Lab01_ensayos Al Transformador N°1.docx

“LABORATORIO 01”

“ENSAYOS AL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO”

CARRERA

: TECNOLOGÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

CICLO

: III

SECCIÓN

: “B”

DOCENTE

: ING. JARA BENITES, PEDRO

CURSO

: TRANSFORMADORES Y MÁQUINAS DC

ALUMNOS

: 

ROBLES DE LA CRUZ FREDI DENNIS



VILLANUEVA TIRADO JOSÉ SANTOS

FECHA DE ENTREGA

:

08/09/2018

2018 II

“ENSAYOS AL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO” I.

INTRODUCCIÓN

El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes. Casi todos los sistemas importantes de generación y distribución de potencia del mundo son, hoy en día, sistemas de corriente alterna trifásicos. Puesto que los sistemas trifásicos desempeñan un papel tan importante en la vida moderna, es necesario entender la forma como los transformadores se utilizan en ella. Considerables ventajas son las que ganan con el uso de un solo transformador trifásico en lugar de tres unidades monofásicas de la misma capacidad total. Las ventajas son rendimiento incrementado, tamaño reducido, peso reducido y menor costo. Una reducción del espacio es una ventaja desde el punto de vista estructural en estaciones generadoras o bien subestaciones. En este laboratorio, en compañía del ingeniero Pedro Pablo Benites, aprenderemos a ensayar un transformador a través de los ensayos de cortocircuito y de vacío para un transformador. En este experimento obtendremos algunas curvas en los ensayos del transformador ya se en vacío o en cortocircuito, en donde usaremos un transformador de 220v – 110v, comprobando experimentalmente la validez de los cálculos teóricos; y mostraremos de una forma clara y resumida los métodos utilizados durante la práctica. Por último, mediremos con el multímetro la tensión e intensidad del circuito, y anotaremos las medidas del voltaje y de la corriente, y podremos analizar para poder sacar nuestras propias observaciones y conclusiones que hemos desarrollado en esta práctica.

II.

OBJETIVOS:

1. Determinar las pérdidas de corriente en el hierro de un transformador mediante el ensayo de vacío, efectuar el montaje del circuito. 2. Determinar las pérdidas en el cobre (devanado) de un transformador mediante el ensayo de cortocircuito, efectuar el montaje del circuito. 3. Medir el aislamiento de los circuitos eléctricos del transformador entre éstos y las partes metálicas.

y

III.

FUNDAMENTO TEORICO:

Un transformador posee dos bobinados: uno primario y otro secundario que se arrollan sobre un núcleo magnético común, formado por chapas magnéticas apiladas. Por el bobinado primario se conecta la tensión de entrada y por el bobinado secundario obtenemos la tensión de salida.

N1 = Nº de espiras del primario N2 = Nº de espiras del secundario U1 = Tensión del primario U2 = Tensión del secundario

Figura 1: Transformador elemental.

En general, se cumple con gran aproximación que:

Donde a “m” se le conoce como “relación de transformación”. En la operación de transformadores, es necesario conocer las pérdidas que se originan en los devanados y en el núcleo, además, la regulación, eficiencia y temperatura del transformador bajo diferentes condiciones de carga, voltaje y frecuencia.

Las pruebas que se efectúan para obtener estos datos deseados son:

a. Determinación de las marcas de polaridad. b. Medición de la resistencia de los devanados c. Medición de la relación de transformación d. Prueba de vacío. e. Prueba de corto circuito.

En esta experiencia de laboratorio veremos los ensayos del punto d y e.

IV.

Ensayo de Vacío de un transformador Monofásico

El ensayo de 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 de las pérdidas en el cobre para este ensayo Mediante esta experiencia se determinará: •

La relación de transformación (m)

•

La corriente de vacío (I0)

•

Las perdidas en el hierro (PFe) (pérdidas por Foucault + histéresis)

•

Otros parámetros

Para llevar a cabo este ensayo se deja abierto el circuito del secundario y se conecta un voltímetro (V1) en el primario y otro en el secundario (V2). Además, se intercala un amperímetro y un vatímetro en el circuito primario.

