informe 6
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maquinas electricas eie ucvTRANSCRIPT
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UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA
FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA
DEPARTAMENTO DE POTENCIA
LABORATORIO DE MAQUINAS I
PROFESORA
Patricia Snchez
ALUMNOS
Ranier Garcia, C.I: 21.368.741
2 de junio de 2015
PRACTICA #6
TRANSFORMADOR MONOFSICO
RENDIMIENTO
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1. INTRODUCCIN
La eficiencia de un transformador, expresada en por unidad, es la relacin entre la potencia real de
salida y la de entrada:
E f iciencia=POUTPIN
= 1 PPerdidasPentrada
(1)
Donde:
POUT : Potencia de salida o transformada
PIN : Potencia de entrada o an no transformada
PPerdidas : Prdidas totales
Las prdidas totales son la suma de las prdidas sin carga o vaco y las prdidas con carga. Las
prdidas sin carga incluyen las prdidas por corriente de Eddy, prdidas por hysteresis, las prdidas I2 Rcausadas por la corriente de excitacin y las prdidas dielctricas; esto es, todas las prdidas que inciden
en la magnetizacin a plena tensin con el secundario abierto. Con carga, por otro lado, se incluyen las
prdidas I2 R causadas por la corriente de carga, prdidas por corrientes de Eddy inducidas por el flujode dispersin dentro de la estructura del transformador y prdidas similares que varan con la corriente
de carga.
Separando en dos grupos: las prdidas en los arrollados (I2 RCU ) y las prdidas en el ncleoferromagntico (Pfe), el rendimiento queda como:
= 1 Pfe+ I2 RCU
U1 I1 cos (2)
Donde:
U1 : Tensin aplicada en el primario del transformador en Voltio.
I1 : Corriente que circula por el primario del transformador, en Ampre.
cos : factor de potencia o cociente entre la potencia activa y la potencia aparente.
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RCU : Resistencia hmica del arrollado, referido al lado primario.
Considerando que la tensin de alimentacin y el factor de potencia permanecen ambos constantes,
se puede concluir que el rendimiento mximo se alcanza en:
ddI1
=Pf eI12RCU = 0 Pfe = I12 RCU (3)
2. OBJETIVOS
Observar el comportamiento del rendimiento de un transformador.
Establecer las condiciones que deben tomarse en cuenta para realizar los montajes, conforme a la
normativa recomendada.
3. INSTRUMENTOS
Voltmetro de hierro mvil Yokogawa
Ampermetro de hierro mvil Yokogawa
Vatmetro de hierro mvil Yokogawa
Transformador monofsico 120/240Vde 2kVA
Transformador de corriente
Carro de carga resistiva
Carga inductiva
Variac
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4. DIAGRAMA DE CONEXIN
Figura 1: Diagrama circuital de la carga resistiva e inductiva
Figura 2: Diagrama de conexiones de la carga resistiva e inductiva
5. PREDETERMINACIONES
Figura 3: Circuito equivalente del transformador
5.1. Para carga resistiva
Con la Figura 3 se puede obtener las perdidas que produce el ncleo para variaciones de la carga.
Se debe mantener una tension constante.
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Psalida =Vcarga Icarga fp (4)
fp=1
Q=0 (carga resistiva pura)
S=P
Pcu = I2CC RCC =Pcarga240
21,52 = 1000
240
21,52 = 4,172 1,52 = 26,38W (5)
Pf e =V 2
Rfe=
1202
480= 30W (6)
Entonces el rendimiento para variaciones de la carga es igual a:
=Psalida
Psalida+PCU +Pfe=
Pcarga
Pcarga+Pcarga240
2 1,52+30W(7)
Tabla 1: Variacin de la la eficiencia y la corriente para carga resistiva de diferentes potencias.
Terica
Potencia en la carga (W) Eficiencia (%) Corriente en la carga (A)
0 0 0
200 86.55 0.83
400 92.11 1.66
600 93.82 2.50
800 94.46 3.33
1000 94.66 4.16
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Figura 4: Curva terica del rendimiento del transformador en funcin de la potencia de la carga resistiva
5.2. Para carga inductiva
Una carga inductiva que no supera los 3Ay con un factor de potencia del 0.8.
Pcu = I2CC RCC = I2CC 1,52 = I2CC 1,52 = 32 1,52 = 13,68W (8)
Pf e =V 2
Rfe=
1202
480= 30W (9)
Entonces el rendimiento para variaciones de la carga es igual a:
=Psalida
Psalida+PCU +Pfe=
PcargaPcarga+ I2CC 1,52+30W
(10)
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Tabla 2: Variacin de la la eficiencia y la corriente para carga inductiva de diferentes potencias.
