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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE

MÁQUINAS ELÉCTRICAS Docente: Ing. Washington Rodrigo Freire Llerena Integrantes: Charco Luz Lascano Christian Vargas Carlos Nivel: Quinto NRC: 3167

Tema: Regulación del Transformador

Objetivos  

Estudiar la regulación de voltaje del transformador con cargas variables. Estudiar la regulación del transformador con cargas inductivas y capacitivas.

Exposición La carga de un transformador de potencia, en una subestación, usualmente varía desde un valor muy pequeño en las primeras horas de la mañana, hasta valores muy elevados durante los períodos de mayor actividad industrial y comercial. El voltaje secundario del transformador variará un poco con la carga y, puesto que los motores, las lámparas incandescentes y los dispositivos de calefacción son muy sensibles a los cambios en el voltaje, la regulación del transformador tiene una importancia vital. El voltaje secundario depende también de si el factor de potencia de la carga es adelantado, atrasado o es la unidad. Por lo tanto, se debe conocer la forma en que el transformador se comportará cuando se le somete una carga capacitiva, inductiva o resistiva. Si el transformador fuera perfecto (ideal), sus devanados no tendrían ninguna resistencia. Es más, no requeriría ninguna potencia reactiva (vars) para establecer el campo magnético en su interior. Este transformador tendría una regulación perfecta en todas las condiciones de carga y el voltaje del secundario se mantendría absolutamente constante. Sin embargo, los transformadores reales tienen cierta resistencia de devanado y requieren una potencia reactiva para producir sus campos magnéticos. En consecuencia, los devanados primarios y secundarios poseen una resistencia general R y una resistencia general X. El circuito equivalente de un transformador de potencia que tiene una relación de vueltas 1 a 1, se puede representar aproximadamente por medio del circuito que aparece en la fig. 41-1. Las terminales reales del transformador son P1 P2 en el lado del primario y S1 S2 en el secundario. Se supone que el transformador mostrado entre estas terminales, es un transformador perfecto (ideal) en serie el cual tiene una impedancia R y otras imperfecciones representadas por X. Es evidente que, si el voltaje del primario se mantiene constante, el voltaje del secundario variará con la carga debido a R y X. Cuando la carga es capacitiva, se presenta una característica interesante, ya que se establece una resonancia parcial entre la capacitancia y la reactancia X, de modo que el voltaje secundario E2, incluso tiende a aumentar conforme se incrementa el valor de la carga capacitiva. Instrumentos y Equipo 

Módulo de transformador

EMS 8341



Módulo de fuente de alimentación ( 0−120V c. a )



Módulo de medición de c.a ( 250/250 V )

EMS 8426



Módulo de medición de c.a ( 0.5/ 0.5 A )

EMS 8425



Módulo de resistencia

EMS 8311

EMS 8821

  

Módulo de inductancia Módulo de capacitancia Cables de conexión

EMS 8321 EMS 8331 EMS 8941

Procedimiento experimental Advertencia: ¡En este experimento de laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe conectarse después de hacer cada medición!

Figura 1 1) Conecte el circuito ilustrado en la figura 41-2 utilizando los Módulos EMS de transformador, fuente de alimentación, resistencia y medición de C.A 2) a) Abra todos los interruptores del Módulo de Resistencia para tener una corriente de carga igual a cero. b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 120V c-a, tomando esta lectura en el voltímetro E1. c) Mida y anote en la tabla 41-1, la corriente de salida I2 y el voltaje de salida E2. d) Ajuste la resistencia de carga ZL a 1200 ohms. Cerciórese de que el voltaje de entrada se mantiene exactamente a 120V c-a. Mida y anote I1, I2 y E2. e) Repita el procedimiento (d) para cada valor indicado en la tabla 41-1. f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

Z L (Ω)

I 2 ( Ac . a )

E2 ( V c .a )

I 1 ( mA c . a )

∞

0

120

0.01

1200 600 400 300 240

0.08 0.19 0.28 0.37 0.43

119 118 117 115 110

0.12 0.22 0.31 0.41 0.50

Tabla 1

3) a) Calcule la regulación del transformador utilizando los voltajes de salida de vacío y a plena carga anotados en la tabla 3.1.

regulaciondel voltaje=

E NL−E FL ∗100 E FL

Donde 

E NL=Voltajeen el secundario sin carga ( V )



