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Ao de la Promocin de la Industria Responsabley del Compromiso Climtico
UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
EXPERIENCIA N 03:PERDIDAS EN EL TRANSFORMADOR MONOFASICOPRUEBA DE VACIO Y PRUEBA DE CORTO CIRCUITO
ALUMNO : MEDRANO BOBADILLA CARLOS AUGUSTO
DOCENTE : ING. ORE HUARCAYA CARLOS WILFREDO
CURSO : LABORATORIO DE MAQUINAS ELCTRICAS I
CICLO : SEXTO CICLO (TERCER AO)
SECCIN : AULA 2
GRUPO : GRUPO B
FECHA REALIZADA : 01 DE OCTUBRE DEL 2014
FECHA PRESENTADA : 09 DE OCTUBRE DEL 2014
ICAPERU
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DESCRIPCIN DE LA EXPERIENCIA
En el siguiente informe se presenta y describe las experiencias que se realizaron enLaboratorio de Mquinas Elctricas I, el cual paso a detallar:
Experiencia No01: (Prueba de Circuito Abierto o Vacio)
En esta prueba se determino las perdidas en el ncleo de hierro del transformador
(Prdidas por Histresis y Prdidas por corriente Foucault).
Del mismo modo regulamos la tensin de la fuente hasta obtener en los bornes del
transformador la tensin nominal (V1n= 220v), luego anotamos las lecturas de las
corrientes de excitacin (Io) y perdidas en el hierro (PFe) para diferentes valores de
tensin.
Para cada uno de los valores de voltaje que medimos, hallamos una corriente de
excitacin (I0). As mismo, con la ayuda del vatmetro calculamos las prdidas que
se sufren en el ncleo del transformador (PFe).
Para ello desarrollamos las siguientes ecuaciones para calcular C y K
Donde:
Pi = Prdidas en el ncleo
Vi = Tensiones en el borne primario del transformador
n = Nmero de experienciasC y K = Incgnitas
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Y posteriormente reemplazar en la formula:
P(v)=cekv
Experiencia No02: (Prueba de Cortocircuito)
En esta prueba se cortocircuita el secundario y regulamos la tensin V1hasta que
alcance su valor asignado de corriente en el secundario, en consecuencia, lapotencia absorbida en cortocircuito coincide con las perdidas en el cobre. Cuando
se hace este ensayo se utiliza como primario el lado de alta tensin cortocircuitando
el lado de baja tensin como se en el siguiente circuito.
Una vez realizado el circuito procedemos a calcular la corriente mxima (Icc) del
transformador:
Donde:
V1n = voltaje del transformador (lado primario)S = Potencia Aparente del Transformador
Una vez calculado la corriente, hallamos la tensin del cortocircuito Ucc1(medida
por V) se regula el voltaje desde un valor bajo de tensin hasta alcanzar la corriente
mxima Icc1, en el Ampermetro, en este caso esta conectado en el primario.
La tensin de cortocircuito se medir con el voltmetro conectado en los bornes del
primario H1y H2. Con el vatmetro tomamos la lectura de las perdidas que sufre en
el devanado del transformador (PCu).
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Experiencia No03: (Prueba de Vacio en Baja Tension)
Solucionamos el mismo circuito de la Experiencia N 01, solo que ahora regulamos
con el vatmetro la Tensin de Vacio de (V1n = 220v) de estos datos comenzamosluego fuimos disminuyendo la tensin de Vacio.
La tensin de cortocircuito se medir con el voltmetro conectado en los bornes del
secundario X1y X2. Con el vatmetro tomamos la lectura de las prdidas que sufre
en el devanado del transformador (PCu).
V1
(Volts)
50 67 75 87 100 110 113 116
IO(mA)
0.127A 0.176A 0.206A 0.301A 0.519A 0.775A 0.915A 1.025A
PFe
(W)
4.6 W 7.8 W 9.7 W 13.3 W 19.2 W 25.3 W 28.6 W 31.1 W
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MARCO TEORICO
ENSAYOS INDUSTRIALES EN TRANSFORMADORESELCTRICOS:
Los dos ensayos industriales ms comunes que se pueden llevar a cabo para conseguir
los parmetros del modelo reducido del transformador son el ensayo en vaco o circuito
abierto y el ensayo en cortocircuito.
Los circuitos equivalentes de cada uno de los ensayos van a ser los siguientes:
ENSAYO EN VACIO O CIRCUITO ABIERTO:
Un transformador funciona en vaco cuando presenta abierto el circuito
secundario de utilizacin, es decir, cuando es nula la intensidad de corriente en
el bobinado secundario.
