CURSO: MEDIDAS ELÉCTRICAS

TEMA: “TRASFORMADOR MONOFÁSICO”

DOCENTE: VACA OLIVER MANUEL JESUS

ALUMNOS:

Julón Chilcón Andrez Ruíz Mejía Elver

CARRERA PROFESIONAL:

Mecánica eléctrica C10-3

AÑO ACADÉMICO:

2015-III

LA LIBERTAD –TRUJILLO

PERÚ

TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

I. OBJETIVOS.

1. Medir la corriente de vacío del transformador (i0(t) , Io)2. Aprender a colocar los instrumentos como VOLTIMETRO, AMPERIMETRO,

VATIMETRO en el Primario del Transformado ”ENSAYO DE VACIO”3. Realizar el ensayo de corto y obtener la corriente nominal tanto en el primario como

en el secundario.

II. INTRODUCCIÓN

El transformador monofásico es un regulador de tensión, puesto que puede aumentar o disminuir el voltaje, pero siempre manteniendo su potencia, pero para verificar que los transformadores están funcionando correctamente, es indispensable hacer pruebas de laboratorio para verificar si el transformador cumple los estándares, ya que en una planta industrial cada transformador que adquiere la empresa primero pasa por un control, para luego ponerlo en funcionamiento. Hay dos métodos más empleados para ensayar el trasformador. (“cortocircuito y corriente de vacío”)

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

Dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamenteLas bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario”.

Para determinar estos parámetros se puede realizar a través de dos pruebas, las cuales son: Prueba de Vacío y Prueba de Cortocircuito.

a.- Prueba de Vacío:

Consiste en aplicar una tensión nominal V1 en cualquiera de los enrollados del transformador, con el otro enrollado abierto, se le aplica al lado 1 voltaje y frecuencia nominal, registrándose las lecturas de la potencia de entrada en vacío P0 y la corriente en vacío I1. Es obvio que los únicos parámetros que tienen que ser considerados en la prueba de vació son Rm y jXm, la impedancia de dispersión, R1 +jX1, no afecta a los datos de prueba. Usualmente, la tensión nominal se aplica al enrollado de baja tensión. La figura 1, muestra el circuito de prueba utilizado.

Figura 1: Circuito Equivalente para la condición en Vacío

Nuestros parámetros nos quedan:

; Ec.1

; Ec.2

Es válido tensionar que Im se calcula con la ecuación 3; (Ec.3)

b.- Prueba de cortocircuito:

Esta prueba se realiza a voltaje reducido, hasta que circule una corriente nominal por el circuito. En este caso no se toma la rama de magnetización, esto es debido a que solo se requiere un pequeño voltaje para obtener las corrientes nominales en los embobinados debido a que dicha impedancias son limitadas por la impedancia de dispersión de los embobinados, por lo tanto la densidad de flujo en el núcleo será pequeña en la prueba de cortocircuito, las pérdidas en el núcleo y la corriente de magnetización será todavía más pequeña. La tensión reducida Vcc, llamada frecuentemente tensión de impedancia, se soluciona para que la corriente de cortocircuito Icc no ocasione daño en los enrollamientos. Se escoge usualmente Icc como la corriente de plena carga (nominal). Usualmente esta prueba se hace por el lado de alto voltaje (para que la corriente sea más pequeña).

Figura 2: Circuito equivalente para la condición de cortocircuito

La potencia del cortocircuito es la pérdida total en el cobre del transformador. Debido al efecto pelicular, Pcc puede ser mayor que las perdidas óhmicas en el cobre.

De la figura 2, obtenemos lo siguiente:

; (Ec.4)

; (Ec.5)

; (Ec.6)

Zeq, Xeq y Req son conocidas por impedancia equivalente, reactancia equivalente y resistencia equivalente, respectivamente.

Si V1 = V2, podemos decir que:

; (Ec.7)

Deberá notarse nuevamente que los parámetros están en función del enrollamiento en el que se toman las lecturas de los instrumentos.

