Laboratorio 1 Caracterización de Transformadores Monofásicos

PRACTICA DE LABORATORIO N°1 CARACTERIZACIÓN DE  TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS MONOFÁSICOS YEISON ALEXIS ALEXIS ASCANIO MORA 1090314 109031 4

ascanio_1989@hotmailcom MARCELA REA!I"A AL#ARE$ AL#ARE$ 10903%&  10 903%&  Ma'c(m'a&1@)mailcom "*S!A#O A+OL,O RO-AS .*ENO 109040/ 

)aolo'o2(@)mailcom -*AN ,ELI5E 5IN$6N 1090814 -an(_4%@hotmailcom

 —  In this report shown clearly and   Abstract  concisely the results obtained in developed trials where conducted measuring the ratio, polarity and obtaining obtaining the resistance resistance of the windings windings in electrical transformers way , through techniques standardized , checking through these , the value of each of the parameters and characteristics of  beha behavi vior or that that can can have have the the tran transf sfor orme mer  r  depending on what your connection and how we want to implement in order to idealize a model of  the operation at the time of its implementation. implementation. KEYWORDS:

primar primary-s y-seco econda ndary ry windi winding, ng, additive-subtractive, eddy currents, vacuum test, shortshort-cir circui cuit, t, hyste hysteres resis, is, leakag leakagee flux, flux, voltage regulation efficiency

RESUMEN: En RESUMEN: En el presente informe se muestra de mane manera ra clar clara a y conc concis isa a los los result sultad ados os obtenidos en los ensayos desarrollados, donde se llev llevó ó a cabo cabo la medi medici ción ón de la rela relaci ción ón de transf transform ormaci ación, ón, polari polaridad dad y obtenc obtención ión de la resistencia de los devanados en los transformadores eléctricos, a través de técnicas normalizadas, comprobando por medio de estas, el valor de cada uno de los parámetros y las caract caracterí erísti sticas cas de compor comportam tamien iento to que puede puede llegar a tener el transformador dependiendo de cuá cuál sea sea su cone onexión xión y la mane anera en que que deseemos deseemos implementarl implementarlo, o, a fin de idealizar idealizar un mode modelo lo del del func funcio iona nami mien ento to a la hora hora de su implementación.

devanado do primar primario io  PALA!A"  PALA!A" #LA$%"& #LA$%"& devana  secundario, aditivosustractivo, aditivosustractivo, corrientes  parasitas prueba de vacío, prueba de cortoc cortocir ircu cuito ito,, histér histéres esis, is, flu!o flu!o de dispe dispersi rsión, ón, regulación de volta!e, eficiencia.

1. INT INTRO RODU DUCC CCIÓ IÓN N Los Los trans transfo form rmad ador ores es son son máqu máquin inas as eléctricas eléctricas estáticas de vital importancia importancia  para la producción, transporte y distribución de energa eléctrica, además se pueden encontrar en muchos artefactos de uso diario, como! radios, cargadores de celular, computadores y elec electr trod odom omés ésti tico coss en gene genera ral" l" #sta #stass máqui áquina nass toman oman dich dichaa impo import rtan anci ciaa debido a que pueden elevar o reducir una tensión mediante la relación del n$mero de espiras de los devanados primarios y secundarios, basados en el fenómeno de la inducción electromagnética enunciada  por %araday" #l trasformador está constituido por dos  bobinas de material conductor, devanados sobre un n$cleo generalmente de material ferr ferrom omagn agnét étic ico, o, por por dond dondee circ circul ulaa un flu&o magnético" 'ara verificar el correcto funcionamiento del trasformador se hace nece necesa sari rio o impl implem emen enta tarr una una seri seriaa de ensayos o pruebas, entre las que encontramos! medición de resistencia de los devanados, medición de la relación de transformación, verificación de polaridad, medición de tensiones de corto circuito, medi medici ción ón de pérdi pérdida dass con con carg carga, a, entre entre otras"

2. OBJETIVOS 2.1. OBJETIVO GENERAL (nali)ar y verificar el comportamiento de los transformadores monofásico reales identificando los parámetros de circuito equivalente de funcionamiento mediante la aplicación de ensayos de laboratorio"

de corriente directa estable no existe reactancia en los devanados y por lo tanto se establece solo la resistencia inductiva" #l valor de la resistencia que se opone al flu&o de la corriente en un inductor es muy peque0o" 123 e puede determinar de acuerdo a la siguiente expresión

 Rais −min=

2.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

V  N  S N +1000

[ MΩ ]≥ 1 [ MΩ ]

 "onde#

*eterminar la relación de transformación, la resistencia y la polaridad de los devanados de un transformador  monofásico, por medio de métodos normali)ados. *esarrollar los cálculos para describir el funcionamiento del transformador en las  prácticas"

3. EQUIPOS NECESARIOS • • • • •

+anco de ensayos * Loren)o L .ransformador monofásico (mpermetros /oltmetros (ccesorios

