informe 3 maquinas 1 labo
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p ara el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria ” “Año de la Inversión para “UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO”
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
Curso:
MAQUINAS ELECTRICAS I
Profesor:
Tema:
Ing. Hugo Llacza
Ensayo de Vacio y Cortocircuito
Apellidos y Nombres
Código
- Zarria Sangama, Walter Martin
1023120228 102312022 8
- Mendoza Reyes, Carlomagno David 1023120781 -Herrera Sigueña, Jheiser
18 de noviembre del 2013.
1023120504 10231 20504
INTRODUCCION Los ensayos de vacío y cortocircuito de un transformador permiten transformador permiten determinar varios determinar varios de los parámetros más importantes que definen su comportamiento. A comportamiento. A través de las medici ones efectuadas en los mencionados ensayos, y mediante el cálculo conveniente, se pueden determinar los parámetros del circuito equivalente simplificado del transformador. Dicho circuito resulta útil en el cálculo de las complejas redes de transporte y distribución, con varios escalones de tensión, previa reducción a una tensión base. De otro lado, del ensayo de vacío se obtiene, además de la corriente de vacío, la relación de transformación y las perdidas en el hierro del transformador. Como se sabe, diochas perdidas son independientes del índice de carga del transformador. Del ensayo de cortocircuito se deduce el importante parámetro de la tensión de cortocircuito. Este parámetro interviene, directamente, en la corriente de cor tocircuito permanente, en las expresiones de la caída de tensión y en la asociación en paralelo detransformadores. Otro parámetro, de no menor importancia, menor importancia, es la potencia de pérdidas nominales en los devanados primario y secundario. De ambos tipos de perdidas, en el hierro y en el cobre, se deduce el índice de carga óptimo del transformador, es decir, la carga, definida como porcentaje sobre la potencia nominal del transformador, en la que este trabaja con rendimiento máximo.
OBJETIVOS PRUEBA EN VACÍO
Determinar los parámetros del circuito equivalente para la experiencia en vacío de un transformador monofásico.
Determinar si el valor de las pérdidas en vacío concuerdan y están dentro de la tolerancia con los valores calculados y/o garantizados.
Verificar que las pérdidas medidas son las mismas que se consideraron para determinar el rendimiento y calentamiento del transformador.
PRUEBA EN CORTOCIRCUITO
Medir las pérdidas en el cobre y comprobar si se encuentran dentro de los valores calculados y/o garantizados.
Determinar los parámetros del circuito equivalente del transformador monofásico para frecuencia y tensión nominal.
Determinación del valor de la Ecc, el mismo que influirá en el reparto de carga en la puesta en paralelo.
Fundamento Teórico ENSAYO DE VACÍO El ensayo en vacío proporciona, a través de las medidas de tensión, 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 será recorrido por ninguna intensidad, y no se tendrán en cuenta los ínfimos valores de las pérdidas en el cobre para este ensayo. Los principales datos que hay que determinar en el ensayo en vacío son:
Las pé rd id as e n el h ier ro a través de la lectura del vatímetro (W 1 ) en el bobinado primario, entendiendo que la P 10 es la potencia medida en el vatímetro (W 1 ). (P FE = P 10 )
La intensidad en vacío del primario a través del amperímetro (A 1 ).
La relación de transform ación (m):
También podemos calcular, con la ayuda de los resultados:
La impedancia (Z):
La potencia aparente en vacío (
El án g u lo d e d es fas e (φ) o factor de potencia de vacío:
En vacío, el coseno de φ10 coincide aproximadamente con el cos φ 20 (Cosφ10 = Cos φ20 )
ESQUEMA ELÉCTRICO DEL ENSAYO DE UN TRANSFORMADOR EN VACÍO
ENSA YO DE CORTOCIRCUITO
Con el ensayo en cortocircuito, conseguimos las intensidades nominales en los dos bobinados, aplicando una pequeña tensión al primario y cortocircuitando el secundario con un amperímetro (el amperímetro tiene una resistencia prácticamente nula), como se muestra en la figura 1 y 2.
En muchos ensayos en cortocircuito, la I cc supera el 25% de la intensidad nominal (I N ).
FIGURA 1: Esquema de montaje de un transformador en cortocircuito.
