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EXPERIENCIA N° 02: “EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO”-INFORME FINAL AUTORES: Victor A. Peralta Benites, 20127051A Miguel Tapia Portocarrero, José Antonio Ramón Quiñonez , Rodrigo A. Flores Palacios, Marco Huiñapi Davila, Navarro La Rosa Angel, UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Avenida Túpac Amaru N° 210, Rímac-Lima Teléfono: (+51) 481-1070, Página web: https://fiee.uni.edu.pe RESUMEN. El transformador es una máquina eléctrica estática cuyo principio de funcionamiento es la inducción electromagnética. A fin de poder predecir el comportamiento de esta máquina es importante el poder representarla a través de un circuito equivalente. Este circuito equivalente tiene parámetros los cuales se deben hallar experimentalmente. El presente trabajo está elaborado con la finalidad de poder analizar los diferentes tipos de pruebas que son necesarias para poder determinar los parámetros del circuito equivalente del transformador monofásico. Se realizarán ensayos como los de vacío, de cortocircuito, entre otros. A su vez, en base al circuito equivalente obtenido se pronosticará el comportamiento del transformador bajo una carga determinada, encontrando además las características de regulación. Palabras clave-- Transformador monofásico, circuito equivalente, parámetros del transformador, ensayos del transformador monofásico. ABSTRACT.

The transformer is a static electric machine whose principle of operation is electromagnetic induction. In order to be able to predict the behavior of this machine it is important to be able to represent through an equivalent circuit. This equivalent circuit has the parameters of which are to be found experimentally. The present work is elaborated with the purpose of power analyzes the various types of tests that the child needs for power determine the parameters of the equivalent circuit of the singlephase transformer. Tests are performed such as vacuum, short circuit, among others. In turn, based on the equivalent circuit obtained, the behavior of the transformer under a given load is forecast, and the control characteristics are also found. Key words-- Single-phase transformer, equivalent circuit, transformer parameters, singlephase transformer tests.

1 – OBJETIVO

-

Ensayo

de

vacío:

- Determinación de los parámetros del circuito equivalente de un transformador monofásico para operación a frecuencia y tensión nominal. - Pronóstico del comportamiento del transformador bajo carga, utilizando el circuito equivalente. - Determinación de las características de regulación.

2- DESARROLLO DEL CUESTIONARIO 2.1) RELACIÓN DE VALORES TOMADOS EN LOS EXPERIMENTOS EFECTUADOS: Los datos fueron registrados a una temperatura ambiente igual a 22 °C y a una frecuencia del sistema igual a 60 Hz.

1- Transformador monofásico usado en la experiencia

- Resistencia de los arrollamientos en DC: R DC =0.7 Ω A.T

R DC =0.6 Ω B.T

Se realizó poniendo el lado de alta tensión en circuito abierto (vacío). Posteriormente se energizó el autotransformador hasta alcanzar una tensión igual a 130V. A partir de este nivel, se comenzó reducir la tensión cada 10V. Los resultados obtenidos se muestran a continuación en la siguiente tabla:

60.8 0.2028 10.6

50 0.178 7.7

40.8 0.1572 5.57

30.1 0.1344 3.53

20.8 0.1107 1.97

10.1 0.766 0.65

- Ensayo de cortocircuito:

V(V) I (A) P(W)

131.8 1.032 56

120.1 0.666 41

110 0.462 33

100.8 0.1552 26.3

89.8 0.2925 17

70.5 0.2277 13.6

2- Autotransformador usado en la experiencia

Se realizó cortocircuitando el lado de baja tensión. A partir de cero voltios se empezó a aumentar gradualmente la tensión en el lado primario (de alta tensión) hasta alcanzar la corriente nominal. Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla:

1.9 1.56 1.44 6.5 5.4 16.9 9.65 8.01 38 10.9 9.115 49.2

- Curva de Potencia consumida

Vcc(V) Icc(A) Pcc(W)

P(W) vs V (V) 60 P(W)

