Transformadores Regulacion de Voltaje

PRACTICA 1  Análisis para para la regulación regulación de voltaje voltaje con cargas cargas en factor factor de potencia potencia

RESUMEN La regulación de un transformador se define como la diferencia entre los voltajes secundarios en vacío y a plena carga, medidas en terminales, expresada esta diferencia como un porcentaje del voltaje a plena carga, para el cálculo del voltaje en vacío se debe tomar en consideración el factor de potencia de la carga.

INTRODUCCIÓN La regulación de tensión en un transformador no es muy diferente en una máquina síncrona, la carga suministrada en el secundario provocará que el voltaje en esas terminales se altere debido a las caídas de tensión a través de las resistencias de los devanados del transformador y también de las reactancias de dispersión.

MARCO TEÓRICO La regulación de tensión es una razón entre el voltaje en vacío o sin carga hasta el voltaje a plena carga del transformador con un mismo voltaje de excitación en el devanado primario. Una regulación de voltaje igual a cero sería lo ideal para un transformador, de tal forma que cuando un transformador presenta una regulación de tensión pequeña es cuando mejor opera. Las cargas de los transformadores de potencia varían constantemente, ocurriendo la mayor variación en los periodos de mayor actividad industrial y comercial, esto provoca que los voltajes en los secundarios de los transformadores varíen de acuerdo con la carga y el factor de potencia, dependiendo si está en atraso, en adelanto o si es la unidad. Ya que todos los equipos eléctricos, electrónicos, motores, lámparas son muy sensibles a los cambios de tensión que pudiesen causarles daños es muy importante tener una buena regulación de voltaje, por lo que es muy importante conocer las características de los elementos constructivos de transformadores y líneas de transmisión, además de su comportamiento ante carga capacitiva, inductivas o resistiva. La regulación de tensión expresa de la siguiente manera:

V2NL Y 2PC: Son los valores efectivos de los voltajes sin carga y a plena carga en las terminales secundarias. La regulación del voltaje es como la medalla al mérito de un transformador. Para un transformador ideal, la regulación del voltaje es igual a cero. Cuanta más pequeña sea tal regulación, mejor opera el transformador. Las expresiones para la regulación del voltaje en forma porcentual para los circuitos equivalentes aproximados observados desde los lados primario y secundario son:

V1: Voltaje a plena carga en el lado primario. V2: Voltaje especificado en el secundario.

 A nivel de suministro de tensión se desea tener una regulación de voltaje tan pequeña como sea posible. Para un transformador ideal, RV = 0%, lo cual nos indica que sus devanados no presentan una resistencia y no requiere de potencia reactiva para su funcionamiento. Sin embargo, los transformadores reales tienen cierta resistencia en los devanados y requieren de una potencia reactiva para producir su campo magnéticos, entonces su voltaje de salida varía de acuerdo con la carga aun cuando el voltaje de entrada y la frecuencia permanezcan constante.

La variación de la tensión en el secundario depende esencialmente de dos variables, de la corriente absorbida por la carga y de su factor de potencia. Para obtener la regulación de tensión en un transformador se requiere entender las caídas de tensión que se producen en su interior. Consideremos el circuito equivalente del transformador simplificado: el efecto de la rama de excitación en la regulación de tensión del transformador puede ignorarse, por tanto, solamente las impedancias en serie deben tomarse en cuenta. La regulación de tensión de un transformador depende tanto de la magnitud de estas impedancias como del ángulo fase de la corriente que circula por el transformador. La forma más fácil de determinar el efecto de la impedancia y de los ángulos de fase de la intensidad circulante en la regulación de voltaje del transformador es analizar el diagrama fasorial, un esquema de las tensiones e intensidades fasoriales del transformador.

Regulación de voltaje con factor de potencia unitario. - La regulación de tensión está en función del tipo de carga conectada en el secundario del transformador, para cargas cien por ciento resistivas, se obtiene un factor potencia unitario, el diagrama fasorial.

Regulación de voltaje con factor de potencia en atraso. - Una carga inductiva conectada al secundario del transformador dará como resultado un factor de potencia negativo o en atraso.

En cambio, cuando la carga con el tal transformador es capacitiva, se obtiene un factor de potencia positivo o en adelanto, como sabemos este tipo de carga, no es común en los sistemas eléctricos industriales y únicamente se tiene o no se conectan capacitores o motores síncronos con el propósito de mejorar el factor de potencia del sistema.

Para transformadores de potencia superiores a 5KVA, los valores de las correspondientes de caídas de tensión son Para carga puramente inductiva Vs = 0,96 Vp/a Para carga puramente óhmica Vs = 0,98 Vp/a Para carga puramente capacitiva Vs = 1,02 Vp/a Para factor de potencia capacitivo la tensión en carga puede ser mayor que la tensión en vacío. Este fenómeno se conoce como efecto Ferranti y puede producirse en todos los casos que las líneas eléctricas tienen conectadas cargas capacitivas. Las cargas inductivas son desexcitantes puesto que provocan caídas de tensión, mientras que las cargas capacitivas son excitantes, ya que provocan un aumento de tensión.

DESARROLLO DE PRACTICA Material / Equipo   Variac   Focos Banco de capacitores   Transformadores Tacómetro manual Cables de conexión   Multímetro Multímetro de gancho Cables caimán-caimán   Fusibles

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Los datos obtenidos durante la practica fueron los siguientes: El voltaje de entrada hacia los focos fue de 40 V esto mediante una conexión en serie

Bobinas

Voltaje

Corriente

3-7

0.5 V

0.06 A

3-8 7-8 3-4 5-9 T1 3 - T2 7 T1 3 - T2 8 T1 5 - T2 9 T1 5 - T2 8

290 V 0.7 V 290 V 0.86 V 25 V 130 V 38.01 V 148 V

0.04 A 0.08 A 0.04 A 0.10 A 0.55 A 1.46 A 0.70 A 1.55 A

*T1 y T2: transformador 1 y transformador 2 respectivamente.

Después de hacer el análisis de la conexión de los transformadores a los focos se procede a conectar el banco de capacitores

Se realizaron los siguientes cálculos, con los cuales se obtiene la potencia reactiva en un capacitor conectado a una fuente de tensión V:

Q (KVAR) =

2 π f C V2

1000 Q (KVAR) = 2

π (60Hz)

(4.4x10-6 f) (0.148KV) 2

1000 Q (KVAR) = 3.027 VA La salida es de 200 V con una corriente de 0.37 A la frecuencia se toma de 60 Hz. Θ = Sen-1 (57/60) Θ = 1.25

En el motor que se conectó al banco capacitivo junto con los transformadores registro 120 V a 1.43A.

Entonces con esto, la reducción de voltaje es NEGATIVA y el factor de potencia se encuentra en ATRASO.

CONCLUSIÓN Como conclusión se obtuvo que en dicha práctica se obtuvieron los resultados deseados, se tuvieron algunas dudas a la hora del cálculo de potencia reactiva en un capacitor ya que se dudaba del valor obtenido de dicha ecuación de la cual al final se resolvió y se dedujo que estaba correcto el dato. Entonces la regulación de voltaje de un transformador depende tanto de la magnitud de estas impedancias en serie como del ángulo de fase de la corriente que fluye por el transformador, aquí se dice el factor de potencia están en retraso.

BIBLIOGRAFIA Máquinas Eléctricas y transformadores - Guru Máquinas Eléctricas  – Stephen J. Chapman 5° Ed. Máquinas Eléctricas y transformadores  – Irving L. Kosow