Diseño y construcción de un banco de pruebas para...
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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
SEDE – GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍAS
CARRERA: INGENIERÍA ELÉCTRICA
TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE: INGENIERO
ELÉCTRICO
MENCIÓN EN SISTEMAS DE POTENCIA Y DISEÑO DE MAQUINARIAS
TEMA: “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DE PRUEBAS PARA
TRANSFORMADORES”
AUTORES
WILLIAM HERNÁN CASTRO CARRIEL
FABIÁN ORLANDO RODRÍGUEZ MANCERA
DIRECTOR: ING. OTTO ASTUDILLO ASTUDILLO MAE.
GUAYAQUIL, MARZO DEL 2015
II
DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD
Nosotros William Hernán Castro Carriel y Fabián Orlando Rodríguez Mancera
autorizamos a la Universidad Politécnica Salesiana la publicación total o parcial de
este trabajo de grado y su reproducción sin fines de lucro.
Además declaramos que los conceptos desarrollados, análisis realizados y las
conclusiones del presente trabajo son de exclusiva responsabilidad de los autores.
Guayaquil, marzo de 2015.
(f)_______________________ (f) _______________________
William Hernán Castro Carriel Fabián Orlando Rodríguez Mancera
III
CERTIFICADO
Certifico que el presente trabajo fue realizado en su totalidad por los estudiantes
William Hernán Castro Carriel y Fabián Orlando Rodríguez Mancera,
Guayaquil, marzo del 2015
Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
IV
DEDICATORIA
A mis padres Francisco y Enith, la mayor fuente de motivación de toda mi
existencia. Sin ustedes, definitivamente no existiría esta tesis ni nada de lo que he
logrado en esta vida. Gracias Siempre.
A mis hermanos Wisner, Jaime, Edison y Carlos, como muestra de que todo es
posible lograr en esta vida.
A mi maravilloso país Ecuador, cada día agradezco más a Dios por haberme
permitido nacer en este hermoso paraíso natural.
William Hernán Castro Carriel
V
DEDICATORIA
Dedico este Proyecto de tesis a mi madre Cecilia Mancera y mi padre José Rodríguez
quienes han confiado en cada una de las decisiones que he tomado en mi vida y me
han dado su respaldo incondicional.
A mis tías y tíos que siempre ha estado pendiente de mis proyectos y metas, en
especial a mi madrina Martha Mancera.
A mis hermanos Néstor, Myrna y Danilo.
A las nuevas generaciones de ingenieros que sabrán sacarle el mayor provecho al
esfuerzo plasmado en este proyecto de tesis
Fabián Orlando Rodríguez Mancera
VI
AGRADECIMIENTO
Al terminar la presente tesis deseo dejar expresado en estas letras mis profundos
agradecimientos a:
A DIOS en primer lugar, por permitirme vivir y aprender cada día.
A mis padres Francisco Castro y Enith Carriel, por la confianza y la supermotivación
brindada día a día. A ustedes, infinitas gracias.
Al director de la presente tesis por sus grandes ideas y sobre todo por su ayuda.
A todas las personas que de alguna forma nos brindaron su ayuda cuando lo
necesitábamos y que no hemos alcanzado a nombrar en esta tesis.
William Hernán Castro Carriel
VII
AGRADECIMIENTO
A Dios.
A mi madre Cecilia Mancera, pilar y fuente de motivación en mi vida.
A mi padre José Rodríguez por sus sabios consejos y su ejemplo de paciencia y
perseverancia.
A todos los ingenieros docentes de la UPS en especial al Ing. Otto Astudillo tutor de
este proyecto de tesis.
A mis compañeros de aula, amigos y a Damna Lozada por su respaldo para
conseguir esta meta.
Fabián Orlando Rodríguez Mancera
VIII
ÍNDICE GENERAL
Contenido
Introducción ........................................................................................................................................... 1
CAPÍTULO I .......................................................................................................................................... 2
1.DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................................................. 2
1.1. Justificación ............................................................................................................................ 2
1.2. Delimitación ........................................................................................................................... 3
1.3. Beneficiarios ........................................................................................................................... 3
1.4. Objetivos ................................................................................................................................ 3
1.4.1. Objetivo General ................................................................................................ 3
1.4.2. Objetivos Específicos .......................................................................................... 3
CAPÍTULO II ........................................................................................................................................ 4
2. MARCO DE REFERENCIA DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................ 4
2.1. Marco Teórico ........................................................................................................................ 4
2.1.1. Principio de funcionamiento de un transformador, referencia práctica 1 ........ 4
2.1.2. El campo magnético ........................................................................................... 5
2.1.3. Transformadores en la actualidad ..................................................................... 5
2.1.4. Ley de Faraday ................................................................................................... 6
2.1.5. Construcción del transformador, referencia práctica 1 ..................................... 7
2.1.6. Transformador ideal........................................................................................... 7
2.1.7. Relación de transformador ideal, referencia práctica 1 .................................... 8
2.1.8. Circuito equivalente de un transformador ........................................................ 9
2.1.9. Pruebas de un transformador, referencia práctica 4 ....................................... 10
2.1.10. Modelo real de un transformador ................................................................. 12
2.1.11. Enfriamiento de transformadores ................................................................. 19
2.1.12. Transformadores para instrumentos ............................................................. 19
2.1.13. Eficiencia del transformador .......................................................................... 20
2.1.14. Eficiencia máxima de un transformador ........................................................ 21
2.1.15. Rendimiento del transformador .................................................................... 22
2.1.16. Autotransformadores .................................................................................... 22
2.1.17. Diagrama fasorial ........................................................................................... 22
CAPÍTULO III ..................................................................................................................................... 25
3. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN............................................................................................... 25
3.1. Diseño ................................................................................................................................... 25
3.2. Construcción ......................................................................................................................... 29
3.3. Ensamblaje ........................................................................................................................... 30
IX
3.4. Cableado ............................................................................................................................... 30
3.5. Elementos del banco ............................................................................................................. 32
3.5.1. Barra de alimentación ...................................................................................... 32
3.5.2. Variac 3PH 0-240V/12A/3KVA ......................................................................... 32
3.5.3. Analizador de red ............................................................................................. 32
3.5.4. Barra de Tierra ................................................................................................. 32
3.5.5. Barra de Conexión Trifásica con Neutro 480V/10A Max ................................. 32
3.5.6. Barra de Interconexión 0-380V, 5A Max. ......................................................... 32
3.5.7. Conjunto de medidor de parámetros .............................................................. 33
3.5.8. Banco de transformadores monofásicos ......................................................... 33
3.5.9. Barras de carga................................................................................................. 33
3.5.10. Osciloscopio ................................................................................................... 33
CAPÍTULO IV ..................................................................................................................................... 34
4. PRÁCTICAS ............................................................................................................................... 34
4.1. PRÁCTICA #1 ..................................................................................................................... 34
4.1.1. DATOS INFORMATIVOS .................................................................................... 34
4.1.2. DATOS DE LA PRÁCTICA ................................................................................... 34
4.2 PRÁCTICA #2 ...................................................................................................................... 37
4.2.1 DATOS INFORMATIVOS .............................................................................. 37
4.2.2 DATOS DE LA PRÁCTICA ............................................................................ 37
4.3 PRÁCTICA #3 ...................................................................................................................... 49
4.3.1 DATOS INFORMATIVOS .............................................................................. 49
4.3.2 DATOS DE LA PRÁCTICA ........................................................................... 49
4.4 PRÁCTICA #4 ...................................................................................................................... 58
4.4.1 DATOS INFORMATIVOS .............................................................................. 58
4.4.2. DATOS DE LA PRÁCTICA ........................................................................... 58
4.5 PRÁCTICA #5 ...................................................................................................................... 67
4.5.1 DATOS INFORMATIVOS .............................................................................. 67
4.5.2 DATOS DE LA PRÁCTICA ............................................................................ 67
4.6 PRÁCTICA #6 ...................................................................................................................... 75
4.6.1 DATOS INFORMATIVOS .............................................................................. 75
4.6.2 DATOS DE LA PRÁCTICA ............................................................................ 75
4.7 PRÁCTICA #7 ...................................................................................................................... 82
4.7.1 DATOS INFORMATIVOS .............................................................................. 82
4.7.2 DATOS DE LA PRÁCTICA ............................................................................ 82
4.8 PRÁCTICA #8 ...................................................................................................................... 87
X
4.8.1 DATOS INFORMATIVOS .............................................................................. 87
4.8.2 DATOS DE LA PRÁCTICA ............................................................................ 87
4.9 PRÁCTICA #9 ...................................................................................................................... 92
4.9.1 DATOS INFORMATIVOS .............................................................................. 92
4.9.2 DATOS DE LA PRÁCTICA ............................................................................ 92
4.10 PRÁCTICA #10 .................................................................................................................. 97
4.10.1 DATOS INFORMATIVOS ............................................................................ 97
4.10.2 DATOS DE LA PRÁCTICA .......................................................................... 97
4.11 PRÁCTICA #11 ................................................................................................................ 104
4.11.1 DATOS INFORMATIVOS .......................................................................... 104
4.11.2 DATOS DE LA PRÁCTICA ........................................................................ 104
4.12 PRÁCTICA #12 ................................................................................................................ 111
4.12.1 DATOS INFORMATIVOS .......................................................................... 111
4.12.2 DATOS DE LA PRÁCTICA ........................................................................ 111
4.13 PRÁCTICA #13 ................................................................................................................ 118
4.13.1 DATOS INFORMATIVOS .......................................................................... 118
4.13.2 DATOS DE LA PRÁCTICA ........................................................................ 118
4.14.1 DATOS INFORMATIVOS .......................................................................... 125
4.14.2 DATOS DE LA PRÁCTICA ........................................................................ 125
4.15 PRÁCTICA #15 ................................................................................................................ 132
4.15.1 DATOS INFORMATIVOS .......................................................................... 132
4.15.2 DATOS DE LA PRÁCTICA ........................................................................ 132
4.16 PRÁCTICA #16 ................................................................................................................ 139
4.16.1 DATOS INFORMATIVOS .......................................................................... 139
4.16.2 DATOS DE LA PRÁCTICA ........................................................................ 139
4.17 PRÁCTICA #17 ................................................................................................................ 146
4.17.1 DATOS INFORMATIVOS .......................................................................... 146
4.17.2 DATOS DE LA PRÁCTICA ........................................................................ 146
4.18 PRÁCTICA #18 ................................................................................................................ 152
4.18.1 DATOS INFORMATIVOS .......................................................................... 152
4.18.2 DATOS DE LA PRÁCTICA ........................................................................ 152
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................................. 158
Conclusiones ...................................................................................................................................... 158
Recomendaciones ............................................................................................................................... 159
BIBLIOGRAFIA................................................................................................................................ 160
ANEXOS…………………………………………………………………………………………….161
XI
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1 Transformador de núcleo de aire acoplado inductivamente ................... 4
Ilustración 2 Esquema para prueba de circuito abierto .............................................. 11
Ilustración 3 Esquema para prueba de corto circuito ................................................. 11
Ilustración 4 Modelo real de un transformador .......................................................... 12
Ilustración 5 Conexión en paralelo y en serie de devanados de transformador de igual
voltaje ......................................................................................................................... 13
Ilustración 6 Transformadores monofásicos idénticos mostrando las identificaciones
de polaridad ................................................................................................................ 14
Ilustración 7 Conexión delta – delta de transformadores ........................................... 15
Ilustración 8 Conexión estrella – estrella de transformadores ................................... 16
Ilustración 9 Conexión delta-estrella de transformadores .......................................... 17
Ilustración 10 Conexión estrella-delta de transformadores ........................................ 18
Ilustración 11 Diagrama fasorial sin carga................................................................. 23
Ilustración 12 Circuito equivalente aproximado con el primario referido al
secundario .................................................................................................................. 23
Ilustración 13 Diagrama fasorial del circuito equivalente con el primario referido al
secundario .................................................................................................................. 24
Ilustración 14 Vistas de bocetos ................................................................................. 25
Ilustración 15 Ubicación de bocetos .......................................................................... 25
Ilustración 16 Vista frontal de bosquejo de tablero ................................................... 26
Ilustración 17 Montaje de bosquejo en mesa base ..................................................... 26
Ilustración 18 Impresión de borrador en tamaño real ............................................... 27
Ilustración 19 Diseño en CAD de la parte frontal del módulo ................................... 27
Ilustración 20 Vista del Banco de Transformadores .................................................. 28
Ilustración 21 Vista de parte frontal del banco .......................................................... 28
Ilustración 22 Referencia de elementos del banco de pruebas .................................. 31
Ilustración 23 Prueba Nº 1: principio de funcionamiento de un transformador......... 41
Ilustración 24 Prueba Nº 2: Prueba a vacío, medición de tensiones .......................... 43
Ilustración 25 Prueba Nº 3: Prueba con carga ............................................................ 44
Ilustración 26 Prueba Nº 1: Transformador de distribución con carga balanceada ... 52
Ilustración 27 Prueba Nº 2: Transformador de distribución con carga desbalanceada
.................................................................................................................................... 53
XII
Ilustración 28 Prueba Nº 1: Prueba de polaridad ....................................................... 61
Ilustración 29 Prueba N° 2: Prueba de circuito abierto .............................................. 62
Ilustración 30Prueba N° 3: Prueba de corto circuito .................................................. 63
Ilustración 31 Modelo real completo del transformador ............................................ 65
Ilustración 32 Modelo real simplificado del transformador ....................................... 66
Ilustración 33 Práctica #5 diagrama de conexiones ................................................... 70
Ilustración 34 Diagrama de conexiones para prueba N°1 .......................................... 78
Ilustración 35 Diagrama de conexiones serie-paralelo / transformador monofásico . 85
Ilustración 36 Diagrama de conexiones de auto-transformador monofásico ............. 90
Ilustración 37 Diagrama de conexiones de los transformadores de potencial ........... 95
Ilustración 38 Diagrama de conexión de un transformador de corriente ................... 96
Ilustración 39 Diagrama de conexiones estrella-estrella .......................................... 100
Ilustración 40 Diagrama de conexiones estrella-delta. ............................................ 107
Ilustración 41 Diagrama de conexiones delta-delta ................................................. 114
