LABORATORIO 3 imprimir

Laboratorio de Máquinas Eléctricas 1- 2013A. Apellidos y Nombres:………………………………..……………. CUI:……………………..

Moisés C. Tanca Villanueva, Dr. Ing.

GUIA DE LABORATORIO No. 3.

1

TEMA: PÉRDIDAS ELÉCTRICAS DE LOS DEVANADOS DEL TRANSFORMADOR

MONOFÁSICO DE POTENCIA.

1. OBJETIVOS

a) Determinar experimentalmente las perdidas eléctricas de los devanados, la tensión de corto

circuito y corriente de corto circuito de falla.

b) Comprobar experimentalmente el concepto de inductancia de dispersión.

c) Determinar los parámetros mediante los ensayos de vacío y corto circuito del transformador.

d) Determinar experimentalmente la relación de transformación en relación a sus corrientes.

2. INTRODUCCIÓN

Las pérdidas y tensión de cortocircuito, tanto para transformadores monofásicos como para

trifásicos, de acuerdo al procedimiento descrito en lanroma IEC 76-5, el cual se describe a continuación:

Uno de los devanados del transformador (del lado de alta tensión) debe ponerse en corto y se aplica

al otro devanado una tensión a frecuencia nominal, la cual se ajusta para que circule la corriente nominal

por los devanados. En caso de que no se puedan alcanzar los valores nominales de corriente, se puede

utilizar una corriente no menor del 25% de In (corriente nominal), corrigiendo el valor obtenido. El

ensayo debe realizarse sobre la derivación principal.

Con la corriente y frecuencia ajustadas a los valores de ensayo, se toman lecturas en el amperímetro,

vatímetro, voltímetro y frecuencímetro.

Es suficiente medir la corriente en el devanado excitado solamente, porque la corriente en el

devanado en cortocircuito, debe estar en el valor correcto de acuerdo a la relación de transformación (Sí

se desea comprobar la relación se puede tomar el valor de la corriente que circula por el devanado en

corto).

La temperatura del devanado antes del ensayo se considera igual a la temperatura del ambiente o del

aceite, cuando el transformador no ha sido excitado por lo menos ocho horas antes del ensayo.

El conductor usado para hacer el cortocircuito en transformadores de alta corriente y baja tensión,

debe tener una sección transversal igual o mayor que aquella de los terminales conductores del devanado

correspondiente, debe ser tan corto como sea posible y mantenerse retirado de masas magnéticas. Los

contactos deben estar limpios y bien ajustados.

Cuando no se alcancen los valores de corriente nominal, los valores medidos se corregirán al valor

nominal de la siguiente forma:

Ik

I

n

m

cc mV V k 2P P k

cu cum

Donde:

k = Factor de corrección por corriente.

nI = Corriente nominal del devanado del transformador por el cual se energizó (Amperios).

mI = Valor de corriente alcanzado durante el ensayo. ( Amperios).

ccV = Tensión de corto circuito real a corriente nominal (Voltios).

mV = Tensión de cortocircuito medida con corriente reducida (voltios).



cuP = Pérdidas en el cobre reales a corriente nominal (vatios).

cumP = Pérdidas en el cobre medidas con corriente nominal (Vatios).

Los valores de ccV y cuP serán consignados en el protocolo de pruebas en la parte “Ensayo de

cortocircuito”, una vez corregidos a 75ºC. Se asume que estos valores son medidos a temperatura

ambiente y se corregirán a 75ºC de acuerdo con el procedimiento que se indica más adelante en este

mismo apartado.

Corrección de una resistencia medida a temperatura ambiente aT , a una temperatura xT :

at Rk *xR

donde:

aT234.5xT234.5

tk

El factor: 234.5 es para el

cobre.

Para el aluminio es: 225

se tiene un factor de corrección por temperatura.

Donde:

aT = Temperatura a la cual se midió la resistencia (ºC).

xT = Temperatura a la cual se desea referir la resistencia (ºC), generalmente 85ºC.

aR = Resistencia medida a una temperatura dada (ambiente).

xR = Resistencia corregida a la temperatura Tx.

CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS Y SU CORRECCIÓN A 75ºC PARA LLENAR EL PROTOCOLO DE

PRUEBAS DE UN TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

vatiosbtRbtIatRatIaRI ................222

2 2* ..........75º

I R k I R vatiost aC

vatiosaRIcuPsadicionaleP ...........2

P2 adicionalesP I R ............. vatios

cu(75ºC) 75ºC kt

75º

*100 ........ %75º

Pcu C

Ur C P

n

%...........100*)(

nP

cuP

tarU

%............100*

nU

ccU

zU

%..........2)(

2 tarUzUxU



2 2 .............. %

(75º )75ºU U U

x r Cz C

Donde:

atI Corriente nominal del devanado de alta tensión.

btI = Corriente nominal del devanado de baja tensión.

atR = Resistencia medida a temperatura ambiente. Devanado de alta tensión.

btR = Resistencia medida a temperatura ambiente. Devanado de baja tensión.

nP = Potencia nominal del transformador [VA].

nU = Tensión nominal del devanado por donde se energizó [V].

Fig. 1 Transformador monofásico de dos devanados con núcleo real.

*complementar el fundamento teórico de transformadores con las referencias básicas del curso. ++Traer un resumen de la información revisada del procedimiento de pruebas en vacío de

transformadores y sus respectivas normas nacionales e internacionales y como determinar los parámetros del transformador experimentalmente.

3. MATERIALES, INTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y EQUIPOS Los siguientes dispositivos, equipos, instrumentos y materiales serán necesarios para la realización de la

practica:

Item Cantidad Descripción Código

1 1 Regulador de tensión monofásica (variac) 220 V, 5 A

2 1 Transformador de potencia monofásico: 220 V, 110 V, 60Hz. 350 VA, ó 500 VA ó 1000 VA,

3 1 Amperímetro de c.a. 5 A, 1 A

4 1 Voltímetro de c.a. de 150 V, 300V

5 1 Vatímetro 1A, 120; 5 A, 240 V, ó 5A, 120V;25 A, 240

6 1 Frecuencímetro de 220 V

7 1 Microohmímetro MPK5 (o puente Wheastone)

8 1 Reostato o resistencia de 11 Ω, 8 A.

9 1 Multitester para verificación de circuitos

10 1 Kit de cables flexibles AWG 14 ó 2.5 mm2

11 1 Termómetro de mercurio o digital

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4. PROCEDIMIENTO

a) Medición de la resistencia de los devanados a temperatura ambiente (en frio)

1.- De acuerdo a los manuales del micrómetro realizar la mediciones de la resistencia en corriente

continua de cada uno de los bobinados, teniendo en cuenta la temperatura ambiente y que el transformador a

ensayar no haya sido utilizado antes de la práctica.

ϴ0 [oC] Rcd1 [Ω] Rcd2 [Ω] Rcd3 [Ω]

b) Lectura de los datos de la prueba de corto circuito y tensión de corto circuito:

2.- Montar el circuito de la figura 1 para alimentar una de las bobinas, el lado de AT conectar al

regulador de tensión de corriente alterna (c.a.). Tener cuidado de utilizar instrumentos de medición que

soporten la capacidad de corriente nominal del bobinado.

Fig. 2 Esquema de conexiones del ensayo de corto circuito del transformador.

3.- Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor, energizar el circuito con el

regulador de tensión c.a. ajustando corriente desde 0 hasta 120% del valor nominal de la corriente en el

lado de AT. Luego reducir este valor hasta llegar a 0 V. Medir y registrar un juego de 10 lecturas de los

instrumentos de mediación de c.a. en la siguiente tabla.

Amperímetro1 Voltímetro Vatímetro Amperímetro2 f

# div CI V A CV A div CW W div CI V Hz

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12 c) Medición de resistencia de los devanados después del ensayo de corto circuito (en caliente)



3.- Después de la lectura de datos, energizar nuevamente el circuito con el regulador de tensión c.a.

ajustando corriente 120% del valor nominal de la corriente en el lado de AT y dejarlo por unos 15

minutos hasta que se sienta que transformador está caliente. De acuerdo a los manuales del micrómetro realizar la mediciones de la resistencia en corriente continua de cada uno de los bobinados. Calcule y complete

la temperatura de los bobinados.

