UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DE LIMA SUR
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS INFORME DE LABORATORIO N°7
CARRERA: INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
TITULO: REGULACIÓN DE TENSIÓN EN TRANFORMADORES
DOCENTE: ING. GUSTAVO SALAZAR
ALUMNOS:
Delgado Huertas Brayham Braulio
Jacinto Paredes Leonard
Rios Cardenas Angel David
LIMA-PERÚ 2014
1. OBJETIVOS:
Diferenciar la tensión de un trasformador en carga y vacío.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO:
a.- Prueba de Vacío:
Consiste en aplicar una tensión nominal V1 en cualquiera de los enrollados del transformador, con el otro enrollado abierto, se le aplica al lado 1 voltaje y frecuencia nominal, registrándose las lecturas de la potencia de entrada en vacío P0 y la corriente en vacío I1. Es obvio que los únicos parámetros que tienen que ser considerados en la prueba de vació son Rm y jXm, la impedancia de
dispersión, R1 +jX1, no afecta a los datos de prueba. Usualmente, la tensión nominal se aplica al enrollado de baja tensión. La figura 1, muestra el circuito de prueba utilizado.
Figura 1: Circuito Equivalente para la condición en Vacío Nuestros parámetros nos quedan:
; Ec.1
Ec.2
Es válido mencionar que Im se calcula con la ecuación 3
; (Ec.3)
b.- Prueba de cortocircuito:
Esta prueba se realiza a voltaje reducido, hasta que circule una corriente nominal por el circuito. En este caso no se toma la rama de magnetización, esto es debido a que solo se requiere un pequeño voltaje para obtener las corrientes nominales en los embobinados debido a que dicha impedancias son limitadas por la
impedancia de dispersión de los embobinados, por lo tanto la densidad de flujo en el núcleo será pequeña en la prueba de cortocircuito, las pérdidas en el núcleo y la corriente de magnetización será todavía más pequeña. La tensión reducida Vcc, llamada frecuentemente tensión de impedancia, se soluciona para que la corriente de cortocircuito Icc no ocasione daño en los enrollamientos. Se escoge usualmente Icc como la corriente de plena carga (nominal). Usualmente esta prueba se hace por el lado de alto voltaje (para que la corriente sea más pequeña).
Figura 2: Circuito equivalente para la condición de cortocircuito La potencia del cortocircuito es la pérdida total en el cobre del transformador.
Debido al efecto pelicular, Pcc puede ser mayor que las perdidas óhmicas en el cobre.
De la figura 2, obtenemos lo siguiente:
; (Ec.4)
; (Ec.5)
; (Ec.6)
Zeq, Xeq y Req son conocidas por impedancia equivalente, reactancia equivalente y resistencia equivalente, respectivamente.
Si V1 = V2, podemos decir que:
; (Ec.7)
Deberá notarse nuevamente que los parámetros están en función del enrollamiento en el que se toman las lecturas de los instrumentos.
Ya que la resistencia equivalente Req es la suma de R1 y R'2 se deduce que:
; (Ec.8)
.
Figura 1: Circuito Equivalente para la condición en Vacío Nuestros parámetros nos quedan:
; Ec.1
; Ec.2
Es válido mencionar que Im se calcula con la ecuación 3
; (Ec.3)
Regulación de transformadores:
Para obtener la regulación de tensión en un transformador se requiere entender las caídas de tensión que se producen en su interior. Consideremos el circuito
equivalente del transformador simplificado: los efectos de la rama de excitación en la regulación de tensión del transformador puede ignorarse, por tanto solamente las impedancias en serie deben tomarse en cuenta. La regulación de tensión de un transformador depende tanto de la magnitud de estas impedancias como del ángulo fase de la corriente que circula por el transformador. La forma más fácil de determinar el efecto de la impedancia y de los ángulos de fase de la intensidad circulante en la regulación de voltaje del transformador es analizar el diagrama fasorial, un esquema de las tensiones e intensidades fasoriales del transformador.
