“ AÑO DEL BUEN SERVICIO AL CIUDADANO”
UNIVERSIDAD UNIVERSID AD NACIONAL
“SAN LUIS GONZAGA” DE ICA
FACULTAD DE INGIENERIA MECANICA Y ELECTRICA TEMA PERDIDAS EN EL TRANDSFORMADOR MONOFASICO PRUEBA DE VACIO Y PRUEBA DE CORTOCIRCUITO
CURSO
: LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS I
DOCENTE : Ing. CARLOS ORE HUARCAYA ALUMNO : ROLANDO ACHULLI LIZARBE CICLO
:
VI-ME-2 ICA-PERÚ 2017
MARCO TEORICO Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios 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 s ecundario.
ENSAYOS INDUSTRIALES EN TRANSFORMADORES T RANSFORMADORES ELÉCTRICOS: Los dos ensayos industriales más comunes que se pueden llevar a cabo para conseguir los parámetros del modelo reducido del transformador son el ensayo en vacío o circuito abierto y e l ensayo en cortocircuito. Los circuitos equivalentes de cada uno de los ensayos van a ser los siguientes:
Las pérdidas de potencia en un transformador real, son un tema muy crítico y complicado, dichas pérdidas han sido estudiadas por años y años, llegando a la conclusión de que es imposible no tener pérdidas en un transformador; es por esto que ahora lo que se pretende lograr es reducir las pérdidas lo máximo posible. Un transformador real tiene perdidas por diferentes circunstancias, no solo por una, y sin embargo todas se manifiestan en forma de calor, calor, es decir si un transformador tiene pérdida de potencia esta pérdida se transformara en calor, este es el p rincipio de la conservación de energía. Con el fin de tratar de reducir las pérdidas de potencia lo máximo posible, sea estudiado cuales son las causas por las que se producen estas pérdidas y así hacer algo al respecto y tomar una medida adecuada y oportuna que permita una solución al problema; esta solución claramente no será una solución totalmente exitoso pero lograra una mejora muy considerable. Debido a las pérdidas de potencia es que cada transformador, debe tener su factor de potencia establecido por el fabricante, para así poder así poder ver cuál es un transformador con bajas perdidas y cual es un transformador con altas perdidas, para así poder adquirir uno de estos según las circ unstancias que se necesiten.
PERDIDAS EN EL TRANDSFORMADOR MONOFASICO PRUEBA DE VACIO Y PRUEBA DE CORTOCIRCUITO
1. OBJETIVO
Determinar las perdidas en el hierro (Pfe). Perdidas por histéresis. Perdidas por corriente FOUCAULT. perdidas en el cobre (Pcu).
2. EQUIPO NECESARIO
Un transformador monofásico de 1000VA ; 220/113V;60HZ Multitester Vatímetro Fuente variable de 0-420V Cables de conexión(bananas)
3. ENSAYO EN VACIO O A CORTOCIRCUITO ABIERTO
Esta prueba se realizará regulando la tensión de la fuente hasta obtener en los bornes del transformador la tensión nominal (U1n=220V), así mismo tomar lecturas de corrientes de excitación (Io) y pérdidas en el hier ro (Pfe) para diferentes valores de tensión:
V1(Volts) Io(ma) Pfe(W)
120 0.078 6.3
140 0.096 8.3
160 0.128 11.2
180 0.184 14.3
200 0.276 19.0
220 0.411 25
225 0.450 26.5
4. ENSAYO EN CORTOCIRCUITO
En esta prueba se cortocircuita el secundario y se va regulando la tensión V1 hasta que alcance su valor asignando de corriente en el secundario, en consecuencia, la potencia absorbida en cortocircuito coincide con las perdidas en el cobre . Cuando se hace hace este ensayo se utiliza siempre como primario el lado de alta alta cortocircuitando el lado de baja tensión.
tensión
Para medir la tensión de corto circuito Vcc1 (medida por V), se regulara la tensión desde un valor bajo de voltaje hasta alcanzar la corriente máxima Icc1, en el amperímetro (A), en este caso está conectado en el primario. La tensión de corto circuito se medirá por el voltímetro conectado en los bornes del primero H1 y H2. Registrar las lecturas de tensión, corriente y las perdidas en el cobre Pcc, para diferentes valores de tensión de cortocircuito.
Vcc1(V) Pcc1(W) Icc1(A)
8.85 35 4.52
5. CUESTIONARIO a) Relación de valores tomados en las experiencias efectuadas. V1(Volts) Io(ma) Pfe(W)
120 78 6.3
140 96 8.3
Vcc1(V) Pcc1(W) Icc1(A)
160 128 11.2
180 184 14.3
220
200 276 19.0
411 25
225 450 26.5
8.85 35 4.52
b) De la prueba de vacío graficar las curvas de pérdidas de potencia Wfe (perdida en el hierro) en función a la tensión.
