Laboratorio 1 Caracterización de Transformadores Monofásicos

8/18/2019 Laboratorio 1 Caracterización de Transformadores Monofásicos

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PRACTICA DE LABORATORIO N°1 CARACTERIZACIÓN DE

TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS

YEISON ALEXIS ASCANIO MORA 1090314ascanio_1989@hotmailcom

MARCELA REA!I"A AL#ARE$ 10903%&

Ma'c(m'a&1@)mailcom"*S!A#O A+OL,O RO-AS .*ENO 109040/ )aolo'o2(@)mailcom

-*AN ,ELI5E 5IN$6N 1090814-an(_4%@hotmailcom

Abstract — In this report shown clearly and concisely the results obtained in developed trials

where conducted measuring the ratio, polarity

and obtaining the resistance of the windings in

electrical transformers way , through techniques

standardized , checking through these , the value

of each of the parameters and characteristics of

behavior that can have the transformer

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.

KEYWORDS: primary-secondary winding,additive-subtractive, eddy currents, vacuum test,

short-circuit, hysteresis, leakage flux, voltage

regulation efficiency

RESUMEN: En el presente informe se muestra

de manera clara y concisa los resultadosobtenidos en los ensayos desarrollados, donde se

llevó a cabo la medición de la relación de

transformación, polaridad y obtención de la

resistencia de los devanados en lostransformadores eléctricos, a través de técnicas

normalizadas, comprobando por medio de estas,

el valor de cada uno de los parámetros y las

características de comportamiento que puedellegar a tener el transformador dependiendo de

cuál sea su conexión y la manera en que

deseemos implementarlo, a fin de idealizar un

modelo del funcionamiento a la hora de su

implementación.

PALA!A" #LA$%"& devanado primario secundario, aditivosustractivo, corrientes

parasitas prueba de vacío, prueba de

cortocircuito, histéresis, flu!o de dispersión,

regulación de volta!e, eficiencia.

1. INTRODUCCIÓN

Los transformadores son máquinas

eléctricas estáticas de vital importancia

para la producción, transporte ydistribución de energa eléctrica, además

se pueden encontrar en muchos artefactos

de uso diario, como! radios, cargadores de

celular, computadores y

electrodomésticos en general" #stas

máquinas toman dicha importancia

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

ferromagnético, por donde circula un

flu&o magnético" 'ara verificar el correcto

funcionamiento del trasformador se hace

necesario implementar una seria de

ensayos o pruebas, entre las queencontramos! medición de resistencia de

los devanados, medición de la relación de

transformación, verificación de polaridad,

medición de tensiones de corto circuito,

medición de pérdidas con carga, entre

otras"


2/12

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERAL

(nali)ar y verificar el comportamiento de

los transformadores monofásico realesidentificando los parámetros de circuito

equivalente de funcionamiento mediante

la aplicación de ensayos de laboratorio"

2.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

*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

• (mpermetros

• /oltmetros

• (ccesorios

. !ARCO TEÓRICO

.1 PRUEBA DE CORRIENTECONTINUA O RESISTENCIA DELOS DEVANADOS

'ara determinar la resistencia en cada uno

de los devanados se aplica la ley de ohm"

e debe determinar que ba&o condiciones

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= V N

S N +1000[ MΩ ]≥1[ MΩ]

"onde#

Rais−min Resistenciade aislamientominima

V N Tensionnominal del transformador

S N Potencia nominal deltransformador

$ara determinar la resistencia deaislamiento 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#

Rais= R v (V s−vv )

vv

"onde#

Rais Resistencia de aislamiento

Rv Resistencia internadel voltimetro

V s Tension de la fuente

v v Tension medidaen el voltmetro

.2 DETER!INAR LA RELACIÓNDE TRANSFOR!ACIÓN

La relación de transformación lo podemos

determinar por medio de las resistencias

entre las bobinas, o por la relación


3/12

existente entre la tensión aplicada entre

los dos devanados" 4tra forma dedeterminar esta relación, es por medio de

la relación que existe entre el n$mero de

espiras de cada bobina"

.3. IDENTIFICACIÓN DE LOSPUNTOS 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 laterminales de un transformador mediante

la asignación de letras may$sculas para

identificar el devanado de alta tensión y

mediante los subndices 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

subndices establecen la terminales" (un

conociendo la representación de losterminales en los devanados estos pueden

ser construidos para permitir establecer

una polari)ación aditiva o sustractiva"

.. PRUEBA DE VACÍO

#l comportamiento de un transformador

ba&o cualquier condición de carga se

puede deducir al determinar los parámetros del circuito equivalente, los

cuales se obtiene al reali)ar los ensayos

de vaco y corto circuito" #n el ensayo en

vaco se busca establecer la 7esistencia

del 8$cleo 9 : y la ;nductancia de

orriente de /aco 9 : y

'otencia (ctiva de /aco 9 :, aunque

en transformadores de mayor

requerimiento de energa 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 quela 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


