UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA
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FACULTAD DE CIENCIAS E IN(ENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES MÁQUINAS ELÉCTRICAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA Jefe de Pr!"#!$%& LA N! "4 La#$ ME MECÁNICA,EL MECÁNICA-ELÉCTRICA Y DEL “DETERMINAR CIRCUITO EQUIVALENTE Ing. Chirinos Apaza Luis Adrian TRANSFORMADOR TRA NSFORMADORMECATRÓNICA MEDIANTE LOS MEDIANTE LOS ENSAYO ENSAYOS S DE VACÍO VACÍO Ing. Chirinos Apaza Luis Adrian MÁQUINAS ELÉCTRICAS Y CORTOCIR CORTOCIRCUITO” CUITO” DETERMINAR EL CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR MEDIANTE LOS ENSAYOS DE VACÍO Y CORTOCIRCUITO
INFORME N° 3
Se'e%" re& Gr()*&
VII "
FEC+A&
L$
INFORME N 3 DETERMINAR EL CIRCUITO EQUIVALENTE EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR MEDIANTE LOS ENSAYOS DE VACÍO Y CORTOCIRCUITO I.
OBJETIVO :
Determin Determinar ar mediante mediante los ensayos ensayos correspo correspondie ndientes, ntes, los parámetr parámetros os del circuito eléctrico equivalente de un transformador monofásico.
MARCO TEÓRICO: 1
II .
Los Los pará paráme metr tros os del del circ circui uito to equi equiva vale lent nte e de un tran transf sfor orma mado dorr pued pueden en determinarse si se efectúan dos pruebas : la de !"#!$% a&!e"$% o en vacío y la
de %"$%!"#!$%.
E'(a)% e' *a+% % e'(a)% de !"#!$% a&!e"$% % e*al#a!,' de la( -"d!da( (Determinación de las pérdidas en el hierro /!0a( e' l%( $"a'(/%"ad%"e( (Determinación !omo su nombre lo dice supone de"ar abierto un devanado del transformador, mientras el otro se e#cita aplicando el volta"e nominal. $unque no importa el lado que se e#cite, es más se%uro reali&ar la prueba en el lado de ba"o volta"e.
'tra ra&ón para reali&ar la prueba en este lado es la disponibilidad de fuentes de ba"o volta"e en cualquier instalación de pruebas.
l ensayo consiste en aplicar al primario, la tensión nominal, obteniéndose los valores de potencia y corriente.
1 C%IRINOS L&i' A$ “(&)a n*+,-. ”$
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$l no haber car%a en el circuito secundario, la corriente de vacío resulta de un valor muy peque)o y la potencia absorbida se debe entonces, fundamentalmente, a las pérdidas en el hierro, ya que resultan despreciables las pérdidas en el cobre.
•
n la fi%ura * se muestra el dia%rama de cone#ión para la prueba de circuito abierto con amperímetro, voltímetro y vatímetro colocados en el lado de ba"o volta"e. Fi
&-a N1
+i se supone que la pérdida de potencia en el cobre en condiciones sin car%a en el lado de ba"o volta"e es despreciable, entonces el circuito equivalente apro#imado correspondiente como se observa desde el lado de ba"o volta"e es el que aparece en la si%uiente fi%ura
E'(a)% e' %"$%!"#!$% % e*al#a!,' de la( -"d!da( *a"!a&le( de l%( $"a'(/%"ad%"e( (Determinación de las pérdidas en el cobre sta prueba se ha dise)ado para determinar las resistencias del devanado y las reactancias de dispersión. La prueba se reali&a estableciendo un cortocircuito a través de un devanado y e#citando al otro con una fuente de volta"e. l volta"e aplicado se a"usta con cuidado para que cada devanado o arrollamiento condu&ca la corriente nominal. l volta"e aplicado es una fracción peque)a del volta"e nominal. -or tanto ha de tenerse cuidado e#tremo al e"ecutar esta prueba. uevamente no importa en cual lado se e"ecute la prueba. +in embar%o la medición de la corriente nominal indica que, para mayor se%uridad, la prueba debe reali&arse en el lado de alto volta"e. Dado que el valor de la tensión de cortocircuito resulta un valor muy peque)o, la potencia absorbida se debe, fundamentalmente, a las pérdidas en el cobre, ya que resultan despreciables las pérdidas en el hierro.