. !ARCO TEÓRICO

 Rais −min Resistenciade aislamientominima V  N  Tensionnominal del transformador S N  Potencia nominal deltransformador  $ara determinar la resistencia de aislamiento se puede utilizar un megger  de lectura directa o una fuente continua con un voltímetro de bobina móvil de alta resistencia interna y se determina con la  siguiente expresión#  R v ( V s− v v )  Rais = vv  "onde#

 Rais Resistencia de aislamiento  Rv Resistencia internadel voltimetro V s Tension dela fuente v v Tensionmedidaenel voltmetro

.1 PRUEBA DE CORRIENTE CONTINUA O RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS

.2 DETER!INAR LA RELACIÓN DE TRANSFOR!ACIÓN

'ara determinar la resistencia en cada uno de los devanados se aplica la ley de ohm" e debe determinar que ba&o condiciones

La relación de transformación lo podemos determinar por medio de las resistencias entre las bobinas, o por la relación

existente entre la tensión aplicada entre los dos devanados" 4tra forma de determinar esta relación, es por medio de la relación que existe entre el n$mero de espiras de cada bobina"

.3. IDENTIFICACIÓN DE LOS PUNTOS DE POLARIDAD La identificación de la polaridad en los devanados se representa mediante puntos en uno de los extremos de cada uno de ellos, este tipo de marcación es muy utili)ada en transformadores de instrumentación5 sin embargo a nivel industrial se identifican cada una de la terminales de un transformador mediante la asignación de letras may$sculas para identificar el devanado de alta tensión y mediante los subndices 2 y 6 la terminal del devanado, el devanado de ba&a tensión se identifica con la misma letra del devanado primario pero en min$sculas y al igual que en el secundario los subndices establecen la terminales" (un conociendo la representación de los terminales en los devanados estos pueden ser construidos para permitir establecer  una polari)ación aditiva o sustractiva"

requiere aplicar el volta&e nominal para el cual está dise0ado el devanado primario, de&ando el devanado secundario en circuito abierto como lo muestra la figura = y por medio del banco de mediciones  podemos establecer los valores de /olta&e /aco 9:, >orriente de /aco 9 : y 'otencia (ctiva de /aco 9 :, aunque en transformadores de mayor   requerimiento de energa se recomienda hacer estas mediciones energi)ando el devanado de ba&a tensión por las escalas de los aparatos de medida y disminuir los riesgos a los que puede estar implicado el operario, en este ensayo se omiten las  pérdidas del cobre por conducción ya que la corriente de magneti)ación y el volta&e en este elemento es despreciable" #xisten dos métodos muy aplicados para la determinar los parámetros de circuito abierto los dos requieren de los datos obtenidos en el ensayo! 2" #l método de admitancia que es aplicado por el autor  del libro hapman" 6" #l método de fasores que es aplicado por el autor ?es$s %raile orriente nominal K 2"ACD( >orriente de corto  I CC =1.364  A

=0.171

θ= 80.15

/olta&e de >orto circuito

I CA

N =

V CA

˪

|Scc|=|Vcc|∗| Icc|(13 )

−θ (15 )

|Scc|=|20|∗|1.36|=27.2 VA

N = ! N − " M ( 16 )

Qcc = √ |S cc| − P 2

−5 4.1212 # 10

N =  R N =

−4  $ 2.3735  # 10

−

1

! N 

 %  M =

=24264.777 Ω (17 )

Qcc =12.8 VAR

=4213.187 Ω (18)

fp = cos ' =

1

" M 

V CC =20 v

'otencia (ctiva de corto circuito  PCC = 24 &

 I CA = 0.053 ˪ −80.15

fp =

∗

20 1.36

24

∗

2

24

20 1.36

(4 )

=0.88

' = 28.072

'ig. /. "iagrama  f asorial de potencia transformador  ensayo circuito abierto lado de alta tensión. &uente  propia.

20 Vcc ( ) cc = =  Icc ˪ −' 1.36 ˪− 28.072

( ) cc = R) cc + $ % ) cc ( 19 )

"." ENSAYO DE CORTOCIRCUITO 'ig 

( ) cc =12.97 + $ 6.920 Ω  R ) cc =12.97 Ω % ) cc =6.920 Ω

 . 0. %onta!e Eléctrico prueba de cortocircuito. &uente  practica de laboratorio ' (&$).

#sta prueba se reali)ó en el devanado de  ba&a tensión"

circuito

'ig. (1. "iagrama fasorial de potencia transformador   prueba de cortocircuito lado ba!a tensión. &uente  propia.

(

)

Vp  Is∗ Re*  Is∗ %e* cos ( θ ) + =Vs + sen( θ ) 2 2 a a a 7&0

'otencia aparente nominal n K A@@ /(5 donde la corriente en el devanado secundario nominal ;s K G/sK A@@/(G22@/ K 6"F6F5 la relación de transformación aK 6 i en el devanado primario aplicamos el volta&e nominal /2K 66@ en circuito abierto evaluado a corriente nominal y el ángulo de atraso θ= 80.15 "

Vs=

220 2

−

(

∗

2.727 51.88 2

2

(

cos 80.15

)(

)−

'ig. ((.  "iagrama &asorial de volta!es referido al  devanado secundario del transformador monofásico en circuito abierto.

