Infore De Laboratorio 1.docx

Informe de laboratorio n° 1

Pruebas en transformadores: polaridad, pérdidas en el cobre y pérdidas en el hierro 1. Nombres: Andree Criollo Alexander Curay Diego Corrales Fernando Silva Bryan Romero 2. Fecha de realización de la practica: 16 de octubre del 2018 Fecha de entrega: 20 de octubre del 2018 3. Curso: Maquinas electicas paralelo A NRC: 3149 4. Nivel: Quinto semestre. 5. Índice: 6. Objetivos:   

Señalar los puntos de polaridad en tres tipos de trasformadores, empleando la prueba de polaridad instantánea. Determinar las perdidas existentes en el cobre de un trasformador relación 1:1, mediante la prueba de cortocircuito. Determinar las perdidas existentes en el hierro de un trasformador relación 1:1, mediante la prueba de circuito abierto.

7. Información básica sobre el tema: Transformador: Es una máquina eléctrica que se utiliza con corriente alterna, con la finalidad de cambiar un voltaje de entrada a otro voltaje, reduciéndolo o aumentándolo, mediante la acción de un campo magnético, entre dos o más bobinas, las cuales están enrollas un determinado números de espiras en un material ferromagnético. El material ferromagnético se lo denomina núcleo del trasformador, las espiras alrededor del núcleo de lo llaman devanados: primario y secundario. Estos devanados no se conectan físicamente, solo actúan por acción de la inducción mutua que existen entre las bobinas que lo conforman. . (Chapman, 2000) Polaridad de un transformador: La inductancia mutua es el efecto que tendrá el devanado primario sobre el secundario. Se tiene que tener claro el concepto de inductancia mutua que existe

entre las bobinas del condensador, ya que la polaridad del voltaje de inductancia mutua va a depender de cómo se encuentren enrolladas las bobinas en el núcleo, refiriéndolas además con la dirección de las corrientes que la atraviesan. Así la polaridad de la tensión de inductancia mutua puede ser aditiva o sustractiva. Se puede tener presente la polaridad de un transformador mediante un método denominado convenio de puntos, en el cual se coloca un punto en uno de los terminales de cada devanado. Estos puntos nos proporcionan la información de signos y. nos permiten dibujar las bobinas esquemáticamente en lugar de tener que mostrar cómo están arrolladas alrededor de un núcleo. (Nilson, 2015) 8. Equipos que se utilizaron

Tabla 1 Equipos y características utilizados en la práctica

Nombre

Características

Cantidad

Fuente de alimentación (120/208V c-a, 16A, 60Hz)

Este dispositivo es el encargado de distribuir la energía con la que se va a trabajar ya sea corriente continua (c-c) o corriente alterna (c-a).

1

Transformador (260VA, 60Hz)

Dispositivo eléctrico que consta de una bobina de cable situado junto a una o varias bobinas más, en donde es utilizada para unir circuitos de Corriente alterna.

1

Amperímetro

Aparato destinado a medir la intensidad de corriente eléctrica, este se conecta en serie con el receptor de corriente o donde vayamos a medir la corriente.

1

Vatímetro (750W, 150V, 10A, 60Hz)

Instrumento para medir potencia promedio

1

Ilustración

consumida en un circuito realizando el producto de dos señales eléctricas como son el voltaje por intensidad.

Voltímetro

Cables

Para medir el voltaje no debe romper el circuito es decir que siempre debe ser conecto en paralelo.

Son útiles para realizar las distintas conexiones para realizar pruebas.

1

1

9. Procedimiento 9.1. PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO 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 no será recorrido por ninguna intensidad, y no se tendrán en cuenta los valores relativamente pequeños de las perdidas en el cobre para este ensayo. (Education, 2012) Si se expresa el enunciado anterior en forma matemática para determinar las pérdidas totales, tomando en cuenta pérdidas en el hierro y en el cobre será: 𝑊 = 𝑃𝑐𝑢 + 𝑃ℎ𝑛

Ecuación 1

Donde:   

𝑊 = 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑃𝑐𝑢 = 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑃ℎ𝑛 = 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 ℎ𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠

Considerando el hecho que las pérdidas en el cobre serán despreciables, tocará definir las pérdidas en el hierro que se manifiesta al hacer la diferencia entre la potencia en circuito abierto medida por el vatímetro y el producto de la corriente medida al cuadrado con la resistencia del devanado. 𝑃ℎ = 𝑊𝑚 − (𝐼𝑚 )2 ∗ 𝑅

Ecuación 2

Donde:   

𝑊𝑚 = 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 𝐼𝑚 = 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑣𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑃ℎ𝑛 = 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑣𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜

Se presenta un breve esquema del conexionado para la prueba de pérdidas en circuito abierto del transformador.

