Subido por Diego Cueto Gutierrez

INTRODUCCION LAB N°5 2

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UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA
En este tema aprenderemos la teoría del transformador monofásico y
parámetros eléctricos y experimentaremos las mediciones de las tensiones
nominales primario y secundario con ayuda del multitester ,también veremos las
mediciones con el vatímetro ya con ello mediremos la potencia ,voltaje y corriente
de un circuito con resistencia de carga teniendo en cuenta que Una máquina
eléctrica es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en otra energía, o
bien, en eléctrica pero con una presentación distinta, pasando esta energía por
una etapa de almacenamiento en un campo magnético [1].
El siguiente
informe, presenta de forma práctica los métodos que existen para determinar los
parámetros de un Transformador Monofásico de dos devanados, estos métodos
son:
•Prueba de Vacío
•Prueba de Cortocircuito.
En donde al realizar cada
de corriente, voltaje y potencia.
prueba
se
realizaron
las
mediciones
las pérdidas de potencia en un transformador real, son un tema muy crítico y
complicado, dichas pérdidas han sido estudiadas por años y años, llegando
a la conclusión de que es imposible no tener pérdidas en un transformador;
es por esto que ahora lo que se pretende lograr es reducir las pérdidas lo
máximo posible.
un transformador real tiene perdidas por diferentes circunstancias, no solo
por una, y sin embargo todas se manifiestan en forma de calor, es decir si un
transformador tiene pérdida de potencia esta pérdida se transformara en
calor, este es el principio de la conservación de energía.
con el fin de tratar de reducir las pérdidas de potencia lo máximo posible, sea
estudiado cuales son las causas por las que se producen estas pérdidas y
así hacer algo al respecto y tomar una medida adecuada y oportuna que
permita una solución al problema; esta solución claramente no será una
solución totalmente exitosa, pero lograra una mejora muy considerable.
debido a las pérdidas de potencia es que cada transformador, debe tener su
factor de potencia establecido por el fabricante, para así poder ver cuál es un
transformador con bajas perdidas y cual es un transformador con altas
perdidas, para así poder adquirir uno de estos según las circunstancias que
se necesiten.
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2.1 OBJETIVO GENERAL: Determinar perdidas de potencia en el hierro y
perdidas de potencia en el cobre en el transformador monofásico.
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
 Realizar la prueba de vacío por el lado de B.T.




Realizar la prueba de cortocircuito por el lado de B.T.
Obtener parámetros del circuito equivalente del transformador.
Determinar la relación de transformación en el transformador.
Afianzar los conocimientos adquiridos sobre determinación de pérdidas
de potencias en el transformador.
2
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3.1¿Qué es un transformador?
Un transformador es una máquina formada por dos bobinas, alrededor de un
núcleo, llenas de cable enroscado y a cada vuelta del cable se le llama espira,
de tal manera que según el número de espiras que tengamos enrollado en
nuestro núcleo de la bobina, obtendremos más o menos tensión. Si se tratase
de un transformador trifásico, este tendría 3 bobinas.
Una de las bobinas será la primaria o inductora y la otra será la secundaria o
inducida. De esta manera, si tenemos una tensión de entrada de 230 v (como es
la red española) y la bobina secundaria tiene 100 veces el número de espiras de
la primaria, su tensión será de 23000v. También ocurre que como la relación es
P=I*V (potencia -vatios- igual a intensidad de corriente (amperios) por tensión voltios-), en un transformador ideal la potencia en ambas bobinas sería la misma,
por lo que la intensidad de corriente en la bobina principal, si son 10A, en la
bobina secundaria serán 0,1A.
El mayor logro de los transformadores es que puedes cambiar voltaje y
amperaje de salida a voluntad y con más seguridad. Antes solo se podían elevar
mediante capacitores y resistencias. Si quieres saber más, puedes aprender qué
es un transformador por si no te ha quedado del todo claro.
