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Prueba de vacío y corto circuito

NOMBRE: Luis Enrique Condori Turin COD: 1423125129 LAB: Hugo Llacsa Robles

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS ESTÁTICAS

PRUEBA DE VACIO Y CORTO CIRCUITO I. OBJETIVOS:  Determinar los parámetros del circuito equivalente para la experiencia en vacío de un transformador monofásico.  Determinar si el valor de las perdidas en vacío concuerden y están dentro de la tolerancia con los valores calculados en el laboratorio.  Saber interpretar los datos obtenidos en el laboratorio.  Medir las perdidas en el cobre y comprobar si se encuentran dentro de los valores calculados en la experiencia.  Determinar los parámetros del circuito equivalente del transformador monofásico para una frecuencia y tensión nominal. II. MARCO TEORICO: Para determinar estos parámetros se puede realizar a través de dos pruebas, las cuales son: Prueba de Vacío PRUEBA EN VACIO En este ensayo se determinan las pérdidas en el hierro, la corriente y el factor de potencia en vacío y los parámetros de la rama paralelo del circuito equivalente. El ensayo se realiza aplicando tensión nominal, de frecuencia nominal, preferentemente a un arrollamiento de baja tensión, con los otros arrollamientos abiertos, se mide la corriente I’0 y la potencia P’0 absorbidas y tensión aplicada U1,

La indicac ión de alimentar al transformador “preferentemente” por un arrollamiento de baja tensión se basa en que, de esa forma, la tensión necesaria será más fácil de obtener y medir y, además, la corriente tendrá un valor más acorde con los alcances normales de los instrumentos. Al estar el transformador en vacío, no entrega potencia, y toda la que absorbe se gasta en pérdidas. Como la corriente secundaria es nula, en ese arrollamiento no hay pérdidas en el cobre y, por otra parte como la corriente primaria en vacío es mucho menor a la nominal, las pérdidas en el cobre del primario son despreciables. Entonces si la tensión y la frecuencia son nominales, las pérdidas en el hierro también serán nominales.

Si a la potencia que indica el wattímetro se restan los consumos de la propia bobina de tensión y el del voltímetro, se obtiene la potencia en vacío P0:

Que resulta igual a las pérdidas en el hierro nominales del transformador.

𝑃0 = 𝑃𝐹𝑒𝑛 Como se vio en el capítulo de Reactor las pérdidas debidas a la histéresis, dependen de la frecuencia y del valor medio de E mientras que las debidas a las corrientes parásitas dependen del valor eficaz de E. Si el voltímetro empleado en el circuito de la figura 11 responde al valor eficaz de la tensión, como lo hacen los de hierro móvil y la tensión es sinusoidal las pérdidas en elhierro tendrán el valor nominal definido en las normas. Pero como casi nunca la tensión aplicada es perfectamente sinusoidal, normas establecen unlímite en el factor de forma del orden de ±10% para que la medición sea válida, y recomiendancolocar dos voltímetros uno que responda al valor eficaz y otro al valor medio, como ser de bobina móvil y rectificador. Los detalles del procedimiento se pueden obtener de la norma IRAM 2106. Para garantizar la forma de onda de la tensión aplicada al transformador, la regulación de la misma se debe hacer con elementos de baja impedancia serie, como ser un autotransformador variable. Esto es para evitar que la caída de tensión en el elemento de regulación, provocada por la corriente de vacío que no es sinusoidal, no altere la forma de onda de la tensión que le llega al transformador bajo ensayo. Por el motivo anterior no se deben usar resistencias serie ni divisores resistivos. Como ya se mencionó la corriente de vacío de un reactor con núcleo ferromagnético o un transformador en vacío tiene un fuerte contenido de armónicos impares, pero por razones prácticas se trabaja con una corriente senoidal equivalente, que tiene el mismo valor eficaz de la poliarmónica, da lugar a las mismas pérdidas y se la puede tratar fasorialmente; el valor de esa corriente es el indicado por el amperímetro ferromagnético del circuito de la figura 12. La corriente de vacío indicada por el amperímetro es la suma fasorial de las corrientes absorbidas por el transformador I0 más la del voltímetro IV más la del wattímetro IW

: De donde se puede despejar I0 .

