EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA
EXPERIENCIA Nº 1
“EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO,
DETERMINACION DE PÁRAMETROS
Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA”
Asignatura
Profesor Responsable
Alumnos
:
:
:
Maquinas Eléctricas
Víctor fuentes M.
Antonio Muñoz
Germán Terrazas
Rodrigo Sandoval.
28/Diciembre/ 2011
Avenida Universidad de Antofagasta Nº2800 – Casilla 170
Teléfono: (55) 637304, Fax: (55) 637268, email: [email protected]
1.
INTRODUCCIÓN. ..................................................................................... 1
2.
OBJETIVOS ............................................................................................. 2
3.
4.
5.
2.1
Objetivo General: .................................................................................. 2
2.2
Objetivos Específicos: ........................................................................... 2
DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS E INTRUMENTOS ............................... 3
3.1
Cosenofimetro ...................................................................................... 3
3.2
Termocupla .......................................................................................... 5
3.3
Variac .................................................................................................. 6
3.4
Multimetro digital................................................................................... 7
3.5
Vatimetro.............................................................................................. 8
3.6
Fluke 43 ............................................................................................... 9
3.7
Amperimetro de tenazas...................................................................... 12
REGISTRO DE MEDICIONES OBTENIDAS EN LA EXPERIENCIA ......... 13
4.1
Medición de Temperatura al comienzo de la Experiencia ....................... 13
4.2
Medición de la resistencia: .................................................................. 13
4.3
Prueba en vacío: ................................................................................. 13
4.4
Prueba en cortocircuito: ....................................................................... 15
4.5
Comportamiento bajo carga: ................................................................ 16
RESPUESTAS A LA GUIA DE LA EXPERIENCIA ................................... 18
5.1
A partir de los datos de la prueba en vacío, dibuje las curvas: ................ 18
5.2 Con los valores nominales de la prueba en vacío, calcule los parámetros
de excitación del transformador gc y bm......................................................... 19
5.3 A partir de los datos de la medición de resistencia, calcular el valor de
resistencia equivalente en corriente continua del transformador, referida a la
temperatura promedio entre la temperatura medida antes de las pruebas y
después de las pruebas y a la temperatura de 75ºc. ...................................... 20
iii
5.4 Para los mismos valores de corriente de la prueba en cortocircuito, calcule
las pérdidas en la resistencia equivalente req medida en corriente continua
req(dc)icc2 .................................................................................................. 21
5.5
A partir de los datos de la prueba cortocircuito, dibujar las curvas: ......... 22
5.6 Con los valores nominales de la prueba en cortocircuito. Calcule los
valores de: .................................................................................................. 23
5.7 Expresar los valores de los parámetros del circuito equivalente del
transformador en tanto por ciento y en tanto por uno. Use como base: .......... 25
5.8 Usando los valores de Req y Xeq en tanto por uno, base propia, calcular la
regulación de tensión del transformador para una carga igual al 25%, 50% y
100% de la nominal, con un factor de potencia 1. ......................................... 27
5.9 Usando los valores nominales de potencia aparente, perdidas en vacío
(w0) y perdidas en corto circuito (w cc). Calcularemos el rendimiento para una
carga igual a 25%, 50% y 100% de la nominal, con un factor de potencia 1. ... 28
5.10 Calcular la carga para la cual el rendimiento del transformador es máximo:
29
5.11 Tabular los valores medidos y con ellos, calcular la regulación de tensión y
el rendimiento para las diferentes cargas consideradas en el punto experimental
nº4: 30
5.12 Usando los valores del circuito equivalente, medidos anteriormente,
calcular para las mismas cargas del punto 4 ................................................. 30
6.
MEDIDAS DE SEGURIDAD Y PRECAUCIONES ..................................... 32
7.
DISCUSIONES ....................................................................................... 33
8.
CONCLUSIÓN ........................................................................................ 34
9.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................... 34
1
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
1. INTRODUCCIÓN.
Todos los circuitos electrónicos funcionan a partir de diversos voltajes de
tipo continuo, los que se requieren para la polarización de los componentes que lo
conforman. Al momento de aplicar esta energía a diversos circuitos electrónicos
simples, o a equipos que no requieren de alimentaciones con múltiples valores de
tensión, se hace necesario contar con una fuente de alimentación de tipo regulada
(ya sea de tipo fija o variable), para la conversión de corriente alterna a corriente
continua.
Es aquí
donde se
utilizan las máquinas eléctricas llamadas
transformadores, como elementos fundamentales dentro de su construcción. Es
por ello que se deben conocer. Particularmente, uno muy utilizado en el campo de
la Electrónica es el llamado Transformador monofásico, requerido cuando se
desea contar con alimentaciones tanto positivas como negativas para los circuitos
antes mencionados.
El desarrollo del siguiente informe, tiene como fin el concretar lo pedido a
realizar con los datos obtenidos en la experiencia del transformador monofásico
cuando se somete a la prueba en vacío, la prueba en cortocircuito y cuando el
mismo se somete a una carga externa.
Se desarrollaron primero las mediciones y todo tipo de datos fue tomado en
tablas ya confeccionadas en un informe previo con el fin de tener los mismos de
manera ordenada ayudando así la confección del presente.
Una vez obtenidos los datos, es que se procedió a revisar el documento
guía de laboratorio para así saber cuáles serian los procedimientos de
interpretación de datos los cuales serán el desarrollo del informe mismo.
2
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL:
 Determinar
los
transformador
valores
y
monobásico
característica
de
dos
de
los
enrollados
parámetros
y
estudiar
del
su
comportamiento bajo carga.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
 Observar el comportamiento de la corriente y potencia en vacío.
 Profundizar el manejo de instrumentos como el vatímetro y cosenofímetro,
y realizar mediciones de potencia y factor de potencia en circuitos
monofásicos.
 Obtener la variación del factor de potencia en el transformador bajo carga.
 Observar el efecto de la temperatura en las resistencias.
 Observar el efecto de los parámetros de excitación del transformador.
3
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
3. DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS E INTRUMENTOS
A continuación se presenta la instrumentación que se utiliza en esta
experiencia.