¿Para qué sirve un transformador monofásico?
Ya sabemos que podemos conseguir alta tensión y baja intensidad
disminuyendo el rozamiento en el transporte y por tanto las pérdidas de energía
por calor. Esto es lo que posibilita hacer un transporte de energía a largas
distancias y con pequeñas pérdidas. Esta energía para llegar a nuestras casas
se tiene que volver a transformar para su uso.
Aun así, los transformadores monofásicos también se pueden usar para
estabilizar la tensión en un aparato y, cuando en una bobina se llega a la
tensión nominal, el núcleo se satura y el secundario se mantiene.
3
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3.2 ENSAYO EN VACIO O A CIRCUITO ABIERTO
el ensayo de vacío es un método utilizado para determinar diversos parámetros
de las máquinas eléctricas mediante pruebas realizadas sin carga aplicada.
En el caso de un transformador permite determinar la impedancia de vacío en la
rama de excitación del mismo. El ensayo de vacío es esencial a la hora de
caracterizar un transformador, puesto que la impedancia de vacío es uno de los
parámetros fundamentales de su circuito equivalente.
Un transformador trabaja en vacío cuando el circuito secundario está abierto. En
estas condiciones, el primario es recorrido por una corriente alterna de pequeña
intensidad, del orden del 5% de la corriente nominal. Esta corriente tiene dos
componentes, una suministra las pérdidas en el hierro y la otra proporciona la
f.m.m. necesaria para magnetizar el núcleo. La potencia absorbida por el
transformador trabajando en vacío corresponde casi exactamente a las pérdidas
en el hierro. Como la corriente que circula por el secundario es nula, no aparecen
en él pérdidas en el hierro.
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3.3 ensayo en cortocircuito
La prueba se lleva a cabo desde el lado de alta tensión del transformador
mientras el lado de baja tensión está cortocircuitado. El voltaje de suministro
requerido para circular la corriente nominal a través del transformador es
normalmente muy pequeño y es del orden de unos cuantos porcentajes del
voltaje nominal y este voltaje del 5 % está aplicado a través de primario. Las
pérdidas en el núcleo son muy pequeñas porque el voltaje aplicado es solo unos
cuantos porcentajes del voltaje nominal y puede ser despreciado. Así, el
vatímetro solo medirá las pérdidas en el cobre.
Para llevar a cabo el ensayo de cortocircuito en un transformador:




Desconectar totalmente el transformador.
Cortocircuitar las fases de baja tensión.
Alimentar desde el lado de alta tensión con una tensión pequeña hasta que
la corriente por el secundario alcanza su valor nominal.
Medir la tensión, corriente y potencia de entrada. El vatímetro indica las
pérdidas totales en el cobre.
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Descripción
1
Multímetro
Digital
1
Vatímetro
Marca y
Observación
modelo
 UT3O
 permite
C
cambiar el
rango de las
escalas de
tensión,
corriente y
resistencia
 MAT
EIX
PX110
 no sólo se
clasifica en
vatios, sino
también en v y
A
1
Pinza amperimétrica
 UNI-T
UT204A
 medición de
corriente, en
conductores
Sin descone
Ctar el
Circuito
eléctrico
8
Cable para conexión
 GPT
N°16
 Rojo y negro
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1
Transformador
monofásico
 Elect
ro
volt
TMA
N
 Transformador
1
MODULO N° 1
 COS_
ELSA
 Selector para
seleccionar el
voltaje deseado.
Y salida de
voltaje.
1
BORNERA HECHA EN
VIDRIO
 Pack
4X
BAN
ANA
 Se inserta
Las
Conexiones
3
PORTA FUSIBLES
 CAR
TUC
HO,
monofásico de
potencia 1KVA,
voltaje primario
220V,
secundario
113V.
7
8
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5.1PRUEBA DE VACIO: Identifique el bobinado de B.T. del transformador y
conecte el vatímetro por los métodos ya conocidos.
