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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS ESTATICAS Laboratorio N°1: El transformador trifásico

PROFESOR: Ing. Tarazona, Bernabé SECCION : B FECHA DE ENTREGA: 8 de Abril del 2013 GRUPO: N° 3 INTEGRANTES: Escate Terrones, David

20102025G

Gago Chávez, Joaquín

20104113K

Gamboa Palomino, Oscar

20100188F

Milla Beteta, Steven

20100224B

Lima – Perú 2013

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ÍNDICE

Objetivos

03

Fundamento Teórico

04

Materiales

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Procedimiento

18

Cuestionario

22

Conclusiones

21

Recomendaciones

22

Bibliografía

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Hoja de Datos

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OBJETIVOS



Realizar el ensayo de vacío y de cortocircuito en el transformador trifásico (3Ø) para determinar los parámetros del circuito equivalente del transformador.



Determinar las pérdidas en el hierro y en el cobre, que ocurren en el transformador.



Hallar el rendimiento del transformador.



Familiarización con el transformador trifásico, relacionado a las formas de conexión posibles y diferencias entre ellas.



Identificación de bornes homólogos (igual polaridad relativa).



Pronosticar el comportamiento del transformador trifásico bajo carga, utilizando el circuito equivalente.



Determinación de las características de regulación.

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FUNDAMENTO TEORICO EL TRANSFORMADOR TRIFASICO Actualmente casi todos los sistemas principales de generación y distribución de potencia en el mundo son trifásicos de CA. Para transformar la corriente alterna trifásica se puede hacer uso de tres transformadores monofásicos. En el sistema trifásico estos tres transformadores deben trabajar como una sola unidad. Es lógico preguntarse si no sería posible unir los tres transformadores monofásicos en un solo artefacto trifásico y con ello conseguir economía de material. Imaginémonos tres transformadores independientes. Uniéndolos en un solo transformador trifásico, dejamos sin modificación aquella parte de los núcleos que llevan los arrollamientos y unimos los demás lados de los tres núcleos en un camino magnético común. Tal sistema magnético puede ser comparado con la conexión en estrella de tres circuitos eléctricos.

Pero en el sistema trifásico con carga uniforme el conductor neutro resulta superfluo; prescindiendo de él, habremos conseguido economía de cobre. En el sistema magnético al conductor neutro corresponde el tronco central común. El flujo en el hierro del transformador puede ser considerado como directamente proporcional a la tensión y atrasado en fase con respecto a la misma en un ángulo casi igual a 90°. En consecuencia, las tres tensiones primarias deben dar lugar a

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tres flujos de igual amplitud desfasados entre sí 120°. La suma de estos tres flujos en el tronco común es igual a cero, lo que permite suprimirlo. El núcleo simétrico indicado en la figura no se presta a la fabricación y actualmente se lo reemplaza por el indicado en la siguiente figura:

Tanto los tres bobinados primarios como los tres secundarios se pueden conectar de cualquiera de las dos formas trifásicas conocidas: estrella o triángulo. Estas formas de conexión si bien en teoría se las conoce de la siguiente forma:

estrella

triángulo

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En la práctica para transformadores trifásicos las conexiones anteriores se hacen de la siguiente forma:

R

S

T

R

A1

B1

C1

A2

B2

C2

estrella

S A1

A2

T B1

C1

B2

C2

triángulo

El aspecto de un transformador trifásico en aire sería el siguiente:

núcleo bobinado

perfil para sujetar el núcleo

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La mayor parte de los transformadores trifásicos son de media y de alta tensión por lo tanto los bobinados no se pueden ejecutar en aire porque no tienen suficiente aislación, por esa razón se los construye inmersos en aceite aislante. El aceite aislante es un aceite mineral que posee una rigidez dieléctrica muy superior a la del aire. tanque de expansión

nivel de aceite relé buchholz

aisladores

radiadores

vaso de silicagel

Tº

canilla para drenaje

Constitución

Al tratar del transformador trifásico suponemos que sus devanados, tanto de alta como de baja tensión, se hallan conectados en estrella. Según la aplicación a que se destine un transformador, deben considerarse las posibilidades de establecer otras conexiones distintas, las cuales ofrecen sobre todo especial interés desde el punto de vista del acoplamiento en paralelo con otros transformadores.