Figura 2: Ensayo de Vacío de un Transformador

Tipo de ensayo Características del transformador

Objetivos del ensayo Esquema del montaje

Parámetros medidos

Equipos y materiales

ENSAYO DE TRANSFORMADORES Ensayo en vacío S2 50 (VA) V2 110 (V) I2 0.46 (A)

S1 50 (VA) V1 220 (V) I1 0.23 (A)

F 60 (Hz)

Determinar las pérdidas en el hierro

 Transformador monofásico  Vatímetro  Multímetro  Foco ahorrador 20W  Foco 100W  Cables de conexión tipo banana V1 I1 W1 V2 55 V 0.017A 0.302 W 27.95 V 110 V 0.028 A 1.388W 55.84 V 165 V 0.040 A 2.671W 83.3 V 217.6 V 0.077 A 4.280W 110.6 V

I2 0.033A 0.055A 0.079A 0.15A

m 1.97 1.97 1.98 1.96

Algunos cálculos La impedancia (Z)

La potencia aparente en vacío(S0) Factor de potencia de vacío

Pérdidas en el núcleo (Fe).

𝒁=

𝟐𝟏𝟕.𝟔 𝑽 𝟎.𝟎𝟕𝟕𝑨

𝒁 = 𝟐𝟖𝟐𝟓. 𝟗 Ω

𝑺𝟎 = 𝟐𝟏𝟕. 𝟔 𝑽 ∗ 𝟎. 𝟎𝟕𝟕𝑨

𝑪𝒐𝒔𝟇 = PFe = V1n * I0 * Cos𝟇

𝟒.𝟐𝟖𝟎 𝑾 𝟏𝟔.𝟕𝟓𝟓𝟐𝑽𝑨

𝑺𝟎 = 𝟏𝟔. 𝟕𝟓𝟓𝟐 𝑽𝑨

𝑪𝒐𝒔𝟇 = 𝟎. 𝟐𝟓𝟓 PFe = 4.3197 w

V.

ENSAYO DE CORTOCIRCUITO DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

Con el ensayo en cortocircuito, conseguimos las intensidades en los dos bobinados, aplicando una pequeña tensión al primario y cortocircuitando el secundario con un amperímetro (el amperímetro tiene una resistencia prácticamente nula).

Figura 3: Ensayo de Corto de un Transformador. Con un autotransformador regulable y comenzando desde cero, aplicamos progresivamente la tensión, que se incrementa voltio a voltio, hasta conseguir las intensidades nominales en los dos bobinados. 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 Mediante esta experiencia se determinará los componentes de cortocircuito, es decir: •

Los parámetros RCC, XCC y ZCC

•

La tensión de cortocircuito

•

Las perdidas en el cobre (PCU)

Para llevar a cabo este ensayo se cortocircuita el secundario mediante un amperímetro A2, tal como se muestra en la figura. El primario se alimenta a través de una fuente de tensión alterna regulable. En el primario se conecta un amperímetro A1, un voltímetro VCC y un vatímetro W.

Se comienza el ensayo aplicando cero voltios en el primario y se va subiendo poco a poco la tensión hasta conseguir que el amperímetro A1 indique un valor de corriente igual a la intensidad nominal primaria correspondiente al transformador a ensayar.

Cuando el amperímetro A1 indique su valor nominal I1n, el amperímetro A2 indicará la intensidad nominal secundaria I2n.

Cuando circula corriente por el primario y por el secundario, se produce pérdidas de potencia en las resistencias del primario y del secundario, que se transforman en calor y que para la intensidad nominal serán igual a:

PCu  R1 I12n  R2 I 22n Por ser la tensión aplicada muy reducida se cumple que:

PCu  perdida en cobre   PCC  potencia de corotcircuito  PCC  potencia de corotcircuito   Lectura del vatimetro

ENSAYO DE TRANSFORMADORES Ensayo en cortocircuito

Tipo de ensayo Características del transformador

Objetivos del ensayo Esquema del montaje

Parámetros medidos

Equipos y materiales

S2 50 (VA) V2 110 (V) I2 0.46 (A)

S1 50 (VA) V1 220 (V) I1 0.27 (A)

F 60 (Hz)