Po(w)
Po vs V1
30 26.5 25
25 20
19
15
14.3
Po(w)
11.2
10
8.3 6.3
5 0 0
50
10 0
15 0
20 0
25 0
V1(v)
c)
De la prueba de vacío graficar las curvas de corriente de vacío en función a la tensión.
Io(ma)
Io vs V1
500 450
450 411
400 350 300
276
250
Io(ma)
200
184
150
128
100
78
50
96
0 0
50
10 0
150
20 0
25 0
V1(v)
=
d) Ajuste los valores de tensión y potencia según su gráfica del inciso C a la función exponencial y halle la potencia de pérdidas para V=69 V y V=58 V, según su ajuste (c y y k son son constantes). logPi = 0.4343k ∑ logPi ∑ ViVi + nlogc ∑ ViVi .logPi = 0.4343k ∑ + logc ∑ ViVi
……………………… (1)
...…………………… (2)
Reemplazando valores en (1)
6. 6.3 + 8 8..3 + 1 11.1.2 + 1 14.4.2 + 1 19.9.0 + 2 255 + 2 26.6.5 = 0.4343 343 +7 + 7 8.0229 = 0.4343 343120+140+160+180+200+220+225 120+140+160+180+200+220+225 +7 8.0229 = 0.4343 3431245 1245 +7 8.0229 = 540.7035 + 7 8..0229 = 540.7035 +7 log
( (
1.1461=75.2434k +
)
…………………………………(3)
En la ecuación 2:
. = 0.4343 + log + 140 + 160 + 180 + 200 220 + 225+logc∑ ∑∑ .. ∑ 120 +logc = log[g[100+135+150+175+200+220+230] 100+135+150+175+200+220+230] = 1483.3.9550 148 5501313 = + logg [1245] 148 1483.3.9550 5501313 = + logg [1245] 1.1919 = 80.5897 + log log = 1.1919919 80.80.5897 897 1.191980.5897 3.3463 = 0.0458 = 3.0.30463458 = 0.0137 0.4343k (
+
0.4343k (231025) +
(
)
…………………….(4)
(4) en (3)
1.1461=75.2434k +
)
En (4)
Halando potencia perdida
log = 1.191980.58970.0137 log = 0.0878 = 1.2241 6969 = 1.2241.∗ 5858 = 1.2241.∗
= 3.1503 W = 2.7096 W
=
e) Describa con sus propias palabras las experiencias realizadas.
Experiencia # 1 En esta prueba se determinó las perdidas en el núcleo de hierro del transformador (Pérdidas por Histéresis y Pérdidas por corriente Foucault). Del mismo modo regulamos la tensión de la fuente hasta obtener en los bornes del transformador la tensión nominal (V1n = 220v), luego anotamos las lecturas de las corrientes de excitación (Io) y perdidas en el hierro (Pfe) para diferentes valores de tensión. Para cada uno de los valores de voltaje que medimos, hallamos una corriente de excitación (Io). Así mismo, con la ayuda del vatímetro calculamos las pérdidas que se sufren en el núcleo del transformador (Pfe). Para ello desarrollamos las siguientes ecuaciones para calcular C y K
∑ logPi ∑ ViVi + nlogc logPi = 0.4343k
∑ ViVi .logPi = 0.4343k ∑ + logc ∑ ViVi
……………………… (1)
...…………………… (2)
Donde: Pi = Pérdidas en el núcleo Vi = Tensiones en el borne primario del transformador n = Número de experiencias C y K = Incógnitas Reemplazamos en la fórmula:
=
Experiencia # 2 En esta prueba se cortocircuita el secundario y regulamos la tensión V1 hasta que alcance su valor asignado de corriente en el secundario, en consecuencia, la potencia absorbida en cortocircuito coincide con las perdidas en el cobre. Cuando se hace este ensayo se utiliza como primario el lado de alta tensión cortocircuitando el lado de baja tensión como se en el siguiente circuito. Una vez realizado el circuito procedemos a calcular la corriente máxima (Icc) del transformador:
= 1 = 1220000 = 4.45
Donde:
V1n = voltaje del transformador (lado primario) S = Potencia Aparente del Transformador Una vez calculado la corriente, hallamos la tensión del cortocircuito Ucc1 (medida por V) se regula el voltaje desde un valor bajo de tensión hasta alcanzar la corriente máxima Icc1, en el Amperímetro, en este caso está e stá conectado en el primario. La tensión de cortocircuito se medirá con el voltímetro conectado en los bornes del primario H1 y H2. Con el vatímetro tomamos la lectura de las pérdidas que sufre en el devanado del transformador (Pcu).
f)
Halle los circuitos equivalentes equivalentes en vacío y en cortocircuito cortocircuito con los los datos hallados en su experiencia (utilize valores nominales),halle nominales),halle los diagramas fasoriales y el esquema fasorial fasorial de tensiones.
