Laboratorio de Mquinas Elctricas 1- 2015A.ApellidosyNombres:...CUI:..

Moiss C. Tanca Villanueva, Dr. Ing.

GUIA DE LABORATORIO No. 4. 1 TEMA: PRDIDAS ELCTRICAS (EN EL COBRE) DE LOS DEVANADOS DEL

TRANSFORMADOR MONOFSICO DE POTENCIA.

1. OBJETIVOS a) Determinar experimentalmente las perdidas elctricas de los devanados, la tensin de corto

circuito y corriente de corto circuito de falla. b) Comprobar experimentalmente el concepto de inductancia de dispersin. c) Determinar los parmetros transformador mediante los ensayos de vaco y corto circuito. d) Determinar experimentalmente la relacin de transformacin en funcin de sus corrientes.

2. INTRODUCCIN

Las prdidas y tensin de cortocircuito, tanto para transformadores monofsicos como para trifsicos, de acuerdo al procedimiento descrito en la norma IEC 76-5, el cual se describe a continuacin:

Uno de los devanados del transformador (del lado de baja tensin) debe ponerse en corto y se aplica al otro devanado una tensin a frecuencia nominal, la cual se ajusta para que circule la corriente nominal por los devanados. En caso de que no se puedan alcanzar los valores nominales de corriente, se puede utilizar una corriente no menor del 25% de In (corriente nominal), corrigiendo el valor obtenido. El ensayo debe realizarse sobre la derivacin principal.

Con la corriente y frecuencia ajustadas a los valores de ensayo, se toman lecturas en el ampermetro, vatmetro, voltmetro y frecuencmetro.

Es suficiente medir la corriente en el devanado excitado solamente, porque la corriente en el devanado en cortocircuito, debe estar en el valor correcto de acuerdo a la relacin de transformacin (S se desea comprobar la relacin se puede tomar el valor de la corriente que circula por el devanado en corto).

La temperatura del devanado antes del ensayo se considera igual a la temperatura del ambiente o del aceite, cuando el transformador no ha sido excitado por lo menos ocho horas antes del ensayo.

El conductor usado para hacer el cortocircuito en transformadores de alta corriente y baja tensin, debe tener una seccin transversal igual o mayor que aquella de los terminales conductores del devanado correspondiente, debe ser tan corto como sea posible y mantenerse retirado de masas magnticas. Los contactos deben estar limpios y bien ajustados.

Cuando no se alcancen los valores de corriente nominal, los valores medidos se corregirn al valor

nominal de la siguiente forma:

IkI

n

m

cc mV V k 2P P kcu cum

Donde: k = Factor de correccin por corriente.

nI = Corriente nominal del devanado del transformador por el cual se energiz (Amperios).

mI = Valor de corriente alcanzado durante el ensayo. ( Amperios).

ccV = Tensin de corto circuito real a corriente nominal (Voltios).

mV = Tensin de cortocircuito medida con corriente reducida (voltios).

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cuP = Prdidas en el cobre reales a corriente nominal (vatios).

cumP = Prdidas en el cobre medidas con corriente nominal (Vatios). Los valores de ccV y cuP sern consignados en el protocolo de pruebas en la parte Ensayo de

cortocircuito, una vez corregidos a 75C. Se asume que estos valores son medidos a temperatura ambiente y se corregirn a 75C de acuerdo con el procedimiento que se indica ms adelante en este mismo apartado.

Correccin de una resistencia medida a temperatura ambiente aT , a una temperatura xT :

at Rk *xR donde:

aT234.5xT234.5

tk El factor: 234.5 es para el cobre.

Para el aluminio es: 225

se tiene un factor de correccin por temperatura. Donde:

aT = Temperatura a la cual se midi la resistencia (C).

xT = Temperatura a la cual se desea referir la resistencia (C), generalmente 75C.

aR = Resistencia medida a una temperatura dada (ambiente).

xR = Resistencia corregida a la temperatura Tx.

