lab. nâº 2 transformador monfasico

UNIVERSIDAD NACIONAL

DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

LABORATORIO No 3

EL TRANSFORMADOR MONOFASICO

:CURSO

LAB. MÁQUINAS ELÉCTRICAS

PROFESOR : ING. HUAMAN LADERA FLOREN

SECCION : “a”

2011 - I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFacultad de Ingeniería Mecánica

I.- INTRODUCCIÓN

Los transformadores son la parte de equipo de mayor uso en la industria eléctrica; de igual

forma para la electrónica variando estos sus unidades y tamaños. Siguiendo todos un proceso

tan similar que se analizan de forma general de la siguiente manera:

Al existir una inducción mutua entre dos bobinas o devanados, un cambio en la corriente que

pasa por uno de ellos induce un voltaje en el otro. Como característica principal todos los

transformadores tienen un devanado primario y uno o más devanados secundarios. Siendo el

primario quien recibe la energía eléctrica de una fuente de alimentación acoplando esta energía

al devanado secundario mediante un campo magnético variable. La energía toma la forma de

una fuerza electromotriz (fem) que pasa por el devanado secundario y, si se conecta una carga

a éste, la energía se transfiere a la carga; así pues la energía se puede transferirla energía

eléctrica de un circuito a otro sin conexión física entre ambos, todo gracias al proceso de

inducción eléctrica.

-- 1 -- El Transformador Monofásico


II.- CUERPO

2.1 Objetivos

1' Determinación de los parámetros del circuito equivalente de un transformador

monofásico para la operación a frecuencia u tensión nominales.

1' Pronostico del comportamiento del transformador bajo carga, utilizando el

circuito equivalente.

1' Determinación de las características de regulación.

2.2 Fundamento teórico

EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel

de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de la acción de un campo

magnético. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí

eléctricamente por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material

ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común

que se establece en el núcleo y se conforma de tres partes esenciales que son:

Las bobinas de A.T y B.T están concéntricamente montadas y debidamente aisladas



NÚCLEO.- Es del tipo ferromagnético laminado. Los trafos en aceite presentan generalmente columnas cilíndricas de sección transversal circular.

DEVANADOS.- Pueden ser alambre de sección circular; de platinas de sección rectangular o

de láminas delgadas de cobre (devanado tipo folio).

AISLAMIENTO.- Se suele utilizar papel o cartón aislante que se coloca entre bobinas y entre bobina y núcleo.

• Los trafos en aceite, además del tanque, utilizan aisladores en A.T y B.T y conservador

de aceite. Así mismo utilizan elementos de protección de acuerdo al nivel de potencia;

Sin embargo, todos los trafos en aceite suelen llevar un Relé Buckol.

MODELOS CIRCUITALES REFERIDOS A UNO DE LOS LADOS DEL TRAFO

1. Circuito equivalente exacto referido a alta tensión

2. Circuito equivalente aproximado referido a alta tensión



ENSAYOS O PRUEBAS DE LOS TRANSFORMADORES MONOFASICOS

Los ensayos de un transformador representan las diversas pruebas que deben prepararse para

verificar el comportamiento de la maquina. En la práctica resulta difícil la realización de

ensayos reales directos por dos motivos esenciales: 1) La gran cantidad de energía que ha de

disiparse en tales pruebas. 2) Es prácticamente imposible disponer de cargas lo suficientemente

elevadas (sobre todo cuando la potencia del trafo es grande) para hacer un ensayo en

situaciones reales.

Ahora bien, el comportamiento de un trafo, bajo cualquier condición de trabajo, puede

predecirse con suficiente exactitud si se conocen los parámetros del circuito equivalente. Tanto

el fabricante como el usuario del trafo necesitan esta información. Sin embargo, no es sencillo

ni fiable obtener estos parámetros de los datos de diseño o proyecto.

Afortunadamente, los elementos que intervienen en el circuito equivalente aproximado se

pueden obtener con unos ensayos muy simples que tienen además la ventaja de requerir muy

poco consumo de energía (la suficiente para suministrar únicamente las pérdidas de la

máquina), de ahí que sean pruebas sin carga real. Los dos ensayos fundamentales que se

realizan en la práctica para la determinación de los parámetros del circuito equivalente de un

transformador son: a) Ensayo de vacío y b) Ensayo de cortocircuito.

a) ENSAYO DE VACÍO

v' Con esta prueba se miden las PNfe (pérdidas nominales en el fierro).

v' Se recomienda hacer las mediciones de la prueba en el lado de B.T.



