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Año de la Inversión p
Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria
ara el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria
””“UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO”
“UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO”
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y
ELECTRÓNICA
ELECTRÓNICA
ESCUELA DE
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
INGENIERÍA ELÉCTRICA
Curso:
Curso:
MAQUINAS
MAQUINAS ELECTRICAS
ELECTRICAS II
Profesor:
Profesor:
Ing. Hugo
Ing.
Hugo Llacza
Llacza
Tema:
Tema:
Ensayo
Ensayo de
de Vacio
Vacio y
y Cortocircuito
Cortocircuito
Apellidos
Apellidos y
y Nombres
Nombres
Código
Código
-
- Zarria
Zarria Sangama,
Sangama, Walter
Walter Martin
Martin
102312022
10231202288
-
- Mendoza
Mendoza Reyes,
Reyes, Carlomagno
Carlomagno David
David 1023120781
1023120781
-Herrera
-Herrera Sigueña,
Sigueña, Jheiser
Jheiser
10231
1023120504
20504
18 de noviembre del 2013.
18 de noviembre del 2013.
INTRODUCCION
INTRODUCCION
Los
Los ensayosensayos dede vacíovacío yy cortocircuitocortocircuito dede unun transformador transformador permitenpermiten determinar determinar variosvarios dede los
los parámetrosparámetros másmás importantesimportantes queque definendefinen susu comportamiento.comportamiento. A A travéstravés dede laslas medicimedici ones efectuadas
ones efectuadas enen loslos mencionadosmencionados ensayos,ensayos, yy mediantemediante elel cálculocálculo conveniente,conveniente, sese pueden
pueden determinar losdeterminar los parámetrosparámetros deldel circuitocircuito equivalenteequivalente simplificadosimplificado deldel transforma- transforma-dor.
dor. DichoDicho circuitocircuito resultaresulta útil enútil en elel cálculocálculo dede laslas complejascomplejas redesredes dede transportetransporte yy distri- distri-bución,
bución, concon variosvarios escalonesescalones dede tensión,tensión, previaprevia reducciónreducción aa unauna tensióntensión base.base. De
De otrootro lado,lado, deldel ensayoensayo dede vacíovacío sese obtiene,obtiene, ademásademás dede lala corrientecorriente dede vacío,vacío, lala rela- rela-ción
ción de
de transformacióntransformación yy laslas perdidasperdidas enen elel hierrohierro deldel transformador.transformador. ComoComo sese sabe,sabe, dio- dio-chas
chas perdidas sonperdidas son independientesindependientes deldel índiceíndice dede cargacarga deldel transformador.transformador. Del
Del ensayoensayo dede cortocircuitocortocircuito sese deducededuce elel importanteimportante parámetroparámetro dede lala tensióntensión dede cortocircuito.
cortocircuito. EsteEste parámetroparámetro interviene,interviene, directamente,directamente, enen lala corrientecorriente dede cor cor
--tocircuito permanente,
tocircuito permanente, enen laslas expresionesexpresiones dede lala caídacaída dede tensióntensión yy enen lala asocia- asocia-ción
ción enen paraleloparalelo detransformadores.detransformadores. OtroOtro parámetro,parámetro, dede nono menor menor importancia,importancia, eses lala potencia
potencia dede pérdidaspérdidas nominales ennominales en loslos devanadosdevanados primarioprimario yy secundario.secundario. DeDe ambosambos ti- ti-pos
pos dede perdidas,perdidas, enen elel hierrohierro yy enen elel cobre, secobre, se deducededuce elel índiceíndice dede cargacarga óptimoóptimo del
del transformador,transformador, eses decir,decir, lala carga,carga, definidadefinida como porcentajecomo porcentaje sobresobre lala potenciapotencia nominal
OBJETIVOS
PRUEBA EN VACÍO
Determinar los parámetros del circuito equivalente para la experiencia en vacío de un
transformador monofásico.
Determinar si el valor de las pérdidas en vacío concuerdan y están dentro de la tolerancia
con los valores calculados y/o garantizados.
Verificar que las pérdidas medidas son las mismas que se consideraron para determinar el
rendimiento y calentamiento del transformador.
PRUEBA EN CORTOCIRCUITO
Medir las pérdidas en el cobre y comprobar si se encuentran dentro de los valores
calculados y/o garantizados.
Determinar los parámetros del circuito equivalente del transformador monofásico para
frecuencia y tensión nominal.
