EXAMEN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS 5-II-97

EXAMEN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS
5-II-97
NOMBRE:_____________________________________________
TEST DE TRANSFORMADORES Y MÁQUINAS
1ª PREGUNTA
RESPUESTA
A 50 Hz, un transformador tiene unas pérdidas por histéresis de 3 kW siendo las
pérdidas totales en el hierro de 5 kW. Si la frecuencia fuera de 100 Hz, las pérdidas
por corrientes parásitas serán:
A. 25 kW
B. 10 kW
C. 4 kW
2ª PREGUNTA
D. 8 kW
E. Indeterminadas
F. Diferentes
RESPUESTA
Un transformador monofásico de 100 kVA trabajando en circuito abierto alcanza una
temperatura de 42ºC. La temperatura ambiente nominal y máxima de funcionamiento
son 10 y 92ºC, respectivamente. El rendimiento máximo se produce para índice de
carga:
A. 0.81
B. 0.90
C. 0.64
3ª PREGUNTA
D. 0.80
E. Indeterminado
F. Diferente
RESPUESTA
Igual enunciado que la segunda pregunta. Si la regulación para índice de carga 0.8 y
factor de potencia unidad es 0.04, las pérdidas nominales en el hierro son:
A. 5000 W
B. 3200 W
C. 1600 W
D. 2500 W
E. Indeterminadas
F. Diferente
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4ª PREGUNTA
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RESPUESTA
Un transformador monofásico ideal de n=5 se alimenta desde el 1ario con una
corriente i1(t)=1+2e-300t+3sen600t. La corriente i2(t) que se obtiene en el 2ario será
igual a:
A. 15sen600t
B. 15sen3000t
C. 10e-300t+15sen600t
5ª PREGUNTA
D. 10e-1500t+15sen3000t
E. 5+10e-300t+15sen600t
F. Diferente
RESPUESTA
Si se conecta el transformador anterior como autotransformador con polaridades
aditivas y se alimenta el 1ario con la misma corriente, la corriente obtenida en el 2ario
será ahora:
A. 18sen600t
B. 18sen3600t
C. 12e-300t+18sen600t
6ª PREGUNTA
D. 12e-1800t+18sen3600t
E. 1+12e-300t+18sen600t
F. Diferente
RESPUESTA
Las corrientes inducidas en el rotor de un motor de inducción de 6 polos y 60 Hz
tienen una frecuencia de 1.8 Hz. El rotor está girando a una velocidad de:
A. 1200 rpm
B. 1236 rpm
C. 1164 rpm
D. 600 rpm
E. 582 rpm
F. 1182 rpm
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TEORÍA 1
Relacione las potencias eléctricas que entran en juego en una máquina eléctrica, tanto
en el caso estático como en el dinámico. Indique cuáles son las pérdidas que se
producen en su funcionamiento y cómo se representan en los circuitos eléctricos
equivalentes.
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TEORÍA 2
Comente someramente las ventajas e inconvenientes de un autotransformador frente
a los transformadores convencionales.
TEORÍA 3
Describa el funcionamiento y la constitución interna de un interruptor
magnetotérmico. ¿De qué fenómenos eléctricos protege al sistema?.
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TEORÍA 4
Explique resumidamente la manera de calcular la sección de los conductores activos
necesarios para una instalación eléctrica. ¿Qué simplificaciones se realizan?.
TEORÍA 5
Explique cómo podría regular la velocidad de una máquina asíncrona de rotor
devanado.
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TEORÍA 6
Cuando se produce una punta de carga -por ejemplo, un arranque de máquinas-, qué
sucede en una instalación eléctrica. Enumere los problemas que puede producir este
fenómeno e indique razonadamente las soluciones útiles que usted podría ofrecer.
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NOMBRE:_____________________________________________
PROBLEMA 1
Un transformador monofásico de 22/1,1 kV puede transmitir sin calentamientos una
potencia de 121 kVA funcionando en las condiciones nominales siguientes:
θaN=20°C
fN=50 Hz
θfN=80°C
Para calcular sus parámetros, se realizan los siguientes ensayos:
Tensión
Ensayo
θ
f
Corriente
Primario
Secundario
Primario
Secundario Pérdidas
C.A.