PROCEDIMIENTO Con un autotransformador regulable y comenzando desde cero, aplicamos progresivamente la tensión, que se incremente voltio a voltio, hasta conseguir las intensidades nominales en los dos bobinados. La tensión aplicada, una vez alcanzada la intensidad nominal en el secundario, recibe el nombre de tensión de cortocircuito (U CC ). Esta tensión supone un valor bajo con respecto a la tensión nominal aplicada al transformador cuando está en carga. En la práctica, la U CC se da en valores porcentuales oscila entre un 4% y un 10% de la tensión nominal U 1n. En transformadores de distribución, la tensión nominal se representa con la letra u minúscula seguida de cc, que indica el valor en cortocircuito (U CC ), así como en las demás magnitudes, como son las impedancias, las inductancias, etc.
(En %)
En el ensayo de cortocircuito, como las intensidades son nominales, se producen pérdidas en el cobre por efecto Joule similares a las que se dan cuando el transformador está en carga; se diferencian en el rendimiento cuando el índice de carga es menor que la unidad.
FIGURA 2: Esquema de montaje de un transformador en cortocircuito.
Las pérdidas en el cobre se calculan mediante:
EQUIPOS E INSTRUMENTOS
Transformador monofásico 220/110 V
Transformador de corriente
Vatímetro AC monofásico
Multímetro Digital
Marca: SANWA RD700
Amperímetro AC
Fuente Regulador de Voltaje AC
0-300V
Cables de conexión
Cargas Resistivas e Inductivas
PROCEDIMIENTO: DATOS DEL TRANSFORMADOR A UTILIZAR: TRAFO: 220/110V
A=17.82 Ps=317.5VA PRUEBA S A EJECUTAR EN EL TRANSFORMADOR
1) Prueba en vacío (Alta). 2) Prueba en vacío (Baja). 3) Prueba en corotcircuito (Baja) a) Prueba Nº1 b) Prueba Nº2 4) Prueba con carga. 1) PRUEBA EN VACÍO (Alta)
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 VACÍO (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 qué corriente vamos a trabajar en la parte de A.T y B.T para saber con qué equipos e instrumentos era el adecuado utilizar .Para ello hicimos lo siguiente:
a) PRUEBA Nº1 (Variación de tensión 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 Nº2 (Variación de tensión 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 VACÍO (SIN CARGA)
CARGA Nº1
V1 (V)
220
V2 (V)
112
I1 (A)
0.65
I2 (A)
0.5
W1 (W)
140
W2 (W)
55
CARGA Nº2
V1 (V)
220
V2 (V)
110
I1 (A)
1.2
I2 (A)
1
W1 (W)
250
W2 (W)
105
CARGA Nº3
V1 (V)
220
V2 (V)
110
I1 (A)
1.6
I2 (A)
1.45
W1 (W)
350
W2 (W)
150
CARGA Nº4
V1 (V)
220
V2 (V)
110
I1 (A)
1.8
I2 (A)
1.6
W1 (W)
360
W2 (W)
157.5
CARGA Nº5
V1 (V)
216
V2 (V)
106
I1 (A)
1.9
I2 (A)
1.73
W1 (W)
390
W2 (W)
170
CARGA Nº6
V1 (V)
216
V2 (V)
106
I1 (A)
1.8
I2 (A)
1.73
W1 (W)
410
W2 (W)
185
CARGA Nº7
V1 (V)
216
V2 (V)
105
I1 (A)
2.1
I2 (A)
1.9
W1 (W)
440
W2 (W)
195
CARGA Nº8
V1 (V)
216
V2 (V)
100
I1 (A)
2.2
I2 (A)
2.2
W1 (W)
470
W2 (W)
210
Secuencia de Cálculos REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA:
RENDIMIENTO:
CARGA Nº1 REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA
RENDIMIENTO:
CARGA Nº2 REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA
RENDIMIENTO:
CARGA Nº3 REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA
RENDIMIENTO:
CARGA Nº4 REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA
RENDIMIENTO:
CARGA Nº5 REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA
RENDIMIENTO:
CARGA Nº6 REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA
RENDIMIENTO:
CARGA Nº7 REGULACIÓN:
FACTOR DE POTENCIA
FACTOR DE POTENCIA
RENDIMIENTO:
CARGA Nº8
RENDIMIENTO:
REGULACIÓN:
CÁLCULO DE LA EFICIENCIA A CONDICIONES NORMALES: Prueb a de Vacio (en baja)
Pruebas 1
V entrada
I entrada
V salida
Pfe (W)
130
0.19
252
29
Prueba en cortocircuito (datos de sub ida)
Pruebas 1
V entrada
A1
A2
Pcu (W)
5.26
0.5
1.8
5
Reemplazando:
Tabulación 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 más cantidad de focos junto a una resistencia a pesar de que ambos componentes son resistivos es decir debería siempre el factor de potencia ser igual a 1.
