Laboratorio de Maquinas Electricas

EXPERIMENTO Nº 01

EL REACTOR COMO NUCLEO DE HIERRO 1. OBJETIVOS: Determinar, a partir de pruebas experimentales en un reactor con núcleo de hierro, las caracteristicas de magnetización de determinado material ferromagnético. Observación del lazo de histéresis dinámico y de la forma de onda de la corriente de excitación. Asimismo se presenta un método para efectuar la separación de pérdidas en el núcleo.

2. EQUIPO A UTILIZAR: 1 Reactor de núcleo de hierro con sus datos de placas. 1 Autotransformador variable con capacidad de 6 A. 1 Resistencia de 60 KΩ. 1 Reóstato de 4.5 Ω. 1 Condensador de 20 uF 1 Amperímetro de 2 A A.C. (YEW) 1 Voltímetro de 150 V A.C. (H-B) 1 Vatímetro de 120 W (YEW) 1 Osciloscopio con dos puntas de prueba con acceso vertical y horizontal. 1 Multímetro 3. PROCEDIMIENTO: 3.1 OBTENCION DE LA CARACTERISTICA: B-H Disponer el circuito siguiente:

A

W V

220 V 60 HZ

Reactor

Fig. 1.1

Antes de energizar el circuito de autotransformador deberá estar en la posición de tensión de salida cero. Después de comprobar la corrección de las conexiones con la presencia del profesor, cerrar el interruptor alimentando el autotransformador y elevar la tensión aplicada hasta un 30% sobre la tensión nominal. Comprobar el adecuado funcionamiento de todos los instrumentos y verificar que el rango de trabajo de cada uno de ellos sea el que conviene. Reducir la tensión de salida del autotransformador a cero nuevamente elevarla progtresivamente registrando ahora valores de tensión y corriente, hacer mediciones hasta un 30% sobre la tensión nominal. Tomar los datos de diseño del reactor que crea conveniente.

3.2 OBSERVACIONES DEL LAZO DE HISTERESIS Y FORMA DE ONDA DE LA CORRIENTE DEL REACTOR: 3.2.1 LAZO DE HISTERESIS: Disponer el circuito siguiente: Osciloscopio Amplificacion Horizontal

Amplificacion Vertical

A

W

20 uF

0 - 4.5 ohm

V

220 V 60 HZ

60 k

Reactor

Fig. 1.2

Variar la tensión de salida del autotransformador a 22, 55, 110 y 143% de a tensión nominal y observar como variar la forma de la figura sobre la pantalla del oscilocopio. Hacer un bosquejo aproximado de esta figura para cada caso. 3.2.2 CORRIENTE DEL REACTOR: En el circuito anterior aplicar a las placas verticales y tierra la tensión hasta un 30% sobre la tensión nominal. Asímismo, tomar las lecturas de los isntrumentos conectados. 3.3 SEPARACION DE PERDIDAS Armar el circuito mostrado en la figura 1.3, utilizando como fuente de aimentación un alternador sincrónico de tensión y frecuencia fácilmente controlables.

A VyF

F

W

V

Variables

Fig. 1.3

Reactor

Sumistrar la tensión y tomar las lecturas indicadas por los instrumentos para las cuatro situaciones regulando la tensión y frecuencia de alimentación de tal manera que para las condiciones 1, 2, 3 y 4 se verifique:

4. CUESTIONARIO 4.1 La relación de los valores tomados en las experiencias efectuadas 4.2 Trazar las características B vs H y U vs H y asimismo graficar W vs V explicar sus tendencias y que significado tiene cada una de ellas. 4.3 Graficar la perdidas especificas en el fierro en (vatios 7Kg) a 60Hz, como una función de la inducción máximas expresadas en Tesla. Explicar la tendencia. 4.4 ¿Qué es el circuito equivalente en una maquina eléctrica? ¿En que le es equivalente? 4.5 Elaborar el circuito equivalente del reactor para su tensión nominal. 4.6 Explicar el principio de funcionamiento del circuito para la observación del lazo de histéresis. 4.7 ¿Qué función desempeña el condensador de 20 µ F y la resistencia de 60K Ω ? 4.8 Graficar con la frecuencia como abscisa los puntos P/f en donde P es la perdida total en vacío, A partir de este gráfico determinar las perdidas totales por corrientes parasitas y por histéresis en el hierro del núcleo para a tensión nominal y 60Hz. 4.9 Dar 5 conclusiones a la experiencia y plantear algunas recomendaciones.