2 multímetros marca Tektronix modelo DM-332.

2 amperímetros de tenazas HIOKI.

Conectores.

Un autotransformador variable (Variac).

Una Fuente de CA.

2 vatímetros.

1 cosenofímetro marca HIOKI modelo 3266.

Multímetro Fluke 43.

1 Banco de resistencias.

1 termocupla

Transformador monofásico 220/110 (V/V) de 10kVA, f=50 Hz
3.1 COSENOFÍMETRO
Son instrumentos que tienen relación con la electricidad alterna, se sabe
que cuando uno tiene una carga resistiva, la corriente que circula por ella tiene la
misma forma de onda que el voltaje aplicado y se encuentra en fase, es decir las
sinusoides de voltaje y corriente tienen el mismo origen. Este efecto es distinto en
las cargas inductivas las que retrasan a la corriente en 90°, mientras que las
capacitivas adelantan la corriente en 90°.En los sistemas de potencia, el
ángulo ( ) , es de mucha importancia, ya que es un indicador sobre la calidad de
energía, ya que al tener una potencia muy distinta de la puramente resistiva,
aparece la potencia reactiva ( Q  V  Isen( ) ). Esta potencia es indeseada en las
líneas de distribución, pero indispensable para muchas maquinas (motores,
4
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
transformadores, ballats de alumbrado, etc), por lo tanto se diseño el dispositivo
"cosenofímetro" para conocer esta desviación y corregirla.
Con el cosenofímetro representado en la fig.1, se sabe cuánta es la
energía que recibe el sistema y cuanta es utilizada por el mismo o cada una de las
partes que lo componen. La medición del cos( ) , o factor de potencia, da
indicación de la eficiencia eléctrica del sistema. Por este motivo las compañías
electrificadoras penalizan por medio de las tarifas de energía cuando el factor de
potencia está por debajo de cierto valor.
Fig.1:Cosenofímetro1.
1
Fuente: Fotografía obtenida en laboratorio de maquinas eléctricas. Universidad de Antofagasta 2011.
5
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
3.2 TERMOCUPLA
Fig 2. TERMOCUPLA a modo de ejemplo
Una Termocupla básicamente es un transductor de temperaturas, es decir
un dispositivo que convierte una magnitud física en una señal eléctrica. Está
constituida por dos alambres metálicos diferentes que unidos, desarrollan una
diferencia
de
potencial
eléctrica
entre
sus
extremos
libres
que
es
aproximadamente proporcional a la diferencia de temperaturas entre estas puntas
y la unión.
Especificaciones:
 Rango de medición: -50ºC a 750 ºC / -58ºF a 1382 ºF.
 Resolución: 1 ºC o 1 ºF.
 Alimentación: 1 pila de 9 V.
 Retención de Lectura HOLD.
6
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
3.3 VARIAC
Un autotransformador o variac es una máquina eléctrica, de construcción y
características similares a las de un transformador, pero que a diferencia de éste,
sólo posee un único devanado alrededor del núcleo. Dicho devanado debe tener al
menos tres puntos de conexión eléctrica, llamados tomas. La fuente de tensión y
la carga se conectan a dos de las tomas, mientras que una toma (la del extremo
del devanado) es una conexión común a ambos circuitos eléctricos (fuente y