4/12

inductancia equivalente 9 : de los

devanados" #n este ensayo se aplica un

volta&e incrementándolo hasta el punto

que circule la corriente nominal del

devanado secundario de prueba evitando

exceder los lmites en el que el devanadose caliente, en transformadores con

requerimientos de energa alta, se

alimenta el devanado de alta tensión ya

que permite medir corrientes moderadas5

la corriente de magneti)ación se puede

despreciar debido a que el volta&e

aplicado es del 2@ al A@B del volta&e

asignado al devanado y es mucho menor

con respecto a la corriente de corto

circuito tal motiva lleva a despreciar la perdidas en el n$cleo durante este ensayo"

La e&ecución de esta prueba se obtiene la

potencia (ctiva de corto circuito 9 :, el

volta&e de corto circuito 9: y l a

corriente de corto circuito 9:

'ig.) monta!e eléctrico prueba de corto circuito.

%uente 1A3

". DESARROLLO DE LA PR#CTICA

La práctica se desarrolla en = pasos

diferentes"

".1 DETER!INAR LARESISTENCIA DE LOSDEVANADOS

'ig.* %onta!e eléctrico para obtener la resistencia de

los devanados. &uente practica de laboratorio ',

máquinas electricas' (&$).

>ondiciones de ensayo!

Lado de alta abierto

.ensión por lado de ba&a

*abla '. +alores de orrientes y volta!es para

determinar la -esistencia interna de cada uno de losdevanados del transformador monofásico

devanado ;dc9a

:

/dc9/

:

7x 7xm

(lta

tensión

@"22C @"DEA2 D"6=

D"6==@"62A @"E@CF D"6=

@"A2D 2"AAC D"6=

@"D26 2"FC6 D"6F

+a&a

tensión

@"22A @"6EF 6"C6

6"CAC@"6 @"=6= 6"C6=

@"A @"FEE 6"CC

@"D 2"@=F 6"CD

".2. ENSAYO DE RELACIÓN DETRANSFOR!ACIÓN

'ig.+ esquema eléctrico para la determinación de larelación de transformación. &uente practica de

laboratorio ' (&$)

7eali)ar el monta&e mostrado en la figura

D"


5/12

La se0al aplicada al devanado primario

9/2: debe ser completamente sinusoidal,

sin componentes *> y tener la frecuencia

nominal del transformador ba&o prueba"

e alimenta el devanado primario con una

se0al de volta&e 9/2: de valor igual a la

tensión nominal del devanado y se

registra el valor del volta&e en cada uno de

los devanados secundarios 9/6:"

9#laborar tabla para el registro de datos:"

e repite el procedimiento del punto

anterior, por lo menos cuatro veces más,

alimentando el transformador con

diferentes volta&es, inferiores al volta&e

nominal del devanado primario"

e encuentra la media aritmética de la

relación entre los volta&es de los

diferentes devanados

9primarioGsecundario: y se registra este

valor como relación de transformación"

*abla . /btención de datos para identificar la relaciónde transformación de la maquina eléctrica.

/olta&e

devanado

altatensión

/olta&e

devanado

de ba&atensión

7elación de

transformación

a=VpVs

=2"@D 6C"EH 2"HE2

2@@"HA =A"A6 2"HE2

2DE"DF FH"F6 2"HEH

66@ 22="F6 2"E@2

7elación de

transformación

promedio

2"HE=

a=∑i=1

n ai

n

a=1.891+1.891+1.898+1.901

4

a=1.895

".3 CO!PROBACIÓN DE PUNTOSDE POLARIDAD

7eali)ar el monta&e mostrado en la figura

="

La se0al de volta&e aplicada al devanado

primario 9/2: debe ser completamente

sinusoidal, sin componentes *> y tener la

frecuencia nominal del transformador

ba&o prueba"

e alimenta el devanado primario con

una se0al de volta&e 9/2: de valor inferior

a la tensión nominal del devanado y se

registran los valores de los otros volta&es

9/6 y /A:"

i el volta&e medido entre los devanados

9/A: es igual a la suma de los valores

individuales de volta&es en cada devanado

9/2 I /6:, los devanados están

conectados en polaridad aditiva5 si es

igual a la diferencia de los valores

individuales de volta&es en cada devanado9/2 J /6:, los devanados están

conectados en polaridad sustractiva""

8iveles de tensión para establecer el tipo

de polaridad en el transformador"

'ig.. . Esquemático eléctrico para identificación de

puntos de polaridad sustractiva. &uente practica de

laboratorio ', máquinas electricas' (&$).