40 20 0

2.2) CURVAS DE FACTOR DE POTENCIA, POTENCIA CONSUMIDA Po(W) Y CORRIENTE EN VACÍO Io (A), COMO FUNCIONES DE LA TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN (V):

0

50

100

150

- Curva de corriente en vacío:

- Curva de factor de potencia:

I(A) vs V(V) 1.5 I (A)

1 0.5

Cos ɵ VS V

0 0

150

50

100

150

100 50 0 20

40

60

80

100

120

140

2.3) DEL ENSAYO DE CORTOCIRCUITO GRAFICAR LA POTENCIA CONSUMIDA PCC(W), LA TENSIÓN DE CORTOCIRCUITO VCC Y EL FACTOR DE POTENCIA DE CORTOCIRCUITO COMO FUNCIONES DE LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO ICC(A):

IN1 = 1000 / 220; IN1 = 4.545 A IN2 = 1000 / 110; IN2 = 9.1 A - Potencia consumida:

P(W) vs Icc(A) 60 P(W)

40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

- Tensión de cortocircuito:

V(V) 15 V(V)

10 5

Para el ensayo de cortocircuito: Zeq =Vsc / Isc = 13.4 / 4.545 Entonces: Zeq = 2.9482 Ω Req= Psc / I2sc = 70.45 / 4.5452 Entonces: Req = 2.29127 Ω Xeq2 = zeq2 - Req2 Entonces: Xeq = 1.855 Ω Luego: R1 = R2 = 0.5 * Req Entonces: R1 = 1.145 Ω Entonces: R’2 = 1.145 Ω Con la relación de transformación que es a=2 R2 = R’2 / a2 = 1.145 / 22 Entonces: R2 = 0.2864 Análogamente se hallan X1, X2: X1 = 0.463 X2 = 0.463

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Con el ensayo de vacío

YocS = Ic / VS = 0.462 / 110 Entonces: YocS = 0.0042 G ocS = Pc / V2S = 33 / 1102 Entonces: GocS = 0.00272727 Cos (%) BmS VS=I0.003603 (amp) Rp= 1/Goc Entonces:6 RpS = 366.6667 1 2 3 4 5 7 8 Xm = 1/ Bm Entonces: XmS = 277.521 Lo reflejamos al primario, mediante las siguientes ecuaciones: 2.4) UTILIZANDO LOS DATOS DE LAS Yoc = YocS / a2 Entonces: Yoc = 0.00105 DOS PRIMERAS PRUEBAS, HALLAR EL Goc = Gocs / a2 CIRCUITO EQUIVALENTE EXACTO Entonces: Goc = 0.000681817 DEL TRANSFORMADOR PARA Bm = BmS / a2 CONDICIONES NOMINALES: Entonces: Bm1 = 0.00090008 Rp= 1/Goc En valores nominales tenemos lo siguiente: Entonces: Rp’= 1466.669 Potencia del transformador: 1 KVA Xm = 1/ Bm Tensión Primario: 220 V Entonces: Xm´ = 1110.084 Tensión Secundario: 110 V Relación de transformación: 220/110 = 2 Entonces podemos hallar las corrientes nominales - Factor de potencia:

9

10

COMPARARLO CON EL GRÁFICO ENCONTRADO EN 2.5. EXPLICAR LAS DIFERENCIAS:

108.6 1.683 102

Así tenemos el circuito equivalente:

Ensayo con carga 107.2 106.6 3.105 3.927 176 218

105.7 5.102 278

2.5) CON EL CIRCUITO EQUIVALENTE APROXIMADO TRAZAR EL DIAGRAMA CIRCULAR DEL TRANSFORMADOR, ES DECIR V vs I:

104.5 6.636 354

103.1 8.57 463

Se muestran los datos obtenidos de la prueba con carga:

VL (V) IL (A) P (W)

Y trazamos el diagrama fasorial:

2.6) CON LOS DATOS DEL ENSAYO CON CARGA A FACTOR DE POTENCIA 1, GRAFICAR LA CURVA V vs I, Y

Entonces tenemos el siguiente gráfico:

R=

116.2−108.6 x 100 108.6 V L

(V)

v s

I L

(A )

V L

( V )

1 0 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

R=6.99 2.7) PARA LAS DIVERSAS CARGAS DETERMINAR LA CAÍDA DE TENSIÓN INTERNA u EN % SEGÚN LA EXPRESIÓN: V O 2−V 2 x100% Vo 2

De la prueba de cortocircuito tenemos: Req = 2.29127 Ω Las pruebas fueron realizadas a 22°C, se tendrá en total.

Req1(DC) = R1(DC) + R2(DC) = 0.96 + 4*0.55 Ω = 3.16 Ω Usando la expresión se tiene: Req1(75°C) = 4.7894 Ω

116.2 105.7 9.04%

116.2 104.5 10.07%

116.2 103.1 11.27%

u ( )=

2.9) COMPARAR LAS PÉRDIDAS EN EL COBRE, RDC(75°C) CON LAS PÉRDIDAS EN LA CARGA PL (75°C):

VL (V) sin carga VL (V) con carga U(%)

116.2 108.6 6.54%

116.2 107.2 7.75%

116.2 106.6 8.26%

2.10) CONCLUSONES

2.8) CALCULAR LA REGULACIÓN DE TENSIÓN PARA UNA CARGA NOMINAL CON F.P=0.8 CAPACITIVO: R=

Vsin carga−Vplena carga x 100 Vplena carga

- La tensión en el lado de baja tensión del transformador, para cargas similares, disminuye con factor de potencia inductivo. En el caso de cargas del tipo capacitiva la tensión aumenta. - La eficiencia aumenta al tener un factor de potencia capacitivo. - La regulación mejora al usar un factor de potencia inductivo - La prueba de cortocircuito generalmente se ejecuta cortocircuitando el lado de baja tensión y alimentando el de alta con la corriente nominal correspondiente. Esto debido a que con ello se podrá manejar corrientes menores y evitar inducciones especialmente cuando se trata de transformadores de alta potencia.

-Nuestro transformador tiene una f.d.p casi la unidad debido a que el efecto resistivo es mayor, cosa que no es usual en transformadores de potencia que él siempre es mayor.

-Debemos de tener bien claro en qué lado del transformador realizamos cada prueba. El ensayo en vacío generalmente debe ser realizado alimentando el lado de baja con la tensión nominal correspondiente ya que, por ser una tensión menor, se puede obtener y medir fácilmente en el laboratorio.

-La eficiencia es la relación entre la potencia útil y la potencia total, tiene una máxima eficiencia cuando el índice de carga es óptimo.

-La relación de transformación se mantiene constante y no tiene tendencia a cambiar pues el voltaje inducido depende del flujo magnético y este de la corriente. Pero, aunque se sature el flujo magnético este va a ser el mismo para ambas bobinas y por tanto el voltaje inducido va a ser el mismo.

-De acuerdo a los parámetros obtenidos de conductancia de flujo principal y reactancia del núcleo, cuyos parámetros corresponden a la rama de magnetización están demostraron por qué las pocas circulaciones de la corriente en la prueba en vacío resultaron ser lo suficientemente pequeña lo cual significa una alta impedancia y por ende la poca potencia disipada por los enrollados, lo que fue reflejado en las pequeñas perdidas en la prueba antes mencionada.

-Las mediciones de resistencias en los enrollados del transformador obtenidas en las pruebas realizadas, son características propias de su construcción ya que resultaron ser bastante bajas lo cual es lógico, ya que así las perdidas en el transformador son mínimas, o sea, son características propias de su construcción lo que garantiza menores perdidas.

3- BIBLIOGRAFÍA Ensayo de transformadores http://assets.mheducation.es/bcv/guide/capi tulo/8448141784.pdf - Máquinas Eléctricas – Jesús Fraile Mora