Una vez conectado el circuito, varié los valores de regulador en voltios (55V, 70V,
82V, 95V, 105V, 113V, 117V).
Mida la corriente el valor nominal del voltaje primario, mida la tensión secundaria.
 DATOS OBTENIDOS EN LA EXPERIENCIA
55.8V
70V
141mA
5.3w
82V
105v
113v
117v
186mA 252mA 398mA
573mA
795mA
915mA
8.1w
20.2w
25.3w
27.8w
11.1w
95v
15.5w
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5.2 PRUEBA DE CORTO CIRCUITO
El regulador de voltaje deberá estar en la posición de cero v, y a partir de allí,
una vez conectado el circuito obtenga las corrientes de 8.85 A. A la corriente
medida le corresponderá una “tensión de cortocircuito” determinada y una
“potencia de cortocircuito” determinada en el valor respectivo de corriente
nominal (8.85 A). le corresponderá los valores de potencia y de cortocircuito
nominal.
 DATOS OBTENIDOS EN LA EXPERIENCIA:
𝐕𝐜𝐜𝟏
5.1V
𝐏𝐜𝐜𝟏
42.5W
𝐈𝐜𝐜𝟏
8.74A
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10
 evidencias de las mediciones en la experiencia
VOLTAJE
55V
70V
82V
MEDICION DE LA
INSTALACION DEL
TRANSFORMADOR
DATOS OBTENIDOS EN EL
VATIMETRO
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95V
105V
113V
117V
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La experiencia se desarrolló en dos partes: En ensayo en vacío y en
cortocircuito.
Para el ensayo en vacío se conectó el circuito con ayuda de los cables GPT
N° 16 en B.T. y se midió con el vatímetro en el primario la tensión, la corriente
de vacío y las pérdidas en el hierro. Para el ensayo en cortocircuito de forma
similar se realizaron las conexiones, pero en el secundario se cortocircuitó,
luego se procedió a regular la tensión hasta obtener la corriente de 8.85 A y
con el vatímetro se procedieron a realizar las mediciones correspondientes.
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VALORES APLICADOS DE TENSION VS LA CORRIENTE DE
EXCITACIÓN
V1 vs Io (mA)
Io(mA)
1000
915
900
795
800
700
573
600
500
398
Valores Y
400
Линейная (Valores Y)
252
300
141
200
186
100
0
0
20
40
60
80
100
120
140
V1
 ¿Qué significado le da el grafico y la función determinada en la
prueba de vacío?
la gráfica demuestra que, si sigue aumentando la corriente, el núcleo del
transformador llega a la saturación magnética, es decir pierde las características
magnéticas oponiéndose al crecimiento del flujo magnético y es una función no
lineal.
.
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VALORES APLICADOS DE TENSION VS POTENCIA DE PERDIDAS EN EL
NUCLEO.
V1 vs Pfe
30
27,8
25,3
25
20,2
Pfe(W)
20
15,5
15
Pfe
11,1
Линейная (Pfe)
8,1
10
5,3
5
0
0
20
40
60
80
100
120
140
v1(V)
 ¿Qué significado le da el grafico y la función determinada en la
prueba de vacío?
En un transformador ideal, la potencia de salida es igual a la potencia de entrada.
Dado que el secundario está en circuito abierto, no sale ninguna potencia, es
evidente que toda la potencia en la entrada se perderá. esta potencia perdida
será la suma de las pérdidas en el cobre y las pérdidas en el hierro.
Las pérdidas en el cobre serán despreciables, ya que en el secundario no recorre
ninguna corriente, y en el primario la corriente es pequeña.
Entonces, dicha grafica representa las pérdidas de potencia en el núcleo del
transformador en función al voltaje aplicado al mismo, y es una función no lineal.
*SIGNIFICADO: de acuerdo con las corrientes dadas las tensiones y las
potencias van aumentando de manera directa con respecto a la corriente.