Ilustración 42 Conexión delta-estrella ..................................................................... 121
Ilustración 43 Conexión delta abierto – delta abierto ............................................. 128
Ilustración 44 Conexión estrella abierto – delta abierto........................................... 135
Ilustración 45 Conexión estrella – estrella en paralelo delta - delta ........................ 142
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Referencia práctica 2 ..................................................................................... 42
Tabla 2 Medición de tensiones ................................................................................... 45
Tabla 3 Medición de tensiones ................................................................................... 46
Tabla 4 Prueba con carga ........................................................................................... 47
Tabla 5 Prueba con carga valores nominales ............................................................. 48
Tabla 6 Valores de tensiones y corrientes carga balanceada ..................................... 54
Tabla 7 Valores de potencia. Carga balanceada ......................................................... 55
Tabla 8 Valores de tensiones y corrientes. Carga desbalanceada ............................. 56
Tabla 9 Valores de potencia. Carga balanceada ......................................................... 57
Tabla 10 Valores de prueba de polaridad ................................................................... 61
Tabla 11 Valores en el lado de baja tensión ............................................................... 62
Tabla 12 Valores visto desde alta tensión .................................................................. 63
Tabla 13 Valores prueba de circuito abierto y corto circuito ..................................... 64
XIII
Tabla 14 Valores de impedancia del transformador .................................................. 65
Tabla 15 Valores de impedancias del transformador ................................................. 66
Tabla 16 Valores nominales del transformador ........................................................ 71
Tabla 17 Valores vistos desde 120V .......................................................................... 72
Tabla 18 Valores vistos desde 240V .......................................................................... 73
Tabla 19 Valores vistos desde 500V .......................................................................... 74
Tabla 20 Valores nominales de transformación ......................................................... 79
Tabla 21 Valores obtenidos con carga resistiva ......................................................... 80
Tabla 22 Valores obtenidos con carga inductiva. ...................................................... 81
Tabla 23 Valores obtenidos de la conexión serie-paralelo........................................ 86
Tabla 24 Valores nominales del auto-transformador ................................................. 91
Tabla 25 Valores obtenidos de la conexión autotransformador ................................. 91
Tabla 26 Valores obtenidos de un transformador de potencia ................................... 95
Tabla 27 Valores obtenidos de un transformador de corriente .................................. 96
Tabla 28 Valores de voltaje de baja y alta tensión ................................................... 101
Tabla 29 Valores promedio de tensión y corriente .................................................. 102
Tabla 30 Análisis de potencias ................................................................................. 103
Tabla 31 Valores nominales del banco trifásico ...................................................... 103
Tabla 32 Valores de tensiones, corrientes, potencias y factor de potencia .............. 108
Tabla 33 Valores promedio de tensión y corriente .................................................. 109
Tabla 34 Análisis de potencias ................................................................................. 110
Tabla 35 Valores nominales del banco trifásico delta-delta .................................... 110
Tabla 36 Valores de tensión, corriente, potencias y factor de potencia. .................. 115
Tabla 37 Valores promedio de tensión y corriente .................................................. 116
Tabla 38 Análisis de potencias ................................................................................. 117
Tabla 39 Valores nominales del banco trifásico delta-delta .................................... 117
Tabla 40 Valores de tensiones, corrientes, potencias y factor de potencia .............. 122
Tabla 41 Valores promedio de tensión y corriente .................................................. 123
Tabla 42 Análisis de potencias ................................................................................. 124
Tabla 43 Valores nominales del banco trifásico ...................................................... 124
Tabla 44 Valores de tensiones, corrientes, potencias y factor de potencia .............. 129
Tabla 45 Valores promedio de tensión y corriente .................................................. 130
Tabla 46 Análisis de potencias ................................................................................. 131
Tabla 47 Valores nominales del banco trifásico delta abierto- delta abierto .......... 131
XIV
Tabla 48 Valores de tensiones, corrientes, potencias y factor de potencia .............. 136
Tabla 49 Valores promedio de tensión y corriente .................................................. 137
Tabla 50 Análisis de potencias ................................................................................. 138
Tabla 51 Valores nominales del banco trifásico estrella abierto - delta abierto ..... 138
Tabla 52 Valores de tensiones, corrientes, potencias y factor de potencia .............. 143
Tabla 53 Valores promedio de tensión y corriente .................................................. 144
Tabla 54 Análisis de potencias ................................................................................. 145
Tabla 55 Valores nominales del banco trifásico estrella – estrella en paralelo con
triángulo-triángulo.................................................................................................... 145
Tabla 56 Valores de tensiones, corrientes, potencias y factor de potencia .............. 149
Tabla 57 Valores promedio de tensión y corriente .................................................. 150
Tabla 58 Análisis de potencias ................................................................................. 151
Tabla 59 Valores nominales del banco trifásico estrella-delta en paralelo con delta
estrella. ..................................................................................................................... 151
Tabla 60 Valores de tensiones, corrientes, potencias y factor de potencia .............. 155
Tabla 61 Valores promedio de tensión y corriente .................................................. 156
Tabla 62 Análisis de potencias ................................................................................. 157
Tabla 63 Valores nominales de un auto-transformador ........................................... 157
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ecuación 1 Ley de Faraday .......................................................................................... 6
Ecuación 2 Ley de Faraday (2) .................................................................................... 6
Ecuación 3 Relación de transformación ....................................................................... 8
Ecuación 4 Relación de transformación despejada ...................................................... 9
Ecuación 5 Impedancia en el primario ......................................................................... 9
Ecuación 6 Voltaje en el primario .............................................................................. 10
Ecuación 7 Corriente en el primario .......................................................................... 10
Ecuación 8 Pérdidas en el cobre................................................................................. 10
Ecuación 9 Pérdidas en el núcleo ............................................................................... 21
Ecuación 10 Pérdidas en el cobre............................................................................... 21
Ecuación 11 Corriente de la carga ............................................................................. 21
Ecuación 12 Rendimiento del transformador ............................................................. 22
Ecuación 13 Suma fasorial ......................................................................................... 23
XV
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1 Especificaciones técnicas, analizador de red SELEC MFM384 ............... 161
Anexo 2 Instructivo de operación, analizador de red SELEC MFM384 (1) ........... 162
Anexo 3 Instructivo de operación, analizador de red SELEC MFM384 (2) ........... 163
Anexo 4 Instructivo de operación, analizador de red SELEC MFM384 (3) ........... 164
XVI
RESUMEN
El presente tema de tesis se resume en el diseño y construcción de un banco de
pruebas y conexiones para transformadores monofásicos, utilizando múltiples
dispositivos eléctricos, electrónicos y demás componentes afines.
Este banco de pruebas está destinado para su uso en el laboratorio de
transformadores de la Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil y se realizó
un manual de prácticas para la preparación de los estudiantes de las carreras de
Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Electrónica en la asignatura de Máquinas Eléctricas
1. Aportando a la asesoría y apoyo tecnológico de la institución.
Como se mencionó en el párrafo anterior, dentro de la construcción del banco se
adicionan las prácticas con la información respectiva para la preparación anticipada
de las prácticas.
PALABRAS CLAVE: Módulo, banco de pruebas, transformador, prácticas,
analizador de red eléctrica, valores teóricos, porcentaje de error.
XVII
ABSTRACT
The present thesis topic is summarized in the design and building a test bench for
connections with single-phase transformers, using multiple electrical, electronic and
other related components.
This bench is intended for use in the laboratory of transformers of the Polytechnic
Salesian University of Guayaquil and a practice manual was conducted to prepare
students for the career of Electrical and Electronic Engineering in the subject of
Electrical Machines 1. Improving the assessment and technological support.
As already mentioned in the previous paragraph within library construction practices
are added to the respective information for learning for teachers and students in
technical careers.
KEYWORDS: Module, test bench, transformer, practices, power meter, theoretical
values, percentage of error.
1
Introducción
En la formación profesional de los estudiantes de Ingeniería Eléctrica y Electrónica es
necesaria una enseñanza teórico-práctica para obtener una formación integral de estas
carreras dentro del pensum ofrecido por parte de la Universidad.
En los actuales momentos, la Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil ha
instruido eficientemente a los estudiantes para aportar con esta tesis de manera práctica a
las carreras técnicas, de esta manera el estudiante tendrá la oportunidad de conocer y que
utilice de manera más directa diferentes equipos eléctricos y tecnología actual que se
manejan en diferentes industrias, preparándolo para cualquier puesto de trabajo que esté
relacionado con los mismos.
Éste proyecto de tesis fue diseñado en base a la necesidad presentada en la asignatura de
Máquinas Eléctricas I, en la que se desarrolla el estudio del transformador eléctrico,
principio de funcionamiento, pruebas y las diferentes conexiones que se pueden realizar
con el mismo.
En el capítulo 4 se detallan las distintas prácticas que se pueden realizar con este módulo
pruebas, se detallan las conexiones y las tablas para completar con la información
obtenida.
2
CAPÍTULO I
1. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
1.1. Justificación
A medida que el país se ve inmerso en un progresivo desarrollo industrial, se vuelve
cada vez más importante contar con profesionales capacitados tanto en una formación
teórica como práctica. Debido a esto, las diferentes instituciones de educación superior
implementan maquinaria y laboratorios para complementar la enseñanza teórica
impartida por los catedráticos.
La mayoría de instituciones adquieren bancos de pruebas para sus laboratorios en las
diferentes áreas de ingeniería, generalmente en el extranjero. Esto significa una mayor
inversión por parte de la institución que adquiere este equipo. Al observar esto, se
decidió que una solución más práctica sería que los mismos estudiantes egresados y por
graduarse de la carrera de Ingeniería Eléctrica, diseñaran y construyeran los bancos de
pruebas para los distintos laboratorios de Máquinas Eléctricas.
En la asignatura de Máquinas Eléctricas 1 cuyo pensum curricular se basa en el estudio,
análisis y conexiones de transformadores, se cuenta con un Laboratorio de
Transformadores, con bancos didácticos funcionales para realizar las distintas prácticas.
Los bancos existentes si bien se encuentran operativos, podemos constatar la necesidad
de mejorar la interacción con el estudiante, para optimizar los niveles de estudio con
sistemas modernos que le servirán para su futuro desenvolvimiento en el campo laboral.
El presente trabajo contiene la información necesaria sobre los diversos equipos con los
que debe constar un banco de pruebas para conexión de transformadores, además de la
descripción de su funcionamiento y partes principales. También se incluyen los cálculos,
tanto eléctricos como mecánicos, para el diseño y la construcción del banco de pruebas.
Finalmente se presenta una guía detallada de todas las pruebas de laboratorio que se
podrán realizar con el banco.
3
1.2. Delimitación
Se realizó el diseño de un banco de pruebas para conexiones de transformadores que
permitirá desde la conexión en paralelo de dos transformadores hasta la conexión en
paralelo de dos bancos trifásicos, que operará en el Laboratorio de Transformadores de
la Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil y se realizará un manual de
prácticas para la preparación de los estudiantes de la carrera de Ingeniería Eléctrica y
Electrónica en la asignatura de Máquinas Eléctricas 1.
1.3. Beneficiarios
Con el nuevo banco para prácticas de Conexiones de Bancos de Transformadores, se
beneficiaran todos los estudiantes de la carrera de Ingeniería Eléctrica y Electrónica que
cursan la asignatura de Máquinas Eléctricas 1 en 5to Ciclo; estos futuros profesionales
podrán poner en práctica los conocimientos teóricos obtenidos en las aulas y podrán
desarrollar las prácticas en un banco moderno que da la facilidad de comprensión de los
conceptos teóricos.
1.4. Objetivos
1.4.1. Objetivo General
Diseñar e implementar un Panel de Prácticas para Conexiones de Bancos de
Transformadores para el Laboratorio de Transformadores de la Universidad Politécnica
Salesiana sede de Guayaquil
1.4.2. Objetivos Específicos
Elaborar un panel didáctico debidamente pintado, señalizado y con la estructura
de soporte.
Realizar las conexiones correspondientes
4
CAPÍTULO II
2. MARCO DE REFERENCIA DE LA INVESTIGACIÓN
2.1. Marco Teórico
2.1.1. Principio de funcionamiento de un transformador, referencia práctica 1
El transformador trabaja de acuerdo con el principio de la inductancia mutua entre dos o
más bobinas o circuitos acoplados inductivamente. En la ilustración 1 se muestra un
transformador teórico con núcleo de aire, en el que se acoplan dos circuitos mediante
inducción magnética. Obsérvese que los circuitos no están conectados físicamente. No
hay conexión conductora entre ellos.
El circuito que está conectado a la fuente de voltaje alterno, V1, se llama primario
(Circuito 1). El primario recibe su energía de la fuente de corriente alterna. Dependiendo
del grado de acoplamiento magnético entre los dos circuitos se transfiere energía del
circuito 1 al circuito 2.
Si los dos circuitos están débilmente acoplados, como es el caso del trasformador con
núcleo de aire que aparece en la ilustración 1, solo se transfiere una pequeña cantidad de
energía del primario (circuito 1) al secundario (circuito 2). Si las dos bobinas o circuitos
se devanan sobre un núcleo común de material ferromagnético, entonces estarían
fuertemente acoplados. En este caso, casi toda la energía que recibe el primario se
transfiere por inducción electromagnética al secundario.
Ilustración 1 Transformador de núcleo de aire acoplado inductivamente
Fuente: (Harper, 2010)
Elaborado por: Los autores
5
2.1.2. El campo magnético
Los campos magnéticos producen el efecto por el cual es posible transformar energía
AC en energía mecánica o viceversa, en motores o generadores y para transformar
niveles de tensión en transformadores. Existen cuatro principios básicos que describen
como se utilizan los campos magnéticos en estas máquinas:
1. Un conductor que porta corriente produce un campo magnético a su alrededor.
2. Un campo magnético variable en el tiempo induce un voltaje en una bobina de
alambre si pasa a través de esta (está es la base del funcionamiento del
transformador).
3. Un conductor que porta corriente en presencia de un campo magnético experimenta
una fuerza inducida sobre él (está es la base del funcionamiento del motor).
4. Un conductor eléctrico que se mueva en presencia de un campo magnético tendrá un
voltaje inducido en él (está es la base del funcionamiento del generador).
2.1.3. Transformadores en la actualidad
La industria eléctrica moderna como hoy la conocemos tuvo sus inicios en la década de
1880, cuando Thomas Alba Edison implementó en la ciudad de Nueva York un sistema
eléctrico de distribución a 120Vdc que alimentaba una red de iluminación a base de
bombillas incandescentes. Lamentablemente los problemas suscitados debido a la caída
de tensión y los altos niveles de corriente requeridos para compensar las pérdidas
eléctricas hicieron de éste un sistema poco viable.
En los años subsiguientes con la invención de los sistemas de generación en corriente
alterna (AC) y el desarrollo de los transformadores lograron resolver el problema de
enviar energía eléctrica a distancias más largas presentando un valor mínimo de pérdidas
eléctricas.
6
De esta manera, la potencia eléctrica alterna puede ser generada en determinado sitio, se
eleva su voltaje para transmitirla a largas distancias con muy bajas pérdidas y luego se
reduce para dejarlo nuevamente en el nivel de utilización final. (Chapman, 2012)
En el sistema moderno de potencia, se genera potencia eléctrica a voltajes de 12 a 25Kv
(4.8-6.5Kv-Ecuador). Los transformadores elevan el voltaje hasta niveles comprendidos
entre 110Kv y cerca de 1000Kv (138Kv-Ecuador) para transmisión a grandes distancias
con pocas pérdidas y, nuevamente otros transformadores bajan el voltaje a un nivel
comprendido entre 12 y 34.5Kv para distribución local, y para permitir que la potencia
eléctrica sea utilizada con seguridad en los hogares, oficinas y fabricas a voltajes de
consumo estandart como 120 y 240V.
2.1.4. Ley de Faraday
Esta ley establece:
Ecuación 1 Ley de Faraday
Fuente: (Wildi, 2012)
Elaborado por: Los autores
Esto es, la fem inducida en un circuito cerrado es igual a la razón de cambio del flujo
entrelazada en un circuito con respecto al tiempo.
Cuando un conductor se mueve con relación al flujo que es constante con el tiempo, a
una velocidad V, puede ser conveniente utilizar la ley de Faraday en la forma.
Ecuación 2 Ley de Faraday (2)
Fuente: (Wildi, 2012)
Elaborado por: Los autores
7
Que puede interpretarse como sigue: La fem inducida en el conductor es igual al flujo
cortado por éste por segundo.
2.1.5. Construcción del transformador, referencia práctica 1
Un trasformador es un dispositivo eléctrico, sin partes en movimiento, que por inducción
electromagnética transforma la energía eléctrica de uno o más circuitos a la misma
frecuencia, con valores cambiados, generalmente, de tensión y corriente.
La construcción de transformadores monofásicos puede dividirse en tres tipos
principales: tipo de columnas, tipo acorazado y tipo espiral de columnas. En todos los
tipos, el núcleo está construido de forma laminar, usando las láminas de material
ferromagnético para transformador montadas para proporcionar un circuito magnético
continuo con un entrehierro mínimo incluido. El material ferromagnético es de alto
contenido de silicio, algunas veces tratado al calor para producir una alta permeabilidad
y baja pérdidas en el núcleo a la densidad de flujo de funcionamiento.