carga). Cada toma corresponde a un voltaje diferente de la fuente (o de la carga,
dependiendo del caso) 1.
En esta oportunidad se utiliza un variac con las siguientes características
(ver tabla 1).
Tabla 1: Atributos físicos del variac utilizado en esta experiencia.
1
Marca:
General radio.
Hecho en:
USA.
Entrada:
220 - 240 V
Frecuencia:
50 – 60 c/s
Protección:
Fusible (4A – 250 V)
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Autotransformador
7
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
3.4 MULTÍMETRO DIGITAL:
El multímetro electrónico (o polímetro electrónico) es un instrumento en que
la magnitud a medir se somete a algún grado de procesamiento mediante circuitos
electrónicos, antes de ser entregada al transductor final, cuya respuesta puede
ser, por ejemplo, el desplazamiento angular de una aguja indicadora sobre la
escala graduada (presentación analógica), o el despliegue numérico en una
pantalla (presentación digital ). Están diseñados para medir variables eléctricas
tales como: voltaje, corriente de cc y ca, resistencia, capacidad, inductancia; y, se
ofrecen además, con accesorios para medir variables no eléctricas como
temperatura, presión, luminosidad, etc [1]. Para conocer este instrumento véase la
fig 3.
Fig.3 : Multimetro digital
8
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
3.5 VATIMETRO
La potencia consumida por cualquiera de las partes de un circuito se mide
con un vatímetro, un instrumento parecido al electrodinamómetro. El vatímetro
tiene su bobina fija dispuesta de forma que toda la corriente del circuito la
atraviese, mientras que la bobina móvil se conecta en serie con una resistencia
grande y sólo deja pasar una parte proporcional del voltaje de la fuente. La
inclinación resultante de la bobina móvil depende tanto de la corriente como del
voltaje y puede calibrarse directamente en vatios, ya que la potencia es el
producto del voltaje y la corriente.
El vatímetro es un instrumento utilizado en la medición de potencia activa,
que se basa en la interacción entre corrientes que circulan por bobinas dispuestas
convenientemente. Es posible la medición de potencia de señales de cualquier
tipo (forma de onda), dado que la deflexión o respuesta del instrumento es
proporcional a la potencia activa desarrollada.
Fig.4: Vatímetro analógico
9
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
3.6
FLUKE 43
El Fluke 43 es el único instrumento que combina las funciones de un
Analizador de calidad de la energía eléctrica, un osciloscopio de 20 MHz, un
multímetro y un registrador de datos en una única herramienta.
Puesto que su rango de frecuencia fundamental se extiende de 10 a
400 Hz, resulta ideal también para aplicaciones aeronáuticas, navales y
ferroviarias. Este instrumento costa de:
1. Analizador de calidad de la energía eléctrica

Medida de energía (W, VA, VAR) y factor de potencia (PF, DPF)

Energía y factor de potencia en cargas trifásicas equilibradas

Armónicos de tensión, corriente y potencia hasta el orden 51º.