Pero observando el diagrama fasorial de la figura se puede ver que las corrientes absorbidas por los instrumentos quedan prácticamente perpendiculares a I’0 y además son pequeñas, por lo que normalmente se toma 𝐼′0 = 𝐼0 Del ensayo en vacío se pueden calcular los parámetros de la rama paralelo del circuito equivalente, el que para un transformador operando en vacío, se puede simplificar como se muestra en la figura 14.

III. EXPERIENCIA DESARROLLADA:

En laboratorio conectamos la bobina de baja Tensión del transformador a un voltaje del 80% al 120% del Voltaje nominal y la segunda bobina queda en vacío o sin carga. Las perdidas en vacio fundamentalmente se componen de las perdidas por histéresis que dependen del valor máximo de la inducción, y de las perdidas por corrientes de Foucault. Cuando se realice este ensayo debe considerarse lecturas validas entre el 80% y el 20% de su tensión nominal. Nuestros parámetros nos quedan:

270

Es válido mencionar que Im se calcula con la ecuación 3

Bobina de alta tensión V I P 70 0.05 3 100 0.066 6 120 0.077 7 140 0.089 10 160 0.104 13 180 0.123 15 190 0.136 17 200 0.15 19 210 0.166 21 220 0.185 23 230 0.205 25 240 0.23 26 250 0.257 29

Bobina de baja tensión V I P 90 0.181 12 95 0.195 13 100 0.217 15 105 0.24 16 110 0.264 16.8 116 0.28 18.4 119 0.31 20 124 0.35 22 130 0.39 24

III. CUESTIONARIO Graficar en base a los valores obtenidos Im vs E ; P vs E en cada caso señalar los valores obtenidos

Bobina de alta tensión V I P 70 0.05 3 100 0.066 6 120 0.077 7 140 0.089 10 160 0.104 13 180 0.123 15 190 0.136 17 200 0.15 19 210 0.166 21 220 0.185 23 230 0.205 25 240 0.23 26 250 0.257 29

V vs I Tensión entrada en bobina de B.T.

Bobina de baja tensión V I P 90 0.181 12 95 0.195 13 100 0.217 15 105 0.24 16 110 0.264 16.8 116 0.28 18.4 119 0.31 20 124 0.35 22 130 0.39 24

140 120 100 80 60 40 20 0

0.181

0.195

0.217

90

95

100

V

0.24

0.264

0.28

0.31

0.35

0.39

105

110

116

119

124

130

Intensidad Medida Amperímetro

V vs I Tensión entrada en bobina A.T.



300 250 200

150 100 50 0

0.05 0.066 0.077 0.089 0.104 0.123 0.136 0.15 0.166 0.185 0.205 0.23 0.257 V

70

100

120

140

160

180

190

200

210

Intensidad medida amperimetro

220

230

240

250

1)Cuál es la influencia de la sección recta del núcleo de un transformador. La influencia de la sección recta radica básicamente en la reducción de las pérdidas de energía de potencia; para reducir la perdida de potencia de energía y consiguiente pérdida de potencia, es necesario que los núcleos que están bajo un flujo variable no sean macizos, deberán estar constituidos con chapas magnéticas de espesores mínimos apiladas y aisladas entre sí. La corriente eléctrica, al no poder circular de una a otras chapas, tiene que hacerlo independientemente en cada una de ellas, con lo que se induce menos corriente y disminuye la potencia de perdida por corrientes de Foucault