En los transformadores del tipo de columnas y tipo acorazado las laminaciones están
cortadas en L, o bien en E. las laminaciones están barnizadas o bien revestidas para
aislarlas entre sí, y con lo cual se reducen las corrientes circulantes parásitas o de
Foucault. (E. E. Staff del M. I. T., 2011)
El transformador tipo acorazado puede tener una forma simple de núcleo o bien
cruciforme.
2.1.6. Transformador ideal
El que ni almacena ni disipa energía eléctrica, que tiene acoplamiento unidad, cero flujos
de fuga e inductancia de fuga y cuya permeabilidad del núcleo es infinito.
La teoría del funcionamiento y las aplicaciones del transformador se comprende mejor si
se lo considera como un dispositivo ideal. Esta simplificación nos permite definir los
8
términos del transformador y comprender su funcionamiento. Definiremos primero el
transformador ideal como un dispositivo que tiene las siguientes siete propiedades:
1. Su coeficiente de acoplamiento (k) es la unidad.
2. Sus devanados primarios y secundarios son inductores puros de valor infinitamente.
3. Sus impedancias propia y mutua son cero, y no contiene reactancia ni resistencia.
4. Su flujo de fuga e inductancia de fuga son cero.
5. Su eficiencia de transferencia de potencia es 100 por ciento; esto es, no hay pérdidas
a resistencia, histéresis o corriente parasitas.
6. Su relación de vueltas de transformación (α) es igual a la relación de sus voltajes
entre terminales de primario y secundario, también a la relación de su corriente
secundaria a primaria.
7. Su permeabilidad del núcleo (µ) es infinita.
2.1.7. Relación de transformador ideal, referencia práctica 1
Por definición, la relación de transformación, α es la relación que existe entre las vueltas
del primario y las vueltas del secundario, es decir α = N1 / N2. Pero para el
transformador ideal, como se dijo antes, podemos escribir.
Ecuación 3 Relación de transformación
Fuente: (Harper, Curso de transformadores y motores de inducción, 2010)
Elaborado por: Los autores
De la cual se han definido ya todos los términos para el transformador ideal.
Con multiplicación cruzada de los términos de la ecuación anterior, se obtiene algunas
igualdades interesantes:
9
Ecuación 4 Relación de transformación despejada
a) (Amperes-vueltas)
b) (Volt-amperes)
c) (Volt-amperes)
Fuente: (Harper, Curso de transformadores y motores de inducción, 2010)
Elaborado por: Los autores
La ecuación (a) establece que los amperes-vuelta desmagnetizantes del secundario son
iguales que los opuestos a la Fmm (Fuerzamagnetomotriz) magnetizante del primario, en
un transformador ideal. El lector puede comprobar lo anterior si emplea la regla de los
dedos de la mano derecha y aplica tanto a las vueltas del primario, que producen a Φm´
como a las del secundario, que producen Φm de des magnetización.
La ecuación (b) representa la transferencia aparente de potencia del primario al
secundario del transformador sin pérdidas, como resultado de la inducción
electromagnética en un transformador ideal.
La ecuación (c) establece que la potencia aparente que se transfiere de la fuente al
primario es igual a la potencia aparente que se transfiere a la carga del secundario,
absolutamente sin pérdida alguna, en un transformador ideal.
2.1.8. Circuito equivalente de un transformador
1. Todas las resistencias y reactancias del secundario se reflejan al primario de acuerdo
con el cuadrado de la relación de transformación.
Ecuación 5 Impedancia en el primario
Z1 = α2 Z2
Fuente: (Guru, 2012)
Elaborado por: Los autores
10
2. Todos los voltajes se reflejan desde el secundario al primario directamente como el
producto de su relación de transformación.
Ecuación 6 Voltaje en el primario
E1 = α Z2
Fuente: (Guru, 2012)
Elaborado por: Los autores
3. Todas las corrientes secundarias se reflejan al primario en proporción inversa a la
relación de transformación.
Ecuación 7 Corriente en el primario
I1 = I2 / α
Fuente: (Guru, 2012)
Elaborado por: Los autores
4. Las pérdidas en el cobre de transformador por unidad se pueden obtener por medio de
la siguiente ecuación.
Ecuación 8 Pérdidas en el cobre
Pcu = I12 r1 + I2
2 r2 = (I2 / α)
Fuente: (Orrego, 2014)
Elaborado por: Los autores
2.1.9. Pruebas de un transformador, referencia práctica 4
2.1.9.1. Prueba de circuito abierto
En esta prueba se considerará únicamente el transformador de dos arrollamientos. Se
aplica la tensión nominal V1 en cualquiera de los dos arrollamientos del transformador,
con el otro arrollamiento abierto, y se toman las lecturas de la potencia de entrada en
vacío P₀ y la corriente en vacío I₀. Usualmente, la tensión nominal se aplica al
arrollamiento de baja tensión.
11
Ilustración 2 Esquema para prueba de circuito abierto
Fuente: (Jordi De La Hoz, 2012)
Elaborado por: Los autores
2.1.9.2. Prueba de corto circuito
En esta prueba se aplica una tensión a un arrollamiento, usualmente el arrollamiento de
alta tensión, con el otro arrollamiento puesto en cortocircuito sólidamente. La tensión
reducida, llamada frecuentemente tensión de impedancia, se selecciona para que la
corriente de cortocircuito Icc no ocasione daño en los arrollamientos. Se escoge
usualmente Icc como la corriente en plena carga.
Ilustración 3 Esquema para prueba de corto circuito
Fuente: (Jordi De La Hoz, 2012)
Elaborado por: Los autores
2.1.9.3. Prueba de polaridad
La polaridad de un transformador se define según el sentido en que las bobinas se
encuentran arrolladas sobre el núcleo del transformador, teniendo así el sentido relativo
del flujo de la corriente entre los terminales de alta tensión (H1 y H2) con relación a la
Vac
12
dirección del flujo de la corriente en los terminales de baja tensión (x1 y x2). La prueba
de polaridad consiste en los siguientes pasos:
1. Se conecta el devanado de alta tensión a una fuente de bajo voltaje y se la considera
como bobina de referencia.
2. Se coloca un puente entre uno de los terminales de la bobina de referencia y el
terminal adyacente en el lado de baja tensión.
3. Utilizando un voltímetro se realiza la medición entre los terminales opuestos de la
bobina de referencia y el terminal adyacente en el lado de baja tensión.
Polaridad aditiva
Esta polaridad se da cuando el arrollamiento de la bobina del secundario se da en el
mismo sentido que la bobina del primario lo que hará que los flujos de los dos bobinados
se sumen. La medición del voltímetro será mayor que la suministrada por la fuente a los
terminales de alta tensión. Los terminales H1 y X1 se encuentran cruzados.
Polaridad substractiva
Esta polaridad se da cuando el arrollamiento de la bobina del secundario se da en el
mismo sentido que la bobina del primario lo que hará que los flujos de los dos bobinados
se resten. La medición del voltímetro será menor que la suministrada por la fuente a los
terminales de alta tensión. Los terminales H1 y X1 son adyacentes.
2.1.10. Modelo real de un transformador
Ilustración 4 Modelo real de un transformador
Fuente: (Mora, 2013)
Elaborado por: Los autores
13
Conexiones de transformadores
Conexiones monofásicas
Ilustración 5 Conexión en paralelo y en serie de devanados de transformador de igual
voltaje
Fuente: (Mora, 2013)
Elaborado por: Los autores
Obsérvese que las combinaciones de voltaje que producen las cuatro conexiones que se
muestran en la ilustración 5 son, respectivamente, 230/20 V, 230/10V, 115/20V Y
115/10V.Si bien se producen cuatro combinaciones de voltajes y corrientes con esas
conexiones, solo se producen tres relaciones que son 11.5, 23 y 5.75
Solo se pueden conectar en paralelo bobinas de idénticos voltaje nominales. La razón de
ello, como se ve en la ilustración 5 (d) es que cuando se conectan en paralelo, los
voltajes inducidos se oponen instantáneamente entre sí. Así, si dos bobinas que tienen
voltajes nominales desiguales se conectan en paralelo, se desarrollan grandes corrientes
14
de circulación en ambos devanados debido a que su impedancia interna equivalente es
relativamente pequeña, mientras que la diferencia neta entre los voltajes desiguales
inducidos puede ser relativamente grande. Sin embargo, cuando las bobinas se conectan
en serie, se pueden usar combinaciones de polaridad aditiva y sustractiva
Conexiones trifásicas.
Para transformar una fuente de voltaje trifásico se necesitan ya sea un banco de tres
transformadores monofásicos idénticos, como se ve en la ilustración 6, o bien un solo
transformador polifásico que tenga seis devanados, en un núcleo común de material
ferromagnético.
En esta descripción emplearemos transformadores monofásicos individuales, pero las
mismas conexiones y resultados se obtienen con devanados individuales idénticos en un
transformador polifásico. Nótese que los transformadores individuales de la figura tienen
la misma capacidad de Kva y los mismos voltajes nominales de alta y baja, también
obsérvese que los transformadores se fasean en forma individual y se marcan
adecuadamente para que el subíndice de número impar presente polaridad positiva
instantánea, tanto en los lados de alto como bajo voltaje.
Ilustración 6 Transformadores monofásicos idénticos mostrando las identificaciones de
polaridad
Fuente: (Chapman, 2012)
Elaborado por: Los autores
15
Conexión Delta (Δ) –Delta (Δ).
La ilustración 7 muestra la conexión de tres transformadores monofásicos idénticos. Los
diagramas vectoriales desprecian la corriente magnetizante, las caídas por impedancias
en los transformadores y está dibujado en relación al factor de potencia unitario entre la
tensión de fase y la corriente de fase. De este modo, IAB está en fase con VAB.
Los diagramas vectoriales están mostrados para una carga equilibrada. Deberá notarse
que las corrientes de línea son veces la corriente de fase y están desfasadas 30° atrás
de la corriente de fase; el desplazamiento angular de 30° existe siempre para todas las
cargas equilibradas, haciendo caso omiso del factor de potencia.
Para transformadores idénticos, que tienen relaciones de transformación iguales e
impedancias iguales, no existe corriente circulante entre la delta primaria o secundaria, y
los transformadores se repartirán igualmente la carga total.
Ilustración 7 Conexión delta – delta de transformadores
Fuente: (Perez, 2014)
Elaborado por: Los autores
16
Conexión Estrella (Y)- Estrella (Y).
Para esta conexión pueden dibujarse los diagramas vectoriales en la misma forma que
para la conexión delta-delta. La tensión de línea es veces la tensión de fase, y las dos
están desplazadas entre si 30°. La relación de transformación es la misma que para el
transformador individual.
Los bancos Y-Y pueden funcionar con los neutros conectados a tierra de manera similar,
el neutro del primario se conecta al neutro de la fuente de potencia. Con el neutro
aislado, cualquier desequilibrio en la carga o cualquier carga monofásica conectada a
través de un transformador, o bien entre líneas, causara un desplazamiento de la posición
del neutro eléctrico, y las tensiones por fase estarán desequilibradas.
Ilustración 8 Conexión estrella – estrella de transformadores
Fuente: (Perez, 2014)
Elaborado por: Los autores
17
Conexión Delta (Δ) – Estrella (Y).
En la ilustración 9 se muestran las conexiones y diagramas vectoriales para el arreglo
Δ-Y alimentando una carga equilibrada de factor de potencia unitario.
En los diagramas fasoriales se observa que las tensiones y corrientes de la línea primaria
y secundaria están desfasadas 30°entre sí. La relación de las tensiones de línea del
primario al secundario es 1/ veces la relación de transformación para un
transformador monofásico del banco.
El uso de un banco semejante permite un neutro a tierra en el lado secundario,
proporcionando de este modo un servicio de 3 fases 4 hilos. El desequilibrio en las
cargas causa un desequilibrio de tensión muy pequeño, ya que el primario del
transformador está conectado en delta.
Ilustración 9 Conexión delta-estrella de transformadores
Fuente: (Perez, 2014)
Elaborado por: Los autores
18
Conexión Estrella (Y) – Delta (Δ)
Esta conexión es muy similar a la conexión Δ-Y. Aparece un desfasamiento de 30° en
las tensiones de línea entre el primario y el secundario, y las corrientes de tercera
armónica fluyen en la Δ para proporcionar flujo senoidal.
La relación entre las tensiones primarias y secundarias es veces la relación de
espiras del transformador. Cuando funciona en Y-Δ, se acostumbra y es conveniente
conectar a tierra el neutro primario, obteniéndose de otra forma un sistema de 4 hilos.
Ilustración 10 Conexión estrella-delta de transformadores
Fuente: (Perez, 2014)
Elaborado por: Los autores
19
Conexión delta abierta (V-V)
Una ventaja de la conexión Δ-Δ se encuentra en el hecho de que si se quita uno de los
transformadores del banco , debido a una falla o bien a otra causa, los dos restantes
continuaran para proporcionar una salida trifásica a la carga. Si se quita el transformador
1 del banco tanto en el primario como secundario, aparecen las mismas tensiones de
línea en los diagramas vectoriales aparecen como la suma de las tensiones de los
transformadores 2 y 3.
En esta conexión la capacidad combinada de dos transformadores, esto es, 2/3 de la
salida trifásica, no está disponible si los transformadores no se sobrecargan.
La relación de volt-amperes (VA) de la delta abierta a la Δ-Δ es de 1/ =0.577. De aquí
que, cuando dos transformadores están en delta abierta, únicamente está disponible el
0.866 de la capacidad monofásica combinada (0.577/0.667). A este factor se lo conoce
algunas veces por factor de servicio.
2.1.11. Enfriamiento de transformadores
Los transformadores pueden enfriarse por aire, aceite o agua. Cualquiera que sea el
método de enfriamiento, el problema esencial es el de la transferencia del calor del
hierro y cobre del transformador al medio refrigerante. Esta transferencia del calor se
lleva a cabo por convección natural del aceite o del aire, convección forzada del aceite o
del aire, transferencia de calor del aceite al aire o transferencia del aceite al agua.
(Manzano, 2014)
2.1.12. Transformadores para instrumentos
Los transformadores para instrumentos se dividen en dos clases: transformadores de
potencia y transformadores de corriente.
El transformador de potencial tiene devanados especiales: el primario para alto voltaje y
el secundario para bajo voltaje. Este transformador tiene muy baja capacidad de potencia
20
y su único propósito es tomar el voltaje del sistema para mostrarlo a los instrumentos
que lo monitorean.
Los transformadores de corriente toman la corriente de la línea y la reducen a un nivel
seguro y medible. Cada uno sirve a dos propósitos (1) aislar el circuito de alta tensión
del circuito de medición, para proteger los aparatos de medición y al operador;(2) hacer
posible la medición de altas tensiones, con instrumentos de baja tensión (usualmente
115V), o grandes corrientes con amperímetros de baja corriente (por lo general 5A),
cuyo procedimiento simplifica mucho el problema de la medición. (Oliva, 2012)
2.1.13. Eficiencia del transformador
La indicación del vatímetro en la prueba de cortocircuito da las pérdidas en el cobre,
tanto del devanado primario como del secundario, a la potencia nominal. Dado que las
únicas otras pérdidas que se tienen en el transformador son las del núcleo, o en el hierro,
se pueden determinar con la prueba de circuito abierto.
La ilustración 2 muestra las conexiones de los instrumentos para la prueba a circuito
abierto. Se lleva a cabo en el lado de bajo voltaje simplemente porque los bajos voltajes
están más a la mano y hay menos peligro para el personal al hacer esas mediciones. En
el caso de un transformador de devanados múltiples, la prueba se lleva a cabo en el
devanado de menor voltaje que se disponga. Sin embargo, se debe tener cuidado para
ver que las terminales de alto voltaje estén aisladas correctamente entre si y del personal
que hace la prueba. El procedimiento de prueba consiste en los siguientes pasos:
1. Se eleva el voltaje partiendo desde cero hasta que el voltímetro indique el voltaje
nominal del devanado de bajo voltaje en particular.
