Ao de la Inversin para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y

ELECTRNICA

ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

Curso: MAQUINAS ELECTRICAS I

Profesor: Ing. Hugo Llacza

Tema: Ensayo de Vacio y Cortocircuito

Apellidos y Nombres Cdigo

- Zarria Sangama, Walter Martin 1023120228

- Mendoza Reyes, Carlomagno David 1023120781

-Herrera Siguea, Jheiser 1023120504

18 de noviembre del 2013.

INTRODUCCION

Los ensayos de vaco y cortocircuito de un transformador permiten determinar varios de los parmetros ms importantes que definen su comportamiento. A travs de las mediciones efectuadas en los mencionados ensayos, y mediante el clculo conveniente, se pueden determinar los parmetros del circuito equivalente simplificado del transforma- dor. Dicho circuito resulta til en el clculo de las complejas redes de transporte y distri- bucin, con varios escalones de tensin, previa reduccin a una tensin base. De otro lado, del ensayo de vaco se obtiene, adems de la corriente de vaco, la rela- cin de transformacin y las perdidas en el hierro del transformador. Como se sabe, dio- chas perdidas son independientes del ndice de carga del transformador. Del ensayo de cortocircuito se deduce el importante parmetro de la tensin de cortocircuito. Este parmetro interviene, directamente, en la corriente de cor- tocircuito permanente, en las expresiones de la cada de tensin y en la asocia- cin en paralelo detransformadores. Otro parmetro, de no menor importancia, es la potencia de prdidas nominales en los devanados primario y secundario. De ambos ti- pos de perdidas, en el hierro y en el cobre, se deduce el ndice de carga ptimo del transformador, es decir, la carga, definida como porcentaje sobre la potencia nominal del transformador, en la que este trabaja con rendimiento mximo.

OBJETIVOS

PRUEBA EN VACO

Determinar los parmetros del circuito equivalente para la experiencia en vaco de un

transformador monofsico.

Determinar si el valor de las prdidas en vaco concuerdan y estn dentro de la tolerancia

con los valores calculados y/o garantizados.

Verificar que las prdidas medidas son las mismas que se consideraron para determinar el

rendimiento y calentamiento del transformador.

PRUEBA EN CORTOCIRCUITO

Medir las prdidas en el cobre y comprobar si se encuentran dentro de los valores

calculados y/o garantizados.

Determinar los parmetros del circuito equivalente del transformador monofsico para

frecuencia y tensin nominal.

Determinacin del valor de la Ecc, el mismo que influir en el reparto de carga en la puesta

en paralelo.

Fundamento Terico

ENSAYO DE VACO

El ensayo en vaco proporciona, a travs de las medidas de tensin, intensidad y potencia en

el bobinado primario, los valores directos de la potencia perdida en el hierro y deja abierto el

bobinado secundario. Por lo tanto, este bobinado ser recorrido por ninguna intensidad, y no

se tendrn en cuenta los nfimos valores de las prdidas en el cobre para este ensayo.

Los principales datos que hay que determinar en el ensayo en vaco son:

Las prdidas en el hierro a travs de la lectura del vatmetro (W1) en el bobinado

primario, entendiendo que la P10 es la potencia medida en el vatmetro (W1).

(PFE = P10)

La intensidad en vaco del primario a travs del ampermetro (A1).

La relacin de transformacin (m):

Tambin podemos calcular, con la ayuda de los resultados:

La impedancia (Z):

La potencia aparente en vaco (

El ngulo de desfase () o factor de potencia de vaco:

En vaco, el coseno de 10 coincide aproximadamente con el cos 20 (Cos10 = Cos 20)

ESQUEMA ELCTRICO DEL ENSAYO DE UN TRANSFORMADOR EN

VACO

ENSAYO DE CORTOCIRCUITO

Con el ensayo en cortocircuito, conseguimos las intensidades nominales en los dos

bobinados, aplicando una pequea tensin al primario y cortocircuitando el secundario con un

ampermetro (el ampermetro tiene una resistencia prcticamente nula), como se muestra en

la figura 1 y 2.

En muchos ensayos en cortocircuito, la Icc supera el 25% de la intensidad nominal (IN).