CLCULO DE LAS PRDIDAS Y SU CORRECCIN A 75C PARA LLENAR EL PROTOCOLO DE PRUEBAS DE UN TRANSFORMADOR MONOFSICO

vatiosbtRbtIatRatIaRI ................222 2 2* ..........75I R k I R vatiost aC

vatiosaRIcuPsadicionaleP ...........2

P2 adicionalesP I R ............. vatioscu(75 C) 75 C kt

75 *100 ........ %75

Pcu CUr C Pn

%...........100*)( nPcuP

tarU

%............100* nUccU

zU

%..........2 )(2 tarUzUxU

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2 2 .............. %(75 )75U U Ux r Cz C

Donde: atI Corriente nominal del devanado de alta tensin.

btI = Corriente nominal del devanado de baja tensin.

atR = Resistencia medida a temperatura ambiente. Devanado de alta tensin.

btR = Resistencia medida a temperatura ambiente. Devanado de baja tensin.

nP = Potencia nominal del transformador [VA].

nU = Tensin nominal del devanado por donde se energiz [V].

Fig. 1 Transformador monofsico de dos devanados con ncleo real. *complementar el fundamento terico de transformadores con las referencias bsicas del curso. ++Traer un resumen de la informacin revisada del procedimiento de pruebas en vaco y de corto

circuito de transformadores y sus respectivas normas nacionales e internacionales y como determinar los parmetros del transformador experimentalmente.

2.1. PRE-LABORATORIO.- resolver el siguiente ejercicio en un programa de clculo numrico antes de iniciar la prctica (presentar en forma impresa):

Enunciado: sean las variables medidas de un transformador de 1000 VA, 220/110 V de 60 Hz, que

durante el ensayo de corto circuito a corriente nominal se obtuvo una tensin de corto circuito de 8 % de la tensin nominal la potencia de corto circuito de 20 W. Del ensayo de vaco a tensin nominal, la corriente vaco es 12 % de la corriente nominal y la potencia de vaco de 35 W. Determinar los parmetros del circuito equivalente del transformador referido al lado de Alta Tensin y otro referido al lado de Baja Tensin.

3. MATERIALES, INTRUMENTOS DE MEDICIN Y EQUIPOS Los siguientes dispositivos, equipos, instrumentos y materiales sern necesarios para la realizacin de la

practica:

Item Cantidad Descripcin Cdigo 1 1 Regulador de tensin monofsica (variac) 220 V, 5 A 2 1 Transformador de potencia monofsico: 220 V, 110 V,

60Hz. 350 VA, 500 VA 1000 VA,

3 1 Ampermetro de c.a. 5 A, 1 A 4 1 Voltmetro de c.a. de 150 V, 300V 5 1 Vatmetro 1A, 120; 5 A, 240 V, 5A, 120V;25 A, 240

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6 1 Frecuencmetro de 220 V 7 1 Microohmmetro MPK5 (o puente Wheastone) 8 1 Reostato o resistencia de 11 , 8 A. 9 1 Multitester para verificacin de circuitos

10 1 Kit de cables flexibles AWG 14 2.5 mm2 11 1 Termmetro de mercurio o digital 12 13

4. PROCEDIMIENTO

a) Medicin de la resistencia de los devanados a temperatura ambiente (frio) a1.- De acuerdo a los manuales del micrmetro realizar la mediciones de la resistencia en corriente

continua de cada uno de los bobinados, teniendo en cuenta la temperatura ambiente y que el transformador a ensayar no haya sido utilizado antes de la prctica.

R 0 [oC] 1ra med. [m] 2da. med. [m] 3ra. med.[m] Promedio [m]

b) Lectura de los datos de la prueba de corto circuito y tensin de corto circuito: b1.- Montar el circuito de la figura 1 para alimentar una de las bobinas, el lado de AT conectar al

regulador de tensin de corriente alterna (c.a.). Tener cuidado de utilizar instrumentos de medicin que soporten la capacidad de corriente nominal del bobinado.

Fig. 2 Esquema de conexiones del ensayo de corto circuito del transformador.

b2.- Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor, energizar el circuito con el

regulador de tensin c.a. ajustando corriente desde 0 hasta 120% del valor nominal de la corriente en el lado de AT. Luego reducir este valor hasta llegar a 0 V. Medir y registrar un juego de 10 lecturas de los instrumentos de mediacin de c.a. en la siguiente tabla.

Ampermetro 1 Voltmetro Vatmetro Ampermetro 2 f # div CI V div CV A div CW W div CI V Hz 1 2 3 4 5 6 7

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8 9 10 11 12

c) Medicin de resistencia de los devanados despus del ensayo de corto circuito (caliente) c1.- Despus de la lectura de datos, energizar nuevamente el circuito con el regulador de tensin c.a.

ajustando corriente 120% del valor nominal de la corriente en el lado de AT y dejarlo por unos 15 minutos hasta que se sienta que transformador est caliente. De acuerdo a los manuales del micrmetro realizar la mediciones de la resistencia en corriente continua de cada uno de los bobinados. Calcule y complete la temperatura de los bobinados.