2. Se anota la potencia P a circuito abierto, el voltaje nominal V, y la corriente de
magnetización Im, que indican el vatímetro, el voltímetro y el amperímetro,
respectivamente.
3. Se calcula la pérdida en el núcleo mediante la ecuación 9, en donde Rx es la
resistencia del devanado de bajo voltaje que se haya seleccionado.
21
Ecuación 9 Pérdidas en el núcleo
Pn = P – (Im)2 Rx
Fuente: (E. E. Staff del M. I. T., 2011)
Elaborado por: Los autores
El paso 3 se lleva a cabo solo en el caso de transformadores relativamente pequeños. Los
grandes tienen devanados de bajo voltaje con resistencias relativamente bajas, ya que
conducen corrientes relativamente altas y se embobinan con alambre más grueso. Como
la resistencia del devanado es baja y la corriente de magnetización es muy pequeña, la
pérdida en el cobre sin carga, por lo común, es una pequeña fracción de lo indicado, por
el vatímetro y en general, se pasa por alto.
Como en el caso de la prueba de cortocircuito, adviértase que la de circuito abierto
también consume una fracción muy pequeña de los KVA o VA totales nominales del
transformador. La pérdida en el núcleo representa normalmente una pequeña fracción
del porcentaje de la capacidad del transformador. (E. E. Staff del M. I. T., 2011)
2.1.14. Eficiencia máxima de un transformador
La eficiencia máxima siempre se presenta en el punto de carga en el que las pérdidas
fijas son iguales a las variables. Para eficiencia máxima en un transformador, las
pérdidas variables en el cobre (Pc), deben ser iguales a las pérdidas fijas en el núcleo o
sea.
Ecuación 10 Pérdidas en el cobre
I2 2 Re 2 = PC
Fuente: (Álvarez, 2009)
Elaborado por: Los autores
Pero la corriente de carga a la cual se presenta la eficiencia máxima es:
Ecuación 11 Corriente de la carga
Fuente: (Álvarez, 2009)
Elaborado por: Los autores
22
2.1.15. Rendimiento del transformador
El rendimiento de un transformador puede obtenerse por carga directa o bien por el
método de pérdidas. El método de pérdidas se utiliza únicamente en trabajo comercial.
Si se conocen las pérdidas en vacío y las pérdidas a plena carga, a tensión y corrientes
nominales, respectivamente, el rendimiento es:
Ecuación 12 Rendimiento del transformador
Fuente: (Manzano, 2014)
Elaborado por: Los autores
2.1.16. Autotransformadores
El autotransformador es uno de los dispositivos más eficientes que conoce la tecnología.
La eficiencias típicas de los autotransformadores van desde más de 99 hasta muy cerca
del 100 por ciento. Además, para el mismo tamaño de núcleo y construcción de
devanados, la capacidad de transferencia de KVA en los autotransformadores es mucho
mayor que la de los transformadores convencionales de aislamiento. (Álvarez, 2009)
2.1.17. Diagrama fasorial
Transformador ideal sin carga
En la ilustración 11 se muestra el diagrama fasorial para el transformador ideal sin carga.
Si se examina ese diagrama se encontraran las siguientes relaciones importantes:
1. E1 es de magnitud igual y opuesta a V1.
2. E2 está en fase con E1, pero se opone, en 180°, a V2.
3. La corriente de magnetización Im está retrasada 90°con respecto a V1 y produce Øm,
en fase con Im.
23
Ilustración 11 Diagrama fasorial sin carga
Fuente: (Chapman, 2012)
Elaborado por: Los autores
Ecuación 13 Suma fasorial
V1 / α = E2 = V2 + I2 Ze2
Fuente: (Chapman, 2012)
Elaborado por: Los autores
1. V1 / α (o E2) es la suma fasorial de V2 e I2Z2, como se muestra en la ecuación.
2. La suma fasorial de I2 Re2 + I2Jxe2 es I2Ze2.
Ilustración 12 Circuito equivalente aproximado con el primario referido al secundario
Fuente: (Chapman, 2012)
Elaborado por: Los autores
24
Ilustración 13 Diagrama fasorial del circuito equivalente con el primario referido al
secundario
Fuente: (Chapman, 2012)
Elaborado por: Los autores
3. I2 está retrasada un ángulo Ø con respecto a V2 (una carga con Fp en retraso).
4. I2 Re2 está en fase con I2 e I2Xe2 precede 90° a I2.
5. V1/ α representa el voltaje sin carga del secundario por las razones que se mostraron
antes en la ecuación.
25
CAPÍTULO III
3. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN
3.1. Diseño
Se procedió a realizar el diseño a partir de una plancha de plywood como base y
gráficos de los posibles equipos a utilizar en nuestro panel para definir el lugar
apropiado.
Ilustración 14 Vistas de bocetos
Fuente: Los autores
Teniendo una posible ubicación de equipos se procedió a verificar si era factible dicha
disposición en el tablero.
Ilustración 15 Ubicación de bocetos
Fuente: Los autores
26
Una vez teniendo claro la ubicación de los equipos se procedió a realizar los calados de
cada uno de los equipos que necesiten ser empotrados al módulo.
Ilustración 16 Vista frontal de bosquejo de tablero
Fuente: Los autores
Se procedió a realizar el montaje en la mesa que servirá de base para el módulo.
Ilustración 17 Montaje de bosquejo en mesa base
Fuente: Los autores
Ya con una nocion de la posible ubicación de los equipos se procedió a imprimir en
tamaño real el primer borrador .
27
Ilustración 18 Impresión de borrador en tamaño real
Fuente: Los autores
Ilustración 19 Diseño en CAD de la parte frontal del módulo
Fuente: Los autores
Ya con una idea más clara se realizaron las correcciones y se definió la ubicación final
de los equipos y elementos que iban a estar instalados en el panel.
28
Ilustración 20 Vista del Banco de Transformadores
Ilustración 21 Vista de parte frontal del banco
Fuente: Los autores
Fuente: Los autores
29
3.2. Construcción
Para la construcción del banco de pruebas se realizó previamente un análisis de las
necesidades que se van a requerir, partiendo de un bosquejo previo, teniendo en mente
las prácticas a realizarse y un listado de equipos necesarios para llevarlas a cabo. Con el
diseño hecho en AutoCAD y los materiales adquiridos, se le entregó a un tablerista local
con la infraestructura de taller metalmecánico adecuado para que realice los respectivos
trabajos, el cual siguió una secuencia lógica para la construcción como se detalla a
continuación.
1. Conocer y estudiar el plano a realizar.
2. Listar materiales necesarios.
3. Hacer acopio de materiales.
4. Realizar medición de equipos a instalar (Analizador, Breaker, Porta fusible, Bornera).
5. Marcas y realizar cortes y perforaciones.
6. Ensamblar materiales.
7. Soldar, taladrar y roscar.
8. Revisar y verificar.
9. Pintar.
Para la realización de los trabajos de construcción se utilizó una serie de materiales,
herramientas y máquinas las cuales se citan las siguientes:
a) Útiles de medida y trazado
Metro y útiles de medida
Pie de rey
Reglas y escuadras
b) Útiles de corte
Cizalla
Caladora
c) Soldadura dura
Grupo eléctrico de soldadura
30
d) Herramientas manuales
Juego de limas
Juego de llaves
Otras herramientas
e) Herramientas eléctricas
Taladro
Amoladora
f) Materiales
1 Plancha de hierro negro de 3mm 1.22x2.44 m
1 Litro de Pintura Electrostática color marfil
Para la construcción de la estructura de soporte se precisó utilizar diferentes tipos de
materiales como los que se citan a continuación.
a). 2 tubo cuadrado de 1 ½ x 1 ½ x 2 m
b). ½ Litro de pintura Esmalte Negra
c) Soldadura eléctrica
3.3. Ensamblaje
Una vez terminada la construcción se trasladó tanto el panel como la estructura a las
instalaciones de la universidad específicamente en el laboratorio de transformadores en
el cual se realizó el montaje del panel sobre la estructura con pernos cabeza de coco y el
tablero se lo ajustó a la mesa con los pernos de anclaje los cuales permitieron que la
estructura se encuentre firme y segura.
Ya con el tablero de pruebas en su lugar, se realizó el montaje de los equipos que van
sobre el mismo en cada uno de los calados a los que correspondían.
3.4. Cableado
Una vez dispuesto todos los elementos en el módulo y las canaletas para conductores, se
procederá con las interconexiones de todos los elementos principales y secundarios con
31
cable THHN #14 para el control y cable THHN#12 para la fuerza, una cantidad de
conductores se recogerán y ordenarán en canaletas, peinando los hilos sin cruces, en lo
que sea posible y todos los conductores tendrán la marca que les corresponde por
esquema para poder identificarlos, para la conexión de conductores se utilizaron
terminales tipo espada, tipo ojo y tipo punta para los distintos contactos eléctricos.
Ilustración 22 Referencia de elementos del banco de pruebas
Fuente: Los autores
32
3.5. Elementos del banco
3.5.1. Barra de alimentación
Cable concéntrico 4 en 1 #10 AWG
240V, 3PH, 3Líneas#10+#10 Tierra
Enchufe trifásico macho 3P+Tierra, 400V, 32A
Breaker principal
Schneider, 3 polos, 32 A, modelo: C60N/C32
3.5.2. Variac 3PH 0-240V/12A/3KVA
Superior electric, modelo 117CU-3
3.5.3. Analizador de red
SELEC, modelo: MFM384
Parametros; Vl-l, Vf, Il, If, P, Q, S, fp, KWh
Alimentación:85-270V 60 Hz
3 Porta fusible CAMSCO, Modelo: RT18-32, Fusible (10x38) 2 A.
3 Transformadores de corriente VOLTO, modelo: V-JDM201, 40/5 class: 0.5
3.5.4. Barra de Tierra
5 Borneras verdes
3.5.5. Barra de Conexión Trifásica con Neutro 480V/10A Max
Línea R: 4 borneras color rojo
Línea S: 4 borneras color azul
Línea T: 4 borneras color amarillo
Línea N: 4 borneras color negro
3.5.6. Barra de Interconexión 0-380V, 5A Max.
3 Porta Fusible CAMSCO, Modelo: RT18-32, Fusible (10x38), 5 A
Selector 3 PH, 2 Posiciones on/off, Marca: JUCHE, Modelo: VCH13-63
33
2 Luces Piloto VOLTO, 220V , 20mA, LED Verde, Modelo: AD22-22D
3.5.7. Conjunto de medidor de parámetros
Alimentación/Protección
Porta fusible CAMSCO, Modelo: RT18-32, Fusible (10x38), 2A
Switch on/off 1 polo
Luz piloto VOLTO, 220V , 20mA, LED Verde, Modelo: AD22-22D
Analizador de Red, SELEC, Modelo: MFM384
Medición de voltaje
4 Borneras: R, S, T, N
3 Porta fusible CAMSCO, Modelo: RT18-32, Fusible (10x38) 2 A
Medición de corriente
6 Borneras: I1, I2, I3
3 Porta fusible CAMSCO, Modelo: RT18-32, fusible (10x38) 5 A
3 Transformadores de corriente VOLTO, modelo: V-JDM201, 40/5 Class: .5
12 Borneras para conexión de TC
3.5.8. Banco de transformadores monofásicos
3 Transformadores 1PH, 1KVA, 120/240V
7 Borneras, devanado de baja tensión / 7 borneras, devanado de alta tensión
7 Porta fusible CAMSCO, modelo: RT18-32, fusible (10x38) 5 A, Devanado BT
7 Porta fusible CAMSCO, modelo: RT18-32, fusible (10x38) 2 A, Devanado AT
3.5.9. Barras de carga
Breaker 3P 10A, VOLTO, modelo: DZ49-63
Luz Piloto VOLTO, 220V , 20mA, LED verde, modelo: AD22-22D
5 Borneras de conexión R, S, T, N, T
3.5.10. Osciloscopio
Marca: GWINSKET, modelo: GAS-2104
34
CAPÍTULO IV
4. PRÁCTICAS
4.1. PRÁCTICA #1
4.1.1. DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA: N° 1
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO: 2 Horas
4.1.2. DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: BANCO DE PRUEBAS PARA TRANSFORMADORES.
a) OBJETIVO GENERAL:
Conocer el banco de pruebas utilizado para realizar las correspondientes prácticas de
transformadores.
b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Identificar los bloques de elementos que forman el tablero.
2. Identificar cada uno de los elementos que forman cada bloque.
3. Probar cada uno de los elementos y verificar su correcto funcionamiento.
c) MARCO TEÓRICO
1. Instrumentación para corriente alterna.
2. Fuentes variables de corriente alterna.
3. Normas de seguridad de un laboratorio.
4. Normas de procedimientos para un laboratorio.
5. Formatos para registro de valores experimentales.
6. Formatos para elaborar y presentar informes de laboratorio.
35
d) PROCEDIMIENTO
1. Revisar y analizar el correspondiente diagrama del tablero.
2. Identificar cada uno de los elementos que forman el módulo de pruebas.
3. Verificar el correcto funcionamiento de cada uno de los elementos, utilizando el
correspondiente protocolo de pruebas.
4. Generar el reporte de operatividad de cada uno de los elementos.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
e) RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencia activa, reactiva, compleja y
factor de potencia.
3. Formatos para registro de valores experimentales y resultados.
4. Cargas eléctricas.
5. Cables de laboratorio.
f) ANEXOS
1. Formato para verificación de funcionamiento de transformadores.
2. Formato para verificación de funcionamiento de alimentadores.
3. Formato para verificación de funcionamiento de analizadores.
4. Formato para verificación de funcionamiento de multímetros.
5. Formato para verificación de funcionamiento de osciloscopio.
6. Formato para verificación de funcionamiento de borneras.
7. Formato para verificación de funcionamiento de protecciones.
8. Formato para verificación de funcionamiento de cables.
9. Formato para verificación de funcionamiento de cargas.
10. Formato para verificación de funcionamiento de estructura.
g) BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
36
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
h) CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
37
4.2 PRÁCTICA #2
4.2.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N° 2
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO: 2 horas
4.2.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: RELACION FUNDAMENTAL DE TRANSFORMACION.
a) OBJETIVO GENERAL:
Probar la relación fundamental de transformación aplicada a un transformador
monofásico ideal.
b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Entender el principio de funcionamiento de un transformador.
2. Determinar la relación existente entre tensión, corriente y número de espiras en
un transformador.
3. Probar la relación existente entre capacidad, voltaje y corriente, tanto en el
devanado primario como en el secundario.
4. Evaluar los conceptos desarrollados mediante un cuestionario de preguntas.
c) MARCO TEÓRICO
1. Principio de funcionamiento de un transformador monofásico ideal.
2. Relación fundamental de transformación.
3. Diseño y construcción de un transformador monofásico de pequeña potencia.
d) PROCEDIMIENTO
1. Revisar y analizar el correspondiente diagrama eléctrico.
38
2. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar las
correspondientes conexiones.
3. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
4. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
5. Generar el respectivo reporte de la práctica.
e) RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencia activa, reactiva, compleja y
factor de potencia.
3. Carga resistiva monofásica.
4. Cables de laboratorio.
5. Formatos para registro de valores experimentales.
6. Formatos para registro de resultados.
f) REGISTRO DE RESULTADOS
1. Principio de funcionamiento de un transformador.
2. Tabla N.- 1.
3. Prueba a vacío. Medición de tensiones.
4. Tabla N.- 2.
5. Tabla N.- 3.
6. Prueba con carga
7. Tabla N.- 4.
8. Tabla N.- 5.
9. Solución a cuestionario de preguntas.
10. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g) ANEXOS
1. Diagramas eléctricos.
2. Diagramas de conexiones.
3. Formatos para registro de mediciones y resultados.
39
4. Cuestionario de preguntas.
5. Proyecto.
h) BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i) CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
j) CUESTIONARIO.
