FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERAS FSICAS Y FORMALES

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERA MECNICA - ELCTRICA Y MECATRNICA

ASIGNATURA: PRCTICAS DE MQUINAS ELCTRICAS TEMA: ENSAYO CON CARGA PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA EN EL TRANSFORMADOR DE POTENCIA MONOFSICO NOMBRE: RUDY RODOLFO FLORES GRANDA

DOCENTE: ING. LUIS A. CHIRINOS A.

VII SEMESTRE

AREQUIPA PER 2012

I OBJETIVO Verificar el comportamiento del transformador bajo carga y determinacin de las caractersticas de regulacin

II MARCO TEORICO La eficiencia en los transformadores. En general la eficiencia de un transformador de calcula como:

Eficiencia

Pot.Salida Pot.Salida Pot.Entrada Pot.Salida Perdidas(Cu y Fe)

En virtud de que la capacidad de un transformador esta basada en su potencia de salida, esta ecuacin se puede escribir como:Eficiencia KVA Salida x FP KVA Salida x FP Perd .Ncleo Perd .Devanados

Regulacin en los transformadores La regulacin se define como una expresin matemtica que relaciona la tensin de vacio y la tensin de una determinada carga expresado como una fraccin de la tensin nominal y puede darse tambin en porcentajes.

La regulacin y la eficiencia son las dos caractersticas de mayor importancia en el funcionamiento de los transformadores. Los cuales son usados en sistemas de potencia para la transmisin y distribucin de energa. Factor de Regulacin: La regulacin de voltaje es una medida de la variacin de tensin de salida de un transformador, cuando la corriente de carga con un factor de potencia constante varia de cero a un valor nominal. Considrese los dos embobinados del transformador mostrado en la figura 4-a. La carga esta conectada al lado2 y la fuente de voltaje al lado 1.Supongamos que el transformador esta entregando a la carga una corriente nominal a un voltaje nominal y con un factor de potencia especfico. La fuente de voltaje es ajustada para obtener voltaje constante a este valor y la carga es desconectada del transformador, el voltaje de salida del transformador cambiar; la diferencia entre los valores del voltaje de salida cuando est sin carga, y el nominal a plena carga, expresada como una fraccin del valor nominal, es definida como la regulacin del voltaje nominal del transformador a un factor de potencia especfico. La ecuacin 9 representa el factor de regulacin en porcentaje.

; (Ec.9) Como generalmente, la corriente de excitacin ser pequea comparada con la corriente nominal de un transformador de ncleo de hierro, la rama en derivacin consiste de Rm y Xm puede no considerarse para clculos de regulacin de voltaje. Este circuito equivalente simplificado referido al lado 2 se muestra en la siguiente Figura 3-b. Como el transformador est entregando la corriente nominal IL2 a un factor de potencia COS ( L), el voltaje de carga es V2. El correspondiente voltaje de entrada es V1 / a referido al lado 2. Cuando la carga se remueve, manteniendo el voltaje de entrada constante se observara en la figura 4.b que el voltaje en los terminales de carga, cuando IL2 = 0, es V1 / a, luego la ecuacin 10 representa el factor de regulacin de voltaje, en porcentaje, no considerando la rama de magnetizacin.

; (Ec.10) Donde:

; (Ec.11) Los terminos V2, IL2 son los valores nominales

Figura 3-a: Transformador de ncleo de hierro de dos enrrollados alimentando una carga inductiva (ZL2).

Figura 3-b:Circuito equivalente aproximado referiodo al lado 2 del transformador ilustrado en 3a. b.- Rendimiento: Supongamos el transformador de ncleo de hierro exhibido en la fgura 3-a. Supngase que el voltaje de la salida se mantiene constante al valor nominal y el transformador formado con factor de potencia COS ( L), est entregando a la carga, una corriente IL2 (no es necesariamente el valor nominal). Las prdidas en el transformador son los que se tienen en el ncleo debida a la histresis, a las corrientes parsitas y la hmicas en las resistencias de los enrrollamientos. Por Pc se presentan las prdidas en el ncleo; como las prdidas en el ncleo son dependientes de la densidad de flujo y la frecuencia puede considerarse que Pc permanece constante en el tiempo si el voltaje de salida y la frecuencia se mantienen constantes en el tiempo. Las prdidas hmicas en los enrrollamientos, estn en funcin de la corriente. A cualquier corriente IL2, kas prdidas hmicas totales en el transformador son I2L2 Req2; estas prdidas son llamadas prdidas en el cobre, luego ka ecuacin 12, representa el rendimiento del transformador.