CIRCUITO EQUIVALENTE PARA ENSAYO EN VACIO:
Puesto que la corriente de excitación es pequeña podemos despreciar la caída de tensión en los terminales. De la prueba de vacío:
1 = 1 = = 1 = 22025 = 5.1652∗ 10−
Tomando el valor nominal de la tensión VN1 =220V, tenemos los siguientes valores: 25W
0.411A
Entonces:
También se tiene:
√ 1 = (1) 1 0. 4 11 1 = √ ( 220 ) 5.5.1652652 ∗ 10− 1 = 1.1.7954954 ∗ 10− Ω
CIRCUITO EQUIVALENTE PARA ENSAYO EN CORTOCIRCUITO:
La Rama de excitación se puede despreciar porque las pérdidas en el hierro son proporcionales al cuadrado de la tensión aplicada.
De la prueba de cortocircuito:
Para Icc =4.52 A
1 =
se tiene los siguientes valores: Vcc = 8.85 V Pcu = 35 W Entonces:
1 = 4.3552 1 = 1.7131Ω √ 1 = ( ) 1 8. 8 5 √ 1 = (4.52) 1.713 1 = 0.9481Ω 35 85 0.8749 cos∅ = ∗ = 4.52∗8. ∅ = cosh− 0.8749 = 28.9° = ∗ ∗co ∗ coss ∅ = 8.8.85 ∗ 4.52∗ 52 ∗ 0.8749 8749 = 34.99 1 1 = 1 1 + 11 = 1.171371311 + 0.9481 9481 ° Perdidas en el devanado:
Diagrama fasorial
= 1.9579∟28.9
1 1 = 1 1 + 1 1 = 1 = 1¨ 1
g) ¿Qué se entiende por flujo de dispersión? Todo el flujo magnético que es creado por por cada polo principal no entra al núcleo núcleo de armadura a través del entrehierro, algún flujo escapa de las superficies laterales del núcleo del polo y zapata polar, pasa a través de la zona interpolar y entra en iguales superficies de polos adyacentes. Para la mayoría de las máquinas bien diseñadas este es el llamado flujo de dispersión y representa alrededor del 10 al 20 % del flujo que es útil en el proceso de generación de voltaje. El área del núcleo del polo debe ser determinada sobre una base de valores actuales de flujo y de densidades de flujo permisible, un factor de dispersión If es útil para realizar estos cálculos. Es definido como la razón de flujo total por polo al flujo útil de armadura y es dado por:
If = (f + f 1 ) / f Donde: f = Flujo útil de armadura
f 1= Flujo de dispersión
h) ¿Por qué se atenúan las pérdidas de Foucault c uando el núcleo del ´´trafo´´ es laminado? Las corrientes de Foucault crean pérdidas de energía a través del efecto Joule. Estas pérdidas son minimizadas utilizando núcleos con materiales magnéticos que tengan baja conductividad eléctrica (como por ejemplo ferrita) o utilizando delgadas hojas de acero eléctrico, apiladas pero separadas entre sí mediante un barniz aislante u oxidadas tal que queden mutuamente aisladas eléctricamente. Los electrones no pueden atravesar la capa aisladora entre los laminados y, por lo tanto, no pueden circular en arcos abiertos. Se acumulan cargas en los extremos del laminado, produciendo campos eléctricos que se oponen a una mayor acumulación de cargas y a su vez eliminando las corrientes de Foucault.
i)
Conclusiones personales de la experiencia
En la prueba de vacío se observó que se alimentaba por el lado de baja tensión al transformador; esto se hace generalmente en los transformadores de alto voltaje ya que sería muy difícil alimentarlo para pruebas por el lado de alta tensión con voltajes de 2.3 KV., 10 KV, etc. Entonces es recomendable hacer la prueba de vacío por el lado de baja tensión para así también brindar mayor seguridad. En la prueba de corto circuito se suele alimentaba por el lado de alta tensión al transformador; esto se hace generalmente para poder así necesitar poca corriente nominal para la prueba ya que por el lado de baja tensión se necesitaría más corriente nominal (a veces más). Entonces se concluye que la prueba de corto circuito es recomendable hacerlo por el lado de alta tensión para así tener una fuente de menor amperaje.