¿Qué porcentaje de pérdidas de potencia le arroja sus mediciones en la
prueba de vacío (referencia: potencia nominal del transformador)
𝑃𝑐𝑢 = 𝑃𝑓𝑒 = 25.3w
25.3𝑥113
= 28.58%
100
El porcentaje de pérdida de potencia con respecto al valor nominal (S=1000VA)
es de 28.58%.
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¿Cuál es su tensión secundaria nominal en vacío de acuerdo a sus
mediciones?
La tensión secundaria nominal es: 𝑉2𝑁 = 221.6𝑉
¿Qué porcentaje de pérdidas de potencia en cortocircuito le arroja sus
mediciones efectuadas (respecto a la potencia nominal)?
Potencia nominal: 1KVA:1000VA
El porcentaje de pérdida de potencia con respecto al valor nominal (S=1000VA)
es de 2.19%
primero comprobaremos si el ensayo de cortocircuito sea hecho por la corriente
nominal:
𝑉𝑁 = 113𝑉
𝐼𝑁 =
𝑆𝑁 1000𝑉𝐴
=
𝑉𝑁
113𝑉
𝐼𝑁 = 8.849𝐴
La pérdida de cobre a la potencia nominal será entones:
2
𝑃𝑐𝑢 = 𝑅𝑐𝑐 𝑥𝐼1𝑁
= 0.55 𝑥8.852
𝑃𝑐𝑢 = 𝑃𝐹𝑒 = 43𝑤
43𝑥5.1
= 2.19%
100
¿En porcentaje (referido al nominal) cuál es su tensión de cortocircuito?
𝑽𝑪𝑪 = 𝑽𝑪𝑪𝟏 ∗
𝑽𝑪𝑪 = 𝟓. 𝟏 ∗
𝟏𝟎𝟎
(𝒆𝒏 %)
𝑽𝟏𝑵
𝟏𝟎𝟎
(𝒆𝒏 %)
𝟐𝟐𝟎𝒗
𝑽𝑪𝑪 = 𝟐. 𝟑𝟏%
Según los cálculos realizados la tensión de cortocircuito es aproximadamente
el 2.31% de la tensión nominal.
¿Cuál es la razón por la cual se dice que los parámetros: ¿resistencia de
cortocircuito, reactancia de cortocircuito e impedancia de cortocircuito son
lineales?
Porque van aumentando de manera directa con respecto a la corriente.
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Vacío:220v, 2A, 150 W (medidos en el lado de B.T)
Cortocircuito: 10V, 26.32A, 75W (medidos en el lado de A.T).
Calcule:
a) componentes de las corrientes de vacío
𝑰𝑷 = 𝑰𝟎 . 𝒄𝒐𝒔∅𝟎 … … . (𝑰)
𝒄𝒐𝒔 ∅𝟎 =
𝒄𝒐𝒔 ∅𝟎 =
𝑷𝑭𝒆
𝑽𝟏𝑵 . 𝑰𝟎
𝟏𝟓𝟎𝑾
𝟐𝟐𝟎𝒙𝟐𝑨
𝒄𝒐𝒔 ∅𝟎 =0.34
∅𝟎 = 𝑨𝒓𝒄𝑪𝒐𝒔(𝟎. 𝟑𝟒)
∅𝟎 = 𝟕𝟎. 𝟏𝟐°
 Reemplazando en I:
𝑰𝒑 = 𝟐𝒙𝟎. 𝟑𝟒
𝑰𝒑 = 𝟎. 𝟔𝟒𝑨
 Corriente de magnetización:
𝑰𝒎 = 𝑰𝟎 𝒙𝑺𝒆𝒏∅𝟎
𝑰𝒎 = 𝟐𝒙𝑺𝒆𝒏(𝟕𝟎. 𝟏𝟐
𝑰𝒎 = 𝟏. 𝟖𝟖𝑨
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b) parámetros del circuito equivalente del transformador referido al
devanado primario y referido al devanado secundario.