Terica
Potencia en la carga (W) Eficiencia (%) Corriente en la carga (A)
0 0 0
120 79.79 0.5
240 88.39 1.0
360 91.50 1.5
480 93.00 2.0
600 93.82 2.5
720 94.28 3.0
Figura 5: Curva terica del rendimiento del transformador en funcin de la potencia de la carga inductiva
6. CONDICIONES DE ENSAYO
La unidad de transformacin monofsica a utilizar deber ser la misma que se utiliz en la realiza-
cin de la prctica anterior cuyos datos de placa son: 1kVA, 120/240V. Las corrientes nominales
de ambos devanados del transformador:
INba ja =S
VNba ja=
1kVA120V
= 8,33A (11)
INalta =S
VNalta=
1kVA240V
= 4,17A (12)
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Con los valores anteriores se puede obtener el mnimo valor de carga en el devanado secundario:
Rcarga minima =S
INominal2=
1kVA4,17A2
= 57,50 (13)
La tensin de alimentacin deber ser constante a 120V.
Debido a que la corriente por el devanado de baja tensin es de 8.33A y la escala mxima de
medicin de los ampermetros disponibles en el laboratorio es de 5A, se requerir el uso de un
transformador de corriente para poder censar el valor de la corriente en dicho devanado.
7. TABLA Y RESULTADOS
7.1. Carga resistiva
El rendimiento se obtiene con la Ecuacin 1 y con los datos de la Tabla 3.
Tabla 3: Valores Experimentales para diferentes Cargas Resistiva.
Potencia en la
carga (W)
Potencia de
entrada (W)
Potencia de
Salida (W)
Tension en la
carga (V)
Corriente en
la carga (A)Eficiencia%
200 250 10 210 10 230 2 0.95 0.05 84.00 0.07400 470 10 430 10 228 2 1.85 0.05 91.48 0.04600 690 10 660 10 228 2 2.85 0.05 95.65 0.02800 900 10 840 10 226 2 3.40 0.05 93.33 0.02
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Figura 6: Curva del rendimiento del transformador en funcin de la potencia de la carga resistiva
Con los valores de corriente y tension en la Tabla 3 podemos obtener las perdidas del sistema y con
estas obtener el rendimiento del transformador.
=Psalida
Psalida+PCU +Pfe=
Icarga VcargaIcarga Vcarga+ Icarga2 1,52+ V 2480
(14)
Tabla 4: Valores Experimentales de perdidas y eficiencia para diferentes Cargas Resistiva.
Potencia en la
carga (W)
Tension en la
carga (V)
Corriente en
la carga (A)PCU Pf e Eficiencia%
200 230 2 0.95 0.05 1.37 27.55 88.30 0.07400 228 2 1.85 0.05 5.20 27.07 92.89 0.04600 228 2 2.85 0.05 12.35 27.07 94.28 0.02800 226 2 3.40 0.05 83.23 26.60 93.83 0.02
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Tabla 5: Comparacin de la eficiencia para diferentes Cargas Resistiva.
Potencia en la
carga (W)
Eficiencia
Terica%
Eficiencia
Tabla 3%
Eficiencia
Tabla 4%
200 86.55 84.00 0.07 88.30 0.07400 92.11 91.48 0.04 92.89 0.04600 93.82 95.65 0.02 94.28 0.02800 94.46 95.55 0.02 93.83 0.02
Tm = Rm Tr+TkRr Tk = 42,9475C+234,5C
48,4234,5C = 40,5 (15)
Entre todos los valores de potencia posibles hay uno que da las caractersticas de la mquina, es
la potencia nominal, que se define como la que puede suministrar sin que la temperatura llegue a los
lmites admitidos por los materiales aislantes empleados. Cuando la mquina trabaja en esta potencia se
dice que est a plena carga.
7.1.1. Anlisis de Resultado
En la Tabla 3, manteniendo fijo la entrada a 120Vla eficiencia del transformador va aumentado
conforme aumenta la potencia y la corriente en la tabla, siendo igual a lo predeterminado en la Tabla 1. La
Figura 6 obtenida de los valores de la Tabla 3, tiene la misma tendencia que la Figura 4, al ir aumentando
la potencia de la carga el rendimiento del transformador fue aumentado. La potencia en la carga no se
pudo llegar a la nominal del transformador debido a la limitacin de la corriente que puede pasar por el
transformador, la cual si es superada(esta en sobrecarga) puede ocasionarle daos. Al colocar el carro de
resistencia en 1000Wla corriente se hacia mayor a la nominal, esto se puede deber a que no se considera
el efecto de carga de los instrumento y que la carga resistiva puede no sea exactamente de 1000W.
