Laboratorio de Electrónica

1
Introducción
1-1. Laboratorio N º 7: Transformador monofásico, conexiones paralelo y
serie y combinados
En el presente informe del laboratorio qué se refiere a los ensayos del transformador
monofásico, que se puede definir como realizar conexiones paralelo-paralelo, serie-serie, serieparalelo, paralelo-serie.
Este laboratorio se realizo porqué se necesita saber el comportamiento del transformador en
conexiones de 2 transformadores en paralelo y serie y combinados, para así definir sus
características técnicas y comportamientos.
Este laboratorio se realiza para qué podamos conocer como se comporta el transformador
monofásico y relacionarlo con los de distribución ya que se utilizan hay.
1-2. Laboratorio Nº 8: Transformador trifásico.
El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía
eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de
energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes.
Casi todos los sistemas importantes de generación y distribución de potencia del mundo son, hoy
en día, sistemas de corriente alterna trifásicos. Puesto que los sistemas trifásicos desempeñan un
papel tan importante en la vida moderna, es necesario entender la forma como los
transformadores se utilizan en ella.
Considerables ventajas son las que ganan con el uso de un solo transformador trifásicos en lugar
de tres unidades monofásicas de la misma capacidad total. Las ventajas son rendimiento
incrementado, tamaño reducido, peso reducido y menor costo. Una reducción del espacio es una
ventaja desde el punto de vista estructural en estaciones generadoras o bien subestaciones
1
2
Objetivos
2-1. Objetivo general laboratorio Nº 7
-
Analizar el comportamiento de bobinas conectadas en serie y en paralelo bajo condiciones
de acoplamiento y sin acoplamiento.
2-2. Objetivos específicos Laboratorio Nº 7
-
Lo primero conectar paralelo-paralelo y con puntos homólogos cambiados.
-
Conectar Paralelo-serie y con puntos homólogos cambiados.
-
Conectar serie-serie y con puntos homólogos cambiados.
-
Conectar serie-paralelo y con puntos homólogos cambiados.
-
A cada ensayo realizar mediciones de potencia, voltaje corriente en el primario y voltaje en
el secundario.
2-3. Objetivo general Laboratorio Nº 8
-
Visualizar el comportamiento del transformador trifásico con carga
2-4. Objetivos específicos Laboratorio Nº 8
-
Se procederá a realizar el conexionado estrella-estrella y conectándole carga resistiva,
inductiva y capacitiva y desequilibrándolo para obtener datos y medirlos con los
multímetros los datos pedidos.
-
Se procederá a realizar el conexionado delta-estrella y
conectándole carga resistiva,
inductiva y capacitiva y desequilibrándolo para obtener datos y medirlos con los
multímetros los datos pedidos.
-
Realizar diagramas fasoríales de cada ensayo.
2
3
Explique el funcionamiento del motor sincrónico.
Esta fundamentado en la reversibilidad de un alternador. El campo interior de una aguja se orienta
de acuerdo a la polaridad que adopta en cada momento el campo giratorio en que se haya
inmersa y siempre el polo S de la aguja se enfrenta al polo N cambiable de posición del campo
giratorio, la aguja sigue cambiando con la misma velocidad con que lo hace el campo giratorio. Se
produce un perfecto sincronismo entre la velocidad de giro del campo y la de la aguja.
Si tomamos un estator de doce ranuras y lo alimentamos con corriente trifásica, se creará un
campo giratorio. Si al mismo tiempo a las bobinas del rotor le aplicamos una C.C, girará hasta
llegar a sincronizarse con la velocidad del campo giratorio, de tal manera que se enfrentan
simultáneamente polos de signos diferentes, este motor no puede girar a velocidades superiores a
las de sincronismo, de tal forma que será un motor de velocidad constante. La velocidad del
campo y la del rotor, dependerán del número de pares de polos magnéticos que tenga la corriente.