Determinación del valor de la Ecc, el mismo que influirá en el reparto de carga en la puesta
Fundamento Teórico
ENSAYO DE VACÍO
El ensayo en vacío proporciona, a través de las medidas de tensión, intensidad y potencia en el bobinado primario, los valores directos de la potencia perdida en el hierro y deja abierto el bobinado secundario. Por lo tanto, este bobinado será recorrido por ninguna intensidad, y no se tendrán en cuenta los ínfimos valores de las pérdidas en el cobre para este ensayo.
Los principales datos que hay que determinar en el ensayo en vacío son:
Las pérd id as e n el h ier ro a través de la lectura del vatímetro (W 1 ) en el bobinado
primario, entendiendo que la P 10 es la potencia medida en el vatímetro (W 1 ).
(P FE = P 10 )
La intensidad en vacío del primario a través del amperímetro (A1 ). La relación de transform ación (m):
También podemos calcular, con la ayuda de los resultados:
La impedancia (Z):
La potencia aparente en vacío (
El áng ulo d e d es fas e (φ) o factor de potencia de vacío:
ESQUEMA ELÉCTRICO DEL ENSAYO DE UN TRANSFORMADOR EN
VACÍO
ENSA YO DE CORTOCIRCUITO
Con el ensayo en cortocircuito, conseguimos las intensidades nominales en los dos bobinados, aplicando una pequeña tensión al primario y cortocircuitando el secundario con un amperímetro (el amperímetro tiene una resistencia prácticamente nula), como se muestra en la figura 1 y 2.
En muchos ensayos en cortocircuito, la I cc supera el 25% de la intensidad nominal (I N ).
PROCEDIMIENTO
Con un autotransformador regulable y comenzando desde cero, aplicamos progresivamente la tensión, que se incremente voltio a voltio, hasta conseguir las intensidades nominales en los dos bobinados.
La tensión aplicada, una vez alcanzada la intensidad nominal en el secundario, recibe el nombre de tensión de cortocircuito (U CC ). Esta tensión supone un valor bajo con respecto a la
tensión nominal aplicada al transformador cuando está en carga.
En la práctica, la U CC se da en valores porcentuales oscila entre un 4% y un 10% de la tensión
nominal U 1n. En transformadores de distribución, la tensión nominal se representa con la letra
u minúscula seguida de cc, que indica el valor en cortocircuito (U CC ), así como en las demás
magnitudes, como son las impedancias, las inductancias, etc.
(En %)
En el ensayo de cortocircuito, como las intensidades son nominales, se producen pérdidas en el cobre por efecto Joule similares a las que se dan cuando el transformador está en carga; se diferencian en el rendimiento cuando el índice de carga es menor que la unidad.
FIGURA 2: Esquema de montaje de un transformador en cortocircuito.
Las pérdidas en el cobre se calculan mediante:
EQUIPOS E INSTRUMENTOS
Transformador monofásico
220/110 V
Transformador de corriente
Vatímetro AC monofásico
Multímetro Digital Marca: SANWA RD700Amperímetro AC
Fuente Regulador de Voltaje AC
0-300V
Cables de conexión
PROCEDIMIENTO:
DATOS DEL TRANSFORMADOR A UTILIZAR:
PRUEBA S A EJECUTAR EN EL TRANSFORMADOR
1) Prueba en vacío (Alta).
2) Prueba en vacío (Baja).
3) Prueba en corotcircuito (Baja)
a) Prueba Nº1
b) Prueba Nº2
4) Prueba con carga.
