regulaci´on dentro del transformador dependiendo si el factor de potencia esta en adelanto, atraso o es la unidad; es importante que el transformador mantenga su regulaci´on, debido a que ciertos dispositivos son sensibles a los cambios de tensi´on ya sean dispositivos de la industria o en el mismo hogar.
Figura 1. Diagrama fasorial en atraso [1].
En la imagen previa se muestra el diagrama fasorial cuando se conecta al transformador una carga inductiva, los valores de Vp/a y Vs son respectivamente los valores del primario referidos al secundario y los valores de terminales , del diagrama se puede apreciar que el vector Vp/a es m´as grande que el vector Vs, significa que al reemplazar los valores en la ecuaci´on de regulaci´on de tensi´on VR¿0, en este caso una regulaci´on positiva que el elemento inductivo se comporta dispositivo que no genera excitaci´on al transformador.
RV =
Idealmente un transformador presenta una regulaci´on del 0 %, significa que no tiene ca´ıdas de tensi´on entre su entrada y su salida, y para el funcionamiento no es necesario una potencia reactiva; en la vida real los transformadores presentan resistencias en el cobre de sus devanados y es
Figura 2. Diagrama fasorial en unidad [1].
Al igual que la versi´on con un factor en atraso o una carga inductiva la regulaci´on de tensi´on del transformador es mayor a cero pero siendo cercana a valores nulos. Ahora el efecto contrario lo presenta una carga con factor de potencia en adelanto, en este caso producido por una carga capacitiva, haciendo crecer la tensi´on Vs al punto de ser m´as grande en magnitud que la tensi´on Vp/a, esto significa que el condensador act´ua como una fuente que a˜nade tensi´on en los terminales del secundario, esto crea un RV negativo, lo
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V.
Figura 3. Diagrama fasorial en adelanto [1].
que significa que las cargas capacitivas se comportan como excitaciones de tensi´on dentro del transformador y en la salida del mismo. Eficiencia Cuando se trata de m´aquinas el´ectricas son clasificadas y evaluadas de acuerdo a su eficiencia en este caso se puede tener distintas maneras de calcular esta eficiencia, para la pr´actica de laboratorio se utilizaran los m´etodos directo e indirecto. M´etodo Directo El m´etodo directo comprende la relaci´on de la eficiencia directamente con las potencias que se obtienen de la m´aquina, en este caso la relaciones entre la potencia de entrada y la potencia de salida, lo malo con esta medici´on directa es que al tratarse de potencia por lo general son cantidades enormes en el laboratorio por lo general no se encuentra con fuentes de tan alta capacidad y menos donde disipar este estilo de potencias ; pero aun as´ı no es solamente el manejo de grandes magnitudes, el error tambi´en se vuelve enorme, si uno tuviera un transformador de 1000W y a la salida se midiera una potencia de 950W, su eficiencia seria del 95 %, pero si el analizador de redes posee un error del 2 % significa que 980¡P1¡1020 W, esos m´as o menos 20W debido a la medici´on con respecto a la diferencia de 1000W y 950W, o´ sea 50 W, que realmente seria las perdidas tendr´ıa una resoluci´on de unos 40 %, o´ sea que la medici´on en la perdidas puede ser casi el doble o la mitad del valor mostrado [2]. η=
P2 ∗ 100 % P1
M´etodo Indirecto El m´etodo indirecto tiene en cuenta la distribuci´on de perdidas dentro del c´alculo, debido que las p´erdidas no son netamente debidas a un solo proceso o elemento, tambi´en se encuentras las perdidas miscel´aneas y las perdidas dentro del n´ucleo, adem´as de las perdidas dentro el cobre. Al tener una fragmentaci´on apropiada de las p´erdidas del trasformador se pueden asociar mejor los valores de medici´on tambi´en que nos arroje el analizador de red [3]. η=
Pout Pout Pout = = ∗ 100 % Pin Pout + Pper Pout + PCu + Pf e
´ BAJO CARGA EVALUACI ON
Realizar un montaje que permita conectar al transformador una carga variable en el devanado secundario, y se puedan medir tensiones y corrientes de entrada y salida, como tambi´en la potencia activa de entrada y salida. Las cargas a utilizar corresponden a la carga monof´asica resistiva caracterizadas en la pr´actica 3 (P3) y a la carga monof´asica inductiva que se encuentra a fuera del laboratorio. Basados en los c´alculos de impedancia de la pr´actica 3 (P3), se deben calcular las tensiones a trabajar en las pruebas de tal manera que no se sobrepasen los l´ımites de corriente de los elementos en el circuito (tener en cuenta corrientes nominales del trafo, de los aparatos de medici´on y del tablero de alimentaci´on). Empezar la prueba primero con una carga resistiva variable. Para las diferentes variaciones de carga, se debe establecer la potencia de entrada y de salida para determinar la eficiencia del transformador en los diferentes puntos de operaci´on. Para la determinaci´on de la regulaci´on del transformador bajo carga, se deben obtener dos curvas: 1. Tensi´on en el Secundario vs variaci´on de carga (sin variar la tensi´on en el primario). 2. Tensi´on en el Primario vs variaci´on de carga (manteniendo constante la tensi´on en el secundario). Anexar una carga inductiva al circuito y repetir los siguientes pasos: 1. Para las diferentes variaciones de carga, se debe establecer la potencia de entrada y de salida para determinar la eficiencia del transformador en los diferentes puntos de operaci´on. 2. Para la determinaci´on de la regulaci´on del transformador bajo carga resistiva e inductiva, se deben obtener dos curvas: Tensi´on en el Secundario vs variaci´on de carga Tensi´on en el Primario vs variaci´on de carga (manteniendo constante la tensi´on en el secundario) El transformador monof´asico tiene la capacidad de otorgar la mitad de potencia solo tomando la mitad de del embobinado en el lado de alta, con 240V y 10.41A, para una potencia m´axima de 2500W, y la carga a utilizar ser´a el banco monof´asico principalmente con una resistencia de entrada, debido al tener el valor m´as alto.
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Figura 4. Circuito de potencia para transformador monof´asico [1].
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