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Grupos de conexión Las combinaciones básicas que han de ser tenidas en cuenta por lo que se refiere a sus particularidades para los acoplamientos en paralelo, forman esencialmente cuatro grupos. Cada grupo se caracteriza en particular por el desfase que el método de conexión introduce entre las f.e.m. primarias y las homólogas

Símbolo

Conexionado

Nº Grupo Primario

Secundario

Primario

Secundario

Dd0

0

Yy0

Dz0

Dy5

5

Yd5

Yz5

6

Dd6

secundarias.

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Yy6

Dz6

Dy11

11 Yd11

Yz11

En la tabla se detallan los grupos de conexiones normalizados para transformadores de potencia trifásicos. Debe tenerse en cuenta que el esquema de conexionado es válido solamente en el caso que los devanados tengan el mismo sentido de arrollamiento. Ensayos de transformadores trifásicos Hay pocas diferencias entre los transformadores trifásicos y monofásicos, en lo que respecta a los ensayos a realizar. Por lo pronto, las especificaciones sobre temperatura, aislación, etc., no pueden ser diferentes, pues las normas no hacen distingos sobre el número de fases. Para las caídas de tensión y regulación, también pueden estudiarse como si se tratara de uno monofásico, con solo considerar separadamente cada fase. Ya sabemos cómo se combinan los resultados para hacer un diagrama unico,

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trifásico. De modo que la característica de carga o externa, que da la tensión en los bornes secundarios al variar la carga, se tomara para una fase, pues es igual prácticamente, para las otras. Para determinar el rendimiento aparece la primera diferencia de consideración. En efecto, las perdidas en el hierro son distintas para las tres fases, cuando el núcleo es asimétrico, lo que es común. Y como para calcular el rendimiento había que medir las perdidas en el hierro y en el cobre, ya vemos que habrá alguna diferencia con respecto a los monofásicos. Por lo cual se realizaran los ensayos en vacío y cortocircuito.

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Ensayo de vacío Se utiliza para encontrar las perdidas en el hierro en un transformador, pero en la forma indicada en la siguiente figura.

Se conectan 2 vatimetros monofásicos o uno trifásico, según el conocido método de medición de potencia total trifásica, un voltímetro para verificar la tensión normal, y, opcionalmente, amperímetros para poder determinar la corriente de vacío, y con ella, el ángulo de fase en vacío. Si el vatimetro es trifásico dará directamente en su escala la potencia total absorbida por el transformador, pero si se trata de dos monofásicos, hay que tener cuidado con un detalle que recordaremos. En el método de medida de los dos vatimetros, según se estudio en electricidad, se sumaban las indicaciones cuando el desfasaje entre la corriente y la tensión era menor de 60º, pues si ese ángulo era superado, había que retar ambas lectura. En un transformador en vacío, es seguro que el angula de desfasaje supera los 60º, por lo cual hay que tener presente esta circunstancia, restando las lecturas de ambos instrumentos. Finalmente, la potencia total de vacío representa las perdidas en el hierro de todo el transformador, y el ángulo de desfasaje de la corriente de vacío será:

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√ Debiendo tenerse presente que el ángulo cuyo coseno da la ultima formula, no es el que corresponde a una fase particular, sino que a un intermedio entre las tres fases, ya sabemos que son distintos. Para tener el valor exacto de cada uno, habría que conectar tres juegos de instrumentos, uno en cada fase, y calcular el angulo por el método de medida que se conoce y que se vio en la sección correspondiente a los monofásicos. Ensayo de corto circuito Se utiliza para determinar las perdidas en el cobre, pero en este caso no es menester medir las pérdidas en las tres fases, pues como son iguales en todas, basta medir en una fase y multiplicar por tres. Se emplea el esquema que se muestra en la siguiente figura.