".$ REGULACIÓN DE VOLTAJE. La regulación transformador en secundario será!

2.7

VR

|= |−| Vp a

Vs|

|Vs|

Vs= 85.356

VR= 'ara el *iagrama %asorial de /olta&e referido al secundario establecemos la siguiente ecuación!

Vp  Re*  %e* =Vs + 0o + 2 ∗ Is+θ +  $ 2 ∗ Is+θ ( a a a Vp 51.88 = 85.356 + 0o + 2 ∗2.727 +−80.15 a 2 Vp = 85.356 + 0o + 35.36 +− 80.15 + 18.87 a

Vp =109.99 +−31.61 a

de volta&e del vaco referido al

109.99

∗100 (22 )

−85.356

85.356

∗100

VR=28.86

".% ESTABLECI!IENTO DE LAS I!PEDANCIAS DE LOS DEVANADOS 'ara establecer el valor de la resistencia e inductancia en cada devanado se requiere de los valores de la prueba *> a la que se sometió el transformador en el caso de las resistencia y para la inductancia como no se conoce un método para determinar la inductancia se asume que 2 y M6 son iguales,

 R cc = R 1 + R2 ( 23 ) ) 

) 

 % ) cc = % ) 1 + % 2 ( 24 ) ) 

 R 1= R ) cc − R 2=12.97 −2.636=¿ 1033  R1= a  R 1= 2 ∗10.33 = 41.32 2

) 

2

 % ) cc = % ) 1 + % 2   % ) 1=

 % ) CC  2

=

 % ) 1= % 2 

6.920 2

=3.46

 % 1= a  % ) 1= 2 ∗3.46 = 13.84 2

2

$. &O!EWORK  *escribir

dos

procedimientos,

diferentes al descrito en este laboratorio, para verificar la  polaridad de los devanados de un transformador y la resistencia interna de los devanados"

'!()*+* +,- /,0), +, W,))*0, * K,-450 6 7,+56 - R,5),085 50),60 +, -* +,40+* +, /0 )609*67+*6 Las mediciones se reali)aran siguiendo las instrucciones de operación del instrumento con el fin de seleccionar los rangos más apropiados" #l valor de la resistencia medida se obtiene directamente del instrumento"

La amplitud de corriente >> com$nmente no deben exceder el 2=B de la corriente nominal para evitar calentamiento en el devanado" (l usar una fuente de corriente >>5 se deben tener en cuenta las precauciones correspondientes al desconectarla repentinamente de los terminales, ya que se generara una sobre tensión, la cual  puede ser peligrosa para el personal e instrumentos" 'or lo tanto, es aconse&able reducir la magnitud de la corriente y esperar hasta que no fluya corriente en el circuito, y usar una protección de sobre tensión para proteger los instrumentos digitales" 9#n algunos casos se recomienda conectar una resistencia en  paralelo en los bornes ba&o medición: 1D3

'P*-65++ ,0 -* +,40+* +, /0 )609*67+*6 7,+50), ,- 7()*+* +, - +,86 50+/8)54 #ste método consiste en aplicar >*" a uno de los devanados cuidando de no exceder el valor nominal" e debe reali)ar  un peque0o cálculo supervisado por el instructor" #l observador, colocado frente a las dos terminales de ba&a tensión, por  medio de un voltmetro de >*" debe averiguar la polaridad de la tensión aplicada, de acuerdo a las conexiones del diagrama"

#s aconse&able usar al menos el F@B de la máxima escala del instrumento, seleccionando los rangos apropiados en cada caso" Las puntas del voltmetro deben ser  conectadas tan cerca como sea posible a los terminales ba&o medición, y dentro de las del ampermetro" 9.eora de medición  por método Nelvin:

'ig. (). %onta!e eléctrico polaridad en los devanados de un transformador mediante el método de descarga inductiva. &uente %anual de prácticas, 1aboratorio de máquinas eléctricas, programa educativo ingeniería"

i al cerrar el interruptor, el voltmetro marca dentro de la escala, significa que le fue aplicado a su borne, 9I: una tensión cuya polaridad era positiva con relación a su otro borne, esto quiere decir que la terminal del transformador conectado al  borne 9I: del voltmetro es la correspondiente, a la terminal del devanado excitado, conectado al borne 9I: de la batera 9polaridad sustractiva o colineal:"

 1aboratorio de máquinas educativo ingeniería"

eléctricas,

programa

7ealice el diagrama fasorial del transformador monofásico operando en vaco"

V,6 ,0 ,- ;),7 >:"

%. BIBLIOGRAFÍA 123 %uente practica de laboratorio 2, máquinas electricas2 O%'" 163http!GGwww"nichese"comGtrans-real"html " 1A3http!GGwww"sc"ehu"esGsbwebGelectronicaGelecRb asicaGtemaDG'aginasG'agina2D"htm" 1D3 Sua de laboratorio, prácticas de ensayo en el O.8L(., tema! transformadores de distribución y potencia 9ensayos de campo:, Oniversidad .ecnológica 8acional, %acultad 7egional (vellaneda, 6@@F" 1=3