Cuando se va agregando más carga resistiva podemos notar que el porcentaje de regulación aumenta pero la eficiencia es cada vez menor.
No se utilizó la fórmula:
Debido a que el k (relación de transformación) viene a ser el de vacío o el de la relación de los voltajes nominales del trafo, para evitarnos dificultades escogiendo uno u otro se optó por la otra fórmula utilizada para calcular
Cuestionario 1) Graficar en base a los valores obtenidos Im vs E; P vs E en cada caso señalar los valores
nominales. -PRUEBA VACÍO (A LTA )
-PRUEBA VA CÍO (BA JA )
IM VS E (E = VALOR NOMINAL)
IM VS E (E = VALOR NOMINAL)
P VS E (P = VALOR NOMINAL )
P VS E (P = VALOR NOMINAL )
(LAS GRÁFICAS SE PRESENTAN EN LA SIGUIENTE PÁGINA EN HOJA MILIMETRADA)
2) Explique ¿cuál es la influencia de la sección recta del núcleo de transformador? La secc ión recta del núcleo d e transfo rm ador in fluy e en la transm isión de energ ía debid o a qu e la sección recta defin e el tam añ o d e los co ndu ctor es de las bo bin as
ya que para que el transporte de energía resulte rentable es necesario prim aria y secund aria que en la planta productora de electricidad un transformador eleve los voltajes, reduciendo con ello la intensidad. Las pé rd id as o cas ion adas po r l a línea d e alta t ens ión s on proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente por la resistencia del c o n d u c t o r . Por tanto, para la transmisión de energía eléctrica a larga distancia se utilizan
voltajes elevados con intensidades de corriente reducidas. 3) ¿Qu e es la dir ecc ión m agn é tic a pref eren cial d e los m ateriales ferro m agn é tic os ?
La dirección magnética preferencial (fácil magnetización) de los materiales ferromagnéticos es la dirección que tiene el mismo sentido que el campo magnético aplicado, por ende aparece una fuerza de atracción con mucha intensidad sobre el cuerpo respecto del campo aplicado, es decir dichos materiales se magnetizan fuertemente. 4) ¿Cuales son los elemento s que pro ducen perdid as en el transformado r?
Pérdidas en el cobre: Son pérdidas por calentamiento resistivo en los devanados primario y secundario del transformador. Son proporcionales al cuadrado de la corriente en los devanados.
Pérdidas por corrientes parásitas: Pérdidas por calentamiento resistivo en el núcleo del transformador. Son proporcionales al cuadrado del voltaje aplicado al transformador.
Pérdidas por histéresis: Están relacionadas con los reordenamientos de los dominios magnéticos en el núcleo durante cada semiciclo. Son una función compleja no lineal del voltaje aplicado al transformador.
Flujo disperso: Son los flujos que escapan del núcleo y pasan únicamente a través de uno de los devanados del transformador. Esta fuga produce una auto inductancia en las bobinas primaria y secundaria. 5) ¿Que comp onentes integran la corriente de excitación de un transform ador?
Los componentes que la integran son: La corriente de magnetización IM, requerida para producir el flujo en el núcleo del transformador, y la corriente de pérdidas en el núcleo IH+E, requerida por el fenómeno de histéresis y por las corrientes parásitas 6) ¿Que es el flujo de dispersión de un transform ador?
