Laboratorio 4

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA,

ELECTRÓNICA, INFORMATICA Y MECANICA.

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

ASIGNATURA : LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS I ALUMNO : RODRIGO ANGULO SANCHEZ

CODIGO : 121278

CUSCO – PERÚ

2015

1. Presentar el marco teórico.

Pruebas de cortocircuito y circuito abierto Laboratorio 4

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Para determinar estos parámetros se puede realizar a través de dos pruebas, las cuales son: Prueba de Vacío y Prueba de Cortocircuito.

a.- Prueba de Vacío:

Consiste en aplicar una tensión nominal V1 en cualquiera de los enrollados del transformador, con el otro enrollado abierto, se le aplica al lado 1 voltaje y frecuencia nominal, registrándose las lecturas de la potencia de entrada en vacío P0 y la corriente en vacío I1. Es obvio que los únicos parámetros que tienen que ser considerados en la prueba de vació son Rm y jXm, la impedancia de dispersión, R1 +jX1, no afecta a los datos de prueba. Usualmente, la tensión nominal se aplica al enrollado de baja tensión. La figura 1, muestra el circuito de prueba utilizado.

Figura 1: Circuito Equivalente para la condición en Vacío

Nuestros parámetros nos quedan:

; Ec.1

; Ec.2

Es válido mencionar que Im se calcula con la ecuación 3

; (Ec.3)

b.- Prueba de cortocircuito:

Esta prueba se realiza a voltaje reducido, hasta que circule una corriente nominal por el circuito. En este caso no se toma la rama de magnetización, esto es debido a que solo se requiere un pequeño voltaje para obtener las corrientes nominales en los

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embobinados debido a que dicha impedancias son limitadas por la impedancia de dispersión de los embobinados, por lo tanto la densidad de flujo en el núcleo será pequeña en la prueba de cortocircuito, las pérdidas en el núcleo y la corriente de magnetización será todavía más pequeña. La tensión reducida Vcc, llamada frecuentemente tensión de impedancia, se soluciona para que la corriente de cortocircuito Icc no ocasione daño en los enrollamientos. Se escoge usualmente Icc como la corriente de plena carga (nominal). Usualmente esta prueba se hace por el lado de alto voltaje (para que la corriente sea mas pequeña).

Figura 2: Circuito equivalente para la condición de cortocircuito

La potencia del cortocircuito es la perdida total en el cobre del transformador. Debido al efecto pelicular, Pcc puede ser mayor que las perdidas óhmicas en el cobre.

De la figura 2, obtenemos lo siguiente:

; (Ec.4)

; (Ec.5)

; (Ec.6)

Zeq, Xeq y Req son conocidas por impedancia equivalente, reactancia equivalente y resistencia equivalente, respectivamente.

Si V1 = V2, podemos decir que:

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; (Ec.7)

Deberá notarse nuevamente que los parámetros están en funcion del enrollamiento en el que se toman las lecturas de los instrumentos.

Ya que la resistencia equivalente Req es la suma de R1 y R'2 se deduce que:

; (Ec.8)

IV.-Características De Funcionamiento De Los Transformadores Monofásicos De Dos Enrollados.

La regulación y la eficiencia son las dos características de mayor importancia en el funcionamiento de los transformadores. Los cuales son usados en sistemas de potencia para la transmisión y distribución de energía.

Factor de Regulación:

La regulación de voltaje es una medida de la variación de tensión de salida de un transformador, cuando la corriente de carga con un factor de potencia constante varia de cero a un valor nominal. Considérese 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 específico. 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 cambiará; la diferencia entre los valores del voltaje de salida cuando está sin carga, y el nominal a plena carga, expresada como una fracción del valor nominal, es definida como la regulación del voltaje nominal del transformador a un factor de potencia específico. La ecuación 9 representa el factor de regulación en porcentaje.

; (Ec.9)

Como generalmente, la corriente de excitación será pequeña comparada con la corriente nominal de un transformador de núcleo de hierro, la rama en derivación consiste de Rm y Xm puede no considerarse para cálculos de regulación de voltaje. Este circuito equivalente simplificado referido al lado 2 se muestra en la siguiente Figura 3-b.

Como el transformador está 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 ecuación 10 representa el factor de regulación de voltaje, en porcentaje, no considerando la rama de magnetización.

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; (Ec.10)

Donde:

; (Ec.11)

Los términos V2, IL2 son los valores nominales

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

Figura 3-b:Circuito equivalente aproximado referido al lado 2 del transformador ilustrado en 3a.

b.- Rendimiento:

Supongamos el transformador de núcleo de hierro exhibido en la figura 3-a. Supóngase que el voltaje de la salida se mantiene constante al valor nominal y el transformador formado con factor de potencia COS (L), está entregando a la carga, una corriente IL2 (no es necesariamente el valor nominal). Las pérdidas en el

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transformador son los que se tienen en el núcleo debida a la histéresis, a las corrientes parásitas y la óhmicas en las resistencias de los enrollamientos. Por Pc se presentan las pérdidas en el núcleo; como las pérdidas en el núcleo 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 pérdidas óhmicas en los enrollamientos, están en función de la corriente. A cualquier corriente IL2, las pérdidas óhmicas totales en el transformador son I2L2 Req2; estas pérdidas son llamadas pérdidas en el cobre, luego la ecuación 12, representa el rendimiento del transformador.