2)Que es la dirección magnética preferencial de los materiales ferromagnéticos Los materiales ferromagnéticos interaccionan fuertemente con el campo magnético, entre ellos se encuentran los imanes naturales. Para un campo aplicado las fuerzas de interacción pueden ser atractivas o repulsivas y tener valores muy grandes 1N/g. 3)Cuáles son los elementos que producen perdidas en el transformador Ninguna maquina eléctrica es ideal, es decir siempre tienen algún tipo de perdida al realizar un trabajo, siendo estas estáticas o dinámicas En el caso del transformador estas pérdidas son estáticas En un trasformador se producen perdidas esencialmente por las siguientes causas: (Estas dos llamadas también perdidas en el hierro)  Por ciclos de histéresis  Por corrientes parasitas (corrientes de Foucault) Pedidas en el cobre del bobinado. Flujo de dispersión. 4)Que es el flujo de dispersión en un transformador. Son líneas de flujo que no logran pasar por la superficie del núcleo y se pierden en el espacio. Se simula como inductor porque esta fuga de flujos produce un auto inductancia en la bobina de alta y de baja.

5)Que componentes integran la corriente de excitación de un transformador. Esta corriente de excitación tiene dos componentes: La componente de pérdidas en el núcleo 𝐼 𝐶. La componente de magnetización 𝐼 𝑚. 𝐼 ∅= 𝐼 𝐶+𝐼 𝑚 La forma de onda de la corriente de excitación, iφ(t) no es senoidal cuando v(t) es senoidal, el núcleo es ferromagnético, y iφ(R+Rg) e (t)). La forma de la onda de iφ (t), tiene las siguientes características: a) La forma de onda de iφ (t) es simétrica con respecto al eje de tiempo; el medio ciclo positivo y el medio ciclo negativo son semejantes y de igual área, esto a causa de la simetría del anillo de histéresis con respecto a los ejes coordenados y de la simetría de la forma de la onda del voltaje aplicado con respecto al tiempo

6) Explicar comparativamente las ventajas y desventajas del autotransformador. Ventajas:  Bajo precio económico frente a un transformador normal con idénticas especificaciones técnicas, como no tiene devanado secundario entonces se usa menos material, por tanto baja su precio.  Utiliza menos corriente para generar el flujo magnético, a comparación de los transformadores convencionales que requieren de mucha y hasta veces exagerada corriente en el secundario.  Genera más potencia que un transformador de dos devanados de especificaciones similares.  Tiene mejor rendimiento que un transformador normal, con potencias parecidas.  Posee un menor flujo de campo y menos tamaño del núcleo de hierro, ya que se solo un porcentaje de energía se transmite por inducción, por lo que se pueden obtener transformadores más livianos.  Su construcción es más sencilla, por llevar un solo bobinado lo que conduce a tener menos cobre.  Las perdidas eléctricas son siempre menos que las perdidas magnéticas, debido a que parte de la energía del autotransformador se transmite eléctricamente.  Tiene una tensión de cortocircuito pequeña, lo que elimina el inconveniente de que se produzca una corriente de cortocircuito elevada.  Posee menores intensidades de vacío.  No necesita aislamiento entre los bobinados primario y secundario DESVENTAJAS:  Una falla en el aislamiento de los devanados puede producir que la carga quede expuesta a recibir completa tensión de la fuente.  El bobinado primario no es independiente del secundario esto puede causar fallas.  Debido a la construcción eléctrica del dispositivos, la impedancia de entrada del autotransformador es menor que de un transformador común. Esto no es ningún problema durante el funcionamiento normal de la máquina, pero si por alguna razón se produce un cortocircuito a la salida, la corriente que circulara por la entrada será mayor que en un transformador común. Y esto representa un mayor riesgo en la instalación eléctrica. IV. RECOMENDACIONES  Tener presente de que si nuestra lectura es imperceptible para nuestros instrumentos se debe usar transformador de medida en el caso de corriente, pero en esta experiencia se utilizó dicho transformador con K=1, por lo que se hubiera podido obviado. 

Tener los cuidados con la energía eléctrica de electrocuciones o corto circuito aislando los empalmes. V. CONLUSIONES  Se verifica la igualdad de las potencias perdidas medidas tanto por baja como por alta  Se puede percibir que el transformador cuando excede su tensión nominal se va saturando. 

Tanto en alta como en baja podemos ver de que el la tendencia de 𝐼𝑚 𝑣𝑠 𝐸 𝑦 𝑃 𝑣𝑠 𝐸 tienen ambos la misma tendencia.