Porción 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 líneas de flujo abandonan el núcleo de hierro y pasan a través del aire) 7) Graficar las cur vas carac terístic as de c orto circ uito : P vs I, E vs I. DATOS DE LA PA RTE A.T EN LA PRUEBA DE CORTO CIRCUITO
-V vs I1 -V vs I2 -P vs I1 -P vs I2
(LAS GRÁFICAS SE PRESENTAN EN LA SIGUIENTE PÁGINA EN HOJA MILIMETRADA) 8) ¿Qué es el flujo de dispersión de un transformador? El flujo de dispersión 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 VA CIO (B.T)
EXPERIENCIA Nº 1
Io:-corriente en vacio(mA) 19
V1N=Vo(V)
130
Vatímetro – Pfe(W) 29
Datos: CALCULOS:
− ℎ 1715 × 10
− ℎ 1462 × 10
0897 × 10− ℎ
DE LA PRUEBA DE CORTO CIRCUITO (A.T) -PRIMERA PRUEBA (ASCENDENTE)
EXPERIENCIA Nº 2 PROMEDIO PARA VCC=5%VN 4
V1=VCC(V)
ICC1-A.T(A)
ICC2-B.T(A)
7.43
0.7
2.4
VAT METRO – PCU(W) 7.5
10.22
0.9
3.6
10
12.75
1.15
4.4
15
SEGUNDA PRUEB A (DESCENDENTE)
EXPERIENCIA Nº 8
V1=VCC(V)
ICC1-A.T(A)
ICC2-B.T(A)
VAT METRO – PCU(W)
9.58
0.85
3.3
10
PROMEDIAMOS:
PROMEDIO Vcc=5%Vn
V1=Vcc(V)
Icc1-A.T(A)
9.9
Vatimetro Pcu(W)
0.875
10
CALCULOS: 1306Ω
De la exp (elije una):
1131Ω
OBS: CON LOS DATOS R>Z
653 Ω
EL CIRCUITO EQUIVAL ENTE QUEDA RÍA DE L A SIGUIENTE MA NERA:
EN DONDE:
1715×103 ℎ
R1= 5655Ω
R2=141 Ω
X1=3265 Ω
X2=0816 Ω
0897×103 ℎ
¿De que manera afecta la temperatura en el funcionamiento del transformador? 10 )
Todos los factores que afectan la temperatura del punto caliente tienen directa relación con la vida útil.
Uno de los factores que más afectan la vida de los aislamientos, es la temperatura de operación de las máquinas eléctricas, esta temperatura está producida principalmente por las pérdidas y en el caso específico de los transformadores, durante su operación.
11) ¿De qué factores depende el factor de corrección en los transformadores? El factor de corrección es el producto del factor de corrección de relación y factor de relación del ángulo.
12) Explicar comparativamente las ventajas y desventajas de los autotransformadores. Ventajas: Solo un porcentaje de la energía se trasmite por inducción, esto significa menor flujo del campo y menor tamaño del núcleo de hierro. Por lo tanto se obtienen transformadores más livianos. El transformador lleva un solo bobinado, por lo tanto es más fácil de construir y requiere menos cobre. En consecuencia es más económico. Parte de la energía del transformador se transmite eléctricamente. Las perdidas eléctricas siempre son menores que las perdidas magnéticas, por lo tanto, el autotransformador tiene mayor rendimiento Desventajas: Debido a la construcción eléctrica del dispositivos, la impedancia de entrada del autotransformador es menor que de un transformador común. Esto no es ningún problema durante el funcionamiento normal de la máquina, pero si por alguna razón se produce un cortocircuito a la salida, la corriente que circulara por la entrada será mayor que en un transformador común. Y esto representa un mayor riesgo en la instalación eléctrica. Y si de riesgos hablamos, el hecho de que la salida del transformador no está aislada con la entrada, este se vuelve inseguro para la persona que lo opera.
CONCLUSIONES
Podemos notar que en el ensayo de vacío si se ejecuta tanto en alta como en baja las pérdidas en el fierro son iguales por ende se está demostrando la teoría 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 f uturos ingenieros electricistas.
En la prueba de cortocircuito cuando se esté cambiando la tensión 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 serían erróneos.
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 Nº2 : SEGURIDAD E INSTRUMENTOS DE LABORATORIO) A la hora del armado de nuestro circuito tratar de tener siempre la presencia de nuestro profesor como guía para nuestras conexiones, para que luego nos de la posterior aprobación del mismo, y recién poder darle tensión al circuito.
No se debe de olvidar la estética del circuito, porque si no se mantiene un orden específico pueden resultar datos erróneos o daños que mermen el desarrollo del aprendizaje.
BIBLIOGRAFIA http://modulodemejora.files.wordpress.com/2008/09/pruebas-sobretransformadores.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 DISTRIBUCIÓN – 2DA ED AVELINO PÉREZ, PEDRO. TRANSFORMADORES DE POTENCIA DE MEDIDA Y DE PROTECCIÓN – 7ED ENRIQUE RAS, OLIVA.
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