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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

LABORATORIO TEMA: ENSAYO DE VACIO Y CORTO CIRCUITO DE UN TRANFORMADOR

DOCENTE: LLACZA ROBLES HUGO FLORENCIO

CURSO: MÁQUINAS ELÉCTRICAS ESTÁTICAS INTEGRANTES:  

INGA DELGADO FREIDER SANTIAGO VALERIO MARCO

1623125926 1623125692

2019

I.

OBJETIVOS:

 Determinar los parámetros del circuito equivalente para la experiencia en vacío de un transformador.  Determinar si las perdidas en vacío concuerdan dentro de las tolerancias con los valores calculados.  Medir las perdidas en el cobre y comprobar si se encuentran dentro de los valores calculados.  Determinar los parámetros del circuito equivalente de un transformador monofásico para operación y frecuencia y tensión nominal.

II.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

Un transformador es una máquina eléctrica estática que transfiere energía eléctrica de un circuito a otro, transformando, mediante la acción de un campo magnético variable, un sistema de corriente alterna en otro de la misma frecuencia, pero de características de tensión e intensidad diferentes. Un transformador monofásico (básicamente) está formado por un núcleo ferromagnético, sobre el que se enrollan dos devanados de material conductor aislado, generalmente con diferente número de espiras. Entre ambos devanados no existe conexión eléctrica alguna; la relación que se da entre dichos devanados es mediante el flujo magnético alterno que se establece en el núcleo ferromagnético común a ambos bobinados.

Uno de los devanados se conecta a la red de alimentación y se denomina devanado primario (con N1 espiras), el otro devanado se conecta al consumo y se denomina devanado secundario (con N2 espiras). Las magnitudes eléctricas fundamentales de los transformadores son la tensión e intensidad, tanto en el devanado primario como en el secundario. En el estudio del transformador se utiliza su circuito eléctrico equivalente, que relaciona entre sí las magnitudes fundamentales del transformador. Fig 1.

2.1. Ensayo de vacío. El ensayo 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.

Figura 2. Circuito equivalente del transformador en vacío y diagrama fasorial.

Los datos del transformador obtenidos con el ensayo en vacío son la potencia absorbida en vacío por el transformador, que coincide con las pérdidas en el hierro, y los parámetros de la rama en paralelo del circuito equivalente aproximado: Bμ1 y GFe1. También se obtiene la relación de transformación. 𝑟𝑡𝑛 = 𝑈𝑛1/ 𝑈20 ≈ 𝑁1 /𝑁2 = m

2.2. Ensayo de cortocircuito. Consiste en cerrar en cortocircuito uno de los devanados, mientras se alimenta a una tensión reducida el otro devanado; generalmente se alimenta el devanado de mayor tensión nominal, con el fin de no tener que medir intensidades excesivamente altas y obtener más fácilmente la tensión reducida de alimentación. La tensión

reducida se obtiene aumentando progresivamente la tensión de alimentación, desde cero hasta que por los devanados circule la corriente nominal. Los aparatos analógicos de medida se construyen para medir corrientes de 5A. Cuando la corriente a medir es mayor se puede optar por realizar el ensayo con una intensidad menor que la nominal o utilizar transformadores de intensidad. Si elegimos una corriente menor que la nominal, para obtener los valores reales de las pérdidas en el cobre y la tensión de cortocircuito; si usamos un transformador de intensidad, podemos manejar una intensidad en su secundario que es un submúltiplo de la que circula por su primario; la relación de transformación en un transformador de intensidad es Ip/Is.

Figura 3. Circuito para realizar el ensayo de cortocircuito.

A la hora de calcular el circuito equivalente se desprecia la rama en paralelo, yaque la corriente que circula por ella es muy pequeña en comparación con la que recorre el resto del circuito (equivalente).

Figura 4.