E FL=Voltaje en el secundario a plenacarga ( V )

regulaciondel voltaje ∞=

120−120 ∗100=0 120

regulaciondel voltaje 1200=

120−119 ∗100=0.84 119

regulaciondel voltaje 600=

120−118 ∗100=1.69 118

regulaciondel voltaje 400 =

120−117 ∗100=2.56 117

regulaciondel voltaje 300=

120−115 ∗100=4.35 115

regulaciondel voltaje 240=

120−110 ∗100=9.09 110

regulaciondel voltaje promedio=

120−116.5 ∗100=3 116.5

Z L (Ω)

de regulaciondel voltaje

∞

0

1200 600 400 300 240

0.84 1.69 2.56 4.35 9.09

b) ¿Son equivalentes el valor de VA del devanado primario y el del devanado secundario para cada valor de resistencia de carga indicado en la tabla 3?1? No esto se debe a las variaciones de carga resistiva que existe en el devanado secundario provocando que exista una caída de potencial. 4) a) Repita el procedimiento 2 utilizando módulos EMS 8321 de inductancia en un lugar de la carga de resistencia. b) Anote las mediciones obtenidas en la tabla 2. Z L(Ω)

I 2 ( Ac . a )

E2 ( V c .a )

I 1 ( Ac . a )

∞

0.005

112

0.01

1200 600 400 300 240

0.1 0.19 0.28 0.02 0.1

120 119 117 120 119

0.13 0.22 0.32 0.04 0.13

Tabla 2 5) a) Repita el procedimiento 2 utilizando el Módulo EMS 8331, de capacitancia, en su lugar de la carga de resistencia. b) Anote sus mediciones en la Tabla 3

Z L(Ω)

I 2 ( mA c. a )

E2 ( V c .a )

I 1 ( mA c . a )

∞

0.01

120

0.02

1200

0.1

121

0.08

600 400 300 240

0.21 0.32 0.38 0.45

128 130 131 135

0.19 0.3 0.39 0.5

Tabla 3 6) A continuación, trazará la curva de regulación del voltaje de salida E2 en función de la corriente de salida I2 para cada tipo de carga del transformador.

a) En la gráfica de la figura 41-3, marque los valores de E2 obtenidos para cada valor de I2 en la Tabla 41-1. b) Trace una curva continua que pase por los puntos marcados. Identifique esta curva como “carga resistiva”.

Carga Resistiva 122 120 118 116 114 112 110 108 106 104

0

1

2

3

4

5

6

7

c) Repita el procedimiento (a) para las cargas inductivas (Tabla 41-2) y la capacitiva (Tabla 41-3). En esta curva deberá escribir “carga inductiva” y “carga capacitiva”

Carga Inductiva 122 120 118 116 114 112 110 108

0

a

1

2

3

4

5

6

7

Curva de regulación de voltaje para una carga capacitiva.

Chart Title 140 135 130 125 120 115 110

0

1

2

3

4

5

6

7

Prueba de conocimientos 1

Explique por qué el voltaje de salida aumenta cuando se utiliza carga capacitiva. El capacitor almacena voltaje.

2

Un transformador tiene una impedancia muy baja (R y X pequeñas). a ¿Qué efecto tiene esto en la regulación? La regulación aumenta a medida que la impedancia baja.

b

¿Qué efecto tiene esto en la corriente de cortocircuito?

Si trabajamos con voltajes nominales la corriente se dispara y genera daños en el transformador 3

A veces los transformadores de gran tamaño no poseen propiedades óptimas de regulación. Se diseñan así, a propósito, para que se pueda usar con ellos interruptores de tamaño razonable. Explíquelo.

Debido a su grande dimensión existen inestabilidad en la regulación del voltaje en el cual para poder proteger este dispositivo se colocan interruptores contra corriente de cortocircuito en el cual según la norma son de 400 y 630 A. 4

¿Es aproximadamente igual el calentamiento de un transformador cuando la carga es resistiva, inductiva o capacitiva, para el mismo valor nominal de VA? ¿Por qué?

En cargas resistivas siempre va haber más calor puesto que hay más potencia disipada. Conclusiones Las gráficas vistas desde un punto teórico de capacitancia e inductancia deberían tener desde nuestro punto de vista un incremento lineal, no polinómica, esto se debe posiblemente a problemas con los equipos o fallas en el momento de la medición.