ENSAYO DE VACIO Y CORTOCIRCUITO DE TRANSFORMADORES
ENSAYO DE VACIO Y CORTOCIRCUITO DE TRANSFORMADORES
I.- OBJETIVOS
Determinación de los parámetros del circuito equivalente de un transformador monofásico para operación a frecuencia y tensión nominal. Medir las perdidas en el cobre y comprobar si se encuentran dentro de los valores calculados o garantizados. Verificar que las perdidas medidas son las mismas que se consideran para determinar el rendimiento, calentamiento y .
II.- GENERALIDADES Un trasformador está en vacío cuando uno de sus bobinas está conectado a la red de alimentación, y las otras bobinas abierta o desconectada .la prueba en vacío, también conocido como ensayo en circuito abierto se realiza para determinar las pérdidas en el núcleo o pérdidas en el fierro (P Fe). En los ensayos a los trasformadores se presenta una serie de perdidas tipo como :perdidas por efecto joule, perdidas por dispersión de flujo ,perdidas magnéticas , perdidas por corrientes parasitas entre otras ;pero unas tienen valores apreciables mientras que las otras son de valores pequeños que pueden no ser tomados en cuenta . Las pérdidas en vacío fundamentalmente se componen de las perdidas por histéresis que dependen del valor máximo de la inducción y de las perdidas por corriente de Foucault. Cuando realice este ensayo debe considerar lecturas validas entre el 80% y el 120% de su tensión nominal. En la prueba de corto circuito debe efectuarse por lo menos tres juegos de lecturas de corriente, potencias y tensiones; haciendo variar la corriente que circula por el primario (secundario) dentro de un 25% y125% de la corriente nominal .si el trasformador tiene varias tomas (taps) en algunos de los devanados debe ser conectado en la toma normal. La `potencia medida en el ensayo en corto circuito corresponde a las perdidas en el cobre del transformador .esta prueba consiste en poner uno de los bobinados en corto circuito del trasformador. Y aplicarle una tensión reducida al otro devanado de forma que circule por los bobinados del trasformados las corrientes nominales. También es conveniente distinguir dos conceptos que lleva a confusión; corto circuito de un transformador es el que se produce cuando este se encuentre en servicio puede suceder intencionalmente o fortuito, es decir el secundario tiene una carga cero o pequeña el que será considerado como un accidente o avería; durante el cual se presentaran grandes cantidades de calor por el efecto joule. En cambio en el ensayo de corto circuito consiste en aplicarse una tensión reducida comprendida entre el 2% y 10% de tal manera que circule por los devanados las i nominal. Otra forma de encontrar las perdidas en el cobre es aplicarse carga al bobinado y conociendo su resistencia de las bobinas se aplica la siguiente relación. P
P1 xR1
P2 xR2
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IIa.-ENSAYO DE VACIO La potencia absorbida por el transformador trabajando en vacío es aproximadamente igual a las pérdidas en el hierro (las nominales si se aplica la tensión nominal en el primario) y se desprecian la pequeñas pérdidas que puede haber en el cobre. Para efectuar el ensayo de vacío, el transformador se dispone como se indica en la siguiente figura:
La potencia Po que absorbe el transformador en vacío la indica el vatímetro. La lectura del amperímetro A1 es la corriente I1o absorbida desde el primario y los voltímetros V1 y V2, indican respectivamente, la tensión V1o a la que hemos conectado el transformador y la tensión V2o de circuito abierto en el secundario.
IIb.-ENSAYO DE CORTOCIRCUITO Para realizar este ensayo, el primario ha de alimentarse a una tensión reducida de modo que al poner el secundario en cortocircuito pase por él su corriente nominal. El esquema de un ensayo de cortocircuito es el representado en la figura siguiente:
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III.- MATERIALES
Transformador monofásico
Vatímetros monofásicos
Cables de conexión Transformador de corriente Voltímetros, amperímetros de hierro móvil Herramientas básicas
III.- PROCEDIMIENTO
Realizar los ensayos con mucho cuidado porque se presentan grandes
corrientes. En base a los esquemas mostrados y Alimentar por la bobina de alta y/o baja tensión.
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En algunos casos es necesario hacer uso del transformador de medida para
que las lecturas en los instrumentos sean buenas.
En este caso llegar a un 150% de su tensión nominal.
Para cada caso anotar la lectura de los instrumentos para confeccionar las
gráficas respectivas.
En el ensayo de cortocircuito antes de aplicar tensión previamente deben
haber calculado los valores que esperaos alcanzar. Con el regulador de tensión aplicar una tensión reducida desde 5%Vn hasta alcanzar los valores calculados.
Es recomendable por seguridad de los equipos e instrumentos tomar
lectura lo más rápido posible no debe de sobrepasar a los 2 minutos.
Para hallar la eficiencia, el factor de potencia debe variar la carga que se
aplica al secundario del transformador.