1. ¿La relación fundamental de transformación se cumple para cualquier porcentaje
de carga?
2. ¿La relación fundamental de transformación es aplicable para transformadores
reales? Explique.
3. Si un transformador es alimentado por una tensión de frecuencia cero, demostrar
que no existe inducción en el devanado secundario.
4. Diferencias y similitudes entre un transformador considerado ideal y el utilizado
para el desarrollo de la práctica (real).
5. ¿Por qué un transformador calienta? Explique.
6. ¿Por qué un transformador genera un zumbido? Explique.
7. ¿Por qué es necesario proteger un transformador con un dispositivo de acción
lenta? Explique.
8. ¿Por qué el núcleo de un transformador debe ser laminado y aislado entre chapa
y chapa? Explique.
9. ¿Por qué es necesario, ventilar, enfriar o refrigerar un transformador? Explique.
10. ¿Qué significa ¨calidad de un núcleo¨? Explique.
11. Experiencias suscitadas durante el desarrollo de la práctica.
40
12. Sobre construcción de transformadores:
13. Cobre, características, procedencia, costos.
14. Aislantes, características, procedencia, costos.
15. Tipos de refrigerantes, características, procedencia, costos.
16. Hierro, características, procedencia, costos.
17. Sobre protección de transformadores
18. Tipos,características, procedencia y costos para protección en alta y baja tensión.
19. Sobre constructores de transformadores:
20. Marcas nacionales y extranjeras.
21. Características técnicas y costos.
22. Proyecto:
Evaluar y cotizar la instalación de un transformador monofásico de 7.9 KV/120–
240 V (lista de materiales y costos).
41
Ilustración 23 Prueba Nº 1: principio de funcionamiento de un transformador
Fuente: Los autores
42
Tabla 1 Referencia práctica 2
Fuente: Los autores
VALORES MEDIDOS OBSERVACIONES
V1 / V
I1 / A
P1 / W
Q1 / VAR
S1 / VA
FP / Atr
θ V1 / Gra
θ V2 / Gra
43
Ilustración 24 Prueba Nº 2: Prueba a vacío, medición de tensiones
Fuente: Los autores
44
Ilustración 25 Prueba Nº 3: Prueba con carga
Fuente: Los autores
45
Tabla 2 Medición de tensiones
ITEM TENSIONES VALOR
TEÓRICO
VALOR
EXPERIM
ENTAL
% ERROR N1 / ESP N2 / ESP A = N1 /
N2
OBSERVA
CIONES
1 T4 - T7
2 T1 - T2
3 T1 - T3
4 T2 - T3
5 T4 - T5
6 T4 - T6
7 T5 - T6
8 T6 - T7
9 T8 - T9
10 T8 - T10
11 T8 - T11
12 T9 - T10
13 T9 - T11
Fuente: Los autores
46
Tabla 3 Medición de tensiones
ITEM TENSIONES VALOR
TEÓRICO
VALOR
EXPERIME
NTAL
% ERROR N1 / ESP N2 / ESP A = N1 / N2 OBSERVA
CIONES
1 T4 - T7
2 T1 - T2
3 T1 - T3
4 T2 - T3
5 T4 - T5
6 T4 - T6
7 T5 - T6
8 T6 - T7
9 T8 - T9
10 T8 - T10
11 T8 - T11
12 T9 - T10
13 T9 - T11
Fuente: Los autores
47
Tabla 4 Prueba con carga
ITEM VARIABLES VALOR
EXPERIMENTAL OBSERVACIONES
1 V1
2 I1
3 P1
4 Q1
5 S1
6 FP1
7 V2
8 I2
9 P2
10 Q2
11 S2
12 SP2
VERIFICACION DE LA RELACION FUNDAMENTAL DE
TRANSFORMACION
a = V1 / V2 = N1 / N2 = I2 / I1
Fuente: Los autores
48
Tabla 5 Prueba con carga valores nominales
ITEM VARIABLES VALOR
EXPERIMENTAL OBSERVACIONES
1 V1
2 I1
3 P1
4 Q1
5 S1
6 FP1
7 V2
8 I2
9 P2
10 Q2
11 S2
12 SP2
VERIFICACION DE LA RELACION FUNDAMENTAL DE
TRANSFORMACION
a = V1 / V2 = N1 / N2 = I2 / I1
Fuente: Los autores
49
4.3 PRÁCTICA #3
4.3.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N° 3
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO: 2 horas
4.3.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCION.
a) OBJETIVO GENERAL:
Realizar una aplicación de la relación fundamental de transformación mediante el
análisis del comportamiento, de un modelo de transformador de distribución.
b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Análisis con carga balanceada
2. Análisis con carga desbalanceada
3. Análisis de la corriente de descarga a tierra.
4. Análisis de, tensión, corriente, potencias y factor de potencia en el lado de la
fuente.
c) MARCO TEÓRICO
1. Principio de funcionamiento de un transformador.
2. Relación fundamental de transformación.
50
3. Descarga de corriente a tierra.
4. Transformadores para distribución de energía eléctrica.
d) PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar el correspondiente
diagrama de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Utilizando el respectivo formato, registrar los valores experimentales.
4. Utilizando el respectivo formato, registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el respectivo reporte de la práctica.
e) RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencia Activa,
3. Reactiva, compleja y factor de potencia.
4. Cargas resistivas monofásicas.
5. Cables de laboratorio.
6. Formato para registro de valores experimentales.
7. Formato para registro de resultados.
f) REGISTRO DE RESULTADOS
1. Prueba N.- 1: Transformador de distribución. Carga balanceada.
2. Tabla N.- 1.
3. Tabla N.- 2.
4. Prueba N.- 2: Transformador de distribución. Carga des balanceada.
5. Tabla N.- 3.
6. Tabla N.- 4.
51
7. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g) ANEXOS
1. Diagramas eléctricos.
2. Diagramas de conexiones.
3. Formatos para registro de mediciones y resultados.
h) BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i) CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
52
Ilustración 26 Prueba Nº 1: Transformador de distribución con carga balanceada
Fuente: Los autores
53
Ilustración 27 Prueba Nº 2: Transformador de distribución con carga desbalanceada
Fuente: Los autores
54
Tabla 6 Valores de tensiones y corrientes carga balanceada
Fuente: Los autores
VARIABLES VALOR
TEÓRICO
VALOR
EXPERIMENTAL
%
ERROR OBSERVACIONES
V1
VA
VB
V2
A1
A2
A3
A4
A5
55
Tabla 7 Valores de potencia. Carga balanceada
VARIABLE
S
VALOR
TEÓRIC
O
VALOR
EXPERIMENTA
L
%
ERRO
R
OBSERVACIONE
S
AL
IME
NT
AC
ION
P
Q
S
FP
CA
RG
A 1
P
Q
S
FP
CA
RG
A 2
P
Q
S
FP
CA
RG
A 3
P
Q
S
FP
Fuente: Los autores
56
Tabla 8 Valores de tensiones y corrientes. Carga desbalanceada
Fuente: Los autores
VARIABLES VALOR
TEÓRICO
VALOR
EXPERIMENTAL
%
ERROR OBSERVACIONES
V1
VA
VB
V2
A1
A2
A3
A4
A5
57
Tabla 9 Valores de potencia. Carga balanceada
VARIABLE
S
VALOR
TEÓRIC
O
VALOR
EXPERIMENTA
L
%
ERRO
R
OBSERVACIONE
S A
LIM
EN
TA
CIO
N
P
Q
S
FP
CA
RG
A 1
P
Q
S
FP
CA
RG
A 2
P
Q
S
FP
CA
RG
A 3
P
Q
S
FP
Fuente: Los autores
58
4.4 PRÁCTICA #4
4.4.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N° 4
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO:2 horas
4.4.2. DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: MODELO REAL DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO.
a. OBJETIVO GENERAL:
Determinar el modelo real de un transformador monofásico.
b. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Determinar la polaridad de un transformador.
2. Determinar la admitancia del núcleo del transformador.
3. Determinar la impedancia equivalente de los devanados del transformador.
4. Determinar el modelo real del transformador referido al lado de baja tensión.
5. Determinar el modelo real del transformador referido al lado de
6. Alta tensión.
c. MARCO TEÓRICO
1. Prueba de polaridad.
2. Prueba de circuito abierto
59
3. Prueba de corto circuito.
4. Modelos reales de un transformador.
d. PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar los correspondientes
diagramas de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Utilizando el formato correspondiente registrar los valores experimentales.
4. Registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el reporte de la práctica.
e. RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencia activa.
3. Cables de laboratorio.
4. Formato para registro de valores experimentales.
5. Formato para registro de resultados.
f. REGISTRO DE RESULTADOS
1. Prueba N.- 1: Prueba de polaridad.
Tabla N.- 1.
2. Prueba N.- 2: Prueba de circuito abierto.
Tabla N.- 2.
Tabla N.- 3
3. Prueba N.- 3: Prueba de corto circuito.
Tabla N.- 4.
Tabla N.- 5.
60
4. Modelo real completo Tabla N.- 6.
5. Modelo real simplificado Tabla N.- 7.
6. Recomendaciones, observaciones y conclusiones.
g. ANEXOS
1. Diagrama eléctrico.
2. Diagrama de conexiones.
3. Formatos para mediciones y resultados.
4. Formatos para registro de resultados.
h. BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i. CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo a la planificación de cada docente.
61
Ilustración 28 Prueba Nº 1: Prueba de polaridad
Fuente: Los autores
Tabla 10 Valores de prueba de polaridad
Fuente: Los autores
TABLA N° 1: VALORES OBTENIDOS DE LA PRUEBA DE POLARIDAD
Prueba V prueba V T1 T3 T8 T11 TIPO DE POLARIDAD
1 60 V +
2 100 V +
62
Ilustración 29 Prueba N° 2: Prueba de circuito abierto
Fuente: Los autores
Tabla 11 Valores en el lado de baja tensión
Fuente: Los autores
TABLA N° 2: VALORES VISTOS DESDE EL LADO DE BAJA TENSION
/120 V
V Prueba A / ICA W /
PCA
Zeq
()
Zeq
()
Req
()
jXeq
()
a = N1 / N2
VBT
NOMINAL =
120 V
63
Ilustración 30Prueba N° 3: Prueba de corto circuito
Fuente: Los autores
Tabla 12 Valores visto desde alta tensión
Fuente: Los autores
TABLA N°3: VALORES VISTOS DESDE EL LADO DE ALTA TENSIÓN /240 V
VPrueba V / Vcc A / Icc W / Pcc Zeq Req J Xeq a = N1 /
N2
0 V
I AT (NOMINAL) =
2 A
64
Tabla 13 Valores prueba de circuito abierto y corto circuito
Fuente: Los autores
TABLA N°4: VALORES OBTENIDOS DE LA PRUEBA DE CIRCUITO ABIERTO
VARIABLE a = N1 / N2 Yex () gn () jbm () Zex () Req () jXeq ()
VISTO DESDE BT / 12O V
VISTO DESDE BT / 24O V
VISTO DESDE BT 500 V
TABLA N°5: VALORES OBTENIDOS DE LA PRUEBA DE CORTO CIRCUITO
VARIABLE a = N1 / N2 Zeq () Req() jXeq () R1 () jX1 () R2 () jX2 ()
VISTO DESDE BT / 12O V
VISTO DESDE BT / 24O V
VISTO DESDE BT 500 V
65
Ilustración 31 Modelo real completo del transformador
Fuente: Los autores
Tabla 14 Valores de impedancia del transformador
TABLA N° 6: VALORES DE IMPEDANCIAS DEL TRANSFORMADOR
VARIABLE a = N1 / N2 R1 () Jx1 () R2 () jX2 () Rex () jXex () VBT VAT
VISTO DESDE BT / 12O V
VISTO DESDE BT / 24O V
VISTO DESDE BT 500 V
Fuente: Los autores
66
Ilustración 32 Modelo real simplificado del transformador
Fuente: Los autores
Tabla 15 Valores de impedancias del transformador
TABLA N° 7: VALORES DE IMPEDANCIAS DEL TRANSFORMADOR
VARIABLE a = N1 / N2 Req () jXeq () Rex () jXex () VBT VAT
VISTO DESDE BT / 12O V
VISTO DESDE BT / 24O V
VISTO DESDE BT 500 V
Fuente: Los autores
67
4.5 PRÁCTICA #5
4.5.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N° 5
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO: 2 horas
4.5.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: RENDIMIENTO DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO.
a. OBJETIVO GENERAL:
Determinar rendimiento de un transformador monofásico, trabajando a plena carga.
b. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Determinar el rendimiento de un transformador utilizando un modelo real, visto
desde baja tensión.
2. Determinar el rendimiento de un transformador utilizando un modelo real, visto
desde alta tensión.
3. Determinar el rendimiento de un transformador utilizando un modelo real, visto
desde una tensión distinta.
4. Determinar la fuerza electromotriz inducida.
5. Determinar la fuerza contra electromotriz.
6. Determinar el triángulo de potencias y factor de potencia en el lado de la
alimentación del transformador.
68
c. MARCO TEÓRICO
1. Modelo real de un transformador.
2. Pérdidas y rendimiento de un transformador
3. Pérdidas eléctricas y magnéticas en un transformador.
d. PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar el correspondiente
diagrama de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Utilizando el respectivo formato registrar los valores medidos.
4. Registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el reporte de la práctica.
e. RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencias, factor de potencia.
3. Carga resistiva monofásica.
4. Cables de laboratorio.
5. Formato para registro de valores experimentales.
6. Formato para registro de resultados.
f. REGISTRO DE RESULTADOS
1. Prueba N.- 1: Rendimiento.
Tabla N.- 1.
Tabla N.- 2.
Tabla N.- 3.
69
Tabla N.- 4.
2. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g. ANEXOS
1. Diagrama eléctrico.
2. Diagrama de conexiones.
3. Tablas para mediciones y resultados.
4. Formatos para registro de valores experimentales.
5. Formatos para registro de resultados.
h. BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i. CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
70
PRUEBA N° 1: RENDIMIENTO DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO
Ilustración 33 Práctica #5 diagrama de conexiones
Fuente: Los autores
71
Tabla 16 Valores nominales del transformador
Fuente: Los autores
TABLA N°1: VALORES NOMINALES
DEL TRANSFORMADOR
VARIABLES VALORES
S (VA)
V1
V2
I1
I2
R1
R2
jX1
jX2
Rex ()
jXex ()
Req ()
jXeq ()
a = NAT / NBT
72
Tabla 17 Valores vistos desde 120V
TABLA N° 2: VALORES VISTOS DESDE 120V
ITE
M
ITE
M
VARIABLES VALOR
TEÓRICO
VALOR
EXPERIMENTAL OBSERVACIONES
1 V1
2 I1
3 P1
4 Q1
5 S1
6 FP1
7 V2
8 I2
9 P2
10 Q2
11 S2
12 FP2
13 I0
14 Ih+0
15 Im
16 P núcleo
17 P mag núcleo
18 P cu
19 P cu1
20 P cu2
21 P mag cu
22 P mag cu1
23 P mag cu2
24 P eléctricas
(Total)
25 P magnéticas
(Total)
26 %n
Fuente: Los autores
73
Tabla 18 Valores vistos desde 240V
|TABLA N° 3: VALORES VISTOS DESDE 240V
ITEM VARIABLES VALOR
TEÓRICO
VALOR
EXPERIMENTAL OBSERVACIONES
1 V1
2 I1
3 P1
4 Q1
5 S1
6 FP1
7 V2
8 I2
9 P2
10 Q2
11 S2
12 FP2
13 I0
14 Ih+0
15 Im
16 P núcleo
17 P mag núcleo
18 Pcu
19 P cu1
20 P cu2
21 P mag cu
22 P mag cu1
23 P mag cu2
24 P eléctricas (Total)
25 P magnéticas
(Total)
26 %n
Fuente: Los autores
74
Tabla 19 Valores vistos desde 500V
TABLA N° 4: VALORES VISTOS DESDE 500V
ITEM VARIABLES VALOR
TEÓRICO
VALOR
EXPERIMENTAL OBSERVACIONES
1 V1
2 I1
3 P1
4 Q1
5 S1
6 FP1
7 V2
8 I2
9 P2
10 Q2
11 S2
12 FP2
13 I0
14 Ih+0
15 Im
16 Núcleo
17 P mag núcleo
18 Pcu
19 Pcu1
20 Pcu2
21 P mag cu
22 P mag cu1
23 P mag cu2
24 P eléctricas (Total)
25 P magnéticas
(Total)
26 %n
Fuente: Los autores
75
4.6 PRÁCTICA #6
4.6.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N° 6
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO: 2 horas
4.6.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: DIAGRAMA FASORIAL DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO.
a) OBJETIVO GENERAL:
Analizar el comportamiento fasorial de un transformador monofásico.
b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Analizar el comportamiento fasorial de un transformador monofásico, cuando da
servicio a una carga resistiva.