1

Ilustración 1 Diagrama de conexionado (circuito abierto)

Como se observa en la Ilustración 1, normalmente la prueba de circuito abierto se aplica dejando abierto el devanado secundario. Para el caso particular de la prueba de laboratorio realizada por el grupo de trabajo se ha procedido a dejar el devanado primario abierto, por lo cual los equipos de medición se han colocado al devanado secundario vea la Ilustración 2.

2

Ilustración 2 Diagrama de conexión para prueba de circuito abierto del laboratorio

9.2. PROCEDIMIENTO DE CONEXIONADO Para realizar el ensayo de circuito abierto se ha de considerar seguir un determinado orden de acciones que se detalla a continuación: 1) Determinar las características del transformador y la fuente (ver datos de placa) 1

Ilustración 1. Diagrama de conexionado (circuito abierto). Extraído de http://www.mheducation.es/bcv/guide/capitulo/8448141784.pdf 2 Ilustración 2. Diagrama de conexión para prueba de circuito abierto del laboratorio, este diagrama se ha realizado con la ayuda de un software de simulación electrónica (PROTEUS 8).

2) Diseñar el esquema de montaje del ensayo (ilustración 2) verificando que se utilicen todos los equipos necesarios, y que las conexiones se puedan realizar con los equipos disponibles. 3) Realizar una revisión del esquema con el jefe del laboratorio para verificar el diagrama de conexionado. 4) Realizar el montaje de los elementos que requieren el ensayo según el esquema elaborado previamente. 5) Poner en funcionamiento los equipos alimentando el circuito con la fuente. 6) Proceder con la lectura en los aparatos de medición, luego anotar los datos en una tabla para su posterior verificación y análisis. 7) Realizar la evaluación de los datos y hacer un análisis comparativo con alguna especificación del fabricante del equipo para posteriores conclusiones.

9.3. RESULTADOS CIRCUITO ABIERTO Ante la realización de la práctica se obtuvo los siguientes datos

Tabla 2 Valores de placa y medidos del transformador

Voltaje transformador Corriente transformador Frecuencia transformador Voltamperaje transformador

Placa Base 208 V 1,2 A 60 Hz. 250 VA

Aplicado 208 V 0.18 A 60 Hz. ---

3

Debido a que no fue factible conseguir datos del vatímetro, es factible realizar su análisis basado en la corriente y voltaje medidos, teniendo así: 𝑊 = 𝑉(𝐼) 𝑊 = (208)(0.18) 𝑊 = 38 𝑤 En base a este dato, es factible encontrar la pérdida de hierro generado dentro del transformador como lo describe la ecuación anteriormente indicada:

Ph = 𝑊𝑚 − (𝐼𝑚 )2 ∗ 𝑅 Ph = 38 − (0.18)2 ∗ (9.09) Ph = 38 − 0.295 Ph = 37.705

3

Tabla 2. Valores de placa y medidos del transformador, estos datos se han ubicado para poder hacer una comparación y observar la perdida ocurrida en el hierro.

Conjuntamente con el valor obtenido de la perdida de cobre y el valor nominal del transformador permitiría encontrar la eficiencia procedente del transformador. Para lo cual, el dato del transformador de la potencia en corto circuito fue alrededor de 22 w. el cuál es el valor de la pérdida de cobre conjuntamente al valor voltamperio del transformador es posible analizar que:

𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =

Ps Pe

Ps Ps + Pcu + Ph

250 250 + 22 + 37.705

𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 0.8

Dicho valor es bajo para un transformador, debido a que los transformadores tienden a presentar un valor cercano a 0.95 a 0.98. Por lo que, el transformador puede presentar muchas pérdidas a lo largo de su uso a nivel energético. Obviamente, el resultado no es exacto debido a que, los valores fueron calculados sin los valores obtenidos del vatímetro, dicho valor es fundamental para encontrar el rendimiento del dispositivo, sin embargo, los resultados son estimados ya que el vatio se calculó a partir de los valores dados por parte de los otros instrumentos de medición como es el voltímetro y el amperímetro.