Un motor de doce ranuras producirá un solo par de polos y a una frecuencia de 60 Hz, girará a
3600 R.P.M.
Como se verá el principal inconveniente que presenta los motores sincrónicos, es que necesitan
una C.C. para la excitación de las bobinas del rotor, pero en grandes instalaciones (Siderúrgicas),
el avance de corriente que produce el motor sincrónico compensa parcialmente el retraso que
determinan los motores asincrónicos, mejorando con ello el factor de potencia general de la
instalación, es decir, el motor produce sobre la red el mismo efecto que un banco de
condensadores, el mismo aprovechamiento de esta propiedad, es la mayor ventaja del motor
sincrónico
3
4
Desarrollo del tema
Generador sincrónico.
Procedimiento laboratorio Nº 8
3-1. Realice determinación de los parámetros del circuito equivalente del
generador sincrónico.
Como se compone un generador sincrónico.
Bueno el generador sincrónico se compone de un estator, un rotor, y escobillas.
La función, el rotor es la parte móvil del generador gira en el estator, el estator es la parte fija del
generador y las escobillas son la alimentación.
Como funciona el generador sincrónico, Se le aplica un voltaje continuo a las escobillas del rotor
para que se energicé su devanado de campo el cual esta ubicado en el rotor y este a su ves gira
con una fuerza mecánica externa la cual hace que el gire el campo magnético y se cree un campo
magnético giratorio sincrónico en el estator están ubicadas las bobinas las cuales hacen que se
induzca un f.e.m. y cree un voltaje en los terminales del generador funcionamiento Básico del
generador sincrónico.
¿Que significa campo magnético giratorio sincrónico?
El campo giratorio sincrónico significa que el campo rotatorio esta en sincronía con el rotor y esto
crea una sincronía mutua entre ambas parte.
4
5
3-1b. Determinar Ra por método indirecto.
Se procedió a energizar los terminales del generador sincrónico con un voltaje continuo y se midió
su corriente y se determino resistencia de armadura (Ra).
Como lo muestra la figura 3.1b.
-
+
A
0.000
ADC
RA
10.5 V
+
R
Jxs
S
EA
VDC
T
-
0.000
V
N
+
EA
EA
Jxs
-
Jxs
RA
RA
Fig.3.1b. Conexión para medición de Ra método indirecto.
Luego de obtener los datos medidos por los instrumentos, se tabulan como la tabla. Figura 3.1c.
Corriente
10.51 (v) dc
Voltaje
1.85 (A) dc
Fig.3.1c. Tabla de valores medidos.
5
6
Luego se procedió a calcular la resistencia de armadura. Figura 3.1d
Fase-Fase
2RA=VDC= 10.51 (V)= 5.68 (Ω)* 1.10 FACTOR SKIN=6.248 (Ω)
IDC 1.85 (A)
2RA= 6.248 (Ω) = RA= 6.248 (Ω)= 3.124 (Ω)
2
Fase-Neutro
RA=10.54= 3.188 (Ω)
3.24
XS=380(V)= 26.68 (Ω)
14.24 (A)
Jxs
26.68
Vacio : EA = Vf
Inominal= 14.24 (A)
Vnominal= 380 (v)
RA
3.124Ω
EA
Fig. 3.1d. Resistencia de armadura y reactancia sincrónica.
3-1e. Determinar Rf por método indirecto.
Se procedió a energizar los terminales del la excitación o el devanado de campo del generador
sincrónico con un voltaje continuo y se midió su corriente y se determino resistencia fija (Rf).
Rajus
+
R
100%
S
Rf
VDC
T
Lf
N
Fig.3.1e. Conexión para medición de Rf método indirecto.
6
7
Luego de obtener los datos medidos por los instrumentos, se tabulan como la tabla. Figura 3.1f.
Corriente
2.065 (A)
Voltaje
30 (V)
Fig. 3.1f. Tabla de valores medidos.
Luego se procedió a calcular la resistencia fija. Figura 3.1g
RF=VDC= 30 (V)= 14.52 (Ω)
IAC 2.065 (A)
R medida por tester: 9 (Ω)
Rajus
+
-
R
+
A
0.000
100%
S
-
0.000
V
Rf
14.69Ω
+
T
VDC
Lf
N
Fig.3.1g. Resistencia Fija Rf.
