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ENSAYO CON CARGA PARA DETERMIANR LA EFICIENCIA EN EL TRANSFORMAD OR DE POTENCIA MONOFASICO Toshiba

I.

OBJETIVOS: Verificar el comportamiento del transformador bajo carga y determinación de las características de regulación.

II.

MARCO TEORICO: EFICIENCIA DE TRANSFORMADORES

Un transformador de 500 KVA., tiene unas perdidas en el hierro de 930 W al voltaje nominal y 3600 W de pérdidas en el cobre a plena carga, con base en estos datos podemos calcular la eficiencia a una carga que sea el 50%, con factor de potencia del 80%. La suma de las pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas es llamada las perdidas en el hierro o en el núcleo del transformador; será

Pi designada con transformador.

. Las perdidas en el núcleo son perdidas constantes del

La suma de las perdidas I 2R en el primario y el secundario son llamadas PCU  I12 R1  I 22 R2 las pérdidas en el cobre P CU : . Esto muestra que las pérdidas en el cobre varían con el cuadrado de la corriente. La

eficiencia

η

puede

encontrase

a

partir

de

  Psal P   Psal  pérdidas   Psal  P  P  P  ent sal i CU . Partiendo de esta ecuación la eficiencia es el 98%. Debido a que los cambios en el factor de potencia de la carga no modifican las pérdidas, elevar el factor de potencia de la carga mejorará la eficiencia del transformador. Las pérdidas se convierten entonces en una proporción menor de la potencia total de entrada. La eficiencia sin carga del transformador es cero. Pero las cargas elevadas aumentan las pérdidas en el cobre, las cuales varían con el cuadrado de la corriente, disminuyendo por lo mismo la eficiencia. La operación con eficiencia máxima ocurre con el valor medio de la carga. La eficiencia máxima ocurre cuando las pérdidas en el cobre son iguales a las pérdidas en el hierro. Entonces:

Pi  PCU  kVAc arg a kVAnom 

2

Resolviendo para este transformador la carga que genera eficiencia máxima es cuando ella sea el 50% de la potencia del trafo, esto es cierto para la mayoría de los transformadores. Los datos anteriores solo representan los valores de la potencia desde la óptica de la eficiencia veamos con un ejemplo el impacto de la eficiencia en la energía. Un transformador de 50 kVA tiene unas perdidas en el hierro de 180 W al voltaje nominal y 620 W de pérdidas en el cobre a plena carga. Calcúlese la eficiencia en todo el día del transformador cuando trabaja con las siguientes cargas al factor de potencia unitario: plena carga, 8 horas; mitad de la carga 5 horas; un cuarto de carga, 7 horas; y sin carga, 4 horas. 1 Puesto que las pérdidas en el hierro existen durante las 24 horas que el transformador está energizado, la pérdida total en el hierro 1 Wi  total  Pi t  (180  24)   4.32kWh 1000 es 2 Las pérdidas totales de energía en el cobre vienen dadas por WCU  PCU t Puesto que las pérdidas en el cobre varían con el cuadrado de la carga, las pérdidas totales de energía en el cobre se encuentran como sigue: 1 WCU  total  12  620  8  0.52  620  5  0.252  620  7   6.006 kWh 1000 a lo largo de las 20 horas que el transformador alimenta una carga. 3 La pérdida total de energía a lo largo del periodo de 24 horas es: W perd  total  Wi  total  WCU  total  4.32  6.006  10.326 kWh Wsal total  612.5 kWh 4 La salida total de energía La eficiencia en todo el día es importante cuando el transformador está conectado para alimentar las 24 horas completas, como es lo común en los sistemas de distribución de corriente alterna. Es normal calcular su eficiencia con factor de potencia unitario. Con cualquier otro factor de

potencia, la eficiencia en todo el día sería más baja porque la salida de potencia sería menor para las mismas pérdidas. III.

ELEMENTOS A UTILIZAR:

 01 Transformador de potencia monofásico de 1000 VA, 220/110 V

 01 Multimetro digital  02 Amperímetro 0-5 A y 0-25 A Voltímetro de 0-300 V

 01

 01 Vatímetro monofásico

 Conductores eléctricos varios

 04 resistencias variables

 01 Puente de Wheatstone

IV.