En la Tabla 4 la perdidas en el cobre aumentan conforme aumenta la potencia en la carga, cuando
la carga aumenta la corriente en el devanado secundario y el primario tambin aumenta, hace que la
perdidas en el cobre aumenten , la PCU dependen de la corriente que circula por el devanado. Las perdidas
en el hierro permanence igual, ellas depende de la tension en el transformador que permanence iguales en
la entrada, solo variado un poco por el efecto de regulacin debido a el aumento de la carga, la eficiencia
sigue teniendo la misma tendencia de ir aumentando con el aumento de la potencia en la carga.
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La Tabla 5 comparamos el rendimiento obtenido por las dos mtodos, la diferencia entre los dos
mtodos y el terico no es mucha, siendo los dos mtodos muy efectivos.
7.2. Carga inductiva
El rendimiento se obtiene con la Ecuacin 1 y con los datos de la Tabla 6.
Tabla 6: Valores Experimentales para diferentes tensiones en la Carga inductivas.
Voltaje en el
primario (V)
Potencia de
entrada (W)
Potencia de
Salida (W)
Tension en la
carga (V)
Corriente en
la carga (A)Eficiencia%
53 30 10 15 10 102 2 1.65 0.05 75.70 0.2562 40 10 25 10 120 2 1.95 0.05 75.70 0.20
Con los valores de corriente y tension en la Tabla 6 podemos obtener las perdidas del sistema y con
estas obtener el rendimiento del transformador Ecuacin 14.
Tabla 7: Valores Experimentales de perdidas para diferentes valores de tension en la Carga Induc-
tiva.
Voltaje en el
primario (W)
Tension en la
carga (V)
Corriente en
la carga (A)PCU Pf e
53 102 2 1.65 0.05 4.13 5.4162 120 2 1.95 0.05 5.77 7.50
Tm = Rm Tr+TkRr Tk = 2,5775C+234,5C
3,74234,5C = 21,32 (16)
7.2.1. Anlisis de Resultado
La Tabla 6 el rendimiento del transformador se debe a que al ser una carga inductiva, la nica
potencia que mide el vatmetro es potencia activa y no considere la potencia reactiva que consume la
carga esto hace relacin entre la potencia activa y la aparente sea muy bajo. La potencia medida se debe
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a la perdidas en el cobre. La eficiencia trata de la potencia activa pero esta carga inductiva consume
potencia reactiva, desaprovechando la potencia entregada. En la Tabla 7 la perdidas en el cobre y en
el hierro aumentaron con el aumento de voltaje en la entrada, las PCU aumenta con el incremento de
corriente y la Pf e aumentan con la tension.
8. CONCLUSIONES
Para obtener el rendimiento aproximado de un transformador solo hace falta medir la potencia de
entrada y salida. Con cargas resistiva se obtiene un mayor rendimiento que con cargas inductivas. Las
carga inductivas presentan perdidas de potencia, ya que consumen potencia reactiva. Como la obtencin
de la potencia depende de la medicin de la potencia activa las cargas puramente resistiva, tendrn un
rendimiento bastante alto.
El transformador tampoco es capaz de entregar todo su potencia de entrada al secundario debido a la
perdidas internas que estn presentes en el transformador. El transformador tiende a alcanzar su mximo
rendimiento cuando se encuentra a plena carga.
El rendimiento es funcin de la relacin entre la intensidad a una determinada carga y la intensidad
a plena carga. Es decir, el rendimiento mximo se produce cuando son iguales las prdidas en vaco y las
de los arrollamientos, cosa que prcticamente nunca ocurre a plena carga, puesto que las prdidas en va-
co son siempre menores que las de los arrollamientos para la corriente plena. El obtener el rendimiento
mximo a plena carga no es conveniente en la mayora de los casos debido a que el transformador puede
trabajar muchas horas con una pequea carga e incluso en vaco.
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INTRODUCCINOBJETIVOSINSTRUMENTOSDIAGRAMA DE CONEXINPREDETERMINACIONESPara carga resistivaPara carga inductiva
CONDICIONES DE ENSAYOTABLA Y RESULTADOSCarga resistivaAnlisis de Resultado
Carga inductivaAnlisis de Resultado
CONCLUSIONES