Determinar las pérdidas en el cobre(devanados)

     V1 2V 4V 10V 16V

Transformador monofásico Vatímetro Multímetro Pinza amperométrica Cables de conexión tipo banana I1 W1 0.039A 0.085W 0 0.061A 0.291W 0 0.140A 1.561W 0 0.227A 3.759W 0

V2 V V V V

I2 0.068A 0.112A 0.272A 0.437A

m 1.73 1.5 1.83 1.56

Algunos cálculos La impedancia (Zcc) de cortocircuito

𝒁=

𝟏𝟓.𝟔𝟖 𝑽 𝟎.𝟐𝟑 𝑨

𝒁 = 𝟔𝟖. 𝟏𝟕 Ω

Las componentes Rcc y Xcc)

𝑹𝒄𝒄 = 𝟔𝟓. 𝟒𝟒 Ω 𝑿𝒄𝒄 = 𝟏𝟖. 𝟓𝟔 Ω

Factor de potencia de vacío

Pérdidas en los devanados (Cu)

VI.

CONCLUSIONES:

𝟑.𝟒𝟕 𝑾 𝑪𝒐𝒔𝟇 = 𝟏𝟓.𝟔𝟖𝑽∗𝟎.𝟐𝟑𝑨 𝑪𝒐𝒔𝟇 = 𝟎. 𝟗𝟔

PCu = 3.47 w

a. Prueba en vacío: 

Con esta prueba se logró estimar las pérdidas de potencia en el núcleo del transformador.



Para comprobar si la tensión cae en el secundario del transformador 220/110V, se conectó un foco de 100W – 220V, y se verifica que la tensión cae a 105.3V.



De la misma manera se conectó otro foco de menor potencia (20W - 220V) y este no encendió, se debe a que necesita mayor tensión para excitar el gas de su interior. b. Prueba en cortocircuito:



Con este ensayo se ha logrado medir las pérdidas en los bobinados del transformador; la potencia perdida es:

PCu = 3.47 w 

La tensión aplicada es muy reducida, por lo tanto, las pérdidas en el cobre son aproximadas a la potencia de cortocircuito indicada en el vatímetro.



Las pérdidas se producen debido a la corriente que circula por los bobinados ya que estos presentan resistencia como todo material conductor; las pérdidas se dan por el efecto Joule.



Se calculó la resistencia, reactancia e impedancia de cortocircuito.

𝑪𝒐𝒔𝟇 =

𝟔𝟓. 𝟒𝟒 Ω 𝟔𝟖. 𝟏𝟕 Ω

𝑪𝒐𝒔𝟇 = 𝟎. 𝟗𝟓𝟗 𝟇 = 𝑪𝒐𝒔−𝟏 (𝟎. 𝟗𝟓𝟗) 𝟇 = 𝟏𝟔. 𝟐𝟑°

VII.

CUESTIONARIO

1) ¿La relación de transformación “m” obtenida de manera experimental del transformador coincide con el valor teórico? Comente. 

Valor teórico de “m”: 𝐸1 220𝑉 = =𝒎=𝟐 𝐸2 110𝑉



Valor experimental de “m”: 𝐸1 217.6 𝑉 = = 𝒎 = 𝟏. 𝟗𝟕 𝐸2 110.6 𝑉

El valor de “m” o relación de transformación obtenido en el experimento es muy aproximado al valor teórico, no es exactamente igual debido a que hay pérdidas en el núcleo y devanado. 2) ¿Por qué es importante hacer los ensayos de vacío y corto a un transformador? Realizar ensayos a un transformador permite comprobar si es viable o no su eficiencia en el trabajo que desempeña. Es así que, los ensayos de vacío y cortocircuito permiten determinar la potencia que se pierde en el núcleo y en los devanados por corrientes parásitas – histéresis. 3) Graficar, según los resultados de los ensayos, la relación entre: 3.1.

Ensayo en vacío:

a) V1 vs I1

b) V1 vs W1

3.2.

Ensayo en cortocircuito:

a) V1 vs I1

b) V1 vs W1

VIII. ANEXOS.

Fotos en el “Laboratorio Transformadores y máquinas DC”