ACTIVIDADES:

a) Armar el circuito de la figura adjunta, conectar las resistencias de carga (previamente calculado para plena carga del transformador) por el lado de A.T. y alimentar el transformador a tensión y frecuencia nominales.

b) Variar la corriente de carga (I2) desde 0, 1A, 2A, 3A, …, 10 A registrando las lecturas de todos los instrumentos. I 2

V2

P2

S2

Q 2

I1

V entra da 220

P entra da 30

S entra da 48.4

0

112

0

0

0

1

111

111

0

2

110

220

0

3

109

327

0

4

109

436

0

5

109

545

0

6

108

648

0

7

107

749

0

8

107

856

9

106

11 1 22 0 32 7 43 6 54 5 64 8 74 9 85 6 95

0.2 2 0.6 3 1.1 2 1.6 3 2.1 3 2.6 1 3.1

954

Q entrad a 67.319 65 i

teta entra da 51.69

220

140

138.6

219

250

245.2 8 356.9 7 466.4 7 566.3 7 672.7

i

i

219

360

i

i

219

470

i

i

217

580

i

i

217

685

i

i

217

800

0

3.6 1 4.1

i

i

905

783.3 7 889.7

217

i

i

0

4.5

217

1015

996.0

i

i

i

4

9

regulac ion 96.43 98.20 99.09 100.92 100.92 99.08 100.93 102.80 102.80 104.72

V.

3

a voltaje

a eficienc corrien ia te 1.96 0.00 1.98 1.59 79.29 1.99 1.79 88.00 2.01 1.84 90.83 2.01 1.88 92.77 1.99 1.92 93.97 2.01 1.94 94.60 2.03 1.94 93.63 2.03 1.95 94.59 2.05 1.96 93.99

CUESTIONARIO

5.1. Con los datos del ensayo con carga de FP=1 graficar las curvas U2 vs I2. eficiencia vs corriente y regulación vs tensión.

113 112 111 110 109 108 107 106 105 104 103 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

4.5

5

100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

106.00 104.00 102.00 100.00 98.00 96.00 94.00 92.00 216.5 217 217.5 218 218.5 219 219.5 220 220.5

5.2. Para las diversas cargas determinar la caída de tensión interna del transformador en %(la regulación) según expresión, para todos los datos:

REGULACION 96.43 98.20 99.09 100.92 100.92 99.08 100.93 102.80 102.80 104.72

5.3. De los datos tabulados, analizar en qué condiciones se obtiene la mejor eficiencia del transformador analizado. Analizar la curva graficada e indicar por proyección cual sería la eficiencia si el transformador se sobrecarga al 120% y su regulación. Se obtendrá más eficiencia cuando más corriente de entrada le pongamos, para así obtener un corriente de salida mayor a 10 amperios, pero si esto ocurre el transformador comenzaría a vibrar ya q sobrepasamos la corriente nominal de salida. Con este procedimiento la potencia activa de entrada va subiendo a más de 1100 watts. Si se sobre carga el transformador la eficiencia subirá hasta llegar casi al 100 % de eficiencia. La regulación también aumentara pero no en gran proporción. 5.4 Explicar que se debe hacer con la información recogida durante el ensayo para que se cumpla la relación de transformación de corriente. Se debe colocar resistencias para generar corriente de salida, no debemos sobrepasar la corriente nominal de entrada o de salida, se va regulando las resistencias para obtener valores enteros de corriente de salida. 5.5 Con la información obtenida en el laboratorio, tabular las pérdidas variables del Transformador y graficar Ppérd.- I2, con los resultados proyectar las pérdidas para 1.1 In.

V entrada 220

P entrada 30

220

140

219

250

219

360

219

470

217

580

217

685

217

800

217

905

217

1015

I perdidas

R perdidas 1613.3333 3 345.71428 6 191.844

0.1363636 4 0.6363636 4 1.1415525 1 1.6438356 2 2.1461187 2 2.6728110 6 3.1566820 3 3.6866359 4 4.1705069 1 4.6774193 5

133.225 102.04468 1 81.187931 68.743065 7 58.86125 52.032044 2 46.393103 4

1200 1000 800 600 400 200 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 1 En la práctica observamos que la potencia activa es mayor que la potencia aparente.

2 Para que los transformadores funcionen eficientemente su carga debe ser al menos el 50% de la potencia instalada del trafo. 3 Comprobar más de una vez si el circuito está bien armado para evitar que se queme el fusible de los multímetros o del vatímetro, y también nos servirá para evitar accidentes. 4 La eficiencia del transformador va aumentando con forme la corriente de entrada llegue al límite de corriente nominal de entrada. 5 Las principales perdidas que existen en un transformador monofásico son causadas por flujos de histéresis, corrientes parasitas, y perdidas en el cobre. VII. BIBLIOGRAFIA -

Archivo PDF "estudios del transformador monofásico", AUTOR NN http://www.monografias.com/trabajos82/perdidas-transformadormonofasico/perdidas-transformador-monofasico2.shtml#metodopraa http://www.slideshare.net/licf15/perdidas-de-potencia-11472611 http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//3000/3015/html/ 135_prdidas_en_un_transformador.html