•
La#$ ME
n la fi%ura / se muestra el dia%rama de cone#ión para la prueba de cortocircuito con amperímetro, voltímetro y vatímetro colocados en el lado
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de alto volta"e, con un cortocircuito en el lado de ba"o volta"e. n este caso el vatímetro re%istra la pérdida en el cobre a plena car%a.
l circuito equivalente apro#imado correspondiente a la prueba de cortocircuito es el si%uiente
Fi &-a N0
+i han de dis%re%arse las resistencias, se supondrá que el transformador ha sido dise)ado para que la pérdida de potencia en el lado de alto volta"e se a i%ual a la que ocurre el lado de ba"o volta"e. sto recibe el nombre de !riterio de dise)o óptimo, se%ún el cual
III.
ELEMENTOS A UTILI2AR:
La#$ ME
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ELEMENTOS A USAR EN LA R4CTICA
F#e'$e: LABORATORIO DE M4QUINAS EL5CTRICAS A#$%" : UCSM
IV.
ACTIVIDADES:
ROCEDIMIENTO E6ERIMETNAL +$0' 1$!2' -ara la primera parte del a e#periencia en el laboratorio se elaboró el si%uiente circuito para reali&ar el ensayo de vacío
-reviamente, con la ayuda del ohmímetro medimos el valor de la resistencia interna de cada devanado primario y secundario que fueron
R1 2 "3 .5+i.' 3 R0 2 "36 +e%uidamente, los datos obtenidos en el laboratorio fueron los si%uientes
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“DETERMINAR EL CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR MEDIANTE LOS ENSAYOS DE VACÍO Y CORTOCIRCUITO” I%7
V%7
8%7
3./4$
99V
9;8
R
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6
1875 Ω
2
9775.4987 Ω 9953.69 Ω
ENSAYO EN CORTOCIRCUITO
-ara la se%unda parte del circuito se reali&ó el si%uiente esquema correspondiente al ensayo de cortocircuito, teniendo en cuenta el volta"e utili&ado para este circuito debía ser lo más ba"o
+e%uidamente, re%ulamos el autotransformador variable desde cero voltios hasta conse%uir que en ambos arrollamientos circule la corriente nominal del transformador más o menos 56 1 nominal, es decir que en el lado del devanado secundario el amperímetro colocado que funciona como corto circuito para este devanado debía marcar un valor de intensidad menor a 5 amperios
Los valores re%istrados fueron los si%uientes
2cc7
1cc7
8cc7
<.=A
<.31
=3 8
V.
9cc
1.97 Ω
:cc
0.345 Ω
;cc
1.99 Ω
CUESTIONARIO.
1. >Q# e( la "ela!,' de $"a'(/%"a!,' ) ,% -#ede de$e"!'a"(e e?-e"!e'$ale'$e@
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La relación de transformación (m de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que ten%a cada uno. +i el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.