Ya que la resistencia equivalente Req es la suma de R1 y R'2 se deduce que:

; (Ec.8)

IV.-Características De Funcionamiento De Los Transformadores Monofásicos De Dos Enrollados.

La regulación y la eficiencia son las dos características de mayor importancia en el funcionamiento de los transformadores. Los cuales son usados en sistemas de potencia para la transmisión y distribución de energía.

Factor de Regulación:

La regulación de voltaje es una medida de la variación de tensión de salida de un transformador, cuando la corriente de carga con un factor de potencia constante varía

de cero a un valor nominal. Considérese los dos embobinados del transformador mostrado en la figura 4-a. La carga está conectada al lado2 y la fuente de voltaje al lado 1.Supongamos que el transformador está entregando a la carga una corriente nominal a un voltaje nominal y con un factor de potencia específico. La fuente de voltaje es ajustada para obtener voltaje constante a este valor y la carga es desconectada del transformador, el voltaje de salida del transformador cambiará; la diferencia entre los valores del voltaje de salida cuando está sin carga, y el nominal a plena carga, expresada como una fracción del valor nominal, es definida como la regulación del voltaje nominal del transformador a un factor de potencia específico. La ecuación 9 representa el factor de regulación en porcentaje.

; (Ec.9)

Como generalmente, la corriente de excitación será pequeña comparada con la corriente nominal de un transformador de núcleo de hierro, la rama en derivación consiste de Rm y Xm puede no considerarse para cálculos de regulación de voltaje..

; (Ec.10)

Donde:

; (Ec.11)

Los términos V2, IL2 son los valores nominales

Figura 3-a: Transformador de núcleo de hierro de dos enrollados alimentando una carga inductiva (ZL2).

b.- Rendimiento:

Supongamos el transformador de núcleo de hierro exhibido en la figura 3-a. Supóngase que el voltaje de la salida se mantiene constante al valor nominal y el transformador formado con factor de potencia COS (L), está entregando a la carga, una corriente IL2 (no es necesariamente el valor nominal). Las pérdidas en el transformador son los que se tienen en el núcleo debido a la histéresis, a las corrientes parásitas y las óhmicas en las resistencias de los enrollamientos; como las pérdidas en el núcleo son dependientes de la densidad de flujo y la frecuencia puede considerarse que Pc permanece constante en el tiempo si el voltaje de salida y la frecuencia se mantienen constantes en el tiempo. Las pérdidas óhmicas en los enrollamientos, están en función de la corriente. A cualquier corriente IL2, las pérdidas óhmicas totales en el transformador son I2L2 Req2; estas pérdidas son llamadas pérdidas en el cobre, luego la ecuación 12, representa el rendimiento del transformador.

; (Ec.12)

; (Ec.13)

Si IL2 es la corriente nominal, entonces se obtiene la eficiencia nominal del transformador.

V.- Mediciones De Resistencia (Método voltímetro - Amperímetro)

Este método de medición de la resistencia de los devanados consiste en aplicar una tensión continua en uno de los devanados y medir la corriente existente en ese instante, luego conocidos estos valores es posible calcular la resistencia de los devanados en corriente continua mediante Ley de Ohm.

Cabe señalar que en la ejecución de esta experiencia, el valor de la resistencia no se realizó por el método de Voltímetro- Amperímetro. Si no que se realizó directamente a través de un multímetro en cada uno de sus conectores, o sea en el enrollado primario y en los secundarios.

IV. PROCEDIMIENTO

“Ensayo de vacío”

Al implementar el circuito primero lo probamos sin interfas, con un vatímetro.

Conectando está conexión en el interfaz obtenemos los gráficos del ensayo.

Al instalar se debe tener en cuenta que

tanto como el vatímetro como en

el amperímetro tiene que ser los

resultados casi lo mismo.

En el osciloscopio se observa que el voltaje de entrada está

en una misma fase que en la de salida, la única diferencia es que los picos varian por el defecto

que que en el primario es mayor que en el secundario.