A1: Lee Io

V1: Lee V1 N

W1: Lee PNfe

Determinación de los parámetros de vacío del modelo circuital



b) ENSAYO DE CORTOCIRCUITO

CONDICIÓN: Se cortocircuita cualquiera de los lados del trafo y se alimenta por el

otro lado con su plena carga (IN)

Vcc: Lee V1CC (voltaje de corto circuito ) A1: Lee I1N

Wcc: Lee perdidas nominales en el cobre PNcu

NOTA: El Vcc a IN siempre es un % pequeño del VN de alimentación ( la Io y las Pfe son

pequeñas y despreciables)

Determinación de los parámetros de corto del modelo circuital



NOTA. Los valores de R1, R2, Xd1 y

Xd2 para el modelo circuital exacto, se determina en forma

aproximada:

REGULACION DE LA TENSION DEL TRAFO MONOFASICO

La regulación es la diferencia entre los valores del voltaje de salida cuando esta sin carga y el

nominal a plena carga, expresada comoi una fracion del valor nominal, a un factor de potencia

específico.



La regulación de la tensión también se puede interpretar de la siguiente forma:

NOTA. La “r” no es un valor alto; suele ser alrededor del 5% (para trafos de distribución) y hasta 10% (para trafos de alta potencia).

Cálculo del V1ta

Primera Forma: Considerando la impedancia interna del trafo referido a B.T

(C.E.A.R.B.T) se tiene:

Segunda Forma: Expresión normalizada de la regulación

r%=



EFICIENCIA DEL TRAFO 1F DE POTENCIA

En general la eficiencia se define como:

Por lo tanto, para el trafo será:

O también:

Pero, Para cualquier corriente de carga I2 , estando el trafo alimentado con tensión y

frecuencia nominales: Pfe=PNfe (pérdidas fijas). Sin embargo, las pérdidas en el cobre son

pérdidas variables con la corriente de carga : Así

mismo, la potencia de salida del trafo es:


Luego, la eficiencia del trafo será:



2.3 Materiales y equipos


Transformador monofásico 1KV 220/110 Autotransformador variable


Multímetro Vatímetro


Amperímetro A.C. 6-15A Resistencia variable 0-10A, 220V



III.- PROCEDIMIENTO

3.1 Obtención de la resistencias en DC

Medir las resistencias en cada enrollamiento y anotar la temperatura ambiente. Corregir los valores a la temperatura normalizada de referencia (75 C).

3.2 Ensayo en vacío

Utilizar el circuito de la figura siguiente:

Ajustando el autotransformador, variar la tensión hasta que el voltímetro indique el valor nominal de 1 10V.Mediante el mismo proceso, reducir la tensión desde 120% de la tensión nominal hasta cero voltios y registrar las lecturas de corriente, tensión y potencia.

3.3 Ensayo en cortocircuito

Utilizar el esquema circuital de la figura siguiente:

A partir de cero voltios aumentar gradualmente la tensión hasta lograr la corriente nominal en el lado de 220V.Registrar las lecturas de tensión, corrientes y las pérdidas en carga dada por el vatímetro.Cambiar la corriente primaria en etapas desde 120% hasta 10% de la corriente nominal y registrar las lecturas de los instrumentos.



3.4 Ensayo con carga

Con el circuito anterior desenergizado, conectar a la salida la resistencia de carga. Excitar el trafo a tensión y frecuencias nominales.

Ajustar el valor de la resistencia de carga para obtener magnitudes de: 25, 50, 75 y 100% de la intensidad nominal secundaria, registrando la intensidad nominal secundaria y las lecturas de los demás instrumentos.

Desconectar la carga y medir la tensión del primario para los valores anotados en las diferentes condiciones de cargas fij adas anteriormente.

III.- CALCULOS Y RESULTADOS

Obtencion de resistencias en D.C.

Rprimario=1 .7Ω Rsec=0.8ΩVprimario=113.1V Vsec=112VTambiente(θ)=22Tnormalizada=75

Correlacion de la resistencia por efecto de la temperatura:

ReqDC(θ0C) ReqDC(750C)

PRIMARIO 1,7 2,050583658

SECUNDARIO 0,8 0,964980545



IV.- CUESTIONARIO:

4.1 La relación de los valores tomados en las experiencias

efectuadas. Medición de la resistencia en DC.