Amperímetro1 Voltímetro Vatímetro Amperímetro2 f

# div CI V A CV A div CW W div CI V Hz

1

ϴ0 [oC] Rcd1 [Ω] Rcd2 [Ω] Rcd3 [Ω]

4.- Tenga en cuenta este transformador de potencia para realizar los siguientes ensayos de desempeño

bajo carga, autotransformador, paralelo de transformadores, etc. (marcar el trafo).

c) Determinación experimental de la relación de transformación método directo en función de corrientes:

5.- Montar el circuito de la figura 1 para alimentar una de las bobinas, el lado de AT conectar al

regulador de tensión de corriente alterna (c.a.). Incluir un amperímetro en la lado primario y el lado

secundario.

6.- Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor, energizar el circuito con el

regulador de tensión c.a. ajustando la corriente hasta llegar al valor nominal de la corriente del lado de

AT. Medir y registrar las lecturas de los instrumentos de medición de c.a.

Ica1= …………………..Ica2=……………. Calcular la relación de transformación a=……….

Ica1= …………………..Ica2=……………. Calcular la relación de transformación a=………

5. CUESTIONARIO PARA LA DISCUSIÓN DE RESULTADOS

5.1. Explique, que inductancia de dispersión y como de calcula con los datos experimentales?

5.2.De algunas diferencias entre inductancia de dispersión, autoinductancia e inductancia mutua.

5.3. Porque se prefiere realizar la prueba de vacío por el lado de AT. Fundamente sus respuestas.

5.4. Tabular todos los valores registrados de la prueba de corto circuito y calcular el ángulo de

desfase entre la tensión corriente de corto circuito, la resistencia y reactancia de corto circuito.

5.5. Trazar o graficar la curva características de Vcc vs Icc y Wcc vs Ucc en escala adecuada o en papel

milimetrado.

5.6. De acuerdo al Norma IEC-5, la resistencia y las pérdidas de corto circuito debe ser corregida a la

temperatura de 75 oC. Realiza esa corrección.

5.7. Con los datos del punto 5.6. y del informe anterior (ensayo de vacío) calcular los parámetros del

circuito equivalente exacto referidos la primario, y otro referido al secundario.

5.8. Con el circuito equivalente trazar el diagrama vectorial del transformador a plena carga con

factor de potencia en atraso de 0.8.

5.9. Con ayuda de programa de simulación o cálculo numérico trazar las curvas características de

eficiencia vs potencia de carga con factor de potencia de 0.8 en atraso, 1.0 y 0.8 en adelanto.

5.10. Con ayuda de programa de simulación o cálculo numérico trazar las curvas características de

regulación (V.2) vs potencia de carga con factor de potencia de 0.8 en atraso, 1.0 y 0.8 en

adelanto.



6. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA

6.1. Investigue y calcule como seria su placa de características del transformador ensayado.

6.2. Investigue como es características del regulación en función al ángulo de desfase de la carga, demuestre si existe regulación cero, regulación máxima y regulación negativa?

6.3. Que es el efecto piel de los conductores y como se evita en el diseño de transformadores de

potencia.

7. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

Plantee en forma personal y clara un mínimo de cinco (5) conclusiones de la experimentación. Plantee en forma personal y clara un mínimo de tres (3) observaciones para mejorar la experiencia de las prácticas de estas pruebas.

8. BIBLIOGRAFIA

Al final de todo documento o informe técnico se hace referencias a la bibliografía empleada y la normalización respectiva. Dar las referencias bibliográficas de su informe de la práctica.

1. Jesús Fraile Mora, “Máquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra. edición, 2008. 2. Fitzgerald A. E. Charles Kingsley Jr, Stephen D. Umans, “Máquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra.

edición, 2003. 3. ….

ANEXO

Todo material relacionado con la ejecución de la practica que ayude a elaborar y comprender el informe presentado.

Circuitos equivalente exacto del transformador monofásico de dos devanados.

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