La tensión fasorial VS se supone con un ángulo de 0° y todas las demás tensiones e intensidades se comparan con dicha suposición. Si se aplica la ley de tensiones de Kirchhoff al circuito equivalente, la tensión primaria se halla:
VP / a = VS + REQ IS + j XEQ IS
Un diagrama fasorial de un transformador es una representación visual de esta ecuación.
Dibujamos un diagrama fasorial de un transformador que trabaja con un factor de potencia retrasado. Es muy fácil ver que VP / a VS para cargas en retraso, así que la regulación de tensión de un transformador con tales cargas debe ser mayor que cero.
Ahora vemos un diagrama fasorial con un factor de potencia igual a uno. Aquí nuevamente se ve que la tensión secundaria es menor que la primaria, de donde VR = 0. Sin embargo, en este caso la regulación de tensión es un número más pequeño que el que tenía con una corriente en retraso.
Si la corriente secundaria está adelantada, la tensión secundaria puede ser realmente mayor que la tensión primaria referida. Si esto sucede, el transformador tiene realmente una regulación negativa como se ilustra en la figura.
Factor de Regulación:
La regulación de voltaje es una medida de la variación de tensión de salida de un transformador, cuando la corriente de carga con un factor de potencia constante varía de cero a un valor nominal. Considérese los dos embobinados del transformador mostrado en la figura 4-a. La carga está conectada al lado2 y la fuente de voltaje al lado 1.Supongamos que el transformador está entregando a la carga una corriente nominal a un voltaje nominal y con un factor de potencia específico. La fuente de voltaje es ajustada para obtener voltaje constante a este valor y la carga es desconectada del transformador, el voltaje de salida
del transformador cambiará; la diferencia entre los valores del voltaje de salida cuando está sin carga, y el nominal a plena carga, expresada como una fracción del valor nominal, es definida como la regulación del voltaje nominal
del transformador a un factor de potencia específico. La regulación de un transformador se define como al diferencia entre los voltajes secundarios en vacío y a plena carga, medidos en terminales, expresada esta diferencia como un porcentaje del voltaje a plena carga. Para el cálculo del voltaje en vacío se debe tomar en consideración el factor de potencia de la carga.
(
)
Como generalmente, la corriente de excitación será pequeña comparada con la corriente nominal de un transformador de núcleo de hierro, la rama en derivación consiste de Rm y Xm puede no considerarse para cálculos de
regulación de voltaje. Este circuito equivalente simplificado referido al lado 2 se muestra en la siguiente Figura 3-b.
Como el transformador está entregando la corriente nominal IL2 a un factor de potencia COS ( L), el voltaje de carga es V2. El
correspondiente voltaje de entrada es V1 / a referido al lado 2. Cuando la carga se remueve, manteniendo el voltaje de entrada constante se observara en la figura 4.b que el voltaje en los terminales de carga, cuando IL2 = 0, es V1 / a, luego la ecuación 10 representa el factor de regulación de voltaje, en porcentaje, no considerando la rama de magnetización.
; (Ec.10) Donde:
; (Ec.11)
Los términos V2, IL2 son los valores nominales
Figura 3-a: Transformador de núcleo de hierro alimentando una carga inductiva (ZL2).
Figura 3-b: Circuito equivalente aproximado referido al lado 2 del transformador ilustrado en 3a.
3. MEDICIONES:
Las mediciones de nuestro transformador del laboratorio nos dieron las siguientes mediciones.
Vvacío= 65.1 V
V100W=64.4 V V200W= 64.9 V V300W= 64.7 V
Entonces haciendo uso de la fórmula:
(
)
(
)
4. OBSERVACIONES:
Las mediciones de resistencias en los enrollados del transformador obtenidas en las pruebas realizadas, son características propias de su construcción ya que resultaron ser bastante bajas.