7
8
3-1h. Determinar ensayo de vacío.
Se procedió a Conectar la excitatriz al devanado de campo luego a rotoriarlo con fuerza mecánica
externa y llegar a sus potencias nominales. Y medir If y Voltaje en los terminales. Como se
muestra en la figura 3.1h.
Jxs
RA
3.124Ω
26.68
Devanado de campo
EA1
Rajus
+
R
-
0.000
+
A
DC 1e-009 W
S
Jxs
100%
Rf
RA
3.124Ω
26.68
14.69Ω
-
EA2
T
0.000
+
V
AC 10M W
VDC
Lf
N
Jxs
RA
3.124Ω
26.68
EA3
Devanados de armadura
V
R S T N
A
E X C IT A D O R
Fig.3.1h. Realizar el ensayo de vacío.
8
9
Luego de obtener los datos medidos por los instrumentos, se tabulan como la tabla. Figura 3.1i.
IF
0,39 m (A)
1,10 m (A)
1,75 m (A)
2,39 m (A)
2,96 m (A)
3,71 m (A)
4,6 m (A)
4,8 m (A)
5,48 m (A)
6,13 m (A)
7 m (A)
7,7 m (A)
8,6 m (A)
9,4 m (A)
10,2 m (A)
11,3 m (A)
12,5 m (A)
13,6 m (A)
14,41 m (A)
16,06 m (A)
18,28 m (A)
20,1 m (A)
25,02 m (A)
29, 02 m (A)
34 m (A)
39,8 m (A)
47,9 m (A)
60,9 m (A)
60,6 m (A)
VT
20 (v)
40 (v)
60 (v)
80 (v)
100 (v)
120 (v)
140 (v)
160 (v)
180 (v)
200 (v)
220 (v)
240 (v)
260 (v)
280 (v)
300 (v)
320 (v)
340 (v)
360 (v)
380 (v)
400 (v)
420 (v)
440 (v)
460 (v)
480 (v)
500 (v)
520 (v)
540 (v)
560 (v)
562 (v)
Fig.3.1i. Tabla valores medidos.
9
10
3-1j. Determinar ensayo de corto circuito.
Se procedió a realizar ensayo corto circuito voltaje reducido midiendo IF y IA, se cortocircuitaran lo
terminales del devanado de armadura midiendo IA. Como se muestra en la figura 3-1j.
Jxs
RA
3.124Ω
26.68
Devanado de campo
+
EA1
+
R
-
0.000
+
A
DC 1e-009W
S
Jxs
50%
Rf
0.000
A
AC 1e-009 W
0.000
A
AC 1e-009 W
0.000
A
AC 1e-009 W
-
Rajus
RA
3.124Ω
26.68
14.69Ω
+
EA2
T
-
VDC
Lf
N
Jxs
RA
3.124Ω
26.68
+
-
EA3
Devanados de armadura
A
A
A
R S T N
A
E X C IT A D O R
Fig.3.1J. Conexionado para ensayo cortó circuito.
10
11
Luego de obtener los datos medidos por los instrumentos, se tabulan como la tabla. Figura 3.1k
IF
IA
0.021 (A)
0.011(A)
0.087 (A)
0.62 (A)
0.36(A)
2 (A)
0.442(A)
2.44 (A)
0.535(A)
2.93 (A)
0.79 (A)
4.38 (A)
1.14 (A)
6.3 (A)
1.94 (A)
10.7 (A)
Fig.3.1K. Tabla valores medidos.
11
12
Luego se procedió a realizar las curva de cada ensayo. Como se muestra en la figura 3.1L
Curva de corto circuito
12
13
13
14
Luego se procedió a conectarle carga al generador. Carga, resistiva, inductiva y capacitiva y se
midió potencia, voltaje corriente factor de potencia, etc. Como se muestra en las figuras 3.1M.