1) PRUEBA EN VACÍO (Alta)
A=17.82
Ps=317.5VA
a=2 2b=4 5 f p= 0 9
DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA REALIZADA:
Pruebas V entrada I entrada V salida Pfe (W)
1 250 0.1 127 34
2 220 0.08 111.6 28 3 200 0.07 100.9 22 4 180 0.06 91.8 19
DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA REALIZADA:
Pruebas V entrada I entrada V salida Pfe (W)
1 130 0.19 252 29
2 120 0.15 231.5 25 3 100 0.11 195.1 18 4 90 0.10 173.8 15
3) PRUEBA EN CORTOCIRCUITO (Alta)
Lo que se realizo antes de armar el circuito es saber con qué corriente vamos a trabajar en la parte de A.T y B.T para saber con qué equipos e instrumentos era el adecuado utilizar .Para ello hicimos lo siguiente:
a) PRUEBA Nº1 (Variación de tensión en forma ascendente) DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA REALIZADA:
Pruebas V entrada A1 A2 Pcu (W)
1 5.26 0.5 1.8 5 2 7.43 0.7 2.4 7.5 3 10.22 0.9 3.6 10 4 12.75 1.15 4.4 15 5 15.57 1.4 5.4 25 6 18.34 1.65 6.4 30 7 19.98 1.8 7 35 8 22.40 2 7.8 45 9 24.24 2.2 8.6 50
b) PRUEBA Nº2 (Variación de tensión en forma descendente) DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA REALIZADA:
Pruebas V entrada A1 A2 P cu (W) 1 24.68 2.2 8.6 55 2 23.46 2.1 8.1 50 3 21.85 1.95 7.5 45 4 19.58 1.75 6.7 35 5 17.34 1.55 6 27.5 6 13.37 1.2 4.4 20 7 11.46 1 4 15 8 9.58 0.85 3.3 10 9 7.68 0.7 2.7 5 10 5.6 0.5 1.8 5
DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA REALIZADA:
PRUEBA DE VACÍO (SIN CARGA)
CARGA Nº1
V1 (V) 220 V2 (V) 112 I1 (A) 0.65 I2 (A) 0.5 W1 (W) 140 W2 (W) 55CARGA Nº2
V1 (V) 220 V2 (V) 110 I1 (A) 1.2 I2 (A) 1 W1 (W) 250 W2 (W) 105CARGA Nº3
V1 (V) 220 V2 (V) 110 I1 (A) 1.6 I2 (A) 1.45 W1 (W) 350 W2 (W) 150CARGA Nº4
V1 (V) 220 V2 (V) 110 I1 (A) 1.8 I2 (A) 1.6 W1 (W) 360 W2 (W) 157.5CARGA Nº5
V1 (V) 216 V2 (V) 106 I1 (A) 1.9 I2 (A) 1.73 W1 (W) 390 W2 (W) 170CARGA Nº6
V1 (V) 216 V2 (V) 106 I1 (A) 1.8 I2 (A) 1.73 W1 (W) 410 W2 (W) 185CARGA Nº7
V1 (V) 216 V2 (V) 105 I1 (A) 2.1 I2 (A) 1.9 W1 (W) 440 W2 (W) 195CARGA Nº8
V1 (V) 216 V2 (V) 100 I1 (A) 2.2 I2 (A) 2.2 W1 (W) 470 W2 (W) 210Secuencia de Cálculos
REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA:
RENDIMIENTO:
CARGA Nº1
REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA
RENDIMIENTO:
CARGA Nº2
REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA
RENDIMIENTO:
CARGA Nº3
REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA
RENDIMIENTO:
CARGA Nº4
REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA
RENDIMIENTO:
CARGA Nº5
REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA
RENDIMIENTO:
CARGA Nº6
REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA
RENDIMIENTO:
CARGA Nº7
REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA
RENDIMIENTO:
CARGA Nº8
REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA
RENDIMIENTO:
CÁLCULO DE LA EFICIENCIA A CONDICIONES
NORMALES:
Prueb a de Vacio (en baja)
Pruebas V entrada I entrada V salida Pfe (W)
1 130 0.19 252 29
Prueba en cortocircuito (datos de sub ida)
Pruebas V entrada A1 A2 Pcu (W)
1 5.26 0.5 1.8 5
Reemplazando:
Tabulación de datos obtenidos
R%
Cos
Carga1
1.75
0.98
39.28
Carga2
3.50
0.95
42
Carga3
3.50
0.94
42.85
Carga4
3.50
0.89
43.75
Carga5
7.01
0.93
43.58
Carga6
7.01
0.90
40.24
Carga7
7.89
0.98
44.31
Carga8
12.28
0.95
44.68
OBSERVACIONES: Podemos notar que en la prueba de carga el factor de potencia disminuye al variar la carga
agregando más cantidad de focos junto a una resistencia a pesar de que ambos componentes son resistivos es decir debería siempre el factor de potencia ser igual a 1.
Cuando se va agregando más carga resistiva podemos notar que el porcentaje de
regulación aumenta pero la eficiencia es cada vez menor.
