Informe de la práctica No. 2 de laboratorio de máquinas máquinas eléctricas Tema: Prueba de corto circuito del transformador trifásico tridevanado tridevanado
Presentado a: Ing. Oscar Segundo Acuña Camacho
Presentado por: Lilly Valeska Aguas Castro Alexander junior Morales Sevilla Magaly del Carmen Orozco De Ávila
Fecha: 27/09/11
Universidad Tecnológica de Bolívar Facultad de Ingenierías Programa de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Cartagena de Indias D.T. y C, Bolívar
Introducción
La polaridad de los transformadores indica el sentido relativo instantáneo del flujo de corriente en los terminales de alta tensión con respecto a la dirección del flujo de corriente en los terminales de baja tensión. La polaridad de un transformador de distribución monofásico puede ser aditiva o sustractiva. Una simple prueba para determinar la polaridad de un transformador es conectar dos bornes adyacentes de los devanados de alta y baja tensión y aplicar un voltaje reducido a cualquiera de los devanados Hacerla
1. Objetivos
1.1. Determinar algunos de los parámetros para las características de un transformador trifásico tridevanado, mediante la realización de la prueba de corto circuito.
2. Materiales e instrumentos de medición utilizados 2.1. Materiales 2.1.1. Una (1) fuente variable A.C. 2.1.2. Borneras 2.1.3. Cables de conexión 2.1.4. Variac monofásico TR-610: (0-250V AC 50-60Hz) 2.2. Instrumentos de medición 2.2.1. Vatímetro digital UT-231 2.2.2. Multímetro digital FLUKE 177
3. Marco Teórico Mediante la prueba de corto circuito se determinan específicamente las pérdidas en el conductor de los devanados y la tensión de corto circuito. La impedancia de un transformador consta de una componente activa, la cual corresponde a las pérdidas de corto circuito y de una componente reactiva, que corresponde al flujo de dispersión de los devanados. No es práctico medir las pérdidas totales y la tensión de corto circuito. Para obtener los valores en por unidad se divide el valor leído de estas impedancias, por el valor obtenido de dividir el voltaje nominal por la corriente nominal del transformador.
3.1.
Condiciones Generales (Norma Icontec 1005)
3.1.1 Transformadores Monofásicos 3.1.1.1. Uno de los devanados del transformador (del lado de alta tensión o de baja tensión) debe ponerse en corto y se aplica al otro devanado una tensión de frecuencia nominal, la cual se ajusta para que circule la corriente nominal por los devanados.
3.1.1.2. En caso de que no se pueda alcanzar los valores nominales de corriente, se puede utilizar una corriente menor de 0.25 Inom, corrigiendo los valores obtenidos.
3.1.1.3. El ensayo debe realizarse sobre la derivación principal si el transformador posee derivaciones.
3.1.1.4. El conductor usado para poner en corto circuito transformadores de alta corriente y baja tensión debe tener una sección transversal igual o mayor que aquella de los conductores terminales del devanado correspondiente, debe ser tan corto como sea posible y mantenerse retirado de masas. Los contactos deben estar limpios y bien ajustados.
3.1.2. Transformadores Trifásicos 3.1.2.1. Los tres transformadores de alta y baja tensión deben unirse rígidamente y se aplica a los terminales del otro devanado, una tensión trifásica balanceada de frecuencia nominal y de valor adecuado, con el fin de hacer circular la corriente nominal.
3.1.2.2. El procedimiento es similar al seguido para transformadores monofásicos, excepto por las conexiones y medidas son trifásicas en vez de monofásicas.
3.1.2.3. Si las corrientes no pueden ser balanceadas se toman los valores eficaces promedios.
3.1.3. Transformadores Tridevanados 3.1.3.1. En un transformador (monofásico o trifásico) de tres devanados se mide la tensión de corto circuito entre cada par de devanados (lo cual significa tres mediciones de tensión de corto
circuito) siguiendo el mismo proceso utilizado para transformadores monofásicos.