2. Analizar el comportamiento fasorial de un transformador monofásico, cuando da
servicio a una carga resistiva - inductiva.
3. Analizar el comportamiento fasorial de un transformador monofásico, cuando da
servicio a una carga capacitiva.
c) MARCO TEÓRICO
1. Diagrama fasorial de un transformador.
2. Cargas resistivas, inductivas, capacitivas.
76
d) PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar el correspondiente
diagrama de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Utilizando el respectivo formato registrar los valores experimentales
4. Registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el reporte de la práctica.
e) RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencias, factor de potencia.
3. Carga resistiva monofásica.
4. Cables de laboratorio.
5. Formatos para registro de valores experimentales.
6. Formatos para registro de resultados.
f) REGISTRO DE RESULTADOS
1. Prueba N.- 1: Diagrama fasorial.
Tabla N.- 1.
Tabla N.- 2.
Tabla N.- 3.
2. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g) ANEXOS
1. Diagrama eléctrico.
77
2. Diagrama de conexiones.
3. Tablas para mediciones y resultados.
4. Formatos para registro de valores experimentales.
5. Formatos para registro de resultados.
h) BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i) CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
78
PRUEBA No 1: DIAGRAMA FASORIAL DE UN TRANSFORMADOR
MONOFASICO
Ilustración 34 Diagrama de conexiones para prueba N°1
Fuente: Los autores
79
Tabla 20 Valores nominales de transformación
Fuente: Los autores
Tabla No 1: VALORES NOMINALES
DE TRANSFORMACIÓN
VARIABLES VALORES
S(VA)
V1
V2
I1
I2
R1
R2
JX1
JX2
REX
JXEX
REQ
JXEQ
a = Nat / Nbt
80
Tabla 21 Valores obtenidos con carga resistiva
Fuente: Los autores
TABLA No 2: DIAGRAMA FASORIAL CON CARGA RESISTIVA
ÍTEM VARIABLE
VALOR
TEÓRICO
VALOR
EXPERIMENTAL OBSERVACIONES
1 V1
2 I1
3 P1
4 Q1
5 S1
6 FP1
7 V2
8 I2
9 P2
10 Q2
11 S2
12 FP2
81
Tabla 22 Valores obtenidos con carga inductiva.
Fuente: Los autores
TABLA No 3: DIAGRAMA FASORIAL CON CARGA INDUCTIVA
ITEM
VARIABLE
VALOR
TEÓRICO
VALOR
EXPERIMENTAL OBSERVACIONES
1 V1
2 I1
3 P1
4 Q1
5 S1
6 FP1
7 V2
8 I2
9 P2
10 Q2
11 S2
12 FP2
82
4.7 PRÁCTICA #7
4.7.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N° 7
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO:2 horas
4.7.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: CONEXIONES SERIE- PARALELO.
a) OBJETIVO GENERAL:
Realizar conexiones serie - paralelo en transformadores monofásicos.
b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Realizar conexiones serie de devanados de un transformador.
2. Realizar conexiones paralelo de devanados de un transformador.
3. Conectar en paralelo dos transformadores monofásicos.
c) MARCO TEÓRICO
1. Polaridad de transformadores.
2. Capacidad de transformadores conectados en serie - paralelo.
83
d) PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar el correspondiente
diagrama de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Registrar los valores experimentales.
4. Registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el reporte de la práctica.
e) RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencias, factor de potencia.
3. Carga resistiva monofásica.
4. Cables de laboratorio.
5. Formatos para registro de valores experimentales.
6. Formatos para registro de resultados.
f) REGISTRO DE RESULTADOS
1. Prueba N.-1: Conexiones serie – paralelo.
Tabla N.- 1.
2. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g) ANEXOS
1. Diagrama eléctrico.
2. Diagrama de conexiones.
3. Tablas para mediciones y resultados.
4. Formatos para registro de valores experimentales.
84
5. Formatos para registro de resultados.
h) BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i) CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
85
PRUEBA No 1: CONEXIONES SERIE - PARALELO / TRANSFORMADOR
MONOFÁSICO
Ilustración 35 Diagrama de conexiones serie-paralelo / transformador monofásico
Fuente: Los autores
86
TABLA No 1: VALORES OBTENIDOS DE LA CONEXIÓN SERIE -
PARALELO
Tabla 23 Valores obtenidos de la conexión serie-paralelo
Fuente: Los autores
ITEM VARIABLE
VALOR
TEÓRICO
VALOR
EXPERIMENTAL
OBSERVACIONES
1 V1
2 I1
3 P1
4 Q1
5 S1
6 FP1
7 V2
8 I2
9 P2
10 Q2
11 S2
12 FP2
13 S máx.(Barras BT)
14 S máx.(Barras AT)
15 a SISTEMA
87
4.8 PRÁCTICA #8
4.8.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N° 8
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO:2 horas
4.8.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: AUTO TRANSFORMADOR MONOFÁSICO.
a) OBJETIVO GENERAL:
Analizar el comportamiento de un auto transformador monofásico.
b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Determinar la capacidad de un auto transformador monofásico.
2. Aplicación de la relación fundamental de transformación en un auto transformador
monofásico.
c) MARCO TEÓRICO
1. Auto transformadores monofásicos.
2. Transformadores vs. auto transformador.
88
d) PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar el correspondiente
diagrama de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Registrar los valores experimentales.
4. Registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el reporte de la práctica.
e) RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencias, factor de potencia.
3. Carga resistiva monofásica.
4. Cables de laboratorio.
5. Formatos para registro de valores experimentales.
6. Formatos para registro de resultados.
f) REGISTRO DE RESULTADOS
1. Prueba N.-1: Auto transformador monofásico.
Tabla N.- 1.
Tabla N.- 2.
2. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g) ANEXOS
1. Diagrama eléctrico.
2. Diagrama de conexiones.
3. Tablas para mediciones y resultados.
89
4. Formatos para registro de valores experimentales y resultados.
h) BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i) CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
90
PRUEBA No 1: AUTO-TRANSFORMADOR MONOFÁSICO
Ilustración 36 Diagrama de conexiones de auto-transformador monofásico
Fuente: Los autores
91
Tabla 24 Valores nominales del auto-transformador
Fuente: Los autores
Tabla 25 Valores obtenidos de la conexión autotransformador
Fuente: Los autores
TABLA No 1: VALORES NOMINALES DEL AUTO - TRANSFORMADOR
S(VA)
V
(T1-T3)
V
(T1-T2)
NBT-
ESP
AT-
ESP OBSERVACIONES
TABLA No 2: COMPARACIÓN VALORES DEL AUTO - TRANSFORMADOR
ITEM VARIABLE
VALOR
TEÓRICO
VALOR
EXPERIMENTAL OBSERVACIONES
1 V1
2 I1
3 P1
4 Q1
5 S1
6 FP1
7 V2
8 I2
9 P2
10 Q2
11 S2
12 FP2
13 a= R. F. T.
92
4.9 PRÁCTICA #9
4.9.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N°9
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO: 2 horas
4.9.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: TRANSFORMADORES PARA MEDICIÓN, PROTECCIÓN Y
CONTROL.
a) OBJETIVO GENERAL:
Analizar el comportamiento de transformadores para medición, protección y control.
b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Analizar el comportamiento de un transformador de potencial.
2. Analizar el comportamiento de un transformador de corriente.
c) MARCO TEÓRICO
1. Transformadores de potencial.
2. Transformadores de corriente.
3. Transformadores para medición.
4. Transformadores para protección.
5. Transformadores para control.
93
d) PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar el correspondiente
diagrama de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Registrar los valores experimentales.
4. Registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el reporte de la práctica.
e) RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión y corriente.
3. Carga resistiva monofásica.
4. Cables de laboratorio.
5. Formatos para registro de valores experimentales.
6. Formatos para registro de resultados.
f) REGISTRO DE RESULTADOS
1. Prueba N.-1: Transformador de potencial.
2. Tabla N.-1.
3. Prueba N.-2: Transformador de corriente.
4. Tabla N.-2.
5. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g) ANEXOS
1. Diagrama eléctrico.
2. Diagrama de conexiones.
94
3. Formatos para registro de valores experimentales y resultados.
h) BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i) CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
95
PRUEBA No 1: TRANSFORMADOR DE POTENCIAL (TP)
Ilustración 37 Diagrama de conexiones de los transformadores de potencial
Fuente: Los autores
Tabla 26 Valores obtenidos de un transformador de potencia
TABLA No 1: VALORES OBTENIDOS DE UN TRANSFORMADOR DE
POTENCIAL
V1 V2 OBSERVACIONES DIAGRAMA V1 vs V2
240
230
220
210
200
190
180
170
160
150
Fuente: Los autores
96
PRUEBA No 2: TRANSFORMADOR DE CORRIENTE (TC)
Ilustración 38 Diagrama de conexión de un transformador de corriente
Fuente: Los autores
Tabla 27 Valores obtenidos de un transformador de corriente
TABLA No 2: VALORES OBTENIDOS DE UN TRANSFORMADOR DE
CORRIENTE
A1 A2 OBSERVACIONES DIAGRAMA I1 vs I2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Fuente: Los autores
97
4.10 PRÁCTICA #10
4.10.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N°10
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO: 2 horas
4.10.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: CONEXIÓN TRIFÁSICA: ESTRELLA - ESTRELLA.
a. OBJETIVO GENERAL:
Analizar el comportamiento de un sistema de transformación, estrella – estrella.
b. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Realizar la conexión trifásica.
2. Análisis fasorial de tensiones.
3. Relación fundamental de transformación.
4. Triángulo de potencias en baja y alta tensión.
c. MARCO TEÓRICO
1. Sistemas de transformación de tensión trifásica.
2. Banco trifásico de transformadores, estrella - estrella.
3. Capacidad de bancos trifásicos.
4. Dimensionamiento de bancos trifásicos.
98
d. PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar el correspondiente
diagrama de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Registrar los valores experimentales.
4. Registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el reporte de la práctica.
e. RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencias, factor de potencia.
3. Carga trifásica.
4. Cables de laboratorio.
5. Formatos para registro de valores experimentales.
6. Formatos para registro de resultados.
f. REGISTRO DE RESULTADOS
1. Prueba N° 1: Conexión, estrella – estrella.
Tablas N.-1, 2, 3, 4.
2. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g. ANEXOS
1. Diagrama eléctrico.
2. Diagrama de conexiones.
3. Formatos para valores experimentales y resultados.
99
h. BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL, 2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i. CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
100
PRUEBA No 1: CONEXIÓN ESTRELLA - ESTRELLA
Ilustración 39 Diagrama de conexiones estrella-estrella
Fuente: Los autores
101
Tabla 28 Valores de voltaje de baja y alta tensión
Fuente: Los autores
TABLA N° 1: TENSIONES, CORRIENTES, POTENCIAS Y FACTOR DE
POTENCIA
BAJA TENSION ALTA TENSION OBSERVACIONES
Vrs VRS
Vst VST
Vrt VRT
Vrn VRN
Vsn VSN
Vtn VTN
Ir IR
Is IS
It IT
In IN
P 3Ø-1 P 3Ø-2
Q 3Ø-1 Q 3Ø-2
S 3Ø-1 S 3Ø-2
FP 3Ø-1 FP 3Ø-2
102
Tabla 29 Valores promedio de tensión y corriente
TABLA N° 2: VALORES PROMEDIOS DE TENSIÓN Y CORRIENTE
BAJA TENSION ALTA TENSION Y / BT Y / AT
Vll VLL
VERIFICAR:
Vll = * Vfase
VERIFICAR:
Vll = * VFASE
Vfase VFASE
Il IL
VERIFICAR:
Il = Ifase
VERIFICAR:
IL = IFASE
Ifase IFASE
Verificar la R.F.T.
Fuente: Los autores
Vl = Tension de línea a línea en baja
VLL = Tension de línea a Línea en alta
Il = Corriente de líinea en baja
ILL = Corriente de línea en alta
103
Tabla 30 Análisis de potencias
Fuente: Los autores
Tabla 31 Valores nominales del banco trifásico
TABLA N°4: VALORES NOMINALES DEL BANCO TRIFÁSICO ( Y – Y)
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE POTENCIAS
NBT NAT
Vll VLL
Vfase VFASE
Il IL
Ifase Ifase
S (VA) - 3Ø S (VA) - 3Ø
Fuente: Los autores
TABLA N°3: ANÁLISIS DE POTENCIAS
BAJA
TENSIÓN
ALTA
TENSIÓN
DIFERENCIA DE
POTENCIAS
(P3Ø-1 - P3Ø-2) OBSERVACIONES
P3Ø-1 P3Ø-2
Q3Ø-1 Q3Ø-2
S3Ø-1 S3Ø-2
FP3Ø-1 FP3Ø-2
104
4.11 PRÁCTICA #11
4.11.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N°11
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO: 2 horas
4.11.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: CONEXIÓN TRIFÁSICA: TRIÁNGULO - TRIÁNGULO.
a) OBJETIVO GENERAL:
Analizar el comportamiento de un sistema de transformación, triángulo – triángulo.
b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Realizar la conexión trifásica.
2. Análisis fasorial de tensiones.
3. Relación fundamental de transformación.
4. Triángulo de potencias en baja y alta tensión.
c) MARCO TEÓRICO
1. Sistemas de transformación de tensión trifásica.
2. Banco trifásico de transformadores, triangulo - triángulo.
3. Capacidad de bancos trifásicos.
4. Dimensionamiento de bancos trifásicos.
105
d) PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar el correspondiente
diagrama de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Registrar los valores experimentales.
4. Registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el reporte de la práctica.
e) RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencias, factor de potencia.
3. Carga trifásica.
4. Cables de laboratorio.
5. Formatos para registro de valores experimentales.
6. Formatos para registro de resultados.
f) REGISTRO DE RESULTADOS
1. Prueba N° 1: Conexión, triángulo – triángulo.
2. Tablas N.-1, 2, 3, 4.
3. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g) ANEXOS
1. Diagrama eléctrico.
2. Diagrama de conexiones.
3. Formatos para valores experimentales y resultados.
106
h) BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i) CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
107
PRUEBA No 1: CONEXIÓN DELTA - DELTA
Ilustración 40 Diagrama de conexiones delta-delta.