20ºC 40 Hz
22000 V
1150 V
0.55 A
0A
1600 W
C.C.
20ºC 50 Hz
985 V
0V
5.76 A
110 A
2937 W
Además se sabe que el transformador en vacío y alimentado con tensión y frecuencia
nominales alcanza una temperatura en régimen permanente de 43.9ºC.
Responda a las siguientes preguntas:
1ª Calcule, a frecuencia nominal y temperatura máxima de funcionamiento, el
valor de la resistencia y reactancia equivalentes en el 2ario, conductancia de
pérdidas y susceptancia magnetizante referidas al 2ario, caídas de tensión por
resistencia y reactancia (p.u.), tensión de cortocircuito (p.u.) y pérdidas
nominales en el cobre y en el hierro.
2ª Constante de refrigeración del transformador.
3ª Calcule la corriente y la tensión en una carga de 110 kVA, 1100 V y cosϕ
=0.6, sabiendo que la temperatura de los bobinados es de 73ºC.
NOTA: La impedancia de la carga es invariable.
4º OPCIONAL. Comente razonadamente qué ocurrirá si, alimentando a esa
carga, la temperatura ambiente asciende hasta 30ºC. Asimismo, indique cómo
resolvería el problema que se presenta.
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PROBLEMA 2
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NOTA: No considere variaciones de temperatura
Se dispone de tres transformadores monofásicos de 1270 VA y 220/127 V (V2o=133
V) que tienen pérdidas nominales en el cobre de 38.1 W y tensión de cortocircuito de
11 V.
Responda a las siguientes preguntas:
1ª Dibuje las conexiones que deben realizarse en primario y secundario para
formar un banco trifásico de 380/127 V. Calcule la relación de transformación
y el índice horario del banco trifásico.
2ª Calcule, en tanto por uno, la tensión de cortocircuito y las caídas de tensión
por resistencia y reactancia del banco trifásico.
Por otro lado, se dispone también de un transformador trifásico de 7620 VA Yz y
380/127 V (V2o=132 V) cuyas conexiones internas son las de la figura:
1
2
3
1’
N
N’
2’
3’
Cuando este transformador suministra energía a plena carga y cosϕ=0.6, la tensión
en el secundario es de 122.5 V y el rendimiento del 89%. Las pérdidas nominales en
el hierro son de 222.2 W.
Se pide:
3ª Calcule, en tanto por uno, la tensión de cortocircuito y las caídas de tensión
por resistencia y reactancia del transformador trifásico.
4ª Calcule la relación de transformación y el índice horario del transformador.
5ª Indique la posibilidad de conexión en paralelo del banco y el transformador y
realice un esquema de la conexión. Calcule la distribución aproximada de
potencias cuando banco y transformador alimentan en paralelo a una carga de
impedancia invariable de 10 kVA, 127 V y cosϕ=0.8.
6ª OPCIONAL. Indique cómo calcularía la tensión en la carga del apartado
anterior utilizando el factor de regulación.
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PROBLEMA 3
Un motor de inducción trifásico de 380 V y 50 Hz tiene los bobinados del estator
conectados en triángulo y su velocidad nominal de giro es de 1470 rpm.
Los parámetros del circuito equivalente en Ω/fase
siguientes:
Reactancia del estator0.620
Reactancia del rotor 0.285
referidos al estator son los
Reactancia de magnetización 32.8
Resistencia del rotor
0.134
Además, la resistencia medida en DC entre dos bornas del estator es 0.322 Ω.
También se sabe que las pérdidas por rozamiento y ventilación son el 1.5% de la
potencia nominal de salida.
Responda a las siguientes preguntas:
1ª Número de polos de la máquina, velocidad del campo magnético respecto al
rotor y frecuencia de las corrientes inducidas en el rotor.
2ª Resistencia equivalente por fase del estator referida al estator. Impedancia
equivalente de la máquina vista desde la entrada. Factor de potencia.
3ª Corriente en el estator.
4ª Corriente en el rotor (utilícese el equivalente Thevenin).
5ª Potencia de entrehierro y rendimiento.
6ª Representar aproximadamente (con 3 puntos) la curva par-velocidad (rpm).