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LABORATORIO 1

CARRERA:

TECNOLOGÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

CICLO:

IV

SECCIÓN:

N

DOCENTE:

EVER CAPUÑAY MALAVER

CURSO

LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRIAS I

:

ALUMNO (S):

MARTIN MOSQUEIRA CULQUI. EINER MENOR ALTAMIRANO.

FECHA DE REALIZACIÒN DEL TALLER: 22/08/16 FECHA DE ENTREGA DEL INFORME:

05/09/16

2016 -- II

TRUJILLO –PERU

1. OBJETIVOS.  Realizar ensayos de vacío y corto en un transformador para obtener los parámetros característicos del mismo.

2. FUNDAMENTO TEORICO. Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las maquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores. 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, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética.

Fig.01 Transformador monofásico.

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 N2 U1 U2

= = = =

Nº de espiras del primario. Nº de espiras del secundario. Tensión del primario. Tensión del secundario.

Fig.02 Transformador elemental.

RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN: La relación de transformación indica el aumento o de cremento que sufre el valor de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la de la entrada. La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplica al devanado primario y la fuerza electromotriz inductiva (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns), según la ecuación.

La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado secundario depende de, los números de vuelta que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.

Dónde: (Vp), es la tensión en le devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario o tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente de entrada, (Is) es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida.

Fig.03. Relación de transformación.

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. Voltímetro. e. Prueba de corto circuito. Amperímetro. En esta experiencia de laboratorio veremos los ensayos del punto d y e. ENSAYO DE VACIO DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO Mediante esta experiencia se determinará:  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 (V2). Además, se intercala un amperímetro y un vatímetro en el circuito primario.

Fig.04. Ensayo de Vacio de un Transformador.

El amperímetro (A) indicará la corriente de vacio I0. La relación de transformación se calcula dividiendo V1 entre V2. El vatímetro indica la potencia de vacio (P0), que será igual a:

P0  U1I 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 • 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.

Fig.05. 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

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

3. EQUIPOS Y MATERIALES. CANTIDAD 01

01

01

DESCRIPCIÓN Fuente de alimentación variable

MARCA

MODELO OBSERVACIÓN

LAB-VOLT

8133-00

LAB-VOLT

3772-27

ANALOG DIGITAL MULTIMETER

8051271Z

Transformador monofásico 220/110 V

Vatímetro digital

02

Multímetro digital

METERMAN

34XR

Varios

Conductores de conducción

BANANO

AC50A

01

Pinza amperimétrica

AMPROBE

4. PROCEDIMIENTO. 1. Implemente el circuito de la figura 2, alimente el transformador con su voltaje nominal y anote los valores en la siguiente tabla:

V1 220 V

V2 111.1 V

A 0.035 A

W 3.28

2. Con los resultados anteriores calcule los parámetros de vacio del transformador: m 1.98

Pfe 7.7 W

Calculo de la relación de transformación: 𝑉𝑝 220 m= = = 1.98 111.1 𝑉𝑠

Io 2.29*10-3 A

Calculando las perdidas en el hierro: Pfe= (220 V) (0.0.35A) = 7.7 A Calculando la corriente de vacio: Cosφ= Io=

50 220(0.035)

3.28 220(6.499

= 6.49

=2.29*10-3 A

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

V1 220.2 V

V2 4.78 V

A 1.1x10-5 A

W 0

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

Pfe

Io

46.7

2.42x10-3 W

0

Calculando la relación de transformación: 𝑉𝑝 220.2 m= = = 46.06 4.78 𝑉𝑠 Calculando las perdidas en el hierro: Pfe= (220.2 V) (1.1x10-5 A) =2.42x10-3 W

5. Comparar los resultados obtenido en los puntos 2 y 4 y comente. La relación de transformación de la tabla 2 es menor a la relación de la tabla 4 porque el valor del secundario en la tabla 4 es 4.78V, también la corriente Io es cero porque el valor de la potencia es 0 según la formula aplicada este valor seria cero. 6. Implemente el circuito de la figura 3.

7. Aumente el voltaje desde cero hasta que en los amperímetros indique la corriente nominal, luego anotar sus resultados en la siguiente tabla: Vcc 370.4

A1 226.9

A2 000.1

W 15.62

8. Con los resultados anteriores calcule los parámetros de corto del transformador: Pcu 0.1148 W

Cos ΦCC 0.31

ZCC 3704mΩ

RCC 1148mΩ

Calculando la Pcu: Pcu= (370.4) (0.001) (0.31) = 11.48 W Calculando el Cosφcc:

15.62 Cosφcc= =0.42 (370.4)(000.1)

Calculando la Zcc: 370.4 Zcc= =3704mΩ 000.1

Calculando Rcc: Rcc=

11.48 000.12

=1148Mω

XCC 3.4Ω

UCC (%) 1.6%

Calculando Xcc: Xcc=√3.72 – 1.142=3.4Ω Calculando Ucc% 370.4∗100 Ucc%= =1.6% 220 5. CUESTIONARIO 1) ¿La relación de transformación m obtenida de manera experimental del transformador coincide con el valor teórico? Comente. La relación de transformación experimental si coincide con el valor teórico, porque la relación de transformación con el valor teórico es igual a 2 y el valor experimental es igual a 1.98. en vacio. 2) ¿Por qué es importante determinar los parámetros de corto y vacío de un transformador? Es importante determinar los parámetros de corto y vacío de un transformador porque la tensión de cortocircuito representa una pequeña parte de la corriente nominal del transformador y es costumbre representarla como un porcentaje de ella, y puede además expresarse por separado la tensión debida a la carga óhmica del transformador y la reactancia inductiva; mientras que el ensayo en vacío consiste en dejar abierto uno de los devanados mientras se alimenta con la tensión sinusoidal y frecuencia nominal el otro devanado. Lo habitual es alimentar el devanado de menor tensión nominal, con el fin de reducir la tensión del ensayo. 3) Al realizar un ensayo de vacío 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. SOLUCIÓN Formula: Pfe= V1. Ia Pfe= (1000)(0.5) =500 W Fórmula: para calcular la corriente de vacio.