3.1.3.2. Si la capacidad en KVA de los diferentes devanados no es la misma, la corriente utilizada para e ensayo de tensión de corto circuito es la correspondiente al devanado bajo ensayo de menor capacidad. Las relaciones que se tendrán en cuenta son:
la componente reactiva de la tensión de cortocircuito se obtiene de la ecuación:
dónde:
= Tensión resistiva de cortocircuito (Vr12 para el ensayo realizado) Potencia de medida en el ensayo (Vatios) Corriente medida en el ensayo (Amperios)
Calcule el porcentaje de la tensión nominal correspondiente al valor calculado de la tensión de corto circuito.
la componente reactiva de la tensión de corto circuito se calcula por l a ecuación:
√ calcule el porcentaje de este valor correspondiente a la tensión nominal
de igual manera se realiza este procedimiento para los demás montajes.
3.1.4. Determinación de Parámetros Con los valores de P, V e I obtenidos durante las tres pruebas, se determinan las características de la impedancia serie conformada por la impedancia del devanado alimentado y la impedancia del devanado en corto referida al primario. La magnitud de la impedancia en serie es:
el factor de potencia está dado por:
Y está retrasado, por consiguiente, el ángulo de la corriente es negativo y el ángulo de toda la impedancia es positivo.
por lo tanto:
la impedancia serie Zse es igual a:
donde A es el devanado alimentado y B es el devanado en corto. De manera que esta impedancia está referida al devanado A. A continuación, siendo
,
y
las impedancias de cada pareja, se calculan las impedancias de cada
devanado, resolviendo el sistema:
3.1.5. Circuito Equivalente
Extraído
del
Hipertexto
Máquinas
y
Trafos,
OSCAR
SEGUNDO
ACUÑA
CAMACHO
4. Procedimiento y análisis de los resultados obtenidos 4.1. Procedimiento 4.1.1. Las bobinas que se utilizaron del transformador trifásico tridevanado son las señaladas en la Figura 0 (Fig. 0). D1, D2 y D3 corresponden a los devanados número 1, número 2 y número tres respectivamente
Fig. 0. Foto vista superior y foto vista isométrica del trasformador trifásico tridevanado
4.1.2. Se energizan los bornes X1 y X2 correspondientes al devanado D1, los terminales X3 y X4 correspondientes al devanado D2 se conectan en cortocircuito y los devanados X5 y X6 correspondientes al devanado D3 se dejan al vacío. Se conecta un multímetro a registrar el voltaje de alimentación y un multímetro a registrar la corriente como se muestra en la figura 1 (Fig. 1)
4.1.3. Se realiza el mismo procedimiento para las figuras 2 y 3.
4.1.3.1.
Prueba de Cortocircuito – circuito equivalente
Fig. 4 Circuito equivalente de la configuración de la Fig. 1 Fuente: Hipertexto Máquinas y Trafos, OSCAR SEGUNDO ACUÑA CAMACHO
Valores Experimentales Voltaje de carga Corriente de corto 20.11 v 0.678 Tabla 1
Fig. 5 Circuito equivalente de la configuración de la Fig. 2 Fuente: Hipertexto Máquinas y Trafos, OSCAR SEGUNDO ACUÑA CAMACHO
Valores Experimentales Voltaje de carga Corriente de corto 20.27 v 0.474 Tabla 2
Fig. 6 Circuito equivalente de la configuración de la Fig. 3
Fuente: Hipertexto Máquinas y Trafos, OSCAR SEGUNDO ACUÑA CAMACHO
Valores Experimentales Voltaje de carga Corriente de corto 20.72 v 0.1491 Tabla 3
4.2. Análisis de Resultados En base a los resultados de la prueba de cortocircuito se puede obtener los valores de las impedancias. El método es el siguiente:
Con éstos valores se pueden hallar las impedancias de cada devanado por medio de las siguientes fórmulas:
Circuito equivalente con los valores de impedancia
Fig. 7 Circuito equivalente, con los valores correspondientes de impedancia Fuente: Hipertexto Máquinas y Trafos, OSCAR SEGUNDO ACUÑA CAMACHO Editado por: ALEXANDER MORALES SEVILLA, LILLY AGUAS CASTRO, MAGALY OROZCO DE AVILA