; (Ec.12)

; (Ec.13) Si IL2 es la corriente nominal, entonces se obtiene la eficiencia nominal del transformador.

III. ELEMENTOS A UTILIZAR 01 Transformador monofsico de 500 VA, 220/110V 01 Multimetro digital 02 Ampermetro 0-5 A 02 Voltmetro 0-300 V. 01 vatmetro monofsico Conductores elctricos Varios. 01 Puente de Wheatstone 01 Variac monofsico

IV. ACTIVIDADES a) Armar el circuito de la figura, conectar las resistencias de carga (previamente calculado para plena carga del transformador) por el lado de AT y alimentar el transformador a tensin y frecuencias nominal.

b) Variar la corriente de carga ( I2) desde 0, 1A, 2A, 3A,10A registrando las lecturas de todos los instrumentos

A1 0.3 0.7 1.2 1.7 2.2 2.7 3.2 3.7 4.2 4.7

V1 226 227 227 226 227 225 226 227 227 226

W 29 140 256 370 483 590 705 824 942 1052

A2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

V2 115

n 0.00

r 0.0000000 -0.0044053 -0.0044053 0.0000000 -0.0044053 0.0044444 0.0000000 -0.0044053 -0.0044053 0.0000000

Se 67.8 158.9 272.4 384.2 499.4 607.5 723.2 839.9 953.4 1062.2

entrada entrada rad grad 1.1288 0.4927 0.3488 0.2727 0.2570 0.2406 0.2248 0.1949 0.1548 0.1387 64.676 28.230 19.983

Qe 61.2849 75.1612 93.0901

P2 0 115 229 342 453 561 671 780 888 992

115 82.14 114.4 89.38 114 92.43 113.3 93.83 112.1 95.00 111.8 95.15 111.4 94.64 111 94.27 110.2 94.28

15.626 103.4874 14.724 126.9305 13.786 144.7627 12.881 161.2242 11.166 162.6530 8.869 146.9951 7.947 146.8497

c) Desenergizar el circuito y completar el cuadro 2 con la informacin registrada en la tabla 1, resaltando en punto donde se produce la mejor eficiencia, analizar el comportamiento de la relacin de transformacin calculado para la tensin y para la corriente y la regulacina(tension) 1.96521739 1.97391304 1.98426573 1.98245614 2.00353045 2.00713649 2.02146691 2.03770197 2.04504505 2.0508167 a(corriente) W carga eficiencia 0 0 0.00 1.42857143 115 82.14 1.66666667 228.8 89.38 1.76470588 342 92.43 1.81818182 453.2 93.83 1.85185185 560.5 95.00 1.875 670.8 95.15 1.89189189 779.8 94.64 1.9047619 888 94.27 1.91489362 991.8 94.28 regulacion 0.0000000 -0.0044053 -0.0044053 0.0000000 -0.0044053 0.0044444 0.0000000 -0.0044053 -0.0044053 0.0000000

V. CUESTIONARIO 5.1 Con los datos del ensayo con carga FP=1 graficar las curvas U2 vs I2, eficiencia vs corriente y regulacin vs tensin

V2 vs I2116 114 112 110 108 106 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V2 vs I2

Eficiencia VS Corriente100.00 95.00 90.00 85.00 80.00 75.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Eficiencia VS Corriente

Regulacion VS Tension0.0050000 0.0040000 0.0030000 0.0020000 0.0010000 0.0000000 -0.0010000 -0.0020000 -0.0030000 -0.0040000 -0.0050000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Regulacion VS Tension