Re.$!#/0 de "r$0%f*r'$!#/0
D8n9,: N : n*+,-. 9, ,'i-a' 9,; -i+a-i.$ N' : n*+,-. 9, ,'i-a' 9,; ',<&n9a-i.$ V : =,n'i8n 9, ,n=-a9a$ V': =,n'i8n 9, 'a;i9a$ +e puede calcular la relación de transformación mediante el uso de cualquiera de I : <.--i,n=, 9, ,n=-a9a$ las i%ualdades anteriores, ya sea I' : <.--i,n=, 9, 'a;i9a$ Med!!,' de la $e'(!,' e' el E'(a)% de Va+%. Med!!,' de la %""!e'$e e' el E'(a)% de C%"$%!"#!$%
9. aa la de/!'!!,' %""e$a de: la %""!e'$e de *a+% la %""!e'$e -%" -"d!da e' el 'le% ) la %""!e'$e de a'e$!Ga!,' d!�e el d!a"aa /a(%"!al de %""!e'$e(. ntonces comen&amos a definir cada una de las corrientes que tenemos
E'$%'e( %e'Ga%( a de/!'!" ada #'a de la( %""!e'$e( H#e $e'e%(: T!-% de %""!e'$e E#a!,' /a(%"!al
l núcleo de un transformador no ideal tiene permeabilidad finita y pérdida en el núcleo. -or tanto, aun cuando se de"e abierto el secundario (condición de no car%a, el devanado primario
´ = I ´ + I ´ I o p m
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toma de la fuente al%o de corriente conocida como %""!e'$e de e?!$a!,' % %""!e'$e ´ de *a+% I o .
La %""!e'$e de -"d!da e' el 'le% e?-l!a la -"d!da a'$!a (pérdida por histéresis y por corriente
parásitas
en
el
transformador. $ partir de
núcleo ´ E 1
y
´ = I p
´ E 1
R p
del
R p ,
obtenemos
La %""!e'$e de a'e$!Ga!,' es responsable de establecer el flu"o mutuo en el núcleo. La
´ = I m
´ E 1
j X m
corriente de ma%neti&ación da lu%ar a una reactancia de ma%neti&ación X m , entonces
D!a"aa /a(%"!al de la( %""!e'$e( :
3. >C#Kl e( la *e'$a0a de "eal!Ga" la -"#e&a de !"#!$% a&!e"$% e' el lad% de &a0% *%l$a0e@ ntre las venta"as tenemos las si%uientes !omo se aplica la tensión nominal al lado de ba"a tensión, la tensión nominal también aparecerá en los terminales del lado de alta tensión
+e debe tener precaución que los terminales a alta tensión estén aislados
!on este tipo de confi%uración se pueden medir las pérdidas en el hierro a tensión nominal
La corriente de vacío es relativamente peque)a
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o se toman en consideración las pérdidas en el cobre en el arrollamiento debidas a la corriente de ma%neti&ación
<. >%" H# (e -"e/!e"e e0e#$a" la -"#e&a de %"$%!"#!$% e' el lad% de al$% *%l$a0e@ La prueba se reali&a estableciendo un cortocircuito a través de un devanado y e#citando el otro con una fuente de volta"e alterno de la frecuencia de especificación del transformador. l volta"e adecuado se a"usta con cuidado para que cada devanado condu&ca una corriente especificada. No importa en cuál lado se ejecute la prueba. Sin embargo, la medición de la corriente especificada indica que, para mayor seguridad, la prueba debe realizarse en el lado de alto voltaje.