6/12

'ig.- Esquemático eléctrico para identificación de

polaridad aditiva. &uente practica de laboratorio ',

máquinas electricas' (&$).

*abla 0. "atos de medición puntos de polaridad

sustractiva.

/olta&edevanado

primario/2 vol

/olta&edevanado

ecundario/6 vol

/olta&e dediferencia

/p-/sK/A

=@ 6C"EC 6D"=@

2@@ =A"6= DF"FH

2=@ FE"@C F2"6C

66@ 22="=C 2@D"=D

Los devanados están conectados en polaridad sustractiva"

'ara establecer una polaridad positiva sehace puente entre el terminal del

devanado primario con el cual se hi)o la primera medición con el otro terminal del

devanado secundario que no se reali)ó

corto circuito en la medición anterior con polaridad sustractiva, la medición de /A

se reali)a entre los terminales extremos en

los que no se estableció el puente de cortocircuito"

*abla 0. "atos de medición puntos de polaridad

aditiva.

/olta&e

devanado

primari

o /2vol

/olta&e

devanado

ecundar

io/6 vol

/olta&e

dediferenci

a

/pI/sK/A

=2 6F"@A FH"26

2@2 =A"F@ 2=="AF

2=@ FH"E2 66H"F=

62E 22D"F= AAA"6A

". ENSAYO DE CIRCUITOABIERTO

'ig. . %onta!e Eléctrico prueba de +acío. &uente

practica de laboratorio ' máquinas electricas' (&$).

/olta&e nominalK66@v

/olta&e de circuito abierto V CA=220v

>orriente de circuito abierto I CA=0.053 A

'otencia activa de circuito abierto PCA=2W 'otencia aparente SCA

|S

CA|=|V |∗| I |(13)

|SCA|=|220|∗|0.053|=11.66VA

'otencia reactiva de circuito abiertoQCA

QCA=√ |SCA|2

− P2(14)

QCA=11.48

fp=cosθ= PCA

V CA∗ I CA

2

220∗0.053(4)


7/12

fp= 2

220∗0.053=0.171

θ=80.15

I CA=0.053˪−80.15

N = I CA

V CA˪−θ (15 )

N =! N −" M (16)

N =4.1212 # 10−5− $ 2.3735 #10−4

R N = 1! N =24264.777Ω(17)

% M = 1

" M =4213.187 Ω(18)

'ig. /. "iagrama f asorial de potencia transformador

ensayo circuito abierto lado de alta tensión. &uente propia.

"." ENSAYO DE CORTOCIRCUITO

'ig

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

#sta prueba se reali)ó en el devanado de

ba&a tensión"

>orriente nominal K 2"ACD(

>orriente de corto circuito I CC =1.364 A

/olta&e de >orto circuito V CC =20v

'otencia (ctiva de corto circuito PCC =24&

|Scc|=|Vcc|∗| Icc|(13)

|Scc|=|20|∗|1.36|=27.2VA

Qcc=√ |Scc|2

− P2

Qcc=12.8VAR

fp=cos'= 24

20∗1.36(4 )

fp= 24

20∗1.36=0.88

'=28.072

( ) cc= Vcc

Icc ˪−'=

20

1.36 ˪−28.072

( ) cc= R) cc+ $ % ) cc(19)

( ) cc=12.97+ $ 6.920Ω

R ) cc=12.97 Ω % ) cc=6.920Ω


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

propia.

Vp

a =Vs+

(

Is∗ Re*

a

2 cos (θ )

)+

Is∗ %e*

a

2 sen(θ)

7&0

'otencia aparente nominal n K A@@ /(5

donde la corriente en el devanadosecundario 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 elángulo de atraso θ=80.15 "

Vs=2202−( 2.727∗51.8822 cos (80.15 ))−(

2.7

Vs=85.356

'ara el *iagrama %asorial de /olta&ereferido al secundario establecemos la

siguiente ecuación!

Vp

a =Vs +0o+

Re*

a2 ∗ Is+θ+ $

%e*

a2 ∗ Is+θ (

Vp

a =85.356+0o+

51.88

22 ∗2.727+−80.15

Vp

a=85.356+0o+35.36+−80.15+18.87

Vp

a =109.99+−31.61

'ig. ((. "iagrama &asorial de volta!es referido al

devanado secundario del transformador monofásico en

circuito abierto.

".$ REGULACIÓN DE VOLTAJE.

La regulación de volta&e del

transformador en vaco referido alsecundario será!