Medida de fluctuaciones ciclo a ciclo durante un máximo de 24 horas

Captura automáticamente hasta 40 transitorios en tan sólo 40 ns

Mide corriente de arranque de motores. Medida con cursores

Cubre un rango de frecuencia amplio (10 a 400 Hz)
2. Modo Osciloscopio

Osciloscopio de doble canal

Ancho de banda de hasta 20 MHz con Sonda de tensión VPS40 GRATIS
(incluida solamente con Fluke 43B)

Disparo automático "Connect-and-View" para obtener una visualización de
formas de onda instantánea y estable

Cursores en pantalla para análisis de la señal
10
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
3. Modo Multímetro

Mide resistencia, continuidad, capacidad y comprueba diodos

Mide temperatura con sondas de temperatura opcionales (Termómetro por
infrarrojos Fluke 61 incluido solamente con Fluke 43B)
4. Modo Registrador

Registra hasta 2 parámetros durante un período de hasta 16 días

Pueden registrarse todos los parámetros medidos, incluso V/A/Hz, todos los
aspectos de energía y armónicos y todas las medidas de osciloscopio

Almacena hasta 4000 eventos de tensión con el VR101S (Kit Fluke 43B)
Facilidad de uso

Entre inmediatamente en el interior del sistema eléctrico con sólo pulsar un
botón para seleccionar los modos de calidad de la energía eléctrica más
utilizados.

Con sólo seleccionar
la aplicación del menú, ésta se configura
automáticamente

20 memorias para almacenar pantallas y datos
Aspectos generales

Calcula la potencia trifásica en cargas equilibradas a partir de una medición
monofásica

Mide los armónicos de potencia y captura fluctuaciones de tensión,
transitorios y corrientes de entrada

Las funciones de supervisión ayudan a realizar seguimientos de problemas
intermitentes y del rendimiento del sistema eléctrico

Los menús utilizan terminología eléctrica común

Se puede cambiar entre los modos de calidad de alimentación más
utilizados con sólo pulsar una tecla
11
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.

Registra dos parámetros seleccionables durante un período de hasta 16
días

20 memorias de mediciones para guardar y recuperar pantallas y datos con
lecturas del cursor

El software de FlukeView puede registrar armónicos y otras lecturas a lo
largo del tiempo

El software de FlukeView proporciona un perfil completo de los armónicos
hasta el 51º

Mide la resistencia, la caída de tensión de diodos, la continuidad y la
capacitancia