FIGURA 1: Esquema de montaje de un transformador en cortocircuito.

PROCEDIMIENTO

Con un autotransformador regulable y comenzando desde cero, aplicamos progresivamente

la tensin, que se incremente voltio a voltio, hasta conseguir las intensidades nominales en

los dos bobinados.

La tensin aplicada, una vez alcanzada la intensidad nominal en el secundario, recibe el

nombre de tensin de cortocircuito (UCC). Esta tensin supone un valor bajo con respecto a la

tensin nominal aplicada al transformador cuando est en carga.

En la prctica, la UCC se da en valores porcentuales oscila entre un 4% y un 10% de la tensin

nominal U1n. En transformadores de distribucin, la tensin nominal se representa con la letra

u minscula seguida de cc, que indica el valor en cortocircuito (UCC), as como en las dems

magnitudes, como son las impedancias, las inductancias, etc.

(En %)

En el ensayo de cortocircuito, como las intensidades son nominales, se producen prdidas en

el cobre por efecto Joule similares a las que se dan cuando el transformador est en carga; se

diferencian en el rendimiento cuando el ndice de carga es menor que la unidad.

FIGURA 2: Esquema de montaje de un transformador en cortocircuito.

Las prdidas en el cobre se calculan mediante:

EQUIPOS E INSTRUMENTOS

Transformador monofsico

220/110 V

Transformador de corriente

Vatmetro AC monofsico

Multmetro Digital

Marca: SANWA RD700

Ampermetro AC

Fuente Regulador de Voltaje AC

0-300V

Cables de conexin

Cargas Resistivas e Inductivas

PROCEDIMIENTO:

DATOS DEL TRANSFORMADOR A UTILIZAR:

TRAFO: 220/110V

PRUEBAS A EJECUTAR EN EL TRANSFORMADOR

1) Prueba en vaco (Alta).

2) Prueba en vaco (Baja).

3) Prueba en corotcircuito (Baja)

a) Prueba N1

b) Prueba N2

4) Prueba con carga.

1) PRUEBA EN VACO (Alta)

a=2.2

b=4.5

f.p= 0.9

A=17.82

Ps=317.5VA

DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA REALIZADA:

Pruebas V entrada I entrada V salida Pfe (W)

1 250 0.1 127 34

2 220 0.08 111.6 28

3 200 0.07 100.9 22

4 180 0.06 91.8 19

2) PRUEBA EN VACO (Baja)

DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA REALIZADA:

Pruebas V entrada I entrada V salida Pfe (W)

1 130 0.19 252 29

2 120 0.15 231.5 25

3 100 0.11 195.1 18

4 90 0.10 173.8 15

3) PRUEBA EN CORTOCIRCUITO (Alta)

Lo que se realizo antes de armar el circuito es saber con qu corriente vamos a trabajar en la

parte de A.T y B.T para saber con qu equipos e instrumentos era el adecuado utilizar .Para

ello hicimos lo siguiente:

a) PRUEBA N1 (Variacin de tensin en forma ascendente)

DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA REALIZADA:

Pruebas V entrada A1 A2 Pcu (W)

1 5.26 0.5 1.8 5

2 7.43 0.7 2.4 7.5

3 10.22 0.9 3.6 10

4 12.75 1.15 4.4 15

5 15.57 1.4 5.4 25

6 18.34 1.65 6.4 30

7 19.98 1.8 7 35

8 22.40 2 7.8 45

9 24.24 2.2 8.6 50

b) PRUEBA N2 (Variacin de tensin en forma descendente)

DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA REALIZADA:

Pruebas V entrada A1 A2 P cu (W)

1 24.68 2.2 8.6 55

2 23.46 2.1 8.1 50

3 21.85 1.95 7.5 45

4 19.58 1.75 6.7 35

5 17.34 1.55 6 27.5

6 13.37 1.2 4.4 20

7 11.46 1 4 15

8 9.58 0.85 3.3 10

9 7.68 0.7 2.7 5

10 5.6 0.5 1.8 5

DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA REALIZADA:

PRUEBA DE VACO (SIN CARGA)