Tiene como fin de determinar la corriente en vaco (Io), la potencia en vacio (Po)
que representa las prdidas en vaco del transformador las cuales resultan de la
suma de las prdidas por histresis y corrientes parsitas en el ncleo y el factor
de potencia en vacio Esta prueba se puede efectuar alimentando indiferentemente el devanado
primario o secundario del transformador, manteniendo el devanado no utilizado
abierto. Tal eleccin est en funcin de la tensin de alimentacin disponible. En
el ensayo en circuito abierto el devanado del transformador, generalmente el del
lado de mayor tensin (si el transformador es de MT o AT), se deja en circuito
abierto y en el otro devanado se aplica la tensin nominal.
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Mediante este ensayo se consigue el valor de las prdidas en el hierro del
transformador. Las prdidas en vaco son las siguientes:
Puesto que las prdidas en el devanado primario son muy pequeas frente a las
perdidas en el hierro (ncleo) se tiene que la potencia medida en la prueba que
corresponde a las perdidas en vacio son aproximadamente iguales a las perdidas
en el hierro:
Adems con la lectura del vatmetro se puede estimar el factor de potencia delcircuito en vacio, el cual ser:
Finalmente la impedancia en vacio Z0(Que es RPen paralelo con jXM) se puede
calcular de la siguiente manera:
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Debido a que esta impedancia de vacio es el resultante de un paralelo, los
valores de los parmetros de RPy de XMse debe estimar con ayuda del concepto
de Admitancia (Y):
ENSAYO EN CORTOCIRCUITO:
En el ensayo en cortocircuito un devanado del transformador, generalmente el
del lado de baja tensin, se cortocircuita. En el otro extremo se aplica una
tensin inferior a la nominal, tal que haga pasar por el devanado en cortocircuito
la corriente nominal del devanado conectado a la fuente de alimentacin.
La tensin que se aplica al devanado correspondiente, (que debe ser el de baja
tensin si es un transformador de MT o AT), es del orden del 2 al 15 por ciento
de la tensin nominal del transformador. Los porcentajes inferiores
corresponden a los transformadores de mayor potencia. Dicha tensin recibe el
nombre de tensin de cortocircuito, siendo un valor caracterstico del
transformador de tensin proporcionado por el fabricante y que se expresa en
porcentaje respecto a la tensin nominal.
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En esta prueba, la potencia consumida corresponde a las prdidas en el cobre de
los dos bobinados, ya que la tensin aplicada en la prueba de cortocircuito suele
ser pequea comparada con la nominal, la corriente de la rama de
magnetizacin, el flujo en el ncleo y las consecuentes prdidas se puedendespreciar. En tales condiciones se determina la resistencia equivalente del
transformador.
Mediante este ensayo conseguimos conocer el valor de las perdidas en el cobre
del transformador, ya que las prdidas en RPson despreciables frente a R1 y R2.
Adems con la lectura del vatmetro se puede estimar el factor de potencia delcircuito en cortocircuito, el cual ser:
Finalmente la impedancia en cortocircuito ZCC(Que es R en paralelo con jX) se
puede calcular de la siguiente manera:
Debido a que esta impedancia de cortocircuito es el resultante de los parmetros
de R y de X en serie se tiene entonces que:
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MEDICIONES Y CIRCUITOS DE LAEXPERIENCIA
Experiencia No01: (Prueba de Circuito Abierto o Vacio)
En esta experiencia utilizamos el siguiente esquema:
En este ensayo calculamos las perdidas en el ncleo del hierro para ello aplicamos
ciertos voltaje, con el ampermetro tomamos lectura de la corriente de excitacin y
con el vatmetro las perdidas que se registran en el ncleo de hierro.