Si el ensayo en cortocircuito no se realiza con la intensidad nominal, se calculan la resistencia, reactancia e impedancia del circuito en las condiciones de ensayo y se utilizan, teniendo en cuenta que estos parámetros son fijos, para calcular la tensión y potencia de cortocircuito, por extrapolación, aprovechando la linealidad que presentan las funciones de que dependen los datos. La tensión de cortocircuito representa una pequeña parte de la 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 debida a la reactancia inductiva. La corriente de falta es la corriente que circularía por el transformador si se presentará el cortocircuito cuando la alimentación conectada fuera la nominal y se obtiene dividiendo la tensión nominal entre la impedancia de cortocircuito. Está claro que esta corriente es muy alta y la potencia disipada por ella destruiría el transformador en poco tiempo, por lo que el ensayo se hace siempre con una tensión mucho menor. Del ensayo de cortocircuito obtenemos la potencia activa consumida en el transformador (lectura del vatímetro), que coincide con las pérdidas en el cobre, y la tensión de cortocircuito (lectura del voltímetro). Puesto que conocemos los valores de la potencia activa y de la tensión, calculamos la resistencia (Rcc); ya que conocemos también la corriente, es posible calcular la impedancia y, con ellas, la reactancia (Xcc). También se pueden conocer con facilidad las tensiones en la resistencia y en la reactancia (en la realidad no existen estos dispositivos por separado)

III.

PROCEDIMIENTO

3.1. equipos e instrumentos Transformador monofásico

Multímetro

Vatímetro

transformador de corriente

Fuente AC

amperímetro

Pinsa amperimetrica

voltimetro

3.2. presentacion de los resultados

Vamos a realizar dos ensayos, correspondientes a dos montajes totalmente distintos, y los datos obtenidos en cada uno de ellos se tratará de forma independiente.

3.2.1. Ensayo de vacío. Para el primer ensayo (de vacío) conectamos uno de los devanados a la red eléctrica (una fuente regulable); utilizamos el regulador para que las medidas correspondan exactamente a la tensión nominal del transformador. Conectaremos un amperímetro en serie con el primario, un voltímetro en paralelo con el primario y aplicaremos una tension de hasta un maximo de 120% de su tension nominal, y otro con el secundario y por último un vatímetro, midiendo la corriente y la tensión del primario. Tal como muesra la fig 5.

Figura 5. Montaje del ensayo de vacío.

El amperímetro ha de tener una escala baja (en nuestro caso se presento algunos inconvenites y optamos por trabajar con una pinza amperimetrica), ya que la corriente será pequeña, por estar el secundario abierto (se supone que el voltímetro tiene una impedancia infinita). Los voltímetros deberán dar las medidas de las tensiones nominales del primario y del secundario. Una vez hecho todo esto pasaremos a realizar 13 pruebascon diferentes tensiones variando la fuente de tension, anotando cada una de las lecturas de los instrumentos. N° medida Voltaje (V1) 1 260 2 250 3 240.3 4 230.6 5 220.04 6 210.6 7 200.1 8 190.8 9 180.6 10 150.6 11 120.6 12 90.2 13 60.6

Potencia (w1) 16.0 14.6 13.8 13.0 11.6 10.8 9.8 8.6 7.6 5.8 3.8 1.8 0.8

Corriente (I1) 0.102 0.092 0.086 0.078 0.072 0.067 0.062 0.058 0.054 0.045 0.037 0.029 0.021

3.2.2. Ensayo de corto circuito. Calculando las medidas del transformador usando el vernier:

a = 1.9cm b = 7,9cm 𝐿𝑚 = 19cm

 Calculando el área magnética: 𝐴𝑚 = 2𝑎𝑏𝑓 𝐴𝑚 = 2 ∗ 1.9 ∗ 7.9 ∗ 0.9 𝐴𝑚 = 27.018𝑐𝑚2

 Hallando la potencia aparente nominal: 𝑆 = 𝐴𝑚 2 = (27.018)2 = 729.97𝑉𝐴  Tensiones: 𝐸1 = 220𝑉