No se utilizó la fórmula:
Debido a que el k (relación de transformación) viene a ser el de vacío o el de la relación de los voltajes nominales del trafo, para evitarnos dificultades escogiendo uno u otro se optó por la otra fórmula utilizada para calcular
Cuestionario
1) Graficar en base a los valores obtenidos Im vs E; P vs E en cada caso señalar los valores nominales.
-PRUEBA VACÍO (A LTA )
IM VS E (E = VALOR NOMINAL) P VS E (P = VALOR NOMINAL )
-PRUEBA VA CÍO (BA JA )
IM VS E (E = VALOR NOMINAL) P VS E (P = VALOR NOMINAL )
(LAS GRÁFICAS SE PRESENTAN EN LA SIGUIENTE PÁGINA EN HOJA
MILIMETRADA)
2) Explique ¿cuál es la influencia de la sección recta del núcleo de transformador?
La secc ión recta del núcleo d e transfo rm ador in fluy e en la transm isión de energ ía debid o a qu e la sección recta defin e el tam año d e los co ndu ctor es de las bo bin as prim aria y secund aria ya que para que el transporte de energía resulte rentable es necesario que en la planta productora de electricidad un transformador eleve los voltajes, reduciendo con ello la intensidad. Las pérd id as o cas ion adas po r l a línea d e alta t ens ión s on proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente por la resistencia del c o n d u c t o r . Por tanto, para la transmisión de energía eléctrica a larga distancia se utilizan voltajes elevados con intensidades de corriente reducidas.
3) ¿Qu e es la dir ecc ión m agn étic a pref eren cial d e los m ateriales ferro m agn étic os ?
La dirección magnética preferencial (fácil magnetización) de los materiales ferromagnéticos es la dirección que tiene el mismo sentido que el campo magnético aplicado, por ende aparece una fuerza de atracción con mucha intensidad sobre el cuerpo respecto del campo aplicado, es decir dichos materiales se magnetizan fuertemente.
4) ¿Cuales son los elemento s que pro ducen perdid as en el transformado r?
Pérdidas en el cobre: Son pérdidas por calentamiento resistivo en los devanados primario y secundario del transformador. Son proporcionales al cuadrado de la corriente en los devanados.
Pérdidas por corrientes parásitas: Pérdidas por calentamiento resistivo en el núcleo del transformador. Son proporcionales al cuadrado del voltaje aplicado al transformador.
Pérdidas por histéresis: Están relacionadas con los reordenamientos de los dominios magnéticos en el núcleo durante cada semiciclo. Son una función compleja no lineal del voltaje aplicado al transformador.
Flujo disperso: Son los flujos que escapan del núcleo y pasan únicamente a través de uno de los devanados del transformador. Esta fuga produce una auto inductancia en las bobinas primaria y secundaria.
5) ¿Que comp onentes integran la corriente de excitación de un transform ador? Los componentes que la integran son: Lacorriente de magnetización IM, requerida para
producir el flujo en el núcleo del transformador, y la corriente de pérdidas en el núcleo IH+E,
requerida por el fenómeno de histéresis y por las corrientes parásitas 6) ¿Que es el flujo de dispersión de un transform ador?
Porción del flujo que atraviesa una de las bobinas del transformador, pero no la otra (No todo el flujo producido en la bobina primaria atraviesa la bobina secundaria pues algunas de las líneas de flujo abandonan el núcleo de hierro y pasan a través del aire)
7) Graficar las cur vas carac terístic as de c orto circ uito : P vs I, E vs I. DATOS DE LA PA RTE A.T EN LA PRUEBA DE CORTO CIRCUITO
-V vs I1 -V vs I2 -P vs I1 -P vs I2
(LAS GRÁFICAS SE PRESENTAN EN LA SIGUIENTE PÁGINA EN HOJA
MILIMETRADA)
8) ¿Qué es el flujo de dispersión de un transformador?
El flujo de dispersión es una parte del flujo total que no va a enlazar al devanado, es decir se va a perder al exterior de las bobinas.
9) Utilizando los datos obtenidos en los ensayos hallar el circuito equivalente del transformador para condiciones normales.