Tal como se vio en ensayo para transformadores monofásicos, hay que aplicar al primario una tensión reducida, que se gradúa de manera de tener en el secundario la carga normal, acusada por el amperímetro. El vatimetro indica la potencia que absorbe una fase del transformador con secundario en cortocircuito. Las pérdidas totales en el cobre se calculan multiplicando esa lectura por tres.

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Y una vez que conocemos las pérdidas totales en el hierro y en el cobre de nuestro transformador trifásico, para determinar el rendimiento no hay más que conocer la potencia normal secundaria y aplicar la siguiente formula n = W 2 / (W 2 + Pf + Pc) Donde W 2 es la potencia total trifásica para el secundario, en watt. Pf son las pérdidas totales en el hierro Pc pérdidas totales en el cobre Para tener el rendimiento en porcentaje, vasta multiplicar el resultado por 100.

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MATERIALES  Multímetro digital

 Cables de conexión

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 Pinza amperimétrica

 3 Condensadores de 20 uF

 Vatímetro trifásico

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 Motor monofásico

 PANEL DE LAMPARAS INCANDESCENTES

 Cosfímetro trifásico

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 Motor trifásico de 380 V

 Transformador trifásico de 3 KVA, 220/380 V  Autotransformador trifásico variable de 5 KVA

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PROCEDIMIENTO Previamente se obtendrán los datos del transformador trifásico a estudiar. Mediremos con anticipación las resistencias de los bobinados tanto como de alta y baja tensión.

Relación de transformación: 1.- Se conectara el autotransformador con el voltaje de salida al 100 % al lado de baja tensión del transformador.

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2.- Disminuiremos gradualmente la salida del autotransformador para que de esta manera, obtendremos 5 puntos de relación de transformación en el transformador trifásico. 3.- Con el multímetro se medirá los voltajes de entrada y de salida en cada fase del transformador.

Prueba de vacío: 1.- Se armara el circuito que se muestra en el esquema.

2.- Se conectara el lado de baja 220V a la salida del autotransformador y los bornes de 380V se dejaran abiertos. 3.- Se instalara el vatímetro así como el cosfimetro trifásico en el lado de baja del transformador para de esta manera obtener el factor de potencia.

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4.- Con la pinza amperimetrica medir cada una de las corrientes de línea en el lado de baja tensión. 5.- Medir con el multímetro los voltajes de línea en lado de baja y alta tensión. 6.- Regularemos el voltaje de salida del autotransformador y de esta manera obtener 5 puntos de prueba. Prueba de Cortocircuito

1.- Se tendrá en cuenta el circuito del siguiente esquema.

2.- Se conectara la salida del autotransformador a los bornes de alta tensión (380V) del transformador y se cortocircuitara los bornes de baja tensión. 3.- Instalar el cosfimetro trifásico en el lado de alta del transformador para medir el factor de potencia. 4.- Instalar el vatímetro trifásico en el lado de alta para de esta manera obtener las pérdidas totales en el cobre. 5.- Medir con la pinza amperimetrica las corrientes de línea en cada una de las fases de alta (380V) 6.- Disminuir gradualmente la salida del autotransformador y obtener múltiple puntos de prueba.

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Prueba con carga 1.-Del siguiente esquema

Se instalara las siguientes cargas: -

Tres focos conectados en delta

-

Motor trifásico

-

Condensadores en delta

2.-Para cada caso se medirán el voltaje de fase en los bornes de la carga tanto como las corrientes de línea.

3.-Con el cosfimetro y vatímetros instalados se anotara el valor del factor de potencia y potencia activa de la carga.

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CUESTIONARIO Prueba de vacío y cortocircuito:

1. Realizar el esquema de conexiones para realizar la prueba de Circuito Abierto en un transformador, que condiciones son validas para realizar la prueba de vacío

Al aplicar al primario las tensiones nominales, los vatímetros indicarán las pérdidas en el hierro por fase. Las pérdidas totales serán: PFe = W 1 + W 2 + W 3. El ensayo en vacío permite hallar la relación de transformación por fase o simple ms, como cociente entre las lecturas del voltímetro V1 y V2:

En los sistemas trifásicos habrá que diferenciar la relación de tensiones simples ms (por fase) de la compuesta mc (entre fases).