𝐸2 = 110𝑉

 Hallando las corrientes nominales que soportara cada bobinado 𝐼1 =

729.97 729.97 + 50% = 4.97𝐴 110 110

𝐼2 =

729.97 729.97 + 50% = 9.95𝐴 110 110

 Procedemos a implementar el siguiente circuito, tomando el secundario en corto circuito:

Luego procedemos a tomar los valores de los instrumentos para cada variacion de tension de la fuente, lo mas rapido posible

𝑃𝑐𝑐 = 𝐼1 𝑅1 + 𝐼2 𝑅2

𝑵º 𝑽 𝑰𝟏

1 56.2 4.5

2 53.4 4.1

3 49.5 3.7

4 45.3 3.35

5 39.2 2.85

6 7 8 9 34.59 28.59 21.05 13.2 2.5 2 1.5 0.9

10 7.67 0.6

𝑰𝟐

11.5

10.78

9.79

8.25

7.56

6.58

5.4

3.95

2.45

1.46

W

340

315

255

211.5

156

119.5

80

44.5

17.5

6

IV.

CUESTIONARIO

4.1. cuestionario de la prueba de vacío. 1. Hacer las gráficas respectivas con los valores obtenidos Im vs E, P vs E y señalar los valores nominales.

grafico de Im vs E 300

TENSION (V1)

250 200 150 V1 100 50 0 0

0.02

0.04

0.06

INTENSIDAD (I1)

0.08

0.1

0.12

grafico de P vs E 300 250

TENSION

200 150 Voltaje (V1) 100 50

0 0

5

10

15

20

POTENCIA

2. Explicar las propiedades de los núcleos (Reactores Ovalados, otros) y de que influencia tienen con respecto a las perdidas. Los núcleos de un trasformador en su mayoría están fabricados de materiales ferromagnéticos los cuales ofrecen altas facilidades a la circulación de los flujos magnéticos que el aire circundante y así, disminuir las perdidas por HISTERISIS. Los materiales ferromagnéticos que se encuentran en la naturaleza son tres: el hierro, el níquel, y el cobalto. El de mayor uso es el hierro con sus aleaciones con los otro dos y otros metales. Los núcleos de los trasformadores están hechos de pequeñas laminas, esto para disminuir las perdidas por corrientes parasitas de FOUCAULT. Los devanados son de cobre de alta pureza para disminuir las perdías por el EFECTO JUOLE. 3. Que es la dirección magnética, especialmente en cuerpos ferromagnéticos. Llamamos dirección magnética al flujo resultante que se manifiesta en un sentido, ya que en un núcleo se produce pequeños flujos (ya sea por corrientes de Foucault u otros) en diferentes sentidos. 4. Elementos que producen perdidas en los transformadores

Material ferromagnético: dependiendo de que material este hecho el núcleo del transformador se manifiesta las PERDIDAS POR HISTERISIS. Núcleo: las perdidas en el núcleo se manifiestan por las pérdidas de FOULCAULT, estas se pueden disminuir si al núcleo lo construimos con láminas. Devanado: las perdidas en el devanado dependen del grado de pureza del cobre. 5. Componentes de excitación de un transformador La excitación o alimentación no es más que la fuente de corriente con la cual se genera el flujo del circuito. Esta fuente de suministro puede ser de muchos tipos dependiendo de la utilidad del dispositivo. Por lo general se utiliza corriente alterna, aunque en algunos casos también la continua. 6. Como definir el flujo de dispersión en los transformadores Es el flujo que no logra concatenarse de una bobina a la otra, es decir, del primario al secundario. Es flujo que se pierde en el aire, también llamadas perdidas magnéticas.

4.2. cuestionario de la prueba de cortocircuito 1. Graficar, los datos leídos y calculados: P vs I, E vs I.