5.2 Explique que se debe hacer con la informacin recogida durante el ensayo para que se cumpla la relacin de transformacin de corriente. Para poder hacer cumplir la verdadera relacin de transformacin se toman adecuadamente los datos, por ejemplo tomar 5 veces datos y tomar el promedio de ellos, luego trabajar con las formulas adecuadas con un numero de decimales adecuado ya que si estos son muchos luego al aproximar arrastra mucho error, estas formulas son las de eficiencia y la de regulacin, en este caso se deber considerar todas las perdidas ya que all esta la razn por la cual la relacin de conversin no es igual a la de voltaje al sumar las y la . 5.3 Para las diversas cargas determinar la cada de tensin interna del transformador en % (la regulacin) segn expresin para todos los datosV Vo 2 V2 100% Vo 2V % 0.00000 0.08696 0.52174 0.86957 1.47826 2.52174 2.78261 3.13043 3.47826 4.17391

A2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

5.4 Calcular la regulacin de tensin para carga nominal con cos =0.8 inductivo y cos = 0.8 capacitivo. As mismo calcular la eficiencia del transformador para estas condiciones.

1er Caso: inductivo: Para encontrar la regulacin tendremos que determinar primero algunos parmetros: Angulo de desfase: Relacin de transformacin de corriente: a=1.94 I2= Se usara datos de ensayo de corto circuito: Z=2.76+j1.77 La tensin real trabajada con la relacin de transformacin: V2=110.3 V2=a*V2=213.982V

Luego:

Reemplazando y calculando tenemos:

Entonces usando al ecuacin de regulacin:

Reemplazando:

2do Caso: capacitivo: Para encontrar la regulacin tendremos que determinar primero algunos parmetros: Angulo de desfase: Relacin de transformacin de corriente: a=1.94 I2= Se usara datos de ensayo de corto circuito: Z=2.76+j1.77 La tensin real trabajada con la relacin de transformacin: V2=110.3 V2=a*V2=213.982V Asumimos que el valor Xcc es el mismo que se trabaj en el anterior caso.

Luego:

Reemplazando y calculando tenemos:

Entonces usando la ecuacin de regulacin:

Reemplazando:

VI. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES En el ensayo se aprecio por medio de los datos obtenidos, pequeas perdidas de corriente. En el ensayo de potencia monofsico en vaco, se aprecia claramente que la corriente A2 va aumentando casi proporcionalmente a la corriente A1. En el caso del voltaje en V2 se aprecia claramente que este disminuye a medida que la corriente aumenta. En los datos obtenidos en la tabla N2, se aprecia el valor obtenido en W2 cuando se le conecta una carga de 210 f, este valor es W2=0, esto nos dice que es puramente reactivo.

En transformadores mientras mas grande sea la carga, aumenta el voltaje en el primario. No es lo mismo medir la corriente en el primario, que hacerlo de la misma forma en el secundario. La potencia de salida en un transformador, es igual a la diferencia de la potencia de entrada menos la potencia de perdidas, por ejm por histresis. La regulacin de voltaje es una medida de la variacin de tensin de salida de un transformador, cuando la corriente de carga con un factor de potencia constante vara de cero a un valor nominal. Cuando al transformador se le conecta una carga con factor de potencia 1, se observa que al variar la carga, en este caso al ir aumentando hasta llegar a su valor nominal, la corriente en el primario y secundario aumentan, segn la relacin, a=I2/I1, aumentan las potencia y aumenta el factor de potencia del primario aproximadamente a 0.99. La eficiencia del transformador se acerca a su comportamiento ideal cuando la carga es puramente resistiva, baja un poco su rendimiento cuando la carga tiene un f.p=0.8 inductivo, y es relativamente baja cuando la carga posee un f.p=0.8 capacitivo. Para el caso de transformadores se utiliza mucho los circuitos equivalentes para facilitar los clculos correspondientes. Se hizo la prctica con el comportamiento del transformador cuando trabaja con carga, y se apreciaron las variaciones que este sufre por medio de los instrumentos de medicin.

VII BIBLIOGRAFA: http://www.unicrom.com/Tut_transformador.asp http://html.rincondelvago.com/transformador-electrico.html http://72.14.209.104/search?q=cache:3WMOiHGxp0wJ:www.alu.us.es/ http://72.14.209.104/search?q=cache:3WMOiHGxp0wJ:www.alu.us http://ingenierias.uanl.mx/20/pdf/20aplicacionderna.PDF http://www.sapiensman.com/electrotecnia/transformador_electrico2.htm http://garaje.ya.com/migotera/autotransformador.htm http://html.rincondelvago.com/el-transformador-monofasico.html