P0  U1I 0Cos0 Cosφo= Io=

30 (1000)(0.5)

=6x 10

30 (1000)(6𝑥10−3)

-3

= 5A

4) Se hizo un ensayo de corto a un transformador monofásico de 250 kVA, 24000/380V. Se aplicó 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. SOLUCIÓN a. Corriente del primario:

250000

I 1=

24000

= 10.41 A

Corriente del secundario: 250000 I 2= = 657.9 A 380 b.

Las perdías en el cobre para la potencia nominal: Pcc=Vcc.Icc.Cosφ Pcc=(960)(10.41)(0.016) = 159.89 W

c. La tensión de cortocircuito:

m=

24000 380 960

Vcc2=

=63,16

63.16

d.

=15.19 V

Los parámetros

Rcc=

159.89

(10.41)2

Zcc=

15.19

10.41

=1.4 Ω

=1.45Ω

Xcc=√1.452-1.42=0.65Ω 6. OBSERVACIONES. En la prueba de cortocircuito se observó que se alimentaba por el lado de alta tensión al transformador; esto se hace generalmente para así poder necesitar poca corriente nominal para la prueba ya que por el lado de baja tensión se necesitaría más corriente nominal (a veces más). En el ensayo de vacío se observó que la relación de trasformación es casi idéntica al valor teórico.

7. RECMENDACIONES. Realizar primero los esquemas de la distintas conexione antes de proceder a conectar a las diferentes fuentes y medidores. Para energizar un circuito o montaje experimental se debe solicitar la autorización del docente verificando que se esquema esté conectado adecuadamente para así no producir ningún corto o inconvenientes con los equipos. Verificara la capacidad del equipo de medición antes de encender la fuente, para así evitar el averió del mismo en caso de no soportar la carga a ser aplicada. Verificar que los equipos que estamos trabajando estén en perfecto funcionamiento caso contrario informar al docente. 8. CONCLUSIONES. Concluimos que las principales pérdidas que existen en un transformador monofásico y trifásico son causadas por flujos de histéresis, corrientes parasitas, y pérdidas en el cobre. Para realizar el ensayo de cortocircuito se debe energizar el transformador por el lado de alta, cortocircuitar el lado de baja hasta llevarlo a su valor nominal de corriente, en la toma de los datos no se deben poner equipos de medición en los bornes de baja, ya que pueden sufrir daños debido a las altas corrientes que se pueden presentar, por esta razón las medidas se deben tomar del lado de alta y con la relación de transformación estimar cuales son los valores que se necesitan. En la prueba de cortocircuito se observó que se alimentaba por el lado de alta tensión al transformador; esto se hace generalmente para así poder necesitar poca corriente nominal para la prueba ya que por el lado de baja tensión se necesitaría más corriente nominal (a veces más). Analizando las pérdidas de un transformador real en este ensayo, podemos ver que estas pérdidas siempre estarán presentes ya sea en gran cantidad o en poca ahí estarán. El transformador es una gran herramienta en la vida humana, y si tomamos en cuenta los aspectos mencionados en este ensayo a la hora de construir un transformador, tendremos una maquina eléctrica con menos pérdidas y con una alta eficiencia optimizando nuestro trabajo y evitando pérdidas económicas. Luego de analizar y estudiar las pruebas realizadas a los transformadores de distribución, se puede concluir que cada una de estas pruebas son muy importantes para diagnosticar las condiciones en las que se encuentra el transformador, y poder realizar una reparación o su almacenamiento para desecharlo. La vida útil de un transformador depende de su sistema de aislamiento, por lo que, con el deterioro de éste, el transformador no estará en condiciones de seguir prestando servicio. De ahí que se debe tener un buen mantenimiento a los transformadores. 9. FUENTES BIBLIOGRAFICAS. MORA, Jesús, "Maquinas Eléctricas", quinta edición El transformador monofásico (5 de setiembre de 2016) Recuperado de: http://es.slideshare.net/Buho21/transfo-monofasico El transformador monofásico (23 de agosto de 2016) Recuperado de: https://es.scribd.com/doc/31171536/ELTRANSFORMADOR-MONOFASICO

TRANSFORMADOR MONOFÁSICO (26 de enero de 2014) Recuperado de: http://html.rincondelvago.com/el-transformadormonofasico.html Definición de transformador monofásico (4 de setiembre de 2012) Recuperado de: https://es.wikipedia.org/wiki/Transformador Ejercicios de transformadores monofásicos (30 de agosto de 2016) Recuperado de: https://www.google.com.pe/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&c d=3&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwifnaSEhPnOAhXIpx4KHWKFAkwQF ggnMAI&url=http%3A%2F%2Fwwwapp.etsit.upm.es%2Fdepartamentos%2Fteat%2Fasignaturas%2Fejercici os%2520de%2520transformadores.doc&usg=AFQjCNGDkKUtKdksG5z8Z 84M4--frDV6QA&bvm=bv.131783435,d.dmo