TRANSFORMADOR MONOFÁSICO – ENSAYO EN CORTOCIRCUITO

1. Objetivos.-

Determinar las constantes en cortocircuito del transformador en sus diversas

conexiones posibles a tensión (Entrada = 220[V] – Salida = 60[V]; 160[V]; 220[V];

380[V]) y frecuencia nominal.

Dibujar el diagrama vectorial y el circuito equivalente simplificado del transformador

en cortocircuito.

Utilizar debidamente los instrumentos de medición en la determinación de las

relaciones de transformación.

2. Fundamento Teórico.-

Circuito equivalente:

En la prueba de cortocircuito se hace un cortocircuito en las terminales

secundarias de un transformador y las terminales primarias se conectan a una fuente de

voltaje, con un valor bastante bajo. Se ajusta el nivel de voltaje de entrada hasta que la

corriente en los devanados en cortocircuito sea igual a su valor nominal (es muy necesario

asegurarse de mantener el voltaje del primario en un nivel seguro, de otra manera los

devanados del transformador pueden quemarse).

Durante el ensayo nuevamente se deben medir la corriente, el voltaje y la potencia de

entrada. Debido a que el voltaje es tan bajo durante la prueba de cortocircuito, la

corriente que fluye a través de la rama de excitación es despreciable. Si se ignora la

corriente de excitación entonces toda la caída de voltaje en el transformador se puede

atribuir a los elementos en serie en el circuito. La magnitud de las impedancias en serie

referidas al primario del transformador es:

|Zcc|=V cc

I cc

El factor de potencia de la corriente esta dado por:

FP=cos (φ )=Pcc

V cc ∙ I cc

Y esta en retraso. Por tanto, el ángulo de corriente es negativo y el ángulo de impedancia

total φ es positivo:

φ=cos−1( Pcc

V cc ∙ I cc )Por tanto:

Zcc=V cc∠ 0°I cc∠−φ°

=V cc

I cc∠φ°

La impedancia en serie Zcc es igual a:

Zcc=Rcc+ j X cc

Se puede determinar la impedancia en serie total referida al primario por media de esta

técnica, pero no hay forma fácil de dividir la impedancia en serie de sus componentes

primario y secundario. Por fortuna, no se requiere de esta separación para resolver los

problemas normales.

Se puede realizar esta misma prueba del lado secundario del transformador si es más

conveniente debido a los niveles de voltaje u otras razones. Si la prueba se realiza en el

lado secundario, naturalmente los resultados darán las impedancias del circuito

equivalente referido al secundario del transformador en lugar del lado primario.

3. Procedimiento experimental.-

3.1 Material a utilizar.- Inspeccione el respectivo puesto de trabajo y corrobore la

existencia de todos los componentes e instrumentos que la guía propone para esta

sesión de laboratorio. En caso de no ser aso, informe de inmediato a su docente en

forma ordenada y detallada a fin de solucionar eventuales inconvenientes que se

presenten.

a) Módulo banco de transformadores: BIM 1420

b) Instrumentos de medición:

Módulo A-V de hierro móvil BIM 1421

Módulo vatímetro monofásico BIM 1425

c) Módulo fuente de poder BIM 1408

3.2 Montaje del circuito.- Efectuar el montaje del circuito, tal como se muestra a

continuación respetando las normas de seguridad generales y de acuerdo a las

indicaciones de la secuencia operativa.

N sN p

I nPccm

U ccm

W A

V0 a 250V50Hz

3.3 Desarrollo del laboratorio.-

Efectuando el montaje según el diagrama anterior, verificar el conexionado tomando

en cuenta:

Alcance del voltímetro HM 250[V], (RV=32[K Ω ]).

Alcance del amperímetro HM 1[A], (Ra=0.75[Ω ]).

Alcance del vatímetro 0.5[A] x 250[V] (llave en 0.5[A]), RWV=22 [K Ω ]

k=I ∙V ∙cos (φ)

Nº Divisionesescala=0.5 [A ] ∙250 [V ] ∙1

25=5

Posición del Variac en 0[V].

Primario del transformador borne de 220[V].

Secundario de 60[V] (luego 160; 220 y 380[V]) cortocircuitando.

Considere las relaciones de transformación para: 220 – 60; 220 – 160; 220 –

220; 220 – 380 [V]. Donde k = 3.667; 1.375; 1; 0.579 respectivamente.

4. Tabla de registros medidos y calculados.-

Anota en la siguiente tabla, los valores medidos de acuerdo al proceso de medición y

proceda con los cálculos necesarios, gráficas y diagramas solicitados en el apartado del

cuestionario.

Nº

TENSIÓN PRIMARIO INTENSIDAD DE CORRIENTE POTENCIA LEÍDA

U ccm [V ] I n [ A ] I cc [A ] k [W /¿] α [¿] Pccm [W ]

1 42

0.73

2.67 0.5 1

2 21 1.01 0.2

53 17 0.74 0.2

4 16 0.42 0.2

5. Cuestionario.-

5.1 Calcular y tabular: La tensión de cortocircuito “U cc” aplicada en el primario para

que por este circule la corriente nominal con el secundario cortocircuitado; la

potencia absorbida por el transformador en cortocircuito “Pcc”; la impedancia

equivalente de cortocircuito “Zcc” del transformador en cortocircuito; la resistencia

equivalente de pérdidas de cortocircuito “Rcc”; la reactancia equivalente de

cortocircuito “X cc” del transformador en cortocircuito; el factor de potencia del

transformador en cortocircuito “cos (φ)” y la potencia absorbida en cortocircuito

para cubrir las pérdidas en el cobre a temperatura ambiente “PccCu”.

NºI n

[A]

U ccm

[V]

Pccm

[W]

U cc

[V]

Pcc

[W]

Zcc

[Ω ]

Rcc

[Ω ]

X cc

[Ω ]cos (φ)

PccCu

[W]

1 0.73 42,00 34,00 11,45 30,93 4,24 3,39 2,55 1,11 24,74

2 0.73 20,00 17,40 14,55 14,69 14,40 11,52 8,64 1,19 11,75

3 0.73 16,00 15,00 16,00 12,00 21,33 17,07 12,80 1,28 9,60

4 0.73 14,00 13,60 24,18 10,64 54,96 43,97 32,98 1,33 8,51

5.2 Dibujar el diagrama vectorial y el circuito equivalente simplificado del transformador

en cortocircuito.

Rocc I cc

jX cc I ccV ccm

V cc

I cc

6.-Conclusiones.-

Se ha logrado realizar con éxito el ensayo en cortocircuito, a través de los datos

obtenidos se pudo dar una estimación a las pérdidas generadas por el cobre.

El ensayo se debe realizar con mucha precaución, sobre todo a la hora de alimentar el

lado primario del transformador, el cual debe mantenerse en niveles seguros de lo

contrario los devanados del transformador pueden quemarse.

6. Bibliografía.-

Chapman, Steepheen: Máquinas Eléctricas. McGraw-Hill, Interamericana de México, S.

A. de C. V., 1997.