Problemas De Trasformadores 1 De 2

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Laboratorio de Máquinas Eléctricas I

MAQUINAS ELECTRICAS I

Laboratorio 1 “EL TRANSFORMADOR MONOFASICO”

2013 – 1

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“TRANSFORMADORES MONOFASICOS” OBJETIVOS: 1. Realizar ensayos de vacío y corto en un transformador para obtener los parámetros característicos del mismo. 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 Núcleo magnético I2

O I1 N2

U1

U2

N1

N1

BOBINA SECUNDARIA BOBINA PRIMARIA

Figura 1: Transformador elemental. En general, se cumple con gran aproximación que:

U1 U2

=

N1 N2

= m

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 3

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temperatura del transformador bajo diferentes condiciones de carga, voltaje y frecuencia. Las pruebas que se efectúan para obtener estos datos deseados son: a. b. c. d. e.

Determinación de las marcas de polaridad. Medición de la resistencia de los devanados Medición de la relación de transformación Prueba de vacío. Prueba de corto circuito.

En esta experiencia de laboratorio veremos los ensayos del punto d y e. Ensayo de Vacio de un transformador Monofásico Mediante esta experiencia se determinara: • • •

La relación de transformación (m) La corriente de vacio (I0) Las perdidas en el hierro (PFe)

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 (V 2). Además se intercala un amperímetro y un vatímetro en el circuito primario.

Figura 2: Ensayo de Vacio de un Transformador. El amperímetro (A) indicará la corriente de vacio I0. La relación de transformación se calcula dividiendo V 1 entre V2. El vatímetro indica la potencia de vacio (P 0), que será igual a: P0  U1 I 0Cos0

Debido a que la corriente de vacio es muy pequeña se puede decir que: P0  PFe

Ensayo de Cortocircuito de un transformador Monofásico Mediante esta experiencia se determinará los componentes de cortocircuito, es decir: • •

Los parámetros RCC, XCC y ZCC La tensión de cortocircuito porcentual y sus componentes

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•

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.

Figura 3: Ensayo de Corto de un Transformador. 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 a l transformador a ensayar. Cuando el amperímetro A1 indique su valor nominal I1n, el amperímetro A2 indicará la intensidad nominal secundaria I1n. Al circular corriente por el primario y por el secundario, se producirán 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 corotcircu ito  PCC  potencia de corotcircu ito   Lectura del vatimetro

Para determinar la impedancia de cortocircuito aplicaremos la ley de Ohm:

Z CC 

U CC I1n

Luego se puede determinar las componentes Rcc y Xcc

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RCC  Z CC  CosCC X CC  Z CC  SenCC

Para ello se debe conocer el factor de potencia:

CosCC 

PCC U CC I1n

EQUIPOS Y MATERIALES: Cantidad 01 01 01 03 Varios

Descripción Fuente de alimentación variable Transformador 220/110 v Vatímetro digital Multímetro digital Conductores de conexión

Marca

Modelo

Observación

EN ESTE LABORATORIO TRABAJARÁ CON TENSIONES PELIGROSAS. NO MODIFIQUE NI HAGA NINGUNA OTRA CONEXIÓN, SALVO QUE SU PROFESOR LO AUTORICE. ANTES DE ENERGIZAR, SOLICITE LA AUTORIZACIÓN A SU PROFESOR. PROCEDIMIENTO 1. Implemente el circuito de la figura 3, alimente el transformador con su voltaje nominal y anote los valores en la siguiente tabla: V1

V2

A

W

2. Con los resultados anteriores calcule los parámetros de vacio del transformador: m

Pfe

Io

3. Repita el paso anterior para el lado secundario del transformador. V1

V2

A

W

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4. Con los resultados anteriores calcule los parámetros de vacio del transformador: m

Pfe

Io

5. Comparar los resultados obtenido en los puntos 2 y 4 y comente. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………….. 6. Implemente el circuito de la figura 4.

LLAME AL PROFESOR PARA QUE REVISE SU CIRCUITO.

7. Aumente el voltaje desde cero hasta que en los amperímetros indique la corriente nominal, luego anotar sus resultados en la siguiente tabla: Vcc

A1

A2

W

8. Con los resultados anteriores calcule los parámetros de corto del transformador: Pcu

Cos ΦCC

ZCC

RCC

XCC

UCC (%)

9. Repita el paso anterior para el lado secundario del transformador. Vcc

A1

A2

W

10. Con los resultados anteriores calcule los parámetros de corto del transformador: Pcu

Cos ΦCC

ZCC

RCC

7

XCC

UCC (%)

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11. Comparar los resultados obtenido en los puntos 8 y 10 y comente. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………….. 12. Grafique el circuito equivalente del transformador real reflejado al primario y al secundario empleado en la práctica, emplee los valores obtenidos en la práctica

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

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……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… 2) ¿Por qué es importante determinar los parámetros de corto y vacío de un transformador? ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… 3) Al realizar un ensayo de vacio a un transformador monofásico de 5kVA, 1000/440V, 60 Hz, y se obtienen los siguientes resultados: a. Voltímetro del primario V1 = 1000 V b. Voltímetro del secundario V2 = 400V c. Amperímetro del primario A = 0.5 A d. Vatímetro en el primario W = 30 W Determinar las perdidas en el hierro y la corriente de vacío. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… 4) Se hizo un ensayo de corto a un transformador monofásico de 250 kVA, 24000/380V. Se aplico 960V para que por el primario circule la corriente nominal. Si la potencia absorbida en el ensayo es de 4 010 W, determinar: a. Las corrientes nominales del primario y del secundario. b. Las pérdidas en el cobre para la potencia nominal. c. La tensión de cortocircuito y sus componentes. d. Los parámetros Rcc, Xcc y Zcc. e. Las pérdidas en el cobre cuando el transformador trabaje a la mitad de la carga. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………….. 9

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TECNOLOGIA MECANICA ELECTRICA Rúbrica Realizan pruebas con instrumentos y equipos en sistemas de diversa tecnología, utilizando procedimientos y normas establecidas. Elabora informes escritos aplicando reglas gramaticales y de redacción y utilizando gráficos adecuados.

c.1 g.2

Curso:

MAQUINAS ELECTRICAS I

Ciclo:

Actividad:

Laboratorio 01: El transformador Monofásico.

Semana:

Nombre y apellido del alumno:

Sección:

Docente:

Observaciones

Periodo:

Fecha:

IV

Documentos de Evaluación Hoja de Trabajo

X

Archivo informático

Informe Técnico

X

Planos

Caso

Otros:

CRITERIOS A EVALUACIÓN

Requiere No Mejora aceptable

Excelente

Bueno

4

3

2

0

4

3

2

0

Mostró conocimientos sobre los contenidos practicados en el laboratorio. (Respuestas , prueba oral/escrita, intervenciones solicitadas)

5

4

3

0

Trabajo con Seguridad, Puntualidad, Orden y Limpieza.

3

2

1

0

Informe: Caratula, Redacción, Ortografía, Resultados y Conclusiones

4

3

2

0

Realizó el ensayo de Vacio Realizo el ensayo de Cortocircuito

Puntaje Logrado

Puntaje Total

Comentarios al alumno: (De llenado obligatorio)

Descripción

Puntaje Excelente

4

Completo entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo todos los requerimientos.

Bueno

3

Entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo la mayoría de requerimientos.

Requiere mejora

2

Bajo entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo pocos de los requerimientos.

No Aceptable

0

No demuestra entendimiento del problema o de la actividad.

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