5. Verificación del circuito equivalente Para la verificación de del circuito equivalente del transformador monofásico tridevanado, se procedió a realizar el montaje mostrado en la figura 8 (Fig. 8)
Fig. 8 Transformador con cargas conectadas a D2 y D3 y energizado por D1 Es bien sabido que la resistencia de las lámparas incandescentes no es lineal, por ello se realizaron medidas de voltaje y corriente en L1 y L2 para observar su comportamiento. Estas medidas se tomaron conectando cada lámpara incandescente directamente a una fuente variable de tensión
Valores de voltaje y corriente de las lámparas incandescentes Lámpara incandescente L1 (60W) Lámpara incandescente L2 (90W) Voltaje [V] Corriente [mA] Voltaje [V] Corriente [mA] 10.8 155 10.35 20.24 199 21.93 32.15 247 32.3 40.28 278 43.59 50.96 314 50.25 62.08 349 62.25 70.5 372 72.4 80.5 391 84.4 91.1 428 93 103.3 446 102.4 113.3 482 110.3 Tabla 4 valores de voltaje y de corriente para las lámparas incandescentes L1 y L2
241 335 409 480 517 583 629 668 726 765 796
Lámpara incandescente L1 120
100
80
Voltage
60
Curva de voltage linealizada 40
20
0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Fig. 9 curva de voltaje contra corriente y curva linealizada de voltage contra corriente de la lámpara incandescente L1
Lampara incandecente L2 120
100
80
Voltage
60
Curva de voltage linealizado 40
20
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Fig. 9 curva de voltaje contra corriente y curva linealizada de voltage contra corriente de la lámpara incandescente L2
Para poder hacer un análisis de circuito usando L1 y L2, se realizó antes una linealizacion de la curva de voltaje contra corriente en cada una de ellas a través de una regresión lineal del tipo:
Donde
representa el valor de la resistencia linealizada de las lámparas incandescentes
Para L1: Para L2:
de donde obtenemos que
y
con estos valores de resistencia y utilizando el circuito equivalente del transformador monofásico tridevanado (Fig. 7), podemos calcular las corrientes que circulan por las lámparas incandescentes L1 y L2
Para el valor de Vs, se alimentó el circuito con
Valores medidos experimentalmente y los datos obtenidos teóricamente
Lampara incandescente 1 Lampara incandescente 2
Valor experimental de corriente 0.384 0,775
Valor teorico de corriente 0,2501 0,402068
%error 34% 48%
6. Indicar cuales son las principales aplicaciones industriales de las pruebas que realizaron si las hubiere Una de las aplicaciones es un sistema de transformador conversor conformado por una unidad trifásica tridevanado, el cual está conformada por unidades monofásicas y trifásicas, dichas unidades son de tres devanados cada una, y la alimentación para el puente de 12-pulsos que requiere de dos sistemas trifásicos (estos están separados 30 ó 150 grados cada uno, lo cual se consigue mediante la instalación de una transformador en cada lado de la red, conectados en los grupos Yy 0 y Yd5) es obtenida mediante las 0
conexiones de la unidades en Y-Δ-Y, esta disposición proporciona una diferencia de fase de 30 eléctricos entre cada sistema trifásico de conversión (puente conversor de 12-pulsos).
7. Problemas a presentados durante la prueba y la manera como los resolvieron
Conclusiones
-
Se determinó algunos de los parámetros para las características de un transformador trifásico tridevanado, mediante la realización de la prueba de corto circuito.
-
Se realizó el circuito equivalente de acuerdo a los valores de impedancias hallados en la presente práctica.
-
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Con los valores de potencia, voltaje y corriente obtenidos durante las tres pruebas efectuadas en el laboratorio, se determinaron las características de la impedancia en serie conformada por la impedancia del devanado alimentado y la impedancia del devanado en corto referida al primario.