; (Ec.12)

; (Ec.13)

Si IL2 es la corriente nominal, entonces se obtiene la eficiencia nominal del transformador.

V.- Mediciones De Resistencia (Método voltímetro - Amperímetro)

Este método de medición de la resistencia de los devanados consiste en aplicar una tensión continua en uno de los devanados y medir la corriente existente en ese instante, luego conocidos estos valores es posible calcular la resistencia de los devanados en corriente continua mediante Ley de Ohm. En el caso de transformadores pequeños, la resistencia óhmica de los devanados (corriente continua) suelen considerarse iguales a sus resistencias efectivas (corriente alterna).

Cabe señalar que en la ejecución de esta experiencia, el valor de la resistencia no se realizó por el método de Voltimetro-Amperimetro. Si no que se realizo directamente a través de un multímetro en cada uno de sus conectores, o sea en el enrollado primario y en los secundarios.

1. Desarrollar las ecuaciones y cálculos exigidos en el desarrollo del laboratorio.

Prueba de circuito abierto

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P I2 R PFE 1P P FE

Prueba de cortocircuito

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2.

PRUEBA EN CIRCUITO ABIERTOMEDIDAS V1 V2 W A2 COSα

1 230,5 245,8 11,7 0,13 0,375

PRUEBA EN CORTOCIRCUITO MEDIDAS V1 A1 W A2 COSα

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1 25,36 1,25 7,6 1,,18 0,237

CON CARGA MEDIDAS V1 I1 V2 I2 W

1 200 4,5 104,9 8,6 920

9.1 Porque una prueba de corto circuito para transformadores no es destructiva para el transformador sometido a ella.Por que se trabaja con un transformador monofásico y con una corriente de 3 amperios.

9.2 En la prueba de corto circuito por qué no se consideran (g0 y bm) en el cálculo para determinar los parámetros del transformador.No se considera debido a que no existe perdidas en el núcleo y el campo magnético son mínimos

9.3 En la prueba de circuito abierto por qué no se consideran (R1 y Xd1) en el cálculo para determinar los parámetros del transformador.

Los elementos en serie RP y XP son demasiado pequeños en comparación con RC y XM para causar una caída significativa de voltaje así que esencialmente todo el voltaje de alimentación se aplica a través de la rama de excitación.

9.4 En la misma prueba ¿por qué no se consideran (R2 y Xd2) en el cálculo para determinar los parámetros del transformador?No se considera debido a que trabajamos con respecto al lado del primario.9.5 En un transformador de distribución, ¿es recomendable realizar la prueba de cortocircuito por el lado primario (de alta)? ¿Por qué?Si es recomendable, pero en cualquiera de sus lados siempre será lo mismo, debido a la conservación de la energía, es decir la potencia es la misma en ambos lados.9.6 En un transformador de distribución, ¿es recomendable realizar la prueba de circuito abierto por el lado primario (de alta)? ¿Por qué?Si es recomendable, pero en cualquiera de sus lados siempre será lo mismo, debido a la conservación de la energía, es decir la potencia es la misma en ambos lados.9.8 ¿Qué se podría inferir si un transformador tiene un alto% de tensión de cortocircuito?Puede resistir mayor tensión de cortocircuito.9.9 ¿Por qué es importante determinar la impedancia porcentual del transformador?Porque es un dato importante para el dato de las corrientes en caso de un cortocircuito fortuito.

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9.10Cuales son las consideraciones que se debe tomar para realizar una Prueba óptima.

Las condiciones para una prueba óptima es que tengamos un conexionado buenoDelos instrumentos y de las fuentes y loas transformadores, Tener los instrumentos adecuado para dicho trabajo en laboratorio, tener un orden adecuado para realizar el trabajo y saber medir correctamente los valores de los parámetros y variables y tener en cuenta las perdidas existentes de la fuente, transformador e instrumentos.

9.11 Calcule la eficiencia del transformador e intérprete su resultado.Conclusiones.

La caída de tensión es debido a que la tensión de salida disminuya esto es debido a la sobrecarga del transformador.

A mayor caga menor será la tención. Un transformador conmutado y regulable es mucho mejor que los

diferentes tipos de transformadores.

CONCLUSIONES: Las pruebas de ensayos son importantes debido a que determinan el

nivel de funcionamiento del transformador. Determina las perdidas y las eficiencias del transformador.