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• Jose Adan Palomino

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LABORATORIO N°6 RENDIMIENTO DEL TRANSFORMADOR

I.

OBJETIVOS´  Medir las pedidas en el cobre.  Determinación de los parámetros del circuito de un transformador monofásico para operación de frecuencia y tensión nominal.  Determinación del valor de la Ecc, el mismo que influirá en el reparto de la carga en la puesta en paralelo.

II.

MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS 

Transformador Monofásico

Características:    

alta tensión = 220 v baja tensión =120 v núcleo de hierro laminado bobinas de alambre de cobre esmaltado

 Autotransformador

CARACTERISTICAS MARCA

FANGRI BOBINA MOVIL RECTIFICADOR

CORRIENTE ALTERNA 0.05

CLASE

0-250

RANGO

CON

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

Multímetro Características:      



Voltímetro



Vatímetro monofásico

Precisión básica: 0.3% Tipo K de temperatura Retención de datos y retención de rango. Medición de capacitancia. Retención de pico. Alarma de conexión errónea de las puntas para la medición de corriente.

Amperímetro de hierro móvil

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III.

PARTE EXPERIMENTAL 1. PRUEBA EN CORTOCIRCUTIO a. Realizamos la conexión del amperímetro (A), el voltímetro y el vatímetro (w) en la bobina de 220 V y en la bobina de 120V lo ponemos en corto, para poder visualizar el valor de la corriente que pasa por dicho bobinado colocamos un amperímetro. Esquema a realizar:

Circuito armado en laboratorio:

Hallando la corriente nominal (𝐼𝑁 ) de cada bobina:  CALCULO DEL ÁREA TRANSVERSAL 𝐴 = 2𝑎 × 𝑏 × 𝑓. 𝑎. 𝐴 = 2 × 2.23 × 6.69 × 0.9 𝐴 = 26.85𝑐𝑚2

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELÉCTRICA  CALCULO DE LA POTENCIA 𝐴 = 𝐾√𝑃 26.86 = 1√𝑃 𝑃 = 720𝑤

Para cuestiones de cálculo asumimos una potencia de 720w

𝐼𝑁1 =

𝐼𝑁2 =

𝑃

𝑉𝑁1 𝑃

𝑉𝑁2

=

720 = 3.27 𝑎𝑚𝑝 220

=

720 = 6.54 𝑎𝑚𝑝 110

| Datos obtenidos en la prueba de cortocircuito V 23.33 21.58 19.31 17.5 15.28 14.11 11.98 10.65 8.88 6.53

I1 4.8 4.54 4 3.6 3.2 3 2.5 2.2 1.8 1.4

I2 9.92 9.15 8.15 7.28 6.43 5.91 5.01 4.43 3.69 2.7

P 110 95 70 65 50 45 32 30 25 10

2. PRUEBA CON CARGA Para dicha experiencia realizamos el armado del siguiente circuito

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Alimentamos al circuito con 220 v y variamos la carga R1, enseguida procedemos a tomar lecturas con los datos dados por los instrumentos

EN VACIO

CON CARGA

IV.

V1 220.7 219.9 220 220.1 220.2 220.3 220.4 220.5 220.6

I1

P1

1.5 1.1 1 0.95 0.85 0.6 0.31 0.04

120.5 110.5 102.5 95 67.5 37.5 10 3

V2 113.5 112.71 112.75 112.83 112.9 113.06 113.15 113.25 113.41

I2

P2

2.18 2.07 1.91 1.84 1.64 1.13 0.61 0.08

48 45 42 38 36 24 14 0

SECUENCIA DE CÁLCULOS Perdidas en el cobre a corriente nominal (PCU) Como la corriente nominal en el secundario es 6.43 A, entonces de la primera tabla obtenemos que:

PCU = 50 W NOTA: Si bien no llegamos a los valores nominales en la prueba del trasformador con carga, usaremos los máximos valores a los que llegamos en la experiencia con el fin de darnos una idea del valor aproximado del factor de corrección, rendimiento, eficiencia y factor de potencia.

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Calculando el factor de corrección; 𝑅% =

𝑅% =

𝐸0 − 𝐸𝐶𝐴𝑅𝐺𝐴 𝐸0

220.7 − 220.25 𝑥100 220.7 𝑅% = 0.41

Calculando del rendimiento 𝜂=

P1 120.5 110.5 102.5 95

𝑃2 𝑃1

P1 48 45 42 38

n 0.40 0.41 0.41 0.40

n=

0.40

Calculando el factor de potencia: cos 𝜙 =

𝑃 120.5 = 𝑉𝑁 × 𝐼𝑁 112.17 × 2.18 cos 𝜙 = 0.51

Calculando la eficiencia:

𝑐=√

𝑃𝐹𝐸 10 = √ = 0.44 𝑃𝐶𝑈 50

Entonces la eficiencia será: 𝑖=

cos 𝜙𝑥𝑉𝑁 𝑥𝐼𝑁 cos 𝜙𝑥𝑉𝑁 𝑥𝐼𝑁 + 𝑃𝐹𝐸 + 𝐶 𝑃𝐶𝑈

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𝑖=

0.51× 112.17 × 2.18 0.51× 112.17 × 2.18 + 10 + 0.44 × 50

𝑖 = 0.79

CUESTIONARIO 1. Graficar las curvas características de cortocircuito: P vs I; E vs I

P vs I1 45 40 35

P (watt)

V.