P VS I1

P VS I2

E VS I1

E VS I2

2. Cuál es el efecto de la temperatura en el funcionamiento del transformador

Uno de los factores que más afectan la vida de los aislamientos, es la temperatura de operación de las maquinas eléctricas, esta temperatura está producida principalmente por las pérdidas y en el caso específico de los transformadores, durante su operación, estas pérdidas están localizadas en los siguientes elementos principales: El núcleo o circuito magnético, aquí las pérdidas son producidas por el efecto de histéresis y las corrientes circulantes en las laminaciones, son dependientes de la inducción, es decir, influye el voltaje de operación. Los devanados, aquí las pérdidas se deben principalmente al efecto joule y en menos medida por corrientes de Foucault, estas pérdidas en los devanados son dependientes de la carga en el transformador. Se presentan también pérdidas en las uniones o conexiones que se conocen también como "puntos calientes" así como en los cambiadores de derivaciones. Todas estas pérdidas producen calentamiento en los transformadores, y se debe eliminar este calentamiento a valores que no resultan peligrosos para los aislamientos, por medio de la aplicación de distintos medios de enfriamiento. Con el propósito de mantener en forma confiable y satisfactoria la operación de las maquinas eléctricas, el calentamiento de cada una de sus partes, se debe controlar dentro de ciertos límites previamente definidos.

Las pérdidas en una máquina eléctrica son importantes no tanto porque constituyan una fuente de ineficiencia, sino porque pueden representar una fuente importante de elevación de temperatura para los devanados, esta elevación de temperatura puede producir efectos en los aislamientos de los propios devanados, o bien en los aislamientos entre devanados y el núcleo, por esta razón, es siempre importante que todos los aislamientos entre devanados y el núcleo, por esta razón, es siempre importante que todos los aislamientos ese mantengan dentro de los límites de temperatura que garanticen su correcta operación, sin perder su efectividad. 3. De qué factores depende el factor de corrección de en los transformadores El factor de corrección de un transformador nos ayuda a mejorar en cuanto al rendimiento de un transformador. Este valor depende de la temperatura, el grado de uso del transformador, el tipo de material del núcleo, el material del devanado. 4. Que elementos o materiales producen perdidas en los transformadores. Las pérdidas que se manifiestan con mayor magnitud en un transformador son: NUCLEO: en este se manifiestan las perdidas por histéresis y Foucault. DEVANADO: en este se manifiestan las pérdidas por en efecto Joule en el cobre.

V.

CONCLUSIONES:

Se presentó pequeños inconvenientes pero se solucionaron rápidamente, y obtuvimos los resultados planteados. como vemos es muy importante hacer las pruebas de lo tranformadores antes de ponerles a trabajar para poder tener un confiabilidad en su trabajo y evitar accidentes u otras cosas. Comparando los valores obtenidos y llevados al Excel vemos que estas graficas si concuerda un porcentaje considerable con las teóricas. Vemos que los transformadores para que puedan tener mayor eficiencia deben ser fabricados de materiales ferromagnéticos, esto debido a sus propiedades especiales que presentan estos, para poder asi reducir las peridas al minimo. con los datos obtenidos podemos hacer sus respectivos circuito equivalente.

VI.

BIBLIOGRAFIA:

https://www.mheducation.es/bcv/guide/capitulo/8448141784.pdf https://www.mheducation.es/bcv/guide/capitulo/8448141784.pdf https://etxesare.eu/euiti/segundo/fte/PL9.pdf 306827965-Prueba-en-Vacio-de-Transformadores.pdf http://quintans.webs.uvigo.es/recursos/Web_electromagnetismo/dispositivos_transformadores.h tm https://www.icai.es/contenidos/publicaciones/anales_get.php?id=261 http://tecnologiaelectricaunet.blogspot.com/2013/01/materiales-para-la-construccion-del.html https://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-electricas-yaccesorios/transformadores-electricos