IV.- ESQUEMA Ensayo de vacío
Ensayo de cortocircuito
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V.- TOMA DE DATOS
Prueba de Vacío Prueba en el lado de baja tensión del transformador utilizando las mediciones
de control
Intensidad de corriente (A)
Voltaje (V)
Potencia (P)
0.14
139.2
6.54
0.11
130.3
5.60
0.09
120.3
4.71
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0.07
109.9
3.98
0.06
101.2
3.40
0.05
90.1
2.68
0.05
80.1
2.15
De los datos obtenidos, se obtiene la siguiente gráfica:
I vs V 160 140 o 120 d a c i 100 l p a 80 e j a 60 t l o V 40
I vs E
20 0 0
0.05
0.1
Intensidad de vacio
0.15
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V vs P 160 140 120 o i c a 100 v e d 80 e j a t 60 l o V
V vs W
40 20 0 0
1
2
3
4
5
6
7
Potencia de vacio
Prueba en el lado de baja tensión del transformador utilizando las mediciones
de control
Intensidad de corriente (A)
Voltaje (V)
Potencia (P)
0.94
13.36
12.42
1.44
18.86
29.03
1.83
25.04
46.47
De los datos obtenidos, se obtiene la siguiente gráfica:
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I vs E 30 25 o d 20 a c i l p a 15 e j a t l o 10 V
I vs E
5 0 0
0.5
1
1.5
2
Intensidad de corriente de vacio
P vs V 30 25 O D A20 C I L P A15 E J A T 10 L O V
P vs V
5 0
0
10
20
30
POTENCIA DE VACIO
40
50
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Prueba
10.76 9.07 8.63 7.75 7.46 6.77 6.06 4.83 3.33 2.4
de corto sin carga
1.96
20
2.90
1.69
15
2.5
1.55
12.5
2.3
1.37
10
2
1.3
8.75
1.9
1.2
7.5
1.8
0.97
5
1.45
0.7
2.5
1
0.54
1.5
0.8
2.17
25
3.2
Ecuaciones a utilizar:
√
Calculo de los parámetros del circuito mediante las ecuaciones:
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25 20 15 12.5 10 8.75 7.5 5 2.5 1.5
3.2 2.90 2.5 2.3 2 1.9 1.8 1.45 1 0.8
2.44 2.39 2.40 2.36 2.50 2.42 2.31 2.39 2.50 2.60
Hallamos la impedancia
10.76 9.07 8.63 7.75 7.46 6.77 6.06 4.83 3.33 2.40
3.2 2.90 2.5 2.3 2 1.9 1.8 1.45 1 0.8
3.36 3.13 3.45 3.37 3.73 3.56 3.36 3.33 3.33 3
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Hallamos la reactancia
3.36 3.13 3.45 3.37 3.73 3.56 3.36 3.33 3.33 3
2.44 2.39 2.40 2.36 2.50 2.42 2.31 2.39 2.50 2.60
√ 2.31 2.02 2.48 2.40 2.76 2.61 2.44 2.32 2.20 1.5
VI.- CUESTIONARIO PRUEBA DE VACÍO 1. Explique cuál es la influencia de la sección recta del núcleo del transformador. La influencia de la sección recta radica básicamente en la reducción de las pérdidas de energía potencia. Para reducir la pérdida de energía, y la consiguiente pérdida de potencia, es necesario que los núcleos que están bajo un flujo variable no sean macizos; deberán estar construidos con chapas magnéticas de espesores mínimos, apiladas y aisladas entre sí. La corriente eléctrica, al no poder circular de unas chapas a otras, tiene que hacerlo independientemente en cada una de ellas, con lo que se induce menos
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corriente y disminuye la potencia perdida por corrientes de Foucault. En la Figura 4.4 podemos observar cómo circula la corriente por ambos núcleos magnéticos.
2. ¿Qué es la dirección magnética preferencial de los materiales ferromagnéticos? Los materiales ferromagnéticos interaccionan fuertemente con el campo magnético, entre ellos se encuentran los imanes naturales. Para un campo aplicado las fuerzas de interacción pueden ser atractivas o repulsivas y tener valores muy grandes 1 N/g.
3. ¿cuáles son los elementos que producen pérdidas en el transformador? Los elementos que componen las pérdidas generadas en un transformador son las siguientes:
Perdidas en el hierro. Las pérdidas de potencia en el hierro (PFe) en un transformador en vacío se producen por las corrientes de Foucault (PF) y por el fenómeno de histéresis (PH). Las corrientes de Foucault se producen en cualquier material conductor cuando se encuentra sometido a una variación del flujo magnético. Como los materiales magnéticos son buenos conductores eléctricos, en los núcleos magnéticos de los transformadores se genera una fuerza electromotriz inducida que origina corriente de circulación en los mismos, lo que da lugar a pérdidas de energía por efecto de joule. Las pérdidas por corrientes parasitas o de Foucault dependerán del material del que esté construido el núcleo magnético.