VR=|Vpa |−|Vs|

|Vs| ∗100 (22)

VR=109.99−85.356

85.356∗100

VR=28.86

".% ESTABLECI!IENTO DE LASI!PEDANCIAS DE LOSDEVANADOS

'ara establecer el valor de la resistencia e

inductancia en cada devanado se requierede los valores de la prueba *> a la que se

sometió el transformador en el caso de las

resistencia y para la inductancia como nose conoce un método para determinar la

inductancia se asume que 2 y M6 son

iguales,

R)

cc= R)

1+ R2 (23 )


9/12

% ) cc= % ) 1+ % 2(24 )

R) 1= R ) cc− R2=12.97−2.636=¿ 1033

R1=a2

R

)

1=22

∗10.33

=41.32

% ) cc= % ) 1+ % 2 % ) 1= % 2

% ) 1=

% ) CC

2=

6.920

2=3.46

% 1=a2 % ) 1=2

2∗3.46=13.84

$. &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),08550),60 +, -* +,40+* +, /0

)609*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"

#s aconse&able usar al menos el F@B de la

máxima escala del instrumento,

seleccionando los rangos apropiados encada caso"

Las puntas del voltmetro deben ser

conectadas tan cerca como sea posible a

los terminales ba&o medición, y dentro de

las del ampermetro" 9.eora de medición

por método Nelvin:

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 -* +,40+* +, /0)609*67+*6 7,+50), ,- 7()*+* +,- +,86 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 elinstructor" #l observador, colocado frente

a las dos terminales de ba&a tensión, por

medio de un voltmetro de >*" debe

averiguar la polaridad de la tensión

aplicada, de acuerdo a las conexiones del

diagrama"

'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"


10/12

i al cerrar el interruptor, el voltmetro

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 voltmetro es la

correspondiente, a la terminal del

devanado excitado, conectado al borne

9I: de la batera 9polaridad sustractiva o

colineal:"

F5.13. " Esquemático eléctrico para identificaciónde puntos de polaridad sustractiva. &uente %anual de

prácticas, 1aboratorio de máquinas eléctricas,

programa educativo ingeniería.

Ona deflexión en sentido contrario a la

escala nos indicara que el borne 9-: del

voltmetro le fue aplicado un volta&e 9I:

luego la terminal conectada a este borne

será la correspondiente a la terminal 9I:

del devanado excitado 9polaridad aditiva

o diagonal:" 1=3

'ig.(+ Esquemático eléctrico para identificación de

polaridad aditiva. &uente %anual de prácticas,

1aboratorio de máquinas eléctricas, programa

educativo ingeniería"

7ealice el diagrama fasorial del

transformador monofásico

operando en vaco"

V,6 ,0 ,- ;),7


11/12

a&usta al valor ledo por el voltmetro de

valores promedio" Las lecturas de ambos

voltmetros son empleadas para corregir

las perdidas sin carga a una base de onda

sinusoidal"

La figura muestra la conexión y el equipo

necesario cuando no se requiere

transformador de medida!

• %! %recuencmetro

• (! (mpermetro

• P! /atmetro

• /! /oltmetro

•

/'! /oltmetro de lectura devalores promedio

•

&igura '2. Esquema de la instalación cuando no serequiere transformador de medida. &uente# 3* '40',

*ransformadores# ensayos para la determinación de

pérdidas y corrientes sin carga.

#n la figura, los voltmetros deben

conectarse cerca de la carga, con el

ampermetro de la fuente y el vatmetro

conectado entre los dos, con la bobina de

potencial en el lado de la carga y la de

corriente en el lado de la fuente" 1C3 %. CONCLUSIONES

• e revisa el puesto de traba&o,

donde se deben tener en cuenta los

equipos detalladamente antes de

ser energi)ados, lo cual determinay garanti)a el correcto estado y

funcionamiento de este, los

transformadores cuentan con una placa de datos nominales, en el

cual podemos determinar

tensiones que el transformador

puede soportar sin alterar su vida$til, relación de transformación y

en muchos casos estos traen

impreso cuales son losembobinados de alta y cuáles de

ba&a, pero esta información debe

ser verificada experimentalmente"

• e determina por medio de la

medición de volta&e la polaridad

de los devanados caracteri)ando si

es un transformador elevador oreductor, dicha polaridad nos

permite reali)ar la conexión entre

transformadores y la cargacorrectamente"

• e debe alimentar el trasformador

con tensión alterna para que

genere un flu&o variable, y con

esto producirse una tensióninducida, lo cual no ocurrira si se

alimenta el transformador con unafuente continua"

• e anali)ó que las pérdidas del

hierro son independientes de la

corriente consumida, y son

constantes, estas pérdidas serepresentan mediante una

resistencia en paralelo con el

bobinado primario quellamaremos resistencia de vaco

978:" Q las pérdidas del cobredependen de la carga y por tantode la intensidad de corriente

exigida en el secundario, están

representadas por una resistencia

en serie con el devanadosecundario llamada resistencia de

cortocircuito 97>>:"


12/12

%. BIBLIOGRAFÍA

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electricas2 O%'"

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Laboratorio 1 Caracterización de Transformadores Monofásicos

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