Ampermetro1 Voltmetro Vatmetro Ampermetro2 f # div CI V A CV A div CW W div CI V Hz 1

R 1ra med. [m] 2da. med. [m] 3ra. med.[m] Promedio [m] cc [oC]

c2.- Tenga en cuenta este transformador de potencia para realizar los siguientes ensayos de desempeo

bajo carga, autotransformador, paralelo de transformadores, etc. (marcar el trafo). d) Determinacin experimental de la relacin de transformacin mtodo directo en funcin de

corrientes: d1.- Montar el circuito de la figura 2 para alimentar una de las bobinas, el lado de AT conectar al

regulador de tensin de corriente alterna (c.a.). Incluir un ampermetro en la lado primario y el lado secundario.

d2- Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor, energizar el circuito con el regulador de tensin c.a. ajustando la corriente hasta llegar al valor nominal de la corriente del lado de AT. Medir y registrar las lecturas de los instrumentos de medicin de c.a.

Ica1= ..Ica2=. Calcular la relacin de transformacin a=. Ica1= ..Ica2=. Calcular la relacin de transformacin a=

5. CUESTIONARIO PARA LA DISCUSIN DE RESULTADOS 5.1. Explique, que inductancia de dispersin y como de calcula con los datos experimentales? 5.2.De algunas diferencias entre inductancia de dispersin, autoinductancia e inductancia mutua. 5.3. Porque se prefiere realizar la prueba de corto circuito por el lado de AT. Fundamente su respuesta. 5.4. Tabular todos los valores registrados de la prueba de corto circuito y calcular el ngulo de

desfase entre la tensin corriente de corto circuito, la resistencia y reactancia de corto circuito. 5.5. Trazar o graficar la curva caractersticas de Vcc vs Icc y Wcc vs Ucc en escala adecuada o en papel

milimetrado. 5.6. De acuerdo al Norma IEC 76-5, la resistencia y las prdidas de corto circuito debe ser corregida

a la temperatura de 75 oC. Realice esa correccin. 5.7. Con los datos del punto 5.6. y del informe anterior (ensayo de vaco) calcular los parmetros del

circuito equivalente exacto referidos la primario, y otro referido al secundario.

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5.8. Con el circuito equivalente trazar el diagrama vectorial del transformador a plena carga con factor de potencia en atraso de 0.8.

5.9. Con ayuda de programa de simulacin o clculo numrico trazar las curvas caractersticas de eficiencia vs potencia de carga con factor de potencia de 0.8 en atraso, 1.0 y 0.8 en adelanto.

5.10. Con ayuda de programa de simulacin o clculo numrico trazar las curvas caractersticas de regulacin (V.2) vs potencia de carga con factor de potencia de 0.8 en atraso, 1.0 y 0.8 en adelanto.

6. INVESTIGACIN COMPLEMENTARIA 6.1. Investigue y calcule como seria su placa de caractersticas del transformador ensayado. 6.2. Investigue como es caractersticas del regulacin en funcin al ngulo de desfase de la carga,

demuestre si existe regulacin cero, regulacin mxima y regulacin negativa? 6.3. Que es el efecto piel de los conductores y como se evita en el diseo de transformadores de

potencia.

7. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES Plantee en forma personal y clara un mnimo de cinco (5) conclusiones de la experimentacin. Plantee en forma personal y clara un mnimo de tres (3) observaciones para mejorar la experiencia de las prcticas de estas pruebas.

8. BIBLIOGRAFIA Al final de todo documento o informe tcnico se hace referencias a la bibliografa empleada y la

normalizacin respectiva. Dar las referencias bibliogrficas de su informe de la prctica.

1. JessFraileMora,MquinasElctricas,McGrawHill,6ra.edicin,2008.2. FitzgeraldA.E.CharlesKingsleyJr,StephenD.Umans,MquinasElctricas,McGrawHill,6ra.

edicin,2003.3. .

ANEXO Todo material relacionado con la ejecucin de la practica que ayude a elaborar y comprender el informe

presentado.

Circuitos equivalente exacto del transformador monofsico de dos devanados.