CARGA N1

V1 (V) 220 V2 (V) 112

I1 (A) 0.65 I2 (A) 0.5

W1 (W) 140 W2 (W) 55

CARGA N2

V1 (V) 220 V2 (V) 110

I1 (A) 1.2 I2 (A) 1

W1 (W) 250 W2 (W) 105

CARGA N3

V1 (V) 220 V2 (V) 110

I1 (A) 1.6 I2 (A) 1.45

W1 (W) 350 W2 (W) 150

CARGA N4

V1 (V) 220 V2 (V) 110

I1 (A) 1.8 I2 (A) 1.6

W1 (W) 360 W2 (W) 157.5

CARGA N5

V1 (V) 216 V2 (V) 106

I1 (A) 1.9 I2 (A) 1.73

W1 (W) 390 W2 (W) 170

CARGA N6

V1 (V) 216 V2 (V) 106

I1 (A) 1.8 I2 (A) 1.73

W1 (W) 410 W2 (W) 185

CARGA N7

V1 (V) 216 V2 (V) 105

I1 (A) 2.1 I2 (A) 1.9

W1 (W) 440 W2 (W) 195

CARGA N8

V1 (V) 216 V2 (V) 100

I1 (A) 2.2 I2 (A) 2.2

W1 (W) 470 W2 (W) 210

Secuencia de Clculos

REGULACIN:

FACTOR DE POTENCIA:

RENDIMIENTO:

CARGA N1

REGULACIN:

FACTOR DE POTENCIA

RENDIMIENTO:

CARGA N2

REGULACIN:

FACTOR DE POTENCIA

RENDIMIENTO:

CARGA N3

REGULACIN:

FACTOR DE POTENCIA

RENDIMIENTO:

CARGA N4

REGULACIN:

FACTOR DE POTENCIA

RENDIMIENTO:

CARGA N5

REGULACIN:

FACTOR DE POTENCIA

RENDIMIENTO:

CARGA N6

REGULACIN:

FACTOR DE POTENCIA

RENDIMIENTO:

CARGA N7

REGULACIN:

FACTOR DE POTENCIA

RENDIMIENTO:

CARGA N8

REGULACIN:

FACTOR DE POTENCIA

RENDIMIENTO:

CLCULO DE LA EFICIENCIA A CONDICIONES

NORMALES:

Prueba de Vacio (en baja)

Pruebas V entrada I entrada V salida Pfe (W)

1 130 0.19 252 29

Prueba en cortocircuito (datos de subida)

Pruebas V entrada A1 A2 Pcu (W)

1 5.26 0.5 1.8 5

Reemplazando:

Tabulacin de datos obtenidos

R% Cos

Carga1 1.75 0.98 39.28

Carga2 3.50 0.95 42

Carga3 3.50 0.94 42.85

Carga4 3.50 0.89 43.75

Carga5 7.01 0.93 43.58

Carga6 7.01 0.90 40.24

Carga7 7.89 0.98 44.31

Carga8 12.28 0.95 44.68

OBSERVACIONES:

Podemos notar que en la prueba de carga el factor de potencia disminuye al variar la carga

agregando ms cantidad de focos junto a una resistencia a pesar de que ambos

componentes son resistivos es decir debera siempre el factor de potencia ser igual a 1.

Cuando se va agregando ms carga resistiva podemos notar que el porcentaje de

regulacin aumenta pero la eficiencia es cada vez menor.

No se utiliz la frmula:

Debido a que el k (relacin de transformacin) viene a ser el de vaco o el de la relacin de

los voltajes nominales del trafo, para evitarnos dificultades escogiendo uno u otro se opt por

la otra frmula utilizada para calcular

Cuestionario

1) Graficar en base a los valores obtenidos Im vs E; P vs E en cada caso sealar los valores

nominales.

-PRUEBA VACO (ALTA)

IM VS E (E = VALOR NOMINAL)

P VS E (P = VALOR NOMINAL)

-PRUEBA VACO (BAJA)

IM VS E (E = VALOR NOMINAL)

P VS E (P = VALOR NOMINAL)

(LAS GRFICAS SE PRESENTAN EN LA SIGUIENTE PGINA EN HOJA

MILIMETRADA)

2) Explique cul es la influencia de la seccin recta del ncleo de transformador?