9.4.

PRUEBA DE CORTOCIRCUITO

Se pone en cortocircuito el segundario del transformador, y se regula la tensión del primario, de tal manera que por el segundario circule la intensidad I2N siendo en este caso la tensión en el primario V1CC y la tensión en el segundario V2=0 En estas circunstancias la potencia marcada por un vatímetro conectada al primario supone las perdidas en el cobre del transformador para cada nominal I nominal. La potencia Pcc marcada por el vatímetro es la suma de:

a. Las pérdidas en el Cu para la potencia nominal. b. Las pérdidas en el hierro que son despreciables pues dependen de la tensión V1cc y esta es pequeña comparada con V1N

Ilustración 3 Ensayo cortocircuito

9.5. RESULTADOS CORTOCIRCUITO Diseñar el circuito para realizar la prueba de cortocircuito en el transformador (mediciones en el lado de alta), incluir todos los instrumentos de medida necesarios. Indicar las condiciones y precauciones en el procedimiento. Anote los resultados en la tabla 1.

Tabla 3 Datos obtenidos de la prueba de cortocircuito

Lectura del vatímetro [W]

Lectura del voltímetro [V]

Lectura del amperímetro [A]

4

10

𝑅𝑒𝑞𝑝 =

𝑃 𝐼2

𝑍𝑒𝑞𝑝 =

𝑉𝑐𝑐 𝐼𝑐𝑐

𝑅𝑒𝑞𝑝 =

4 0,52

𝑍𝑒𝑞𝑝 =

10 0,5

𝑅𝑒𝑞𝑝1 = 16 𝑅𝑒𝑞𝑝2 = 4,79

𝑍𝑒𝑞𝑝1 = 2

0,5

∝=

208 120

∝= 1,733

𝑍𝑒𝑞𝑝2 = 6,75

𝑍𝑒𝑞𝑝2 = 𝑅𝑒𝑞𝑝2 + 𝑗𝑋𝑒𝑞𝑝2 𝑗𝑋𝑒𝑞𝑝 = √𝑍𝑒𝑞𝑝2 − 𝑅𝑒𝑞𝑝2 𝑗𝑋𝑒𝑞𝑝 = √15,752 − 14,792 𝑗𝑋𝑒𝑞𝑝 = 5,19

a. Si el transformador trabaja a carga nominal con un fp 0,8 en retraso, cual es el rendimiento del transformador.

𝜂 = (𝑉2 ∗ 𝐼2 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜃2 )/(𝑉2 ∗ 𝐼2 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜃2 + 𝑃ℎ + 𝐼2 ∗ 𝑅𝑒𝑞𝑝2 ) 𝜂=

120 ∗ 0,5 ∗ 0,8 120 ∗ 0,5 ∗ 0,8 + 1 + 0,5 ∗ 14,79

𝜂 = 83,63% 10. Conclusiones 

 

Para las pruebas de cortocircuito se recomienda cortocircuitar el lado de baja y realizar las medidas en el lado de alta porque es más fácil tener un amperímetro de menor valor que de uno mayor. En las pruebas de cortocircuito de trabaja a corriente nominal en el lado de alta. Las pruebas de cortocircuito nos permiten encontrar la impedancia interna del transformador.

11. Recomendaciones   

Las pruebas de cortocircuito deben realizarse en el menor tiempo posible para no dañar los equipos. Verificar los valores máximos de corriente y de voltaje a los cuales se les puede exponer a los equipos que se utilicen en las diferentes pruebas. Tener mucho cuidado al conectar los circuitos presentes en la hoja guía, puesto que una mala conexión puede dañar la máquina y a su vez asumir con un nuevo equipo.

Bibliografía Education, M. (2012). Ensayo de transformadores. Obtenido de mheducation.es: http://www.mheducation.es/bcv/guide/capitulo/8448141784.pdf Kosow, I. (1993). Máquinas Eléctricas y transformadores. En I. Kosow, Máquinas Eléctricas y transformadores (págs. 572-577). Mexico: Prentice Hall Hispanoamericana S.A.