La histéresis magnética es el fenómeno que se produce cuando la imantación de los materiales ferromagnéticos no solo dependen del valor del flujo, sino también de los estados magnéticos anteriores, en el caso de los transformadores, al someter el material magnético a un flujo variable se produce una imantación que se mantiene al cesar el flujo variable, lo que provoca una pérdida de energía que se justifica en forma de calor.
4. ¿qué componentes integran la corriente de excitación de un transformador? Está compuesta por:
La componente de pérdidas en el hierro
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La componente de magnetización.
PRUEBA DE CORTOCIRCUITO
1.- graficar las curvas características para esto ensayos
Grafica de
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V vs I 12 10 8 6 4 2 0 0
0.5
1
1.5 Series1
Grafica de
2
2.5
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P vs I 30 25 20 15 10 5 0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Series1
2.- Qué es el flujo de dispersión de un transformador.
La porción del flujo que va a través de una de las bobinas, pero no de la otra se llama flujo de dispersión. Este flujo depende de cuánto del flujo producido por el primario alcanza a la bobina secundaria; algunas de las líneas del flujo dejan el hierro del núcleo y más bien pasan a través del aire. El flujo en la bobina primaria del transformador, puede así, dividirse en dos componentes: un flujo mutuo, que permanece en el núcleo y conecta las dos bobinas y un pequeño flujo de dispersión, que pasa a través de la bobina primaria pero regresa a través del aire, desviándose de la bobina secundaria.
3.-De qué manera afecta la temperatura en el funcionamiento del transformador.
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La temperatura del transformador está directamente relacionada con la duración de los materiales de aislamiento, por lo que es necesario prestarle atención. Uno de los factores que más afectan la vida de los aislamientos, es la temperatura de operación de las máquinas eléctricas, esta temperatura está producida principalmente por las pérdidas y en el caso específico de los transformadores, durante su operación, estas pérdidas están localizadas en los siguientes elementos principales:
El núcleo o circuito magnético, aquí las pérdidas son producidas por el efecto
de histéresis y las corrientes circulantes en las laminaciones, son dependientes de la inducción, es decir, que influye el voltaje de operación. Los devanados, aquí las pérdidas se deben principalmente al efecto joule y en menos medida por corrientes de Foucault, estas pérdidas en los devanados son dependientes de la carga en el transformador. Se presentan también pérdidas en las uniones o conexiones que se conocen también como “puntos calientes” así como en los cambiadores de derivaciones.
Todas estas pérdidas producen calentamiento en los transformadores, y se debe elimina este calentamiento a valores que no resultan peligrosos para los aislamientos, por medio de la aplicación de distintos medios de enfriamiento.
Con el propósito de mantener en forma confiable y satisfactoria la operación de las maquinas eléctricas, el calentamiento de cada una de sus partes, se debe controlar dentro de ciertos límites previamente definidos. Las perdidas en una máquina eléctrica son importantes no tanto porque constituyan una fuente de ineficiencia, sino porque pueden representar una fuente importante de elevación de temperatura para los devanado, esta elevación de temperatura puede producir efectos en los aislamientos de los propios devanados, o bien en los aislamientos entre devanados y el núcleo, por esta razón, es siempre importante que todos los aislamientos entre devanados y el núcleo, por esta razón, es siempre importante que todos los aislamientos ese mantengan dentro de los límites de temperatura que garanticen su correcta operación, sin perder su efectividad.
4.- De qué dependo el factor de corrección del transformador.
Factor de corrección del transformador (FCT)
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El factor de corrección de un transformador, ya sea en un transformador de potencial o un transformador de corriente, es el producto del factor de corrección de relación y el factor de corrección de ángulo para un factor de potencia especificado en el circuito primario. Los factores de corrección del transformador se pueden incorporar en el multiplicador de la medición para mejorar la precisión en la medición. a) Factor de corrección de relación Es la relación de la relación real o medida a la relación teórica o marcada en el transformador. b) factor de corrección de ángulo de fase Es la relación del factor de potencia teórico ala factor de potencia medido. Es una fusión tanto del ángulo de fase del transformador de instrumento y el factor de potencia del circuito primario que se está midiendo.
5.- Explicar comparativamente las ventajas y desventajas de los autotransformadores
VENTAJAS
DESVENTAJAS
Mayor rendimiento, menos costo.
Lado de alta tensión está conectado eléctricamente al lado de baja tensión.
Menor tamaño y peso.
La tensión de alimentación puede aparecer en la salida.
Menor corriente de excitación y mayor regulación.
Mayor corriente de cortocircuito.
VI. BIBLIOGRAFÍA
ENSAYO DE VACIO Y CORTOCIRCUITO DE TRANSFORMADORES
Transformadores de distribución: Autor: Avelino Pérez Pedro http://www.tecnun.es/asignaturas/SistElec/Practicas/PR_SIS_01.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador http://www.unicrom.com/Tut_transformador.asp http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20090121232654AAXU9f4 Circuitos magnéticos y transformadores E.E. STAFF DEL M.I.T http://apuntes.rincondelvago.com/transformador-monofasico.html http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_electrica_y_electronica/con ceptoselectronica/