P.C.A:
V=220v
I =2A
P= 150w
Prueba de circuito abierto:
𝑐𝑜𝑠𝜑0 =
𝑃𝐹𝑒
𝑉1𝑁 𝑥 𝐼0
𝑐𝑜𝑠𝜑0 =
150𝑤
220𝑥 2
𝑐𝑜𝑠𝜑0 = 0.34
𝜑0 = 70.12°
Resistencias de pérdidas (Rp)
𝑅𝑝 =
𝑉1𝑁
𝐼0 . 𝑐𝑜𝑠∅0
𝑅𝑝 =
220
2𝑥0.34
𝑅𝑝 = 323Ω
Reactancia de magnetización(Xu)
𝑋𝑢 =
𝑋𝑢 =
𝑉1𝑁
𝐼0 . 𝑠𝑒𝑛∅0
220
2𝑥𝑠𝑒𝑛 (70.12°)
𝑋𝑢 = 117Ω
220v
𝟑𝟐𝟑𝛀
𝟏𝟏𝟕𝛀
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P.C C: 10V, 26.32A, 75W
V=10v
I =6.32A
P= 75w
Prueba de corto circuito:
Hallando el ángulo de F.P en cortocircuito:
𝑷
𝒄𝒐𝒔𝝋 =
𝑽𝒙𝑰
𝒄𝒐𝒔𝝋 =
𝟕𝟓𝒘
𝟏𝟎𝒙𝟐𝟔. 𝟑𝟐
𝒄𝒐𝒔𝝋 = 𝟎. 𝟐𝟖
𝝋 = 𝟕𝟑. 𝟐𝟕°
Impedancia de cortocircuito:
𝒁=
𝒁=
𝑽
𝑰
𝟏𝟎
= 𝟎. 𝟑𝟕
𝟐𝟔. 𝟑𝟐
Resistencia de cortocircuito:
𝑹=
𝑹=
𝑷
𝑰𝟐
𝟕𝟓
= 𝟎. 𝟏𝟎𝛀
𝟐𝟔. 𝟑𝟐𝟐
Reactancia de cortocircuito:
𝑿𝒄 = 𝒁𝒄𝒄𝒙𝒔𝒆𝒏𝝋
𝑿𝒄 = 𝟎. 𝟑𝟕𝒙𝒔𝒆𝒏𝟕𝟑. 𝟐𝟕 = 𝟎. 𝟑𝟓𝛀
𝟎. 𝟏𝟎𝛀
V=10v
𝟎. 𝟑𝟓𝛀
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













Marca o razón social del fabricante.
Número de serie dado por el fabricante.
Año de fabricación
Clase de transformador
Numero de fases
Diagrama fasorial
Frecuencia nominal
Potencias nominales, de acuerdo al tipo de refrigeración
Tensiones nominales, numero de derivaciones
Corrientes nominales
Impedancia de cortocircuito
Peso total en kilogramos
Grupo de conexión
Diagrama de conexiones
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Transformador con flujos de dispersión y flujo mutuo. Aunque el flujo de
dispersión es una pequeña fracción del flujo total que crea un devanado, afecta
el rendimiento del transformador. Es posible modelar un devanado como si
constara de dos devanados: uno responsable de crear el flujo de dispersión hacia
el aire y el otro de circundar el núcleo. En la figura 14 se describe una disposición
hipotética de los devanados en la forma descrita para un transformador de dos
devanados. Como puede observarse, los dos devanados que envuelven al
núcleo satisfacen las condiciones de un transformador ideal.