Fuente: Los autores
108
Tabla 32 Valores de tensiones, corrientes, potencias y factor de potencia
TABLA N° 1: TENSIONES, CORRIENTES, POTENCIAS Y FACTOR DE
POTENCIA
BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN OBSERVACIONES
Vrs VRS
Vst VST
Vrt VRT
Vrn VRN
Vsn VSN
Vtn VTN
Ir IR
Is IS
It IT
In IN
P 3Ø-1 P 3Ø-2
Q 3Ø-1 Q 3Ø-2
S 3Ø-1 S 3Ø-2
FP 3Ø-1 FP 3Ø-2
Fuente: Los autores
109
Tabla 33 Valores promedio de tensión y corriente
TABLA N° 2: VALORES PROMEDIOS DE TENSIÓN Y CORRIENTE
BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN ∆ / BT ∆ / AT
Vll VLL VERIFICAR:
Vll = * Vfase
VERIFICAR:
Vll = * VFASE
Vfase VFASE
Il IL VERIFICAR:
Il ≠ Ifase
VERIFICAR:
IL ≠ IFASE
Ifase IFASE
Verificar la R.F.T.
Fuente: Los autores
Vl = Tensión de línea a línea en baja
VLL = Tensión de línea a línea en alta
Il = Corriente de línea en baja
ILL = Corriente de línea en alta
110
Tabla 34 Análisis de potencias
TABLA N°3: ANÁISIS DE POTENCIAS
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE
POTENCIAS
(P3Ø-1 - P3Ø-2)
OBSERVACIONES
P3Ø-1 P3Ø-2 14W
Q3Ø-1 Q3Ø-2 100VAR
S3Ø-1 S3Ø-2 101VA
FP3Ø-1 FP3Ø-2 0.14
Fuente: Los autores
Tabla 35 Valores nominales del banco trifásico delta-delta
TABLA N°4: VALORES NOMINALES DEL BANCO TRIFÁSICO
(∆ – ∆)
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE
POTENCIAS
NBT NAT
Vll VLL
Vfase VFASE
Il IL
Ifase Ifase
S (VA) -
3Ø
S (VA) -
3Ø
Fuente: Los autores
111
4.12 PRÁCTICA #12
4.12.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N°12
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO: 2 Horas
4.12.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: CONEXIÓN TRIFÁSICA: ESTRELLA - TRIÁNGULO.
a) OBJETIVO GENERAL:
Analizar el comportamiento de un sistema de transformación, estrella – triángulo.
b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Realizar la conexión trifásica.
2. Análisis fasorial de tensiones.
3. Relación fundamental de transformación.
4. Triángulo de potencias en baja y alta tensión.
c) MARCO TEÓRICO
1. Sistemas de transformación de tensión trifásica.
2. Banco trifásico de transformadores, triángulo - triángulo.
3. Capacidad de bancos trifásicos.
4. Dimensionamiento de bancos trifásicos.
112
d) PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar el correspondiente
diagrama de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Registrar los valores experimentales.
4. Registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el reporte de la práctica.
e) RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: Tensión, Corriente, Potencias, factor de Potencia.
3. Carga trifásica.
4. Cables de laboratorio.
5. Formatos para registro de valores experimentales.
6. Formatos para registro de resultados.
f) REGISTRO DE RESULTADOS
1. Prueba N° 1: Conexión, estrella – triángulo.
2. Tablas N.-1, 2, 3, 4.
3. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g) ANEXOS
1. Diagrama eléctrico.
2. Diagrama de conexiones.
3. Formatos para valores experimentales y resultados.
113
h) BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i) CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
114
PRUEBA No 1: CONEXIÓN ESTRELLA - DELTA
Ilustración 41 Diagrama de conexiones estrella-delta
Fuente: Los autores
115
Tabla 36 Valores de tensión, corriente, potencias y factor de potencia.
TABLA N° 1: TENSIONES, CORRIENTES, POTENCIAS Y FACTOR DE
POTENCIA
BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN OBSERVACIONES
Vrs VRS
Vst VST
Vrt VRT
Vrn VRN
Vsn VSN
Vtn VTN
Ir IR
Is IS
It IT
In IN
P 3Ø-1 P 3Ø-2
Q 3Ø-1 Q 3Ø-2
S 3Ø-1 S 3Ø-2
FP 3Ø-1 FP 3Ø-2
Fuente: Los autores
116
Tabla 37 Valores promedio de tensión y corriente
TABLA N° 2: VALORES PROMEDIOS DE TENSIÓN Y CORRIENTE
BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN Y / BT ∆ / AT
Vll VLL VERIFICAR:
Vll = * Vfase
VERIFICAR:
Vll = * VFASE
Vfase VFASE
Il IL VERIFICAR:
Il ≠ Ifase
VERIFICAR:
IL ≠ IFASE
Ifase IFASE
Verificar la R.F.T.
Fuente: Los autores
Vl = Tensión de línea a línea en baja
VLL = Tensión de línea a línea en alta
Il = Corriente de línea en baja
ILL = Corriente de línea en alta
117
Tabla 38 Análisis de potencias
TABLA N°3: ANALISIS DE POTENCIAS
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE
POTENCIAS
(P3Ø-1 - P3Ø-2)
OBSERVACIONES
P3Ø-1 P3Ø-2
Q3Ø-1 Q3Ø-2
S3Ø-1 S3Ø-2
FP3Ø-1 FP3Ø-2
Fuente: Los autores
Tabla 39 Valores nominales del banco trifásico delta-delta
TABLA N°4: VALORES NOMINALES DEL BANCO TRIFÁSICO (Y – ∆)
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE POTENCIAS
NBT NAT
Vll VLL
Vfase VFASE
Il IL
Ifase Ifase
S (VA) -
3Ø
S (VA) -
3Ø
Fuente: Los autores
118
4.13 PRÁCTICA #13
4.13.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N°13
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO: 2 horas
4.13.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: CONEXIÓN TRIFÁSICA: TRIÁNGULO - ESTRELLA
a) OBJETIVO GENERAL:
Analizar el comportamiento de un sistema de transformación, triángulo – estrella.
b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Realizar la conexión trifásica.
2. Análisis fasorial de tensiones.
3. Relación fundamental de transformación.
4. Triángulo de potencias en baja y alta tensión.
c) MARCO TEÓRICO
1. Sistemas de transformación de tensión trifásica.
2. Banco trifásico de transformadores, triángulo - triángulo.
3. Capacidad de bancos trifásicos.
4. Dimensionamiento de bancos trifásicos.
119
d) PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar el correspondiente
diagrama de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Registrar los valores experimentales.
4. Registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el reporte de la práctica.
e) RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencias, factor de potencia.
3. Carga trifásica.
4. Cables de laboratorio.
5. Formatos para registro de valores experimentales.
6. Formatos para registro de resultados.
f) REGISTRO DE RESULTADOS
1. Prueba N° 1: Conexión, triángulo – estrella.
Tablas N.-1, 2, 3, 4.
2. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g) ANEXOS
1. Diagrama eléctrico.
2. Diagrama de conexiones.
3. Formatos para valores experimentales y resultados.
120
h) BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i) CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
121
PRUEBA No 1: CONEXIÓN DELTA - ESTRELLA
Ilustración 42 Conexión delta-estrella
Fuente: Los autores
122
Tabla 40 Valores de tensiones, corrientes, potencias y factor de potencia
TABLA N° 1: TENSIONES, CORRIENTES, POTENCIAS Y FACTOR DE
POTENCIA
BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN OBSERVACIONES
Vrs VRS
Vst VST
Vrt VRT
Vrn VRN
Vsn VSN
Vtn VTN
Ir IR
Is IS
It IT
In IN
P 3Ø-1 P 3Ø-2
Q 3Ø-1 Q 3Ø-2
S 3Ø-1 S 3Ø-2
FP 3Ø-1 FP 3Ø-2
Fuente: Los autores
123
Tabla 41 Valores promedio de tensión y corriente
TABLA N° 2: VALORES PROMEDIOS DE TENSION Y CORRIENTE
BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN ∆ / BT Y / AT
Vll VLL VERIFICAR:
Vll = * Vfase
VERIFICAR:
Vll = * VFASE
Vfase VFASE
Il IL VERIFICAR:
Il ≠ Ifase
VERIFICAR:
IL ≠ IFASE
Ifase IFASE
Verificar la R.F.T.
Fuente: Los autores
Vl = Tension de línea a línea en baja
VLL = Tension de línea a línea en alta
Il = Corriente de línea en baja
ILL = Corriente de línea en alta
124
Tabla 42 Análisis de potencias
TABLA N°3: ANÁLISIS DE POTENCIAS
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE
POTENCIAS
(P3Ø-1 - P3Ø-2)
OBSERVACIONES
P3Ø-1 P3Ø-2
Q3Ø-1 Q3Ø-2
S3Ø-1 S3Ø-2
FP3Ø-1 FP3Ø-2
Fuente: Los autores
Tabla 43 Valores nominales del banco trifásico
TABLA N°4: VALORES NOMINALES DEL BANCO TRIFASICO (∆ – Y)
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE POTENCIAS
NBT NAT
Vll VLL
Vfase VFASE
Il IL
Ifase Ifase
S (VA) - 3Ø S (VA) -
3Ø
Fuente: Los autores
125
4.14 PRÁCTICA #14
4.14.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N°14
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO: 2 horas
4.14.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: CONEXIÓN TRIFÁSICA: TRIÁNGULO ABIERTO – TRIÁNGULO
ABIERTO.
a) OBJETIVO GENERAL:
Analizar el comportamiento de un sistema de transformación, triángulo abierto –
triángulo abierto.
b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Realizar la conexión trifásica.
2. Análisis fasorial de tensiones.
3. Relación fundamental de transformación.
4. Triángulo de potencias en baja y alta tensión.
c) MARCO TEÓRICO
1. Sistemas de transformación de tensión trifásica.
2. Banco trifásico de transformadores, triángulo abierto – triángulo abierto.
3. Capacidad de bancos trifásicos.
126
4. Dimensionamiento de bancos trifásicos.
d) PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar el correspondiente
diagrama de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Registrar los valores experimentales.
4. Registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el reporte de la práctica.
e) RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencias, factor de potencia.
3. Carga trifásica.
4. Cables de laboratorio.
5. Formatos para registro de valores experimentales.
6. Formatos para registro de resultados.
f) REGISTRO DE RESULTADOS
1. Prueba N° 1: Conexión, triángulo abierto – triángulo abierto.
Tabla N.-1.
2. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g) ANEXOS
1. Diagrama eléctrico.
2. Diagrama de conexiones.
127
3. Formatos para valores experimentales y resultados.
h) BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i) CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
128
PRUEBA No 1: CONEXIÓN DELTA ABIERTO - DELTA ABIERTO
Ilustración 43 Conexión delta abierto – delta abierto
Fuente: Los autores
129
Tabla 44 Valores de tensiones, corrientes, potencias y factor de potencia
TABLA N° 1: TENSIONES, CORRIENTES, POTENCIAS Y FACTOR DE
POTENCIA
BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN OBSERVACIONES
Vrs VRS
Vst VST
Vrt VRT
Vrn VRN
Vsn VSN
Vtn VTN
Ir IR
Is IS
It IT
In IN
P 3Ø-1 P 3Ø-2
Q 3Ø-1 Q 3Ø-2
S 3Ø-1 S 3Ø-2
FP 3Ø-1 FP 3Ø-2
Fuente: Los autores
130
Tabla 45 Valores promedio de tensión y corriente
TABLA N° 2: VALORES PROMEDIOS DE TENSION Y CORRIENTE
BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN / BT / AT
Vll VLL VERIFICAR:
Vll = * Vfase
VERIFICAR:
Vll = * VFASE
Vfase VFASE
Il IL VERIFICAR:
Il ≠ Ifase
VERIFICAR:
IL ≠ IFASE
Ifase IFASE
Verificar la R.F.T.
Fuente: Los autores
Vl = Tension de línea a línea en baja
VLL = Tension de línea a línea en alta
Il = Corriente de línea en baja
ILL = Corriente de línea en alta
131
Tabla 46 Análisis de potencias
TABLA N°3: ANÁLISIS DE POTENCIAS
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE
POTENCIAS
(P3Ø-1 - P3Ø-2)
OBSERVACIONES
P3Ø-1 P3Ø-2
Q3Ø-1 Q3Ø-2
S3Ø-1 S3Ø-2
FP3Ø-1 FP3Ø-2
Fuente: Los autores
Tabla 47 Valores nominales del banco trifásico delta abierto- delta abierto
TABLA N°4: VALORES NOMINALES DEL BANCO TRIFÁSICO
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE POTENCIAS
NBT NAT
Vll VLL
Vfase VFASE
Il IL
Ifase Ifase
S (VA) - 3Ø S (VA) -
3Ø
Fuente: Los Autores
132
4.15 PRÁCTICA #15
4.15.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N°15
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO: 2 horas
4.15.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: CONEXIÓN TRIFÁSICA: ESTRELLA ABIERTA – TRIÁNGULO
ABIERTO.
a) OBJETIVO GENERAL:
Analizar el comportamiento de un sistema de transformación, estrella abierta –
triángulo abierto.
b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Realizar la conexión trifásica.
2. Análisis fasorial de tensiones.
3. Relación fundamental de transformación.
4. Triángulo de potencias en baja y alta tensión.
c) MARCO TEÓRICO
1. Sistemas de transformación de tensión trifásica.
2. Banco trifásico de transformadores, estrella abierta – triángulo abierto.
133
3. Capacidad de bancos trifásicos.
4. Dimensionamiento de bancos trifásicos.
d) PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar el correspondiente
diagrama de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Registrar los valores experimentales.
4. Registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el reporte de la práctica.
e) RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencias, factor de potencia.
3. Carga trifásica.
4. Cables de laboratorio.
5. Formatos para registro de valores experimentales.
6. Formatos para registro de resultados.
f) REGISTRO DE RESULTADOS
1. Prueba N° 1: Conexión, estrella abierta – triángulo abierto.
Tabla N.-1.
2. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g) ANEXOS
134
1. Diagrama eléctrico.
2. Diagrama de conexiones.
3. Formatos para valores experimentales y resultados.
h) BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i) CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
135
PRUEBA No 1: CONEXIÓN ESTRELLA ABIERTO - DELTA ABIERTO
Ilustración 44 Conexión estrella abierto – delta abierto
Fuente: Los autores
136
Tabla 48 Valores de tensiones, corrientes, potencias y factor de potencia
TABLA N° 1: TENSIONES, CORRIENTES, POTENCIAS Y FACTOR DE
POTENCIA
BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN OBSERVACIONES
Vrs VRS
Vst VST
Vrt VRT
Vrn VRN
Vsn VSN
Vtn VTN
Ir IR
Is IS
It IT
In IN
P 3Ø-1 P 3Ø-2
Q 3Ø-1 Q 3Ø-2
S 3Ø-1 S 3Ø-2
FP 3Ø-1 FP 3Ø-2
Fuente: Los autores
137
Tabla 49 Valores promedio de tensión y corriente
TABLA N° 2: VALORES PROMEDIOS DE TENSION Y CORRIENTE
BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN / BT / AT
Vll VLL VERIFICAR:
Vll = * Vfase
VERIFICAR:
Vll = * VFASE
Vfase VFASE
Il IL VERIFICAR:
Il ≠ Ifase
VERIFICAR:
IL ≠ IFASE
Ifase IFASE
Verificar la R.F.T.