. D!�e el !"#!$% eH#!*ale'$e del $"a'(/%"ad%" e'(a)ad% e' la&%"a$%"!% %' (#( "e(-e$!*%( *al%"e( R1 R9 61 69 6 ) R. CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR ENSAYADO
CALCULOS DE R1 Y R9 -ara 9* y 9/ tenemos las si%uientes relaciones, y los datos para reali&ar los cálculos son los obtenidos en el ensayo de cortocircuito
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“DETERMINAR EL CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR MEDIANTE LOS ENSAYOS DE VACÍO Y CORTOCIRCUITO” Requivalente =
Requivalente=
W cc 2
I N
54 4,52
2
Requivalente =2,64 ohmios
-or lo tanto, partiendo del si%uiente circuito
>enemos que,
Requivalente = R1 + R2 ' =2∗ R1
R1=
2,64 2
R1= R2 ' =1,32 ohmios
ntonces,
'
R2= R2∗a
2
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“DETERMINAR EL CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR MEDIANTE LOS ENSAYOS DE VACÍO Y CORTOCIRCUITO” R2=
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1,32 2
2
R2=0,33 ohmios
CALCULOS DE 61 Y 69 +e sabe que se cumple la si%uiente relación tomando en cuenta los resultados del ensayo de cortocircuito
Z cc =
Z cc =
V cc I cc 13,72 4,52
Z cc =3,04 ohmios
>ambién sabemos que,
z
2
2
= r + x
2
X equivalente =√ Z cc
2
2
− R equivalente
X equivalente =√ 3,04
2
−
2,64
2
X equivalente=1,498 ohmios
-or lo tanto, partiendo del si%uiente circuito
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>enemos que,
X equivalente= X 1+ X 2 ' = 2∗ X 1
X 1=
1,498 2
X 1= X 2 ' =0,749 ohmios ntonces,
'
X 2= X 2∗a
X 2=
2
0,749 2
2
X 2= 0,187 ohmios
CALCULOS DE 6 Y R -artiendo de los datos obtenidos del ensayo de circuito abierto, tenemos la si%uiente relación 2
Vo Rm= Wo
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Rm=
220 26
Rm=1861,54 ohmios
De la misma manera tenemos que
S =Vo∗ Io
S =0,23 ∗220
S =50,6 VA -or lo tanto,
S
2
2
=W +
=√ S
2
2
2
−W
=√ 50,6
2
−
2
26
= 43,41 VAR ntonces,
2
Vo Xm = o
2
Xm =
220
43,41
Xm = 1114,95 ohmios
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VI.OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: •
•
•
•
•
•
-rimero debemos cerciorarnos si los componentes tanto amperímetro, voltímetro, cables, etc. stén en buenas condiciones, ya que de lo contrario esto haría que nuestras lecturas ten%an un e#ceso mar%en de error con lo cual nuestra e#periencia no se reali&aría de la forma correcta. -ara poder ener%i&ar el circuito es me"or llamar al in%eniero para que revise si las cone#iones están bien hechas, ya que de lo contrario puede e#istir una mala cone#ión haciendo que los componentes se da)en.
s necesario tener precaución al momento de usar corriente debido a que si esta sobrepasa los ?3 m$ puede ocasionar que el cuerpo humano se vea afectado e incluso la muerte. $l reali&ar la toma de medidas a un instrumento analó%ico (debido a su mayor precisión en comparación al di%ital es me"or tener conocimiento del cómo hacerlo, ya que es posible que se pueda errar si no se tiene un previo conocimiento. +e aprendió las formas de hallar las perdidas presentes en los transformadores@ los cuales se dan por histéresis o corrientes parasitarias, además se determinó los parámetros del circuito eléctrico equivalente de un transformador monofásico. +i realismos el ensayo de cortocircuito permitiría el hallado de las perdidas en el cobre del transformador, a su ve& el ensayo de vacío nos permite determinar las perdidas en el hierro del transformador.
•
+e debe tener cuidado al reali&ar el ensayo de cortocircuito ya que la tensión de cortocircuito resulta ser apro#imadamente 56 de la tensión nominal, un valor mayor da)a al transformador.
VII.
BIBLIORAFÍA LIBROS:
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AB$C +, C9. MaH#!'a( el$"!a( ) $"a'(/%"ad%"e(, editorial ':E'9D, tercera edición, /33?
4INAS 8EB: httpFFuncachodeciencia.or%FmaterialesFlectroma%netismoFhisteresisGpres.pdf httpFFes.scribd.comFdocF*H?5I<<ransformadores de distribución teoría, cálculo, construcción y pruebas, -edro $velino -ére& httpFFocJ.unican.esFensenan&asGtecnicasFmaquinasGelectricasFpracticasG*FprG/G transformadores.pdf
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