Jxs
26.68
Devanado de campo
RA
3.124Ω
EA1
Rajus
+
R
Jxs
50%
S
Rf
26.68
14.69Ω
RA
3.124Ω
EA2
T
VDC
Lf
N
Jxs
26.68
RA
3.124Ω
EA3
Devanados de armadura
Fig.3.1M. Conexión del generador sincrónico con carga resistiva.
14
15
Tabla valores medidos. Como lo muestra la figura 3.1N.
IF
2.130 (A)
IA
0.16 (A)
POTENCIA TOTAL
0.10 K(W)
POTENCIA APARENTE
0.11 K(VA)
POTENCIA REACTIVA
0.01K(VAR)
COS 0
0.99
SENTIDO
POSITIVO (+)
VR=Vnl – Vfl*100= 380 – 396 * 100 = - 4 %
Vfl
396
VR= Regulación de voltaje
Vnl= Voltaje sin carga
Vfl= Voltaje con carga
ή=Pout* 100 = 100 *100= 4.5 % 2.2kw motor que lo rotorea
Pin
2200
Carga resistivo secuencia (+)
VLL=RS 120º
IL= 8º
VLL=ST 0º
VLL=TR 240º
Fig.3.1b. Tabla valores medidos y diagrama fasorial.
15
16
Luego se procedió a conectarle carga al generador. Carga inductiva 3.1O.
Jxs
26.68
Devanado de campo
RA
3.124Ω
EA1
Rajus
+
R
Jxs
50%
S
Rf
26.68
14.69Ω
RA
3.124Ω
EA2
T
VDC
Lf
N
Jxs
26.68
RA
3.124Ω
EA3
Devanados de armadura
Fig.3.1O. Conexionado carga resistiva y inductiva.
16
17
Tabla valores medidos. Como lo muestra la figura 3.1P.
IF
2.25 (A)
IA
0.64 (A)
POTENCIA TOTAL
0.16 K(W)
POTENCIA APARENTE
0.42 K(VA)
POTENCIA REACTIVA
0.38K(VAR)
COS 0
0.39
SENTIDO
POSITIVO (+)
VR=Vnl – Vfl*100= 380 – 379 * 100 = 0.26 %
Vfl
379
VR= Regulación de voltaje
Vnl= Voltaje sin carga
Vfl= Voltaje con carga
ή=Pout* 100 = 160 *100= 7.27 % 2.2kw motor que lo rotorea
Pin
2200
Carga resistivo secuencia (+)
VLL=RS 120º
VLL=ST 0º
IL= -67º
VLL=TR 240º
Fig.3.1P. Tabla valores medidos y diagrama fasorial.
17
18
Luego se procedió a conectarle carga al generador. Carga capacitiva 3.1Q.
Jxs
26.68
Devanado de campo
RA
3.124Ω
EA1
Rajus
+
R
Jxs
50%
S
Rf
26.68
14.69Ω
RA
3.124Ω
EA2
T
VDC
Lf
N
Jxs
26.68
RA
3.124Ω
EA3
Devanados de armadura
Fig.3.1Q. Conexionado de carga capacitiva y resistiva.
18
19
Tabla valores medidos. Como lo muestra la figura 3.1R.
IF
2.25 (A)
IA
4.64 (A)
POTENCIA TOTAL
0.84 K(W)
POTENCIA APARENTE
1.74 K(VA)
POTENCIA REACTIVA
1.55K(VAR)
COS 0
0.47
SENTIDO
POSITIVO (+)
VR=Vnl – Vfl*100= 380 – 220 * 100 =72.72 %
Vfl
220
VR= Regulación de voltaje
Vnl= Voltaje sin carga
Vfl= Voltaje con carga
ή=Pout* 100 = 840 *100= 38.18 % 2.2kw motor que lo rotorea
Pin
2200
Carga resistivo secuencia (+)
VLL=RS 120º
IL= 61º
VLL=ST 0º
VLL=TR 240º
Fig.3.1R. Tabla valores medidos y diagrama fasorial.