Fuente: Los autores
Vl = Tension de línea a línea en baja
VLL = Tension de línea a línea en alta
Il = Corriente de línea en baja
ILL = Corriente de línea en alta
138
Tabla 50 Análisis de potencias
TABLA N°3: ANÁLISIS DE POTENCIAS
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE
POTENCIAS
(P3Ø-1 - P3Ø-2)
OBSERVACIONES
P3Ø-1 P3Ø-2
Q3Ø-1 Q3Ø-2
S3Ø-1 S3Ø-2
FP3Ø-1 FP3Ø-2
Fuente: Los autores
Tabla 51 Valores nominales del banco trifásico estrella abierto - delta abierto
TABLA N°4: VALORES NOMINALES DEL BANCO TRIFÁSICO
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE POTENCIAS
NBT NAT
Vll VLL
Vfase VFASE
Il IL
Ifase Ifase
S (VA) - 3Ø S (VA) - 3Ø
Fuente: Los autores
139
4.16 PRÁCTICA #16
4.16.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N°16
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO: 2 horas
4.16.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: CONEXIÓN TRIFÁSICA: ESTRELLA – ESTRELLA EN PARALELO
CON TRIÁNGULO – TRIÁNGULO.
a) OBJETIVO GENERAL:
Analizar el comportamiento de un sistema de transformación en paralelo, estrella –
estrella, con triángulo – triángulo.
b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Realizar la conexión trifásica.
2. Análisis fasorial de tensiones.
3. Relación fundamental de transformación del sistema en paralelo.
4. Triángulo de potencias en baja y alta tensión de cada banco.
5. Triángulo de potencias en baja y alta tensión del sistema.
c) MARCO TEÓRICO
1. Sistemas de transformación de tensión trifásica en paralelo.
2. Capacidad de bancos trifásicos en paralelo.
140
3. Dimensionamiento de bancos trifásicos en paralelo.
4. Importancia de la impedancia por fase de cada banco.
5. Condiciones para conectar en paralelo dos bancos trifásicos.
d) PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar el correspondiente
diagrama de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Registrar los valores experimentales.
4. Registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el reporte de la práctica.
e) RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencias, factor de potencia.
3. Carga trifásica.
4. Cables de laboratorio.
5. Formatos para registro de valores experimentales.
6. Formatos para registro de resultados.
f) REGISTRO DE RESULTADOS
6. Prueba N° 1: Conexión, estrella – estrella en paralelo con triángulo – triángulo.
Tabla N.-1.
7. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g) ANEXOS
141
1. Diagrama eléctrico.
2. Diagrama de conexiones.
3. Formatos para valores experimentales y resultados.
h) BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i) CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
142
PRUEBA No 1: CONEXIÓN ESTRELLA – ESTRELLA EN PARALELO CON DELTA – DELTA
Ilustración 45 Conexión estrella – estrella en paralelo delta - delta
Fuente: Los autores
143
Tabla 52 Valores de tensiones, corrientes, potencias y factor de potencia
TABLA N° 1: TENSIONES, CORRIENTES, POTENCIAS Y FACTOR DE
POTENCIA
BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN OBSERVACIONES
Vrs VRS
Vst VST
Vrt VRT
Vrn VRN
Vsn VSN
Vtn VTN
Ir IR
Is IS
It IT
In IN
P 3Ø-1 P 3Ø-2
Q 3Ø-1 Q 3Ø-2
S 3Ø-1 S 3Ø-2
FP 3Ø-1 FP 3Ø-2
Fuente: Los autores
144
Tabla 53 Valores promedio de tensión y corriente
TABLA N° 2: VALORES PROMEDIOS DE TENSIÓN Y CORRIENTE
BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN / BT / AT
Vll VLL VERIFICAR:
Vll = * Vfase
VERIFICAR:
Vll = * VFASE
Vfase VFASE
Il IL VERIFICAR:
Il ≠ Ifase
VERIFICAR:
IL ≠ IFASE
Ifase IFASE
Verificar la R.F.T.
Fuente: Los autores
Vl = tensión de línea a línea en baja
VLL = tension de línea a línea en alta
Il = corriente de línea en baja
ILL = corriente de línea en alta
145
Tabla 54 Análisis de potencias
TABLA N°3: ANÁLISIS DE POTENCIAS
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE
POTENCIAS
(P3Ø-1 - P3Ø-2)
OBSERVACIONES
P3Ø-1 P3Ø-2
Q3Ø-1 Q3Ø-2
S3Ø-1 S3Ø-2
FP3Ø-1 FP3Ø-2
Fuente: Los autores
Tabla 55 Valores nominales del banco trifásico estrella – estrella en paralelo con
triángulo-triángulo
TABLA N°4: VALORES NOMINALES DEL BANCO TRIFÁSICO
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE POTENCIAS
NBT NAT
Vll VLL
Vfase VFASE
Il IL
Ifase Ifase
S (VA) - 3Ø S (VA) -
3Ø
Fuente: Los autores
146
4.17 PRÁCTICA #17
4.17.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N°17
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO: 2 horas
4.17.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: CONEXIÓN TRIFÁSICA: ESTRELLA – TRIÁNGULO EN PARALELO
CON TRIÁNGULO – ESTRELLA.
a) OBJETIVO GENERAL:
Analizar el comportamiento de un sistema de transformación en paralelo, estrella –
triángulo, con triángulo – estrella.
b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Realizar la conexión trifásica.
2. Análisis fasorial de tensiones.
3. Relación fundamental de transformación del sistema en paralelo.
4. Triángulo de potencias en baja y alta tensión de cada banco.
5. Triángulo de potencias en baja y alta tensión del sistema.
147
c) MARCO TEÓRICO
1. Sistemas de transformación de tensión trifásica en paralelo.
2. Capacidad de bancos trifásicos en paralelo.
3. Dimensionamiento de bancos trifásicos en paralelo.
4. Importancia de la impedancia por fase de cada banco.
5. Condiciones para conectar en paralelo dos bancos trifásicos.
d) PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar el correspondiente
diagrama de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Registrar los valores experimentales.
4. Registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el reporte de la práctica.
e) RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencias, factor de potencia.
3. Carga trifásica.
4. Cables de laboratorio.
5. Formatos para registro de valores experimentales.
6. Formatos para registro de resultados.
f) REGISTRO DE RESULTADOS
1. Prueba N° 1: Conexión, estrella – triángulo en paralelo con triángulo Estrella.
Tabla N.-1.
148
2. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g) ANEXOS
1. Diagrama eléctrico.
2. Diagrama de conexiones.
3. Formatos para valores experimentales y resultados.
h) BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i) CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
149
Tabla 56 Valores de tensiones, corrientes, potencias y factor de potencia
TABLA N° 1: TENSIONES, CORRIENTES, POTENCIAS Y FACTOR DE
POTENCIA
BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN OBSERVACIONES
Vrs VRS
Vst VST
Vrt VRT
Vrn VRN
Vsn VSN
Vtn VTN
Ir IR
Is IS
It IT
In IN
P 3Ø-1 P 3Ø-2
Q 3Ø-1 Q 3Ø-2
S 3Ø-1 S 3Ø-2
FP 3Ø-1 FP 3Ø-2
Fuente: Los autores
150
Tabla 57 Valores promedio de tensión y corriente
TABLA N° 2: VALORES PROMEDIOS DE TENSIÓN Y CORRIENTE
BAJA TENSION ALTA TENSION / BT / AT
Vll VLL VERIFICAR:
Vll = * Vfase
VERIFICAR:
Vll = * VFASE
Vfase VFASE
Il IL VERIFICAR:
Il ≠ Ifase
VERIFICAR:
IL ≠ IFASE
Ifase IFASE
Verificar la R.F.T.
Fuente: Los Autores
Vl = Tensión de línea a línea en baja
VLL = Tensión de línea a línea en alta
Il = Corriente de línea en baja
ILL = Corriente de línea en alta
151
Tabla 58 Análisis de potencias
TABLA N°3: ANÁLISIS DE POTENCIAS
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE
POTENCIAS
(P3Ø-1 - P3Ø-2)
OBSERVACIONES
P3Ø-1 P3Ø-2
Q3Ø-1 Q3Ø-2
S3Ø-1 S3Ø-2
FP3Ø-1 FP3Ø-2
Fuente: Los autores
Tabla 59 Valores nominales del banco trifásico estrella-delta en paralelo con delta
estrella.
TABLA N°4: VALORES NOMINALES DEL BANCO TRIFÁSICO
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE POTENCIAS
NBT NAT
Vll VLL
Vfase VFASE
Il IL
Ifase Ifase
S (VA) - 3Ø S (VA) -
3Ø
Fuente: Los autores
152
4.18 PRÁCTICA #18
4.18.1 DATOS INFORMATIVOS
MATERIA: Máquinas Eléctricas I
PRÁCTICA N°18
NÚMERO DE ESTUDIANTES: 20
NOMBRE DOCENTE: Ing. Otto W. Astudillo A. MAE.
TIEMPO ESTIMADO: 2 horas
4.18.2 DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA: AUTO TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS.
a) OBJETIVO GENERAL:
Analizar el comportamiento de un sistema de auto transformación trifásica.
b) OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Realizar la conexión trifásica.
2. Análisis fasorial de tensiones.
3. Relación fundamental de transformación.
4. Triángulo de potencias en baja y alta tensión.
c) MARCO TEÓRICO
1. Auto transformadores trifásicos.
2. Capacidad de auto transformadores trifásicos.
3. Dimensionamiento de auto transformadores trifásicos.
4. Transformadores trifásicos vs. auto transformadores trifásicos.
153
d) PROCEDIMIENTO
1. Utilizando el banco de pruebas para transformadores, realizar el correspondiente
diagrama de conexiones.
2. Tomar las mediciones indicadas y completar las respectivas tablas de pruebas.
3. Registrar los valores experimentales.
4. Registrar cálculos y resultados.
5. Establecer observaciones, comentarios y conclusiones de la práctica.
6. Generar el reporte de la práctica.
e) RECURSOS
1. Banco de pruebas para transformadores.
2. Instrumentación para: tensión, corriente, potencias, factor de potencia.
3. Carga trifásica.
4. Cables de laboratorio.
5. Formatos para registro de valores experimentales.
6. Formatos para registro de resultados.
f) REGISTRO DE RESULTADOS
1. Prueba N° 1: Conexión, estrella – estrella.
Tabla N.-1.
2. Prueba N° 2: Conexión, triángulo abierto – triángulo abierto.
Tabla N.- 2.
3. Observaciones, comentarios y conclusiones.
g) ANEXOS
1. Diagrama eléctrico.
2. Diagramas de conexiones.
154
3. Formatos para valores experimentales y resultados.
h) BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA
1. CHAPMAN, STEPHEN J., MÁQUINAS ELÉCTRICAS, MC GRAW HILL,
2012
2. TURAN GONEN, ELECTRICAL MACHINES WITH MATLAB®, SECOND
EDITION, CRC PRESS, 2011
i) CRONOGRAMA/CALENDARIO
De acuerdo con la planificación de cada docente.
155
Tabla 60 Valores de tensiones, corrientes, potencias y factor de potencia
TABLA N° 1: TENSIONES, CORRIENTES, POTENCIAS Y FACTOR DE
POTENCIA
BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN OBSERVACIONES
Vrs VRS
Vst VST
Vrt VRT
Vrn VRN
Vsn VSN
Vtn VTN
Ir IR
Is IS
It IT
In IN
P 3Ø-1 P 3Ø-2
Q 3Ø-1 Q 3Ø-2
S 3Ø-1 S 3Ø-2
FP 3Ø-1 FP 3Ø-2
Fuente: Los autores
156
Tabla 61 Valores promedio de tensión y corriente
TABLA N° 2: VALORES PROMEDIOS DE TENSION Y CORRIENTE
BAJA TENSIÓN ALTA TENSIÓN / BT / AT
Vll VLL VERIFICAR:
Vll = * Vfase
VERIFICAR:
Vll = * VFASE
Vfase VFASE
Il IL VERIFICAR:
Il ≠ Ifase
VERIFICAR:
IL ≠ IFASE
Ifase IFASE
Verificar la R.F.T.
Fuente: Los autores
Vl = Tension de línea a línea en baja
VLL = Tension de línea a línea en alta
Il = Corriente de línea en baja
ILL = Corriente de línea en alta
157
Tabla 62 Análisis de potencias
TABLA N°3: ANALISIS DE POTENCIAS
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE
POTENCIAS
(P3Ø-1 - P3Ø-2)
OBSERVACIONES
P3Ø-1 P3Ø-2
Q3Ø-1 Q3Ø-2
S3Ø-1 S3Ø-2
FP3Ø-1 FP3Ø-2
Fuente: Los autores
Tabla 63 Valores nominales de un auto-transformador
TABLA N°4: VALORES NOMINALES DEL BANCO TRIFASICO
BAJA TENSIÓN
ALTA TENSIÓN
DIFERENCIA DE POTENCIAS
NBT NAT
Vll VLL
Vfase VFASE
Il IL
Ifase Ifase
S (VA) - 3Ø S (VA) -
3Ø
Fuente: Los autores
158
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
Con este banco de pruebas se pueden realizar las prácticas descritas en el capítulo
4, todas ellas con el fin de entender el funcionamiento de los transformadores
monofásicos y las distintas conexiones que se pueden hacer con los mismos.
La diseño y construcción del banco de pruebas bajo los parámetros solicitados
por la Universidad Politécnica Salesiana permite una uniformidad entre todos los
bancos que forman parte de los laboratorios para prácticas.
Los estudiantes que utilicen este tablero podrán seguir las indicaciones detalladas
en cada práctica para realizar las conexiones debidas y tomar los datos
requeridos y lograr los objetivos definidos al inicio de la practica
159
Recomendaciones
Para el uso de este tablero se debe utilizar una fuente de alimentación trifásica a
220Vac de 3 líneas y neutro.
Tener en consideración que en la parte posterior del tablero existen puntos de
conexión no aislados y que si se manipulan con el tablero energizado puede
provocar una descarga eléctrica.
Para reemplazar algún equipo o si se llega a presentar un desperfecto favor
consultar con el responsable del laboratorio de transformadores.
160
BIBLIOGRAFIA
Álvarez, M. (2009). Transformadores: Cálculo fácil de transformadores y
autotransformadores, monofásicos y trifásicos de baja tensión. Barcelona: Marcombo.
Chapman, S. J. (2012). Fundamentos de máquinas eléctricas. Austria: Mc Graw Hill.
E. E. Staff del M. I. T. (2011). Circuitos magnéticos y transformadores. Barcelona:
Reverté.
Guru, B. S. (2012). Máquinas eléctricas y transformadores. México: Oxford.
Harper, E. (2010). Curso de transformadores y motores de inducción. México: Limusa.
Harper, E. (2010). El libro práctico de los generadores, transformadores y motores
eléctricos. Mexico: Limusa.
Jordi De La Hoz, A. d. (2012). Máquinas Eléctricas - I. Barcelona: Universidad
Politecnica de Cataluña.
Manzano, J. J. (2014). Máquinas Eléctricas. Madrid: Paranifo.
Mora, J. F. (2013). Máquinas eléctricas. Madrid: Mc Graw Hill.
Oliva, E. R. (2012). Transformadores de potencia de medida y de proteccion. Barcelona:
MARCOMBO.
Perez, P. A. (2014). Transformadores de distribución: teoría, cálculo, construcción y
pruebas. México D.F.: Reverté.
Selec. (2015). Selec. Obtenido de Selec: http://www.selec.com/multifunction-meter-
mfm384-96mm-x-96mm-3
Wildi, T. (2012). Máquinas eléctricas y sistemas de potencia. México: Pearson.
161
ANEXOS
Anexo 1 Especificaciones técnicas, analizador de red SELEC MFM384
Fuente: (Selec, 2015)
162
Anexo 2 Instructivo de operación, analizador de red SELEC MFM384 (1)
Fuente: (Selec, 2015)
163
Anexo 3 Instructivo de operación, analizador de red SELEC MFM384 (2)
Fuente: (Selec, 2015)
164
Anexo 4 Instructivo de operación, analizador de red SELEC MFM384 (3)
Fuente: (Selec, 2015)