Preparatorio II Pruebas en Transformad Transformadores ores Monofásico Monofásicos. s.
Castro Quelal Christian Javier Laboratorio de Electricidad Industrial Ingeniería Mecánica Facultad de Ingeniería Mecánica
[email protected] I. INTRODUCCIÓN En el siguiente preparatorio se detallarán los conocimientos básicos a saber para la realización de la práctica de laboratorio número dos aplicada a transformadores monofásicos de tal manera que se detallarán una serie de fórmulas necesarias para la realización de la práctica, tomadas de libros o de normas nacionales e internacionales. II. A.
RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN.
Concepto
Se denomina relación de transformación al cambio generado entre el voltaje de entrada y voltaje de salida en un transformador, dicha relación está dada entre la fuerza electromotriz inductora (devanado primario) y la fuerza electromotriz inducida (devanado secundario). Así:
Imagen 1. Circuito real de un transformador. Para el siguiente paso en la obtención de un circuito equivalente se reduce el devanado secundario al fin de tener el mismo número de espiras, con la condición de obtener la conservación de la potencia reactiva, activa y aparente. Para lograr esto se debe reducir los valores de impedancias al primario con el fin de poder obtener obtener un solo devanado como se muestra:
B. Relación en transformad transformad
En un transformador la relación de transformación está dada por la relación entre el número de espiras del devanado principal y secundario. secundario. Así:
Por su parte en los autotransformadores la relación de transformación está dada por el cociente entre el devanado completo (serie + común) y el devanado común. Así:
III. CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO TRANSFORMADOR MONOFÁSICO REAL. Para iniciar el análisis del circuito equivalente de un transformador monofásico real es preciso conocer el circuito real de tal manera observar todos los fenómenos que pueden ocurrir en él. De tal manera se tiene el siguiente circuito:
Figura 2. Circuito equivalente de un transformador transformador real reducido al primario. La corriente que pasa a través del devanado es la diferencia entre I1 e I 2 o también llamada corriente de vacío I0, esta corriente tiene una parte activa y reactiva, lo que genera una resistencia y reactancia equivalente del circuito. La resistencia modela las pérdidas dadas por el Efecto Joule en el hierro del transformador y la reactancia que se deriva de la corriente de magnetización del circuito. Bajo estas condiciones se puede dar un nuevo circuito. Así: ’
Este tipo de prueba es realizada en el lado de bajo voltaje del circuito debido a su mayor facilidad y seguridad que se tiene con este lado, tomando en cuenta que se debe aislar correctamente los terminales de alto voltaje. El proceso para hacer esta prueba es: Se eleva el voltaje desde cero hasta el punto de límite del devanado principal. 2) Se miden los parámetros a utilizar en el circuito equivalente como el voltaje, potencia, y corriente de magnetización. 3) Se calculan los parámetros con las siguientes fórmulas: 1)
Figura 3. Circuito equivalente exacto de un transformador real reducido al primario. Por otro lado, si se modifica el número de espiras del devanado primario, el circuito equivalente y circuito equivalente exacto cambian al segundo devanado como lo muestran las siguientes figuras:
B.
Figura 4. Circuito equivalente de un transformador real reducido al secundario.
Figura 5. Circuito equivalente exacto de un transformador real reducido al secundario. IV.
PRUEBAS DE CIRCUITO ABIERTO Y CORTOCIRCUITO Las pruebas tanto de circuito abierto como de cortocircuito son realizadas con el fin de obtener los parámetros utilizados para la realización de un circuito equivalente a este tanto en alta como en baja tensión. A.
Prueba de Circuito Abierto
Figura 6. Prueba de circuito abierto.
Prueba de Cortocircuito
Esta prueba es realizada en voltaje nominal y se realiza un cortocircuito en el primario para luego seguir con el siguiente proceso: 1) El transformador variable mientras es ajustado a 0 se conectan en cotocircuito los terminales de baja tensión del transformador. 2) Con el transformador variable se procede a aumentar el voltaje hasta llegar al voltaje nominal primario. 3) Con forme se llega a la corriente del primario, se anota los diferentes parámetros como el voltaje del secundario, la potencia, etc. Todo esto con las siguientes fórmulas:
V.
METODOLOGÍA DE CÁLCULO PARA LA OBTENCIÓN DE PARÁMETROS ELÉCTRICOS DEL CIRCUITO EQUIVALENTE.
Para la realización del cálculo de los parámetros de un circuito equivalente se debe analizar en los tramos del circuito, es decir, el bobinado primario y el secundario. Para esto se tiene serie de fórmulas para cada tramo del circuito, pero de todas estas se citará la más importante para el cálculo de los parámetros. A. Lado primario del embobinamiento.
De donde: Sn= Potencia nominal Ecc= Tensión de cortocircuito Wcc= Perdidas por cortocircuito X2= Parámetro de la terminal Vn= Tensión nominal Z2=Impedancia R2=Resistencia
devanado cuya resistencia se está determinando y haciendo el cálculo por medio de la ley de Ohm. R= V/I De donde V= Voltaje de cortocircuito aplicado a los terminales del devanado. I= intensidad de corriente que pasa por los devanados. R= resistencia del devanado a temperatura ambiente [1]. Este método en su precisión dependerá de los aparatos y la precisión de los mismos. B. Método del puente de Wheaststone.
B. Lado secundario.
Z2=Zcc2; Z2= Impedancia de cortocircuito en el tramo 2 Z1=Zcc1; Z1= Impedancia de cortocircuito en el tramo 1 VI.
MÉTODOS PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA EN LOS DEVANADOS.
Para poder determinar la Resistencia en los devanados de un transformador se debe seguir una serie de procesos normalizados los cuales serán citados a continuación bajo la norma INEN 2 118:98 vigente en el país. A. Métdodo de la caída de voltaje.
Consiste simplemente en observar la caída de voltaje, conociendo la intensidad de la corriente que pasa por el
Para utilizar este método se ajustan las resistencias hasta que el medidos de corriente M esté en cero. Entonces: Rx=(R1/R2)*R Este método tiene una gran precisión debido a que se lo realiza directamente con resistencias patrón. Se debe registrar de antemano la resistencia y la temperatura a la que se encuentra cada devanado, a su vez, la medida se realiza en corriente continua y los efectos inductivos deben reducirse al mínimo. R EFERENCIAS [1] INEN, Norma 2 118:98 (1997) [2] SANTAMARÍA. J. (2015) RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN (TTR/DTR). Obtenido de: http://andilaielec.blogspot.com/2015/02/relacionde-transformacion-ttrdtr.html [3] Pedro A.P (sf) . Prueba de Vacío y Cortocircuito en un transformador .