19
20
Comentarios del laboratorio Nº 5
Los transformadores monofásicos al realizar este tipo de ensayo se debe realizar una forma
ordenada y segura ya que el tipo de conexiones ya mencionadas al utilizar voltaje nominal hay que
tomar mucha precaución ya que el tipo de conexión a realizar debe estar bien echa con sus puntos
homólogos donde correspondan ya que de lo contrario ocurrirá un corto circuito que puede dañar
al equipo o a la maquina el transformador.
No este caso ya que se utilizo voltaje reducido y como muestran las tabla de valores la corriente
igual es muy alta por eso se utilizo voltaje reducido si hubiera sido nominal se hubiera dañado el
transformador, Observación antes de realizar este tipo de ensayo debes ubicar si los
transformadores son idénticos núcleo, relación de transformación etc. Y lo mas importante sus
polaridades
20
21
Conclusión del laboratorio Nº 5
Se puede concluir que este tipo de ensayo requiere mucha supervisión, ya que es muy peligrosa al
ser mal conectada y que pueda dañar al equipo. Este ensayo da a conocer que comportamiento
se da cuando se aplica este tipo de conexiones, Paralelo esta conexión se da cuando por ejemplo
tenemos un loteo de casas y nos pide mas potencia de la que entrega nuestro transformador lo
que se realiza es conectar 2 maquinas de iguales características ya mencionadas en paralelo
para así aumentar la potencia. La conexión paralela con puntos homólogos cambiados solo es
para comprobar el comportamiento del transformador.
La conexión serie lo que cree el grupo de trabajo que realizo este ensayo que no se utilizara
porque las mediciones que nos dio no es para conectarlas en líneas de distribución ya que solo es
la suma de tensiones y eso se realiza solo con tener un transformador y utilizarlo como elevador y
reductor.
21
22
.
Resistivo equilibrado secuencia (+)
VLL=RS 120º
VF=R 90º
IFT= 60º
IL= IFR-S 0º
VLL=ST 0º
VF=T 210º
VF=S 330º
VLL=TR 240º
Resistivo Desequilibrado secuencia (+)
VLL=RS 120º
IFR=81.16
VFR= 90º
IFS= 16º
IL=42º
IFT= 14º
VLL=ST 0º
VFT=210º
VFS= 330º
VLL=TR 240º
Inductivo puro equilibrado secuencia (-)
22
23
VLL=TR 120º
VFS= 30º
VLL=ST 0º
VFT=150º
IFT= -24º
IL= - 68º
VLL=RS 240º
VFR= 270º
IFS= -38º
IFR=-81.16
Inductivo puro desequilibrado secuencia (-)
VLL=TR 120º
VFS= 30º
VLL=ST 0º
VFT=150º
IFT= -33º
VFR= 270º
IFR=-83º
IFS= -16º
VLL=RS 240º
IL= - 57º
23
24
Capacitivo equilibrado secuencia (+)
VFS= 90º
VLL=TR 120º
IFR=90º
IL= 62º
IFS= 34º
IFT= 35º
VLL=ST 0º
VFT=210º
VFR= 330º
VLL=RS 240º
Capacitivo desequilibrado secuencia (+)
VLL=TR 120º
VFS= 90º
IFT= 43º
IFR=90º
IFS= 35º
IL= 19º
VLL=ST 0º
VFT=210º
VFR= 330º
VLL=RS 240º
Fig. 4.1n Diagramas fasoríales resistivo, inductivo y capacitivo, desequilibrados
24
25
Se procedió a realizar los diagramas fasoriales de la conexión delta-estrella como se muestran en
las figuras 5.1N.
