“Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Diversidad”

UNIVERSIDAD NACIONAL

“SAN LUIS GONZAGA DE ICA”

Facultad:

ING. MECANICA Y ELECTRICA

TEMA : REGULACION DE VOLTAJE Y EFICIENCIA EN EL TRANSFORADOR

ASIGNATURA : LABORATORIOS DE MAQUINAS ELECTRICAS I

DOCENTE : CARLOS WILFREDO ORÉ HUARCAYA

ESTUDIANTES : UCHARIMA GUILLEN JUSTO MARCELO.

CICLO : VI ME-01 GRUPO “C”

TURNO : TARDE

FECHA DE ENTREGA :

ICA - PERÚ

2011

LABOTATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS ESTÁTICAS

EXPERIENCIA: 05

ELEMENTOS UTILIZADOS:

1 transformador monofásico de 230/223V; 100VA; 60Hz

Una fuente variable de C.A.

Dos Vatímetros.

Cables de conexión.

focos

REGULACION DE VOLTJE Y EFICIENCIA EN EL TRANSFORMADOR MONOFASICO

Regulación de tensión.

Para obtener la regulación de tensión en un transformador se requiere entender las

caídas de tensión que se producen en su interior. Consideremos el circuito equivalente del

transformador simplificado: los efectos de la rama de excitación en la regulación de

tensión del transformador puede ignorarse, por tanto solamente las impedancias en serie

deben tomarse en cuenta. La regulación de tensión de un transformador depende tanto de

la magnitud de estas impedancias como del ángulo fase de la corriente que circula por el

transformador. La forma más fácil de determinar el efecto de la impedancia y de los

ángulos de fase de la intensidad circulante en la regulación de voltaje del transformador

es analizar el diagrama fasorial, un esquema de las tensiones e intensidades fasoriales

del transformador.

La tensión fasorial VS se supone con un ángulo de 0° y todas las demás tensiones e

intensidades se comparan con dicha suposición. Si se aplica la ley de tensiones de

Kirchhoff al circuito equivalente, la tensión primaria se halla:

VP / a = VS + REQ IS + j XEQ IS

Un diagrama fasorial de un transformador es una representación visual de esta ecuación.

Dibujamos un diagrama fasorial de un transformador que trabaja con un factor de potencia

retrasado. Es muy fácil ver que VP / a VS para cargas en retraso, así que la regulación de

tensión de un transformador con tales cargas debe ser mayor que cero.

Ahora vemos un diagrama fasorial con un factor de potencia igual a uno. Aquí

nuevamente se ve que la tensión secundaria es menor que la primaria, de donde VR = 0.

Sin embargo, en este caso la regulación de tensión es un número más pequeño que el

que tenía con una corriente en retraso.

Si la corriente secundaria está adelantada, la tensión secundaria puede ser realmente

mayor que la tensión primaria referida. Si esto sucede, el transformador tiene realmente

una regulación negativa como se ilustra en la figura.

Rendimiento.

Los transformadores también se comparan y valoran de acuerdo con su eficiencia. La

eficiencia o rendimiento de un artefacto se puede conocer por medio de la siguiente

ecuación:

η

= PSAL / PENT * 100 %

η

= PSAL / (PSAL + PPÉRDIDA) * 100 %

Esta ecuación se aplica a motores y generadores, así como a transformadores.

Los circuitos equivalentes del transformador facilitan mucho los cálculos de la eficiencia.

Hay tres tipos de pérdidas que se representan en los transformadores:

Pérdidas en el cobre.

Pérdidas por histéresis.

Pérdidas por corrientes parásitas.

Para calcular la eficiencia de un transformador bajo carga dada, sólo se suman las

pérdidas de cada resistencia y se aplica la ecuación:

η

= PSAL / (PSAL + PPÉRDIDA) * 100 %

Puesto que la potencia es PSAL = VS * IS cos

ϕ

, la eficiencia puede expresarse por:

η

= (VSIS cos

ϕ

S) / (PCU+PNÚCLEO+VSIScos

ϕ

S) * 100%

EXPERIENCIA EN EL LABORATORIO:

Se tuvo que realizar las conexiones correspondientes con se muestra en la siguiente imagen.

Hecho esto se regulo el modulo de ensayo hasta que nos dé en el bobinado secundario una tensión de 113V, la cual tenía que ser mantenida hasta el final de la prueba

Las cargas a aplicar en el secundario son las siguientes: 2L, 4L 6L, 8L (focos)

CUESTIONARIO:

A) CUADRO DE VALORES TOMADOS EN LOS ENSAYOS EFECTUADOS:

N° de focos PRIMARIOW1 I1 v1 entrada

2 209.1 1.032 2204 284.8 1.35 221.56 478.2 2.18 2238 724 3.25 226

N° de focos SECUNDARIOW2 I2 v1 salida

2 180.1 1.596 1134 254 2.25 1136 440.2 3.9 1138 675.4 5.98 113

B) CONSTRUIR LA CURVA EFICIENCIA VS POTENCIA.