EXPERIMENTO Nº 2 EL TRANSFORMADOR MONOFASICO 1. OBJETIVO Determinación de los parámetros del circuito equivalente de un transformador monofásico para operación a frecuencia y tensión nominales. Pronostico del comportamiento del transformador bajo carga, utilizando el circuito equivalente. Determinación de las características de regulación. 2. EQUIPOS A UTILIZAR 1 Transformador monofásico de 1KVA, 220/110V 1 Auto transformador variable de 1.3 KVA, 220 0-10 A 1 Voltímetro A.C. 0-150-300V 1 Multímetro 1 Vatimetro monofásico para fdp bajo 2,5-5A(YEW) 1 Ohmnímetro (ELOHM) o su fuente 1 Frecuencímetro (220V,55-65Hz) 2 Amperiemtros A.C. 6-15ª 1 Termometro 0 – 100ºC o instrumento equivalente 1 Vatímetro de 120W (YEM) 1 Resistencia Variable 0-10ª, 220V 3. PROCEDIMIENTO 3.1 OBTENCION DE RESISTENCIAS EN D.C. Medir las resistencias de cada enrollamiento y anotar la temperatura ambiente. Corregir los valores a la temperatura normalizada de referencia (75ºC). 3.2 ENSAYO EN VACIO Utilizar el circuito de la figura 2.1

A 220V 60Hz

F

W V

V

110/220V FIGURA 2.1

Ajustando el auto transformador, variar la tensión hasta que el voltímetro indique el valor nominal (110) voltios.

Mediante el mismo proceso, reducir la tensión desde 120% de la tensión nominal hasta cero voltios y registrar las lecturas de corriente, tensión y potencia.

3.3 ENSAYO EN CORTOCIRCUITO: Utilizar el esquema circuital de la figura 2.2

A 220 V 60 HZ

F

W

V

A

220/110

Fig. 2.2

A partir de cero voltios aumentar gradualmente la tensión hasta lograr la corriente nominal en el lado de 220 v. Registrar las lecturas de tensión, corrientes y las pérdidas en carga dada por el vatímetro. Cambiar la corriente primaria en etapas desde 120% hasta 10% de la corriente nominal y registrar las lecturas de los instrumentos. 3.4 ENSAYO CON CARGA: 3.4.1. Con el circuito anterior desenergizado, conectar a la salida la resistencia de carga. Excitar el transformador a tensión y frecuencias nominales. 3.4.2. Ajustar el valor de la resistencia de carga para obtener magnitudes de 25, 50, 75 y 100% de la intensidad nominal secundaria, registrando la intensidad nominal secundaria y las lecturas de los demás instrumentos. 3.4.3. Desconectar la carga y medir la tensión del primario para los valores anotados en las diferentes condiciones de cargas fijadas anteriormente. 4. CUESTIONARIO: 4.1 La relación de los valores tomados en las experiencias efectuadas. 4.2 Del ensayo de vacío trazar las curvas de factor de potencia Cos θ o (%), potencia consumida Po (W) y corriente en vacío Io (A) como funciones de la tensión de alimentación, asimismo graficar la curva relación de transformación. 4.3 Del ensayo de cortocircuito graficar a partir de las lecturas la potencia consumida Pcc (W), la tensión de impedancia V cc (V) y el factor de potencia de cortocircuito Cos θcc (%) como funciones de la corriente de cortocircuito Icc (A). 4.4 Utilizando los datos de las dos primeras pruebas hallar el circuito equivalente exacto del transformador para condiciones nominales. 4.5 Con el circuito equivalente aproximado trazar el diagrama circular del transformador, es decir, Va vs Ia. 4.6 Con los datos del ensayo con carga a factor de potencia 1, graficar la curva Va vs Ia, y compararlo con el gráfico encontrado en 4.5 Explicar las diferencias.