Resistivo equilibrado secuencia (+)
VLL=RS 120º
VF=R 90º
IFT= 0º
IL=30.68º
IL= IFR-S 0º
VLL=ST 0º
VF=T 210º
VF=S 330º
VLL=TR 240º
Resistivo Desequilibrado secuencia (+)
VLL=RS 120º
VFR= 90º
IFR=63.89
IFS= 65º
IL=56º
IFT= 67.66º
VLL=ST 0º
VFT=210º
VFS= 330º
VLL=TR 240º
25
26
Inductivo puro equilibrado secuencia (-)
VLL=TR 120º
VFS= 30º
VLL=ST 0º
VFT=150º
IFT= -81º
IFS= -80º
IL= - 38º
VLL=RS 240º
VFR= 270º
IFR=-81.16
Inductivo puro desequilibrado secuencia (-)
VLL=TR 120º
VFS= 30º
VLL=ST 0º
VFT=150º
IFT= -72º
VFR= 270º
IFR=-63º
IFS= -81º
VLL=RS 240º
IL= - 61º
26
27
Capacitivo equilibrado secuencia (+)
VLL=TR 120º
IFR=61º
VFS= 90º
IL= 62º
IFS= 65º
IFT= 60º
VLL=ST 0º
VFT=210º
VFR= 330º
VLL=RS 240º
Capacitivo desequilibrado secuencia (+)
VLL=TR 120º
VFS= 90º
IFT= 11º
IFR=31º
IFS= 16º
IL= 19º
VLL=ST 0º
VFT=210º
VFR= 330º
VLL=RS 240º
Fig. 5.1N Diagramas fasoríales resistivo, inductivo y capacitivo, desequilibrados
27
28
Comentarios del laboratorio Nº 6
Bueno se puede comentar que existen diversos tipos de inconvenientes en las conexiones de
transformadores trifásicos como El principal inconveniente de la conexión estrella-estrella es el
desequilibrio de tensiones en la línea conectada al primario, que aparece cuando hay fuertes
desequilibrios en la carga secundaria.
Así el transformador estrella-estrella, con neutro en ambos devanados, al sobrecargar una fase en
el secundario, aumentará proporcionalmente la corriente en la fase del devanado de la misma
columna del primario y por tanto, provocará un caída de tensión mayor en un conductor de línea
que en los otros dos.
Ventajas: Una ventaja muy interesante que presenta este transformador es la posibilidad de sacar
neutro, tanto en el lado de baja tensión como en el lado de alta tensión. El neutro permite obtener
dos tensiones, como es el caso de líneas de distribución o bien de conectarle a tierra como
medida de seguridad en cierto tipo de instalaciones.
28
29
Conclusión del laboratorio Nº 6
Podemos concluir que los transformadores trifásicos son una rama muy importante de los
transformadores, ya que con la versatilidad de configuraciones que presentan se crean un sin
número de aplicaciones para los mismos.
Cada una de las distintas configuraciones presenta ventajas y desventajas que deben de ser
tomadas en cuenta a la hora de emplearlas en el diseño de una aplicación.
La realización del estudio de los transformadores es una parte muy extensa y de gran importancia
exigir al electricista el estudio general de todas las partes básicas respectivas a los
transformadores que vayan a ser colocados en funcionamiento pues así aseguramos una larga
vida útil para los mismos
29
30
Apéndices del laboratorio Nº 2
Materiales utilizados:
10-1. Para curva ascendente
-
Variac Monofásico 0-260 (v) 5.5 (A) max
-
2 Multímetro UNIT UT60E Modelo RS232C TRUE RMS. En escala voltaje alterno.
-
1 Multímetro UNIT UT60E Modelo RS232C TRUE RMS. En escala 10 Max Amper.
-
10 conectores banana banana.
-
Un transformador monofásico 1.2 Kva. 1:1 y reductor núcleo acorazado
10-2. Para curva descendente
-
Variac Monofásico 0-260 (v) 5.5 (A) Max.
-
2 Multímetro UNIT UT60E Modelo RS232C TRUE RMS. En escala voltaje alterno.
-
1 Multímetro UNIT UT60E Modelo RS232C TRUE RMS. En escala 10 Max Amper.
-
10 conectores banana banana.
-
Un transformador monofásico 1.2 Kva. 1:1 y reductor núcleo acorazado
30