La seccin recta del ncleo de transformador influye en la transmisin de energa

debido a que la seccin recta define el tamao de los conductores de las bobinas

primaria y secundaria ya que para que el transporte de energa resulte rentable es necesario

que en la planta productora de electricidad un transformador eleve los voltajes, reduciendo

con ello la intensidad. Las prdidas ocasionadas por la lnea de alta tensin son

proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente por la resistencia del

conductor. Por tanto, para la transmisin de energa elctrica a larga distancia se utilizan

voltajes elevados con intensidades de corriente reducidas.

3) Que es la direccin magntica preferencial de los materiales ferromagnticos?

La direccin magntica preferencial (fcil magnetizacin) de los materiales ferromagnticos es

la direccin que tiene el mismo sentido que el campo magntico aplicado, por ende aparece

una fuerza de atraccin con mucha intensidad sobre el cuerpo respecto del campo aplicado,

es decir dichos materiales se magnetizan fuertemente.

4) Cuales son los elementos que producen perdidas en el transformador?

Prdidas en el cobre: Son prdidas por calentamiento resistivo en los devanados primario y

secundario del transformador. Son proporcionales al cuadrado de la corriente en los

devanados.

Prdidas por corrientes parsitas: Prdidas por calentamiento resistivo en el ncleo del

transformador. Son proporcionales al cuadrado del voltaje aplicado al transformador.

Prdidas por histresis: Estn relacionadas con los reordenamientos de los dominios

magnticos en el ncleo durante cada semiciclo. Son una funcin compleja no lineal del

voltaje aplicado al transformador.

Flujo disperso: Son los flujos que escapan del ncleo y pasan nicamente a travs de uno

de los devanados del transformador. Esta fuga produce una auto inductancia en las

bobinas primaria y secundaria.

5) Que componentes integran la corriente de excitacin de un transformador?

Los componentes que la integran son: La corriente de magnetizacin IM, requerida para

producir el flujo en el ncleo del transformador, y la corriente de prdidas en el ncleo IH+E,

requerida por el fenmeno de histresis y por las corrientes parsitas

6) Que es el flujo de dispersin de un transformador?

Porcin del flujo que atraviesa una de las bobinas del transformador, pero no la otra (No todo el flujo producido en la bobina primaria atraviesa la bobina secundaria pues algunas de las lneas de flujo abandonan el ncleo de hierro y pasan a travs del aire)

7) Graficar las curvas caractersticas de cortocircuito: P vs I, E vs I.

DATOS DE LA PARTE A.T EN LA PRUEBA DE CORTO CIRCUITO

-V vs I1

-V vs I2

-P vs I1

-P vs I2

(LAS GRFICAS SE PRESENTAN EN LA SIGUIENTE PGINA EN HOJA

MILIMETRADA)

8) Qu es el flujo de dispersin de un transformador?

El flujo de dispersin es una parte del flujo total que no va a enlazar al devanado, es decir se

va a perder al exterior de las bobinas.

9) Utilizando los datos obtenidos en los ensayos hallar el circuito equivalente del

transformador para condiciones normales.

DE LA PRUEBA DE VACIO (B.T)

Datos:

DE LA PRUEBA DE CORTO CIRCUITO (A.T) -PRIMERA PRUEBA (ASCENDENTE)

EXPERIENCIA N

V1N=Vo(V) Io:-corriente en vacio(mA)

Vatmetro Pfe(W)

1 130 19 29

EXPERIENCIA N

V1=VCC(V) ICC1-A.T(A) ICC2-B.T(A) VATMETRO PCU(W)

2 7.43 0.7 2.4 7.5

PROMEDIO PARA

VCC=5%VN

10.22 0.9 3.6 10

4 12.75 1.15 4.4 15

CALCULOS:

2

9

3 2 1 715 103

0

9

3 1 462 103

0 897 103

SEGUNDA PRUEBA (DESCENDENTE)

PROMEDIAMOS:

EL CIRCUITO EQUIVALENTE QUEDARA DE LA SIGUIENTE MANERA:

EXPERIENCIA N

V1=VCC(V) ICC1-A.T(A) ICC2-B.T(A) VATMETRO PCU(W)

8 9.58 0.85 3.3 10

PROMEDIO V1=Vcc(V) Icc1-A.T(A) Vatimetro Pcu(W)

Vcc=5%Vn 9.9 0.875 10

13 06

CALCULOS:

De la exp (elije una):

2

8752

9 9

875 11 31

OBS: CON LOS DATOS R>Z

6 53

EN DONDE:

10) De que manera afecta la temperatura en el funcionamiento del transformador?