Voltage y corriente

En este caso las polaridades del transformador se han invertido por dinámica de

demostrar que las polaridades importan al

momento de la conexión.

En el osciloscopio se observa que que el

voltaje es una forma perfecta

sinodal y la corriente tiene una forma

amorfa

POTENCIA

Si bien es cierto, la potencia es la

relación entre el voltaje con la

corriente y como observamos las

gráficas anteriores, es la relación entre

estas gráficas.

POTENCIA EN VACIO

FACTOR DE POTENCIA

VOLTAJE EN EL SECUNDARIO

VOLTAJE EN EL PRIMARIO

EN EL ENSAYO DE VACIO Pfe (perdidas en el núcleo de hierro)

Demostración del ensayo de vacío.

ENSAYO DE CORTOCIRCUITO

Al implementar el circuito en la tarjeta de adquisición de datos, obtenemos los sigu8ientes resultados.

Voltaje máximo alcanzado

Corriente en el secundario

Corriente en el primario

Potencia

Factores de potencia

Los factores de potencia son los mismos tanto en el primario como en el secundario

i

Resolución

Voltaje

Corriente primario

Corriente en el secundario

Después del ensayo de corto, conectamos cargas en el secundario (resistencias)

V. Observaciones:

VI. Conclusiones:

En un ensayo de cortocircuito hay que tener en cuenta la corriente nominal,

para que pueda ser un ensayo controlado.

4400

2200

1100

4400//2200

2200//1100

El ensayo de hace verificar la cantidad de potencia consumida por el cobre o

por el núcleo de hierro.

Nunca un ensayo de vacío se puede colocar un amperímetro en el secundario

en paralelo, puesto que haría corto.

“TRANSFORMADOR MONOFASICO”

OBJETIVOS:

1. Calcular la Corriente Nominal del primario y secundario.2. Aprender a conectar Voltimetro, amperímetro, vatímetro y tarjeta de

Adquisición de datos 9062, 9063 a un transformador Monofasico.3. Realizar ensayos de vacío y corto en un transformador.4. Calcular los parámetros como RC , XM , RCC , XCC .

FUNDAMENTO TEORICO:

Ensayo de Vacio de un transformador MonofásicoMediante esta experiencia se determinara:

• La relación de transformación (a)• La corriente de vacio (I0)• Las perdidas en el hierro (PFe)

Para llevar a cabo este ensayo se deja abierto el circuito del secundario y se conecta un voltímetro (V1) en el primario y otro en el

secundario (V2). Además se intercala un amperímetro y un vatímetro en el circuito primario. Fuente a 220v

Figura 1: Ensayo de Vacio de un Transformador.

El amperímetro (A) indicará la corriente de vacio I0.La relación de transformación se calcula dividiendo V1 entre V2.El vatímetro indica la potencia de vacio (P0). Debido a que la corriente de vacio es muy pequeña se puede decir que:

P0≃PFe

Ensayo de Cortocircuito de un transformador MonofásicoMediante esta experiencia se determinará los componentes de cortocircuito, es decir:

• Los parámetros RCC, XCC y ZCC • La tensión de cortocircuito porcentual y sus componentes• Las perdidas en el cobre (PCU)

Para llevar a cabo este ensayo se cortocircuita el secundario mediante un amperímetro A2, tal como se muestra en la figura. El primario se alimenta a través de una fuente de tensión alterna regulable. En el primario se conecta un amperímetro A1, un voltímetro VCC y un vatímetro W.

Figura 2: Ensayo de Corto de un Transformador.