Hallando las eficiencias mediante los dos métodos

N° de focos eficiencias potencia2 86.13 2004 89.18 4006 92.05 6008 93.32 800

85 86 87 88 89 90 91 92 93 940

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Series2Exponential (Series2)

B) CONSTRUIR LA CURVA REGULACION DE VOLTAJE CONTRA POTENCIA.

N° de focos regulación potencia2 2.41 2004 3.069 4006 3.72 6008 0 800

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40

100

200

300

400

500

600

700

800

900

200

400

600

800

D) PARA LOS DIVERSOS VALORES DE CARGA, DETERMINAR LA REGULACION Y EFICIENCIA SEGÚN LAS EXPRESIONES a, α y b

DETERMINANDO LA REGULACIO N DE VOLTAJE

ʆ=

V 0mt

−V 2

V 0mt

x100donde mt= v1v 2

PARA 2 FOCOS:

ʆ=

2201.9

−113

2201.9

x 100=2.41

PARA 4 FOCOS:

ʆ=

221.51.9

−113

221.51.9

x 100=3.069

PARA 6 FOCOS:

ʆ=

2231.9

−113

2231.9

x 100=3.72

PARA 8 FOCOS:

ʆ=

2262

−113

2262

x100=0

DETERMINANDO LAS EFICIENCIAS:

Método directo:

n (% )=W 2

W 1

x 100

Para 2 focos:

n (% )=180.1209.1

x100=86.13

Para 4 focos:

n (% )=254.0284.8

x 100=89.18

Para 6 focos:

n (% )=440.2478.2

x 100=92.05

Para 8 focos:

n (% )=675.7724.1

x 100=93.32

N° de focos eficiencias potencia2 86.13 2004 89.18 4006 92.05 6008 93.32 800

Determinando las eficiencias mediante el método indirecto:

Estos datos los tenemos de la experiencia ANTERIOR

voltajes w1

230V 2.60

n (% )=SCcos(∅ 2)

SC cos (∅ 2 )+Pfe+C2Pcc

x100

Necesitamos:

1¿cos (∅ 2 )=P2V 2 I 2

= 180.1113 x1.596

=0.998

2¿cos (∅ 2 )=P2V 2 I 2

= 254113 x2.25

=0.999

3¿cos (∅ 2 )=P2V 2 I 2

= 440.2113 x3.9

=0.998

4 ¿cos (∅ 2 )=P2V 2 I 2

= 675.4113 x5.98

=0.999

Para 2 focos.

A w1

145mA 1.86

n (% )= 1000(1)(0.998)1000 (1 ) (0.998 )+2.60+121.86

x100=99.55

Para 4 focos.

n (% )= 1000(1)(0.999)1000 (1 ) (0.999 )+2.60+121.86

x100=99.55

Para 6 focos.

n (% )= 1000(1)(0.998)1000 (1 ) (0.998 )+2.60+121.86

x100=99.55

Para 8 focos.

n (% )= 1000(1)(0.999)1000 (1 ) (0.999 )+2.60+121.86

x100=99.55

E) CON LOS DATOS OBTENIDOS DE LA PRUEBA EN CORTO CIRCUITO Y EN VACIO ( TRABAJO GRUPAL) CALCULAR LA EFICIENCIA Y REGULACIÓN POR EL MÉTODO DE CORTO CIRCUITO PARA UN FACTOR DE POTENCIA DE 0.8 INDUCTIVO; 0.85 CAPACITIVO Y RESISTIVO.

Eficiencia:

Para 2 focos:

n (% )= 180.1209.1+1.86+2.60

x100=84.33

Para 4 focos:

n (% )= 254.0284.8+1.86+2.60

x100=87.81

Para 6 focos:

n (% )= 440.2478.2+1.86+2.60

x100=91.2

Para 8 focos:

n (% )= 675.7724.1+1.86+2.60

x100=92.74

Regulación:

ʆ=V CC1

V 1cos (∅CC−θL )+ 1

2 (V CC1

V 1 )2

SEN (∅CC−θL)2

θL=37 ( inductivo )

θL=31.7 (capacitivo )

θL=0 (resistivo )

Para

θL=37 ( inductivo )

∅CC=PCC1

V CC1 x ICC1= 1.8622.30x 0.145

=0.575

ʆ=22.30220

cos (0.575−37 )+12 ( 22.30220 )

2

SEN (0.575−37)2

para θL=31.7 (capacitivo )

ʆ=22.30220

cos (0.575+31.7 )+ 12 ( 22.30220 )

2

SEN (0.575+31.7)2

ʆ=0.087

para θL=0 (capacitivo )

ʆ=22.30220

cos (0.575+0 )+ 12 ( 22.30220 )

2

SEN (0.575+0)2

ʆ=0.1

f) explique usted en un transformador que hecho ocasiona una eficiencia baja.