V1 (Volts) Io (mA) Pfe (W)135 96.4 10
150 119.5 15
175 170 17
200 290 22
220 420 29
240 670 41
H1
H2
X1
X2
V
J
W
U
AoMODULO DEMAQUINASELECTRICAS
V1
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Obtenidas las mediciones, calculamos: P(v)=cekv (C y K son Incgnitas)
....(1) ....(2)
Reemplazando valores en (1):
7.824144716 = 0.4343K(1120) + 6logC
7.824144716 = 486.416k + 6logC
Reemplazando valores en (2):
1504.022471 = 0.4343K ((217350) + logC(1120)
1504.022471 = 94395.105K + 1120logC ..(**)
Reemplazando (*) en (**)
( )
1504.022471 = 94395.105K+ 186.667 (7.824144716 - 486.416K)
1504.022471 = 94395.105K + 1460.5096 - 90797.815K
43.512871= 3597.29K
K = 0.012096
Reemplazando el valor de K en (*):
.. (*)
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logC = 0.3234
C = 1.381817968
Luego con los valores C y K ya conocidos, los reemplazando en: P(v)=cekv
V1 P(v)= cekv
135 v P(135) = 1.381817968e(0.012096)135= 7.073w
150 v P(150) = 1.381817968e(0.012096)150= 8.4807 w
175 v P(175) = 1.381817968e(0.012096)175= 11.475 w
200 v P(200) = 1.381817968e(0.012096)200= 15.527 w
220 v P(220) = 1.381817968e(0.012096)220= 19.777 w
240 v P(240) = 1.381817968e(0.012096)240= 25.189 w
Experiencia No
02: (Prueba de Cortocircuito)
En esta experiencia utilizamos el siguiente esquema:
Trabajamos con:
V
J
W
U
AoMODULO DEMAQUINASELECTRICAS
Vcc1
Icc1 H1
H2
X1
X2
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Los datos para esta experiencia son:
ICC1 4.54 A
PCu 30 W
VCC 7.1 V
Calculamos el Factor De Potencia (fp) en cortocircuito:
0Ahora Calculamos las prdidas en el devanado del transformador (forma terica):
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CUESTIONARIO
Relacin de Valores Tomados en las Experi encias Efectuadas
Para la Prueba en Vacio:
V1 (Volts) Io (mA) Pfe (W)
135 96.4 10
150 119.5 15
175 170 17
200 290 22220 420 29
240 670 41
Para la Prueba en Cortocircuito
ICC1 4.54 A
PCu 30 W
VCC 7.1 V
De la prueba de Vacio, Graficas las curvas de perdidas de potencia WFE(Perdidas en el H ierro) en funcin de la tensin.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
135 150 175 200 220 240
Perdidas en el Fierro (en W)
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De la prueba de Vacio, Graf icar las curvas de corr iente de vacio en funcin dela tensin.
Ajuste los valor es de tensin y potencia segn su grafi ca anterior a la funcinexponencial P(V) = cekVy hal le la potencia de perdidas para los siguientesvalores: V=120 V y V= 130 V, segn su ajuste (c y k son constantes).
Sabemos los valores de C y K:
C = 1.381817968 yK = 0.012096
Reemplazamos valores de V = 120 vy V = 130 ven la ecuacinP(v) = cekv
P(120) = 1.381817968e(0.012096)120= 5.8998w
P(130) = 1.381817968e(0.012096)130= 6.6584w
Cmo se determinan las prdidas en el Ncleo?
Las perdidas en el ncleo se determinan midiendo la potencia suministrada en el
vacio a cada devanado (primario y secundario) sin cargas. Con la ayuda de un
vatmetro hallamos las perdidas en el ncleo del transformador para los voltajes
que deseemos aplicar.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
135 150 175 200 220 240
Corriente en vacio (en mA)
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Halle el circuito equivalente del transformador r eferido al primari o de susensayos reali zados.
Ensayo en vacio:
Ensayo en cortocircuito:
Quse entiende por f lujo de dispersin?
Es aquel flujo que recorre principalmente el espacio que hay entre los
arrollamientos, el llamado canal de dispersin, y cierra su circuito al salir de
dicho canal en parte a travs del aire y de las piezas mecnicas.
Qupasara si el ncleo del transformador fuera de Acero Soli do?
Un ncleo de acero solido es un conductor, por consiguiente se induce y va a
crear corrientes parasitas o perdidas. Para reducir estas perdidas, usaremos
laminas de hierro aisladas entre si; y si queremos reducir mas estas perdidas
usaremos laminas de acero al silicio (propiedad de mas resistencia al paso de las
corrientes y mejora el flujo magntico).
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CONCLUSIONES
En esta prctica vemos la importancia y la diferencia que existen entre losensayos del transformador para determinar sus prdidas, estos ensayos a utilizar
son dos: ensayo en vacio y el ensayo en cortocircuito.
En el ensayo en vacio, se determina las prdidas que se producen en el ncleo
del transformador. Ac observamos que mientras el voltaje aumentaba, tambin
se aumentaban las perdidas.
En el ensayo en cortocircuito se determina las prdidas que se dan en eldevanado del transformador.
En el ensayo de cortocircuito, se regulaba el voltaje desde un valor bajo hastaalcanzar la corriente de cortocircuito. Tener en cuenta que debido a que la
tensin aplicada es pequea en comparacin con la tensin nominal, las prdidas
en vaco o en el ncleo se pueden considerar como despreciables, de manera que
toda la potencia absorbida es debida a las prdidas por efecto joule en los
devanados primario y secundario. Adems, de esta prueba, se pueden obtener los
parmetros de los devanados primario y secundario del transformador.