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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELÉCTRICA CURSO: LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I GUIA DE LABORATORIO Nº 4

DETERMINAR EL CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR MEDIANTE LOS ENSAYOS DE VACÍO Y CORTOCIRCUITO

I.

OBJETIVO:

Determinar mediante los ensayos correspondientes, los parámetros del circuito eléctrico equivalente de un transformador monofásico .

II. • • • •

ELEMENTOS A UTILIZAR:

01 transformador monofásico de 350 VA 220/110 V 01 pinza con Watimetro digital Conductores eléctricos varios 01 Variac monofásico

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III. MARCO TEORICO

Ensayos de vacío y cortocircuito en un trasformador Los ensayos de vacío y cortocircuito de un transformador permiten determinar los parámetros más importantes que definen su comportamiento. A través de las mediciones efectuadas en los citados ensayos, y mediante el cálculo adecuado, se pueden determinar los parámetros del circuito equivalente simplificado del transformador

Del ensayo de relación de transformador del índice de

vacío se obtiene, además de la corriente de vacío I 0, la transformación m y las perdidas en el hierro del PFe. Estas pérdidas son fijas; es decir, independientes carga del transformador.

Del ensayo de cortocircuito se deduce la tensión relativa de cortocircuito cc. Este parámetro influye sobre las intensidades de cortocircuito permanente I1falta e I2falta, en la caída de tensión c y en la asociación en paralelo de transformadores. Otra magnitud que se mide en este ensayo es la potencia de pérdidas en el cobre asignada P CuN. Esta es la suma de las potencias perdidas por efecto Joule en ambos devanados, primario y secundario, cuando el transformador está en condiciones asignadas. De ambos tipos de pérdidas, en el hierro y en el cobre, se deduce el índice de carga óptimo Copt del transformador; es decir, la carga, definida como porcentaje sobre la potencia asignada del transformador, en la que este trabaja con rendimiento máximo. a) ENSAYO DE VACÍO En la figura se muestra la conexión de aparatos de medida para la realización del ensayo de vacío (cuando el ensayo se realiza alimentando a la máquina por el primario, pues este ensayo, así como el de cortocircuito, también se pueden realizar alimentando al transformador por el secundario). Consiste en alimentar el primario a la tensión asignada, V1N, con el secundario abierto (I 2 = 0), es decir, en vacío. 2

Seguidamente se anotan las indicaciones de los aparatos de medida. Dichas medidas son:

-

Medida voltímetro V1=valor eficaz de la tensión asignada primaria, V 1N Medida amperímetro A=valor eficaz de la corriente de vacío, I 0 Medida vatímetro W = potencia (activa) en el ensayo de vacío P 0 Medida voltímetro V2=valor eficaz de la tensión secundaria de vacío, V20 = V2N La potencia activa consumida durante este ensayo coincide con las pérdidas en el hierro (P0  PFe). Esto es debido a que las pérdidas en el cobre del devanado secundario son nulas (I2 = 0) y a que las pérdidas en el cobre del devanado primario (R 1I02) son despreciables a causa de la pequeña magnitud de I0. Todo ello está de acuerdo con el circuito equivalente aproximado que, en este caso, queda reducido a las ramas en derivación.

b) ENSAYO DE CORTOCIRCUITO Este ensayo (cuando se realiza alimentando a la máquina por el primario) consiste en cortocircuitar el devanado secundario y aplicar una tensión primaria que se aumenta progresivamente desde cero hasta que por los devanados circulen sus respectivas corrientes asignadas. En la Figura se muestra el transformador y la conexión de los aparatos de medida necesarios en este ensayo

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En este caso las indicaciones de los aparatos de medida son: -

Medida voltímetro V = valor eficaz de la tensión primaria de cortocircuito, V1cc Medida amperímetro A = valor eficaz de la corriente asignada primaria, I1N Medida vatímetro W = potencia (activa) durante el ensayo de cortocircuito Pcc

La tensión aplicada, V1cc (tensión de cortocircuito), necesaria para alcanzar la intensidad asignada con el secundario en cortocircuito, es muy pequeña en comparación con la tensión asignada (V 1cc  3-10% V1N). Esto da lugar a que el flujo establecido también sea pequeño (V 1cc  E1  4,44fN1M) y, por tanto, a que las pérdidas en el hierro sean despreciables (2 PFe  Cte x M2). Por consiguiente, la potencia activa consumida en este ensayo es igual a las pérdidas en el cobre en régimen asignado (o nominal), ya que por sus devanados circulan las respectivas corrientes asignadas (Pcc = PCuN). Además, dado el pequeño valor que representa la corriente de vacío (que, en este ensayo, al realizarse con una tensión V 1cc reducida, es mucho más pequeña que la corriente de vacío normal, la cual ya es de por sí pequeña) frente a la intensidad asignada I 1N, se desprecia la rama en derivación del circuito equivalente aproximado

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IV.