Se comienza el ensayo aplicando cero voltios en el primario y se va subiendo poco a poco la tensión hasta conseguir que el amperímetro A1 indique un valor de corriente igual a la intensidad nominal primaria correspondiente a el transformador a ensayar.(0.227 Amperios)Cuando el amperímetro A1 indique su valor nominal I1n, el amperímetro A2 indicará la intensidad nominal secundaria I2n( 0.4545 Amperios)

EQUIPOS Y MATERIALES:

Cantidad

Descripción Marca ModeloObservació

n

01Fuente de alimentación variable

01 Transformador 220/110 v

01 Vatímetro digital

03 Multímetro digital

Varios Conductores de conexión

PROCEDIMIENTO:

1. Implemente el circuito de la figura 1, alimente el transformador con su voltaje nominal (220 voltios) y anote los valores en la siguiente tabla:

V1 V2 A W=PO

221.3 113.1 0.069 3.931

Calculamos la IC, RC:

P=V 1 X Ic

Ic=3.931221.3

Ic=17.7mA

Rc=V 1Ic

=221.317.7

Rc=12.502KΩ

ℑ=√ ¿ℑ=67.85mA

XM=V 1ℑ =221.367.85

XM=3.26KΩ

2. Con los resultados anteriores calcule los parámetros de vacio del transformador:

a Pfe Io

1.956 3.931 0.0691

EN ESTE LABORATORIO TRABAJARÁ CON TENSIONES PELIGROSAS.

NO MODIFIQUE NI HAGA NINGUNA OTRA CONEXIÓN, SALVO QUE SU PROFESOR LO

AUTORICE.

3. Repita el paso anterior para el lado secundario del transformador.

V1 V2 A W

110.2 216.8 0.124 3.793

4. Con los resultados anteriores calcule los parámetros de vacio del transformador:

a Pfe Io

0.508 3.793 0.124

5. Comparar los resultados obtenido en los puntos 2 y 4 y comente.

La relación e transformación varia, puesto que en una es elevador y en otro actúa como reductor; las corrientes en ambos casos son distintos, en el elevador es mayor que en el reductor. La potencia perdida en el hierro o consumida en el núcleo del hierro varia en una leve proporción.

6. Implemente el circuito de la figura 2.

7. Aumente el voltaje desde cero (O voltios) hasta que en los amperímetros indique la corriente nominal, luego anotar sus resultados en la siguiente tabla:

Vcc A1 A2 W=PCU

12.80 0.0227 0.447 2.902

8. Con los resultados anteriores calcule los parámetros de corto del transformador:

Pcu Cos ΦCC ZCC RCC XCC

2.902 3.051 56.39 56.31 3.002

I1n=0.545 AI2n=0.227 A

Zcc= VccI 1n

=12.800.227

Zc=56.39Ω

Rcc= Pcu

I 1n2= 2.902

(0.277)2

Rcc=56.31Ω

Xcc=√56.392−56.312Xcc=3.002

9. Repita el paso anterior para el lado secundario del transformador.

LLAME AL PROFESOR PARA QUE REVISE SU CIRCUITO.

ALToO

Vcc A1 A2 W

7.288 0.542 0.277 3.938

10.Con los resultados anteriores calcule los parámetros de corto del transformador:

Pcu Cos ΦCC ZCC RCC XCC

3.938 4.47 13.446 13.405 1.049

11.Comparar los resultados obtenido en los puntos 8 y 10 y comente.

La potencia perdida en el cobre varia en gran proporción debido al cambio de voltaje así como la impedancia de cortocircuito, si el transformador es reductor la impedancia es elevada, y si el transformador es elevador la impedancia es mas pequeña.

12.Grafique el circuito equivalente del transformador real reflejado de primario a secundario empleado en la práctica, emplee los valores obtenidos en la práctica.

ANEXOS:

Ondas del ensayo de vacio

Añadiendo resistencias

4400Ω

2200 Ω

1100 Ω

4400 Ω //2200 Ω

2200 Ω //1100 Ω

4400 Ω //1100 Ω

4400 Ω //2200 Ω //1100 Ω

Añadiendo bobinas

14H

7 H

3.5 H

14 H //7 H

7 H //3.5 H

14 H //3.5 H

14 H //3.5 H //7 H