4.7 Para las diversas cargas determinar la caída de tensión interna μ en % según la expresión: V − V2 µ (%) = O 2 x100 VO 2 4.8 Calcular la regulación de tensión para carga nominal con Cos φ = 0.8 capacitivo. Asimismo calcular la eficiencia del transformador para estas condiciones:

η=

V AN I AN Cosθ V2 N I 2 N Cosθ + PO + PL (75º C )

4.9 Comparar las pérdidas en el cobre (I1N)2 RT(W) con las pérdidas de carga PL (75ºC) dada por la expresión: 2

PL ( 75 º C ) = I 1N R1 +

( 235 + 75) ( 235 + t ) 2 + ( PCC (t ) − I 1 N R1 ) ( 235 + t ) (235 + 75)

Donde:I1N: Corriente nominal en el primario Rt: resistencia equivalente en el arrollamiento primario a tºC = R1t +a2 R2t 4.10 Dar 5 conclusiones a la experien

EXPERIMENTO 03 TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN PARALELO 1. OBJETIVOS: Verificar el reparto de carga en dos transformadores de distinta tension de cortocircuito, funcionamiento en paralelo. 2. • • • • • • • • • •

EQUIPO A UTILIZAR: 2 Transformadores monofasicos de 1KVA, 220/110 V 1 Autotransformador variable de 1.3 KVA, 220 V, 0-20 A 1 Voltímetro C.A. de 130-260 V 2 Amperímetro de C.A. 0-5 A y 0-10 A 1 Vatímetro de bajo factor de potencia (YEW) 1 multímetro 1 Amperímetro de pinza 1 Resistencia variable 0-10 A 220 Ω 1 Resistencia 0-15 Ω, 5 A 1 Ohmímetro para bajas resistencias

3. PROCEDIMIENTO 3.1 Verificación de la polaridad de los transformadores. 3.1.1 Conectar el circuito como se muestra en la figura 1 y medir V y V’ según V’ mayor que V o V’ menor que V establecer si las polaridades son aditivas o sustractivas.

3.2 Medir la tension de cortocircuito de ambos transformadores de acuerdo a la Figura 2. Calcular en que proporción debe repartirse la carga. ¿Cuáles serán las coriente es cuando un transformador entrega su corriente nominal?

3.3 Conectar los transformadores en paralelo de acuerdo a la figura 3. respetar para la conexión la polaridad de cada uno. ¿Qué sucederían si se conectan con la polaridad opuesta? Con Ra en cortocircuito, ajustar el valor de RL hasta lograr que cualquier transformador entre su corriente nominal. Usar para tal efecto el amperímetro de pinzam en estas condiciones medir L1, I1, IL ( corriente sea en el lado de 110 V o 220 V y en la cara respectivamente)¿Se verificará con el calculo efectuado previemante?, aumentar luego el valor de R2 hasta lograr un reparto equitativo de la carga(I1, I2 e IL y la caida de tension en R2.

Medir, finalmente las resistencias en C.E. de los arrollamentos. Considerar para los calculos que RCA=RCC(¿porque?) 4. CUESTIONARIO 4.1 Constituir el diagrama fasorial correspondiente a la situación registrada 3.1.

4.2 ¿Pudo colocarse R2 en el lado 110 V? 4.3 ¿Cuál será el reparto de carga si los transformadores tienen ademas su relación de tranformacion distinta? 4.4 ¿Se mantendra el equilibrio entre las corrienytes si se modifica el f.d.p. de la carga? Aplicar el caso de una carga a f.d.p. 0.8 inductivo. 4.5 ¿Con que aproximación se verifico el calculo teorico del reparto de la carga? Explicar las discrepancias. 4.6 ¿Cuál es el factor de potencia del transformador 1 con respecto al secundario si el f.d.p. de la carga es B?