En un transformador existen perdidas tales como.

Pérdidas en el cobre.

Pérdidas por histéresis.

Pérdidas por corrientes parásitas.

Estas ocasionan una baja eficiencia en un transformador.

g) explique usted que consecuencia origina una mala regulación en el transformador

El regulador acepta de la red pública un rango amplio de voltajes de entrada y convierte automáticamente los voltajes de salida a un rango menor seguro para el funcionamiento de los equipos protegidos. Adicionalmente el regulador de voltaje cumple con la función de suprimir picos de voltaje.

Una mala regulación afecta la estabilidad en la red eléctrica. Esta suprime los voltajes picos .Para así no dañar los equipos conectados a está.

h) porque es importante la regulación y la eficiencia en los transformadores.

Es importante porque con una buena regulación y una buena eficiencia nos brindan un buen funcionamiento del transformador y de la red a la que esta alimenta.

i) conclusiones personales de la experiencia.

Este ah sido una interesante experiencia ya que vimos como se determina la regulación y la eficiencia de un transformador monofásico en el laboratorio y matemáticamente.

j)cuál es la discrepancia o error porcentual en cuanto a las mediciones de rendimiento respecto a los métodos directo e indirecto( justifique su respuesta).

eficienciasmétodo indirecto método directo error porcentual

99.55 86.13 13.4299.55 89.18 10.3799.55 92.05 7.599.55 93.32 6.23

k) un transformador monofásico de 125 KVA, 3000/380V, 50HZ, ha dado los siguientes resultados en unos ensayos: 3000v. 0.8 A, 1000W (medidos en el primario). CORTO CIRCUITO: 10ª, 300ª, 750W (MEDIDOS EN EL SECUNDARIO) calcular:

Componentes de la corriente de vacio Potencia de perdidas en el hierro y de perdidas en el cobre a plena carga

Rendimiento a plena carga con f.d.p. unidad, 0.8 inductivo, 0.8 capacitivo Tensión secundaria a plena carga con un f.d.p. anteriores ( se supone que al

primario se le aplica la tensión asignada de 3000v

COMPONENTES PARA LA PRUEBA DE VACIO.

Pfe=VxIxCOS(∅ )

cos (∅ )=0.41667

∅=65.38

RFE=VIFE

= 30000.8cos (65.38)

=8.99 kohm

xu=v¿

I0 xsen (∅ )= 30000.8 sen (65.38)

=4.125kohm

Pfe=1000W

Pcu=750W

COMPONENTES PARA LA PRUEBA DE CORTO CIRCUITO.

cos (∅cc )=PCC 1

V CC1 x ICC 1= 75010 x300

=0.25

(∅ cc )=75.52

Zcc=V cc

Icc= 10300

=0.033

Rcc=Zcc cos (∅ cc )=0.00825

X cc=Zcc xSEN (75.52 )=0.032

RENDIMIENTO A PLENA CARGA

PARA: FP = 1

n=SCxCOS(∅ 2)

SCxCOS (∅ 2 )+PFE+C1PCC

x 100

n=125KVA (1 ) x (1)

125KVA (1 ) x (1)+1000+1x (750)x 100

n=98.62

PARA: FP = 0.8 (INDUCTIVO)

n=SCxCOS(∅ 2)

SCxCOS (∅ 2 )+PFE+C1PCC

x 100

n=125KVA (1 ) x (0.8)

125KVA (1 ) x (0.8)+1000+1 x (750)x100

n=98.28

PARA: FP = 0.8 (CAPACITIVO)

n=SCxCOS(∅ 2)

SCxCOS (∅ 2 )+PFE+C1PCC

x 100

n=125KVA (1 ) xCOS (−37)

125KVA (1 ) xCOS (−37)+1000+1 x (750)x100

n=98.2

DETERMINANDO LA TENSIÓN SECUNDARIA:

I 2=I 2n=SV n2

=125000380

=328.95amp

Rcc=Zcc cos (∅ cc )=0.00825

X cc=Zcc xSEN (75.52 )=0.032

∅ cc=arctg( XccRcc )=75.54Zcc=0.033

ʆ=I 2Zcccos (75.54−0)

V 1

mt

x100

ʆ=328.95 x0.033 xCOS (75.54−0)

30007.89

x 100

ʆ=7.13

ʆ=V 0−V 2

V 0x 100

V 2=100−7.13100

x380

V 2=352.9