DE LA PRUEBA DE VA CIO (B.T)
Datos:
DE LA PRUEBA DE CORTO CIRCUITO (A.T) -PRIMERA PRUEBA (ASCENDENTE) EXPERIENCIA
Nº V1N=Vo(V) Io:-corriente envacio(mA) VatímetroPfe(W) –
1 130 19 29
EXPERIENCIA
Nº V1=VCC(V) ICC1-A.T(A) ICC2-B.T(A) VAT METRO – PCU(W) 2 7.43 0.7 2.4 7.5 PROMEDIO PARA VCC=5%VN 10.22 0.9 3.6 10 4 12.75 1.15 4.4 15 CALCULOS:
1715 × 10
−
ℎ
1462 × 10
−
ℎ
0897 × 10
−
ℎ
SEGUNDA PRUEB A (DESCENDENTE)
PROMEDIAMOS:
EL CIRCUITO EQUIVAL ENTE QUEDA RÍA DE L A SIGUIENTE MA NERA: EXPERIENCIA
Nº V1=VCC(V) ICC1-A.T(A) ICC2-B.T(A) VAT METROPCU(W) –
8 9.58 0.85 3.3 10
PROMEDIO V1=Vcc(V) Icc1-A.T(A) Vatimetro Pcu(W) Vcc=5%Vn 9.9 0.875 10
1306
ΩCALCULOS:
De la exp (elije una):
1131
ΩOBS: CON LOS DATOS R>Z
EN DONDE:
10 ) ¿De que manera afecta la temperatura en el funcionamiento del transformador?
Todos los factores que afectan la temperatura del punto caliente tienen directa relación con
la vida útil.
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.
11) ¿De qué factores depende el factor de corrección en los transformadores?
El factor de corrección es el producto del factor de corrección de relación y factor de relación del ángulo.
12) Explicar comparativamente las ventajas y desventajas de los autotransformadores. Ventajas:
Solo un porcentaje de la energía se trasmite por inducción, esto significa menor flujo del campo y menor tamaño del núcleo de hierro. Por lo tanto se obtienen transformadores más livianos.
El transformador lleva un solo bobinado, por lo tanto es más fácil de construir y requiere menos cobre. En consecuencia es más económico.
Parte de la energía del transformador se transmite eléctricamente. Las perdidas eléctricas siempre son menores que las perdidas magnéticas, por lo tanto, el autotransformador tiene mayor rendimiento
Desventajas:
Debido a la construcción eléctrica del dispositivos, la impedancia de entrada del autotransformador es menor que de un transformador común. Esto no es ningún problema durante el funcionamiento normal de la máquina, pero si por alguna razón se produce un cortocircuito a la salida, la corriente que circulara por la entrada será mayor que en un transformador común. Y esto representa un mayor riesgo en la instalación eléctrica.
Y si de riesgos hablamos, el hecho de que la salida del transformador no está aislada con la entrada, este se vuelve inseguro para la persona que lo opera.
1715×10
3ℎ
0897×10
3ℎ
R1=
5655
ΩR2=
141
Ω X1=
3265
ΩX2=
0816
ΩCONCLUSIONES
Podemos notar que en el ensayo de vacío si se ejecuta tanto en alta como en baja las
pérdidas en el fierro son iguales por ende se está demostrando la teoría de la experiencia.
Los conceptos a investigar en esta experiencia resalta mucha importancia debido a que son
conceptos que tienen que estar bien conceptuado valga la redundancia por nosotros f uturos ingenieros electricistas.
En la prueba de cortocircuito cuando se esté cambiando la tensión de la fuente reguladora el
valor que proporcione el cambio hecho es el que queda porque si se retrocede a un valor que hemos establecido los valores obtenidos serían erróneos.
RECOMENDACIONES
Si en el transformador no se indica cual es el bobinado primario y secundario
respectivamente se tiene que realizar la medida de resistencia de bobinas.
Para esta experiencia se requiere trabajar con tensiones altas lo cual se requiere tomar en
cuenta las reglas de seguridad aprendidas del informe realizado anteriormente (INFORME Nº2 : SEGURIDAD E INSTRUMENTOS DE LABORATORIO)
A la hora del armado de nuestro circuito tratar de tener siempre la presencia de nuestro
profesor como guía para nuestras conexiones, para que luego nos de la posterior aprobación del mismo, y recién poder darle tensión al circuito.
No se debe de olvidar la estética del circuito, porque si no se mantiene un orden específico
BIBLIOGRAFIA
http://modulodemejora.files.wordpress.com/2008/09/pruebas-sobre-transformadores.pdf
http://www.tecnun.es/asignaturas/SistElec/Practicas/PR_SIS_01.pdf
ENSAYO DE TRANSFORMADORES
http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448141784.pdf
TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN
–2DA ED
AVELINO PÉREZ, PEDRO.