R1(Ω) V1 (V) R2(Ω) V2 (V)

1,70 113,10 0,80 112,00

Ensayo en vacío.

Io (A) V1N (V) (W)

10,70 225,20 2 15,000,40 113,10 20,00

0,20 103,10 15,00

0,25 92,70 12,50

0,19 82,40 10,000,16 72,40 7,500,13 61,00 5,00

0,11 51,30 2,50

Ensayo en cortocircuito.I1N (A) Vcc (V) I2 (A) Pcc (W)

2,60 10,40 5,60 30,005,20 20,80 10,80 100,007,60 30,60 15,90 225,00

10,20 41,60 21,00 375,00

Carga (motor).Io (A) Pot (W) V2 (V) V1 (V)

2,50 27,50 211,90 111,90

Carga (resistencia variable).V1 (V) R(Ω) I1 (A) Pot (W)

111,9 90,9 4,5 525

69,5 5,1 590

64,6 6,4 730

49,7 7,5 850



4.2 Del ensayo de vacío trazar las curvas de factor de potencia Cos (%), potencia consumida Po (W) y corriente en vacío Io (A) como funciones de la tensión de alimentación.



4.3 Del ensayo de cortocircuito graficar a partir de las lecturas de potencia consumida Pcc (W), la tensión de impedancia de Vcc (V) y el factor de potencia de cortocircuito Cos cc (%) como funciones de la corriente de cortocircuito y Icc (A).



4.4 Utilizando los datos de las dos primeras pruebas hallar el circuito equivalente exacto del transformador para condiciones nominales.PAEn las pag. 5, 6 y 7 se muestra el procedimiento para calcular los parámetros delRcc=transformador, entonces tendremos:


=

=A 2

a=Vp/0317mh Vs


A S 3 E 0 l S 3 h S

1=

R


4.5 Para las diversas cargas determinar la caída de tensión interna en según la expresión:Usando las relaciones mostradas, y evaluando la información tomada con los instrumentos de medida, se obtiene la tabla.



C A

RESISN CIV /

4.6 Calcular la regulación de tensión para carga nominal con Cos capacitivo.Asimismo calcular la eficiencia del trafo para estas condiciones:

Resultados:

4.7 Comparar las pérdidas en el cobre (IN) ^2*RT (W) con las pérdidas de carga PL (75 ) dada por la expresión:

Donde:IN: Corriente nominal en el primario.RT: Resistencia equivalente en el arrollamiento primario a t = R1t+R2t.

2



4.10 Dar cinco conclusiones de la experiencia.

v' El ensayo de vacío se indica por “didáctica” que se realiza alimentado el devanado primario. En la práctica real este ensayo se realiza alimentando el devanado de B.T. porque normalmente su tensión de régimen está comprendida en las escalas de los aparatos de medidas empleados. Además existe menos peligro para el operador al trabajar con B.T.

v' En ensayo de cortocircuito se realiza en la práctica alimentando el transformador por el lado de A.T., de esta forma la corriente a medir en el primario será de un valor razonable. Al mismo tiempo, la tensión de alimentación solo era una pequeña parte de la nominal, estando comprendida dentro de las escalas de los instrumentos de medida usuales.

v' En el ensayo de cortocircuito, se debe poner mucha atención a la tensión que se le proporciona progresivamente al bobinado primario, y no exceder nunca la intensidad nominal del primario o del secundario.

v' La “r” no es un valor alto, su valor se encuentra alrededor del 5% para trafos de distribución y hasta un 10% para trafos de alta potencia.

v' Conectar siempre a tierra la estructura metálica del transformador que se vaya a ensayar.



V.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1' Fraile Mora, Jesús Máquinas Eléctricas2008 Sexta edicion, Mc Graw Hill/Interamericana de España,

S.A.U.

1' Gutiérrez Páucar, Agustín Teoría y Análisis de Máquinas Eléctricas.

2002 Primera edición, Universidad Nacional de Ingeniería

Consorcio UNI SERVIUNI S.A.C. Perú

1' Becerra Arévalo, Gilberto Máquinas Eléctricas Estáticas

2010 Universidad Nacional de Ingeniería FIM

1' Capcha Aira, Meliton Maquinas Eléctricas Teoría y Problemas.

2009 Quinta edición, Editorial CIENCIAS, S.R.Ltda Perú.

1' http://www.mitecnologico.com/Main/ConexionTransformadoresMonofasicos


http://www.mitecnologico.com/Main/ConexionTransformadoresMonofasicos

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