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UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA
Circuito equivalente en la prueba de vacío en B.T:
Voltaje
113v
corriente
0.795A
potencia
25.3W
 Prueba de circuito abierto:
𝒄𝒐𝒔𝝋𝟎 =
𝒄𝒐𝒔𝝋𝟎 =
𝑷𝑭𝒆
𝑽𝟏𝑵 𝒙 𝑰𝟎
𝟐𝟓. 𝟑𝒘
𝟏𝟏𝟑𝒙 𝟎. 𝟕𝟗𝟓
𝒄𝒐𝒔𝝋𝟎 = 𝟎. 𝟐𝟖
𝝋𝟎 = 𝟕𝟑. 𝟕𝟒°
 Resistencias de pérdidas (Rp)
𝑹𝒑 =
𝑽𝟏𝑵
𝑰𝟎 . 𝒄𝒐𝒔∅𝟎
𝑹𝒑 =
𝟏𝟏𝟑
𝟎.𝟕𝟗𝟓𝒙𝟎.𝟐𝟖
𝑹𝒑 = 𝟓𝟎𝟕𝛀
 Reactancia de magnetización(Xu)
𝑽𝟏𝑵
𝑿𝒖 =
𝑰𝟎 . 𝒔𝒆𝒏∅𝟎
𝑿𝒖 =
𝟏𝟏𝟑
𝟎. 𝟕𝟗𝟓𝒙𝒔𝒆𝒏 (𝟕𝟑. 𝟕𝟒°)
𝑿𝒖 = 𝟏𝟒𝟖𝛀
113v
𝟓𝟎𝟕𝛀
𝟏𝟒𝟖𝛀
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Circuito equivalente en la prueba de cortocircuito en B.T.
𝐕𝐜𝐜𝟏
5.1V
𝐏𝐜𝐜𝟏
42.5W
𝐈𝐜𝐜𝟏
8.74A
Hallando el ángulo de F.P en cortocircuito:
𝒄𝒐𝒔𝝋 =
𝒄𝒐𝒔𝝋 =
𝑷
𝑽𝒙𝑰
𝟒𝟐. 𝟓𝒘
𝟓. 𝟏𝒙𝟖. 𝟕𝟒
𝒄𝒐𝒔𝝋 = 𝟎. 𝟗𝟓
𝝋° = 𝟏𝟖. 𝟏𝟗°
Impedancia de cortocircuito:
𝒁=
𝒁=
𝑽
𝑰
𝟓. 𝟏
= 𝟎. 𝟐𝟖
𝟖. 𝟕𝟒
Resistencia de cortocircuito:
𝑹=
𝑹=
𝑷
𝑰𝟐
𝟒𝟐. 𝟓
= 𝟎. 𝟓𝟓𝛀
𝟖. 𝟕𝟒𝟐
Reactancia de cortocircuito:
𝑿𝒄 = 𝒁𝒄𝒄𝒙𝒔𝒆𝒏𝝋
𝑿𝒄 = 𝟎. 𝟐𝟖𝒙𝒔𝒆𝒏𝟏𝟖. 𝟏𝟗° = 𝟎. 𝟎𝟖𝛀
𝟎. 𝟓𝟓𝛀
V=5.1v
𝟎. 𝟎𝟖𝛀
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UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA
o Se pudo aprender más sobre la determinación de las pérdidas de
potencia en el transformador monofásico.
o Se aprendió a medir las pérdidas en el hierro y el cobre con ayuda del
módulo de ensayo.
o Analizando las pérdidas de un transformador real en este ensayo,
podemos ver que estas pérdidas siempre estarán presentes ya sea en
gran cantidad o en poca pero ahí estarán. Sin embargo, las pérdidas
en un transformador se las puede reducir considerablemente tomando
las medidas necesarias.
o También se debe tomar en cuenta que para tomar una medida que
disminuya las pérdidas en el transformador, debemos analizar muy
bien, debemos poner en la balanza lo positivo y lo negativo que se
produce al cambiar algo, y ver si nos conviene o no tomar dicha
medida.
o Toda máquina eléctrica tiene pérdidas de potencia, ya sea estática o
dinámica. A diferencia de un transformador ideal, el transformador real
tiene perdidas tanto en el circuito magnético como en el circuito
eléctrico.
23
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