ACTIVIDADES:

a) Armar el siguiente circuito

b) Registrar los valores de los instrumentos, cuando la tensión en V2 es la nominal (220 V).

I o  A

Vo V 

Wo  w

R pf

Xm

Zm

0.18

220

17.2

1235

8391

1222 5

c) Armar el siguiente circuito.

d) Regular el autotransformador variable desde cero voltios hasta conseguir que en ambos arrollamientos circule la corriente nominal del transformado Para esta parte se hizo el calculo de la corriente nominal de la siguiente manera

380  1.72 A 220 e) Registrar los valores de los instrumentos para esta corriente nominal I nom 

I cc  A

Vcc V 

Wcc  w

Rcc

X cc

Z cc 6

1.62 7.2 V. CUESTIONARIO:

11.6

4.42

0.465

4.44

1. ¿Qué es la relación de transformación y cómo puede determinarse experimentalmente? La relación de trasformación es la relación de tensiones entre el primario y secundario considera como “m”, “a” que indica el incremento que sufre la tensión de salida en referencia la entrada por cada volt, también se puede se puede expresar como la relación del número de espiras. Esta relación de transformación se puede determinar midiendo la entrada de voltaje al transformador y la salida de voltaje de este una vez energizado; la división de la salida entre la entrada nos da la relación de transformación

2. Haga la definición correcta de: la corriente de vacío, la corriente por pérdidas en el fierro del núcleo y la corriente de magnetización, dibuje el diagrama fasorial de corrientes. •

•

•

Corriente de Vacío: También llamada corriente de excitación, es la corriente necesaria para producir un flujo en el núcleo ferromagnético real Corriente por pérdida en el Núcleo: Es la corriente necesaria para compensar las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas. Corriente de Magnetización: Es la corriente necesaria para producir el flujo en el núcleo del transformador.

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3. ¿Cuál es la ventaja de realizar la prueba de circuito abierto en el lado de bajo voltaje? Ya que para realizar esta prueba se requiere llegar a la tensión máxima del lado que se va a analizar, entonces es más factible hacerlo del lado de baja tensión ya que la tensión que se requerida es pequeña comparada con la de alta que puede ser muy elevada si te considera transformadores grandes. 4. ¿Por qué se prefiere ejecutar la prueba de cortocircuito en el lado de alto voltaje?, analizar por qué en sistemas de potencia esta prueba es importante. Ya que, a mayor tensión menor corriente, es mucho más seguro realizar esta prueba en este lado ya que se requiere aumentar poco a poco la tensión en este lado en una relación de 1/10 y esto es un poco mas complicado si se hace en el lado de baja tensión ya que se requiere mayor precisión ya que sin esta el trasformador se estropeará 5. Dibuje el circuito equivalente del transformador ensayado en laboratorio con sus respectivos valores (R1, R2, X1, X2, Xm y Rpf)

R1  R2 ' 

Rcc X , X1  X 2 '  cc 2 2 a2

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VI. -

-

-

-

OBSERVACIONES Y CONCLUCIONES

El laboratorio se desarrollo con facilidad gracias a un solo instrumento en comparación al otro grupo, se concluye que es necesario saber el alcance que tienen los instrumentos para poder utilizarlos y hacer todo en el menor tiempo posible Se obtuvieron los parámetros del trasformador monofásico con las 2 pruebas vistas Se tuvo mucha precaución en el ensayo de corto circuito ya que este requiere que circule una corriente nominal y por ende se requiere una tensión pequeña en nuestro caso 7.2 voltios Con los datos obtenido se puedo realizar el circuito equivalente del trasformador como se indicó en el laboratorio Se dijo que los ensayos se podrían realizar en cualquier lado del transformado pero el ing. Chirinos resalto que es recomendable hacerlo en un cierto lado dependiendo de la prueba Todos los ensayos se hicieron con cuidado cerciorándose de que cada instrumento y material que se utilizaría este debidamente conectado para evitar fugas o cortos

VII. BIBLIOGRAFIA -

https://ocw.unican.es/pluginfile.php/136/course/section/65/PR-F002.pdf http://www.tecnun.es/asignaturas/SistElec/Practicas/PR_SIS_01.pdf http://ingenieriaelectricafravedsa.blogspot.pe/2014/12/circuito-equivalentetransformador.html

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