Todos los factores que afectan la temperatura del punto caliente tienen directa relacin con

la vida til.

Uno de los factores que ms afectan la vida de los aislamientos, es la temperatura de

operacin de las mquinas elctricas, esta temperatura est producida principalmente por

las prdidas y en el caso especfico de los transformadores, durante su operacin.

11) De qu factores depende el factor de correccin en los transformadores?

El factor de correccin es el producto del factor de correccin de relacin y factor de relacin

del ngulo.

12) Explicar comparativamente las ventajas y desventajas de los autotransformadores.

Ventajas:

Solo un porcentaje de la energa se trasmite por induccin, esto significa menor flujo del

campo y menor tamao del ncleo de hierro. Por lo tanto se obtienen transformadores ms

livianos.

El transformador lleva un solo bobinado, por lo tanto es ms fcil de construir y requiere

menos cobre. En consecuencia es ms econmico.

Parte de la energa del transformador se transmite elctricamente. Las perdidas elctricas

siempre son menores que las perdidas magnticas, por lo tanto, el autotransformador tiene

mayor rendimiento

Desventajas:

Debido a la construccin elctrica del dispositivos, la impedancia de entrada del

autotransformador es menor que de un transformador comn. Esto no es ningn problema

durante el funcionamiento normal de la mquina, pero si por alguna razn se produce un

cortocircuito a la salida, la corriente que circulara por la entrada ser mayor que en un

transformador comn. Y esto representa un mayor riesgo en la instalacin elctrica.

Y si de riesgos hablamos, el hecho de que la salida del transformador no est aislada con la

entrada, este se vuelve inseguro para la persona que lo opera.

1 715 10 3 0 897 10 3

R1= 5 655 R2=1 41

X1=3 265 X2=0 816

CONCLUSIONES

Podemos notar que en el ensayo de vaco si se ejecuta tanto en alta como en baja las

prdidas en el fierro son iguales por ende se est demostrando la teora de la experiencia.

Los conceptos a investigar en esta experiencia resalta mucha importancia debido a que son

conceptos que tienen que estar bien conceptuado valga la redundancia por nosotros futuros

ingenieros electricistas.

En la prueba de cortocircuito cuando se est cambiando la tensin de la fuente reguladora el

valor que proporcione el cambio hecho es el que queda porque si se retrocede a un valor

que hemos establecido los valores obtenidos seran errneos.

RECOMENDACIONES

Si en el transformador no se indica cual es el bobinado primario y secundario respectivamente se tiene que realizar la medida de resistencia de bobinas.

Para esta experiencia se requiere trabajar con tensiones altas lo cual se requiere tomar en cuenta las reglas de seguridad aprendidas del informe realizado anteriormente (INFORME N2 : SEGURIDAD E INSTRUMENTOS DE LABORATORIO)

A la hora del armado de nuestro circuito tratar de tener siempre la presencia de nuestro

profesor como gua para nuestras conexiones, para que luego nos de la posterior

aprobacin del mismo, y recin poder darle tensin al circuito.

No se debe de olvidar la esttica del circuito, porque si no se mantiene un orden especfico

pueden resultar datos errneos o daos que mermen el desarrollo del aprendizaje.

BIBLIOGRAFIA

http://modulodemejora.files.wordpress.com/2008/09/pruebas-sobre-transformadores.pdf

http://www.tecnun.es/asignaturas/SistElec/Practicas/PR_SIS_01.pdf

ENSAYO DE TRANSFORMADORES http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448141784.pdf

TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN 2DA ED AVELINO PREZ, PEDRO.

TRANSFORMADORES DE POTENCIA DE MEDIDA Y DE PROTECCIN 7ED ENRIQUE RAS, OLIVA.