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2. Realizar el esquema de conexiones para realizar la prueba de Cortocircuito en un transformador, que condiciones son validas para realizar la prueba de Cortocircuito.

Dado que las tres resistencias del devanado primario son iguales, así como las del secundario, para averiguar las pérdidas en el cobre del transformador será suficiente aplicar la tensión de cortocircuito a un devanado y conectar el otro en cortocircuito. La lectura del vatímetro W1 indicará las pérdidas por fase; las pérdidas totales en el cobre serán: PCu = 3 · W1.

También pueden determinarse las pérdidas en el cobre, con dos vatímetros, utilizando la conexión Aaron: PCu = W1 + W2.

Para realizar el ensayo en cortocircuito, es necesario disponer de una fuente de c.a. trifásica de tensión regulable.

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3. Determinar los parámetros que representan el transformador real, las pérdidas en el mismo y la eficiencia del transformador trifásico.

voltajes

corrientes

potencia

(v)

(A)

hierro(W)

w1

205.000

0.824

292.569

450

190.000

0.525

172.767

150

162.000

0.296

83.053

100

153.000

0.201

53.264

20

124.000

0.145

31.141

;

W2=3W1

w1 (W)

W2(W)

450

1350

150

450

100

300

20

60

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N(eficiencia %) 82.19 72.26 78.32 52.97

4. Del ensayo de vacío trazar las curvas del factor de potencia Cos θ (%); Potencia consumida P0 (W) y corriente en vacío I0 (A) en función de la tensión de alimentación.

cos (O)

voltaje vs cos(ө) 1.000 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 0.000

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

voltaje primario

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Corriente

voltaje vs corriente 0.900 0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 0.000

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

200.000

250.000

voltaje primario

voltaje vs potencia 350.000 300.000 Potencia

250.000 200.000 150.000 100.000 50.000 0.000 0.000

50.000

100.000

150.000

voltaje primario

5. Del ensayo de cortocircuito graficar a partir de las lecturas la potencia consumida PCC (W), la tensión de la impedancia VCC (V) como funciones de la corriente de cortocircuito ICC (A)

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potencia

corriente vs potencia 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0

5

10

15

20

15

20

corriente cc

voltaje cc

corriente vs voltaje 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

5

10 corriente cc

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6. Calcular la regulación de tensión para una carga nominal con Cos θ = 0.91 inductivo. Asímismo calcular la eficiencia del transformador para estas condiciones:

voltajes

corrientes

potencia

(v)

(A)

hierro(W)

w1

cos θ

n(%)

205.000

0.824

292.569

450

0.910

80.7655435

190.000

0.525

172.767

150

0.910

70.3285606

162.000

0.296

83.053

100

0.910

76.6740076

153.000

0.201

53.264

20

0.910

50.6192064

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CONCLUSIONES 

La eficiencia y regulación del transformador tienden a disminuir a medida que nos alejamos de los valores nominales, siendo la eficiencia máxima registrada de 82.19% y regulación máxima registrada de 80.76% a un valor de tensión en el primario de 208 V.



Se completó la familiarización con el transformador trifásico, relacionado a las formas de conexión posibles y diferencias entre ellas.

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RECOMENDACIONES 

Se recomienda conectar con mucho cuidado el motor monofásico, ya que una mala conexión podría dañar el mismo. A su vez al momento del encendido del motor, sujetarlo fuertemente para que no salte y perjudique las conexiones hechas.



Seguir las especificaciones indicadas en el vatímetro y cosfímetro para su adecuado funcionamiento.



Verificar el buen estado de los cables de conexión para evitar interrupciones en el desarrollo del laboratorio.

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BIBLIOGRAFIA 

Máquinas Eléctricas. Fitzgerald, A. E. 2005



Máquinas Eléctricas. Jesus Fraile Mora. 2008

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HOJA DE DATOS

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