30 25 20 15

10 5 0 1

1.5

2

2.5

3

I1 (A)

3.5

4

4.5

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V vs I1 12

V (voltios)

10

8 6 4 2 1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

I1 (A) 2. ¿Por qué se usan métodos indirectos para probar la eficiencia de los transformadores, en especial para los de gran tamaño? Para determinar el rendimiento de un transformador de una madera rápida y directa podemos medir con un vatímetro la potencia del bobinado primario y de igual forma con otro vatímetro la potencia del bobinado secundario, de tal forma que el rendimiento del transformador vendrá determinado por el coeficiente que resulte entre estos dos valores Otra manera de calcular la eficiencia en un transformador es determinado el cociente de la potencia de salida y la potencia de entrada, sumándole las perdidas en el cobre y en el hierro 𝜂=

𝑃2 𝑃2 + 𝑃𝑐𝑢 + 𝑃𝑓𝑒

3. Explicar el comportamiento de los transformadores con diferentes cargas (R, L ,C)

Para cargas resistivas Al aplicarle carga resistiva al transformador, la intensidad (corriente) de la carga se encuentra en fase con el voltaje de utilización (V), a la circular corriente por los bobinados se produce la caída interna (ec) que esta adelantada en un ángulo “x” con respecto a la intensidad (corriente). Al representar gráficamente los vectores de estas magnitudes se obtiene:

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Para cargas capacitivas Cuando se aplica carga capacitiva a un transformador, la corriente (I) en la carga se adelanta 90º con respecto al voltaje. Esto quiere decir que la corriente se desfasa hacia adelante 90º con respecto al voltaje de utilización (V). Tomando en cuenta este desfase, se obtiene la caída interna (ec) del transformador (caída de voltaje). De esta manera la ecuación que da de la siguiente manera:

Para cargas inductivas Cuando a un transformador eléctrico se le aplica una carga inductiva, la corriente (intensidad) en la carga se desfasa (se atrasa) con respecto al voltaje de utilización. El ángulo de la corriente respecto al voltaje de utilización varía de acuerdo a las características del bobinado de la carga. Como la caída de voltaje interno y la caída de voltaje en la carga tienen el mismo origen, se puede asumir que los desfases son similares, por esta razón tienen la misma dirección.

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4. ¿Qué es el factor de corrección en los transformadores y que elementos lo ocasionan, explíquenlo? La corrección o mejora del factor de potencia de equipos eléctricos como transformadores se hace para reducir la energía eléctrica requerida y por lo tanto ahorrar electricidad. Todos los equipos eléctricos trabajan con un grado de eficiencia que puede ser pobre o excelente. La eficiencia de equipos eléctricos como transformadores y motores de inducción se indica por el término factor de potencia. En el mundo técnico, el factor de potencia se define como el ratio entre la potencia real y la potencia aparente. Factor de potencia = kW / KVA

VI.

CONCLUSIONES  Para hallar el rendimiento del transformador, primero es necesario encontrar los parámetros como el factor de corrección, factor de potencia. Con ello se obtuvo una eficiencia de 79% mostrando que el transformador usado en el laboratorio ha perdido su eficiencia con el tiempo transcurrido y el uso constante.  Con los anteriores ensayos realizados en el transformador, se pudo obtener los datos suficientes, para calcular el rendimiento y eficiencia que tiene el transformador en su estado actual, y con ello verificar si el transformador debería seguir en uso, o cambiarlo, ya que deja de ser tan eficiente.

VII.

REFERENCIAS    

Jiménez, J., (2004) Mantenimiento de máquinas eléctricas. España: McGrawHill/Interamericana. Chapman, S., (2012) Máquinas eléctricas. México: McGraw-Hill/Interamericana. http://patricioconcha.ubb.cl/transformadores/principi2.htm https://maquinaselectricasblog.wordpress.com/perdidas-en-un-transformador/

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  

https://www.electricaplicada.com/aumento-de-la-temperatura-rise-y-eficienciadel-transformador/ https://catedra.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/sispot/Libros%202007/libros/cme/v ol-05/1capit8/cm-08b.htm

https://www.researchgate.net/publication/220017397_Estimacion_y_cont rol_de_la_temperatura_de_devanado_en_transformadores_de_potencia http://todoproductividad.blogspot.com/2014/01/que-es-el-factor-de-correccionde.html https://www.electricaplicada.com/que-es-el-factor-de-potencia/,