Batería de NIMH que aumenta el tiempo de funcionamiento a 6,5 horas

Paquete completo con sondas de tensión y pinza amperimétrica de 400 A,
software FlukeView y cable de comunicación aislado ópticamente
La siguiente imagen muestra el FLUKE 43
Fig.5:Fluke 43
12
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
3.7
AMPERIMETRO DE TENAZAS
Este amperímetro de tenaza se ha desarrollado para detectar de forma
indirecta
corriente
AC/DC
y
frecuencia. Las
dimensiones
reducidas
del
amperímetro de tenaza permiten trabajar en lugares de difícil acceso. La pantalla
iluminada del amperímetro de tenaza garantiza una buena lectura incluso en
lugares oscuros, como armarios eléctricos y canalizaciones para cables. La
comprobación sin contacto de tensión le ayuda no sólo para detectar potenciales
peligrosos, sino que también le es una herramienta útil para detectar la posición
aproximada del corte de cable.
Fig.6:Amperimetro analógico
13
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
4
REGISTRO
DE
MEDICIONES
OBTENIDAS
EN
LA
EXPERIENCIA
4.4
MEDICIÓN DE TEMPERATURA AL COMIENZO DE LA EXPERIENCIA
Tabla Nº2: Medición de temperatura al comienzo de la experiencia.
Temperatura inicial ( t 1 )
25.5°C
4.5
MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA:
Se procede a medir la resistencia de los enrollados utilizando para ello un
multímetro digital para verificar las resistencias de los enrollados correspondientes
al primario y secundario del transformador monofásico. Se considera como
enrollado primario lado de baja tensión y como enrollado secundario el lado de alta
tensión.
Tabla Nº3: Medición de Resistencias.
ENROLLADO
PRIMARIO
SECUNDARIO
SECUNDARIO
4.6
RESISTENCIA VOLTAJE
[Ω]
[V]
0.8
220
0.7
110
0.8
110
PRUEBA EN VACÍO:
En esta prueba se procedió a aplicar una tensión a través de los enrollados
de baja tensión, dejando el enrollado de alta tensión en circuito abierto. Las figuras
Nº7 y Nº8 muestran esquemáticamente las conexiones realizadas en el
laboratorio.
14
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
Fig.7: Conexión esquemática para prueba en vacío.
W
Fig.8: Diagrama eléctrico de la prueba en vacío.
A continuación se procede a regular el Variac desde un 50% hasta un 120%
de la tensión nominal del enrollado de baja tensión, con una frecuencia de 50 [Hz]
registrándose los siguientes datos:
15
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
Tabla nº4: valores obtenidos de la prueba en vacio
Δ DE TENSION
APLICADA EN:
TENSION APLICADA
EN LADO DE BT
[V]
CORRIENTE
[A]
POTENCIA
[W]
TENSION INDUCIDA
EN ENROLLADO AT [V]
4.7
50% 70% 100% 101.8%
110.8 155.3 221.5 224
0.166 0.245 0.403
10
15
30
57.6
81 115.5
0.411
32.5
116.9
PRUEBA EN CORTOCIRCUITO:
En esta prueba se aplico una tensión en el enrollado de alta tensión
dejando el enrollado de baja tensión en cortocircuito, tal como se aprecia en la
figura nº9.
Luego se procede a variar la tensión aplicada al enrollado de alta tensión de
manera que esta valla desde un 15% a un 100% de la corriente nominal de este
enrollado, la cual es de 9.1 [A].
Fig.9: Conexión esquemática realizada para la prueba en cortocircuito.
16
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
Fig.10:Diagrama eléctrico para la prueba en corto circuito.
A continuación se regula el Variac, de manera tal, que la corriente que
circula a través del enrollado de alta tensión varie desde un 15% hasta un 100%
de su valor nominal. A partir de este procedimiento se registran los datos
mostrados en la tabla n°5.
Tabla n°5: Valores obtenidos de la prueba de corto circuito
Δ DE CORRIENTE NOMINAL
EN:
15% 100%
TENSION APLICADA
[V] 1.28 8.86
CORRIENTE EN AT
[A] 0.67 4.57
POTENCIA EN AT
W] 0.5
35
4.8
COMPORTAMIENTO BAJO CARGA:
Se confeccionó el circuito mostrado en la figura nº11 y se procedió a ajustar
la tensión en el valor nominal del lado de alta tensión, correspondiente por tanto al
lado primario, y se aplicó carga en el lado de baja tensión, secundario, con factor
de potencia unitario en tramos de 0, ¼, ½, ¾, 1 y 5/4 de la carga nominal,
midiéndose los datos requeridos para completar la tabla nº6.
17
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
Fig.11: Conexión esquemática para la prueba de comportamiento bajo carga.
Tabla nº6: comportamiento del transformador monofásico bajo carga
TRAMOS DE CORRIENTE NOMINAL
MEDICION [A]
TENSION PRIMARIO [V]
TENSION SECUNDARIO [V]
CORRIENTE PRIMARIO [A]
CORRIENTE SECUNDARIO [A]
POTENCIA PRIMARIO [W]
POTENCIA SECUNDARIO [W]
FACTOR POTENCIA PRIM
FACTOR POTENCIA SECUN
0
¼
½
¾
1
⁵⁄₄
0
2.275
4.55
6.825
9.1
11.375
220.5
220.1 220.7 220.9 220.1
219.8
102.1
103.5
112
111
110.9
108.8
0.402
1.33
2.54
3.69
4.92
5.96
0.08mA
2.21
4.58
6.8
9.17
11.4
30
280
550
810
1090
1290
0
0.15
0.33
0.49
0.66
0.79
0.431
0.79
0.934 0.972
0.98
0.99
-0.45
1
1
1
1
1
18
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
Medición de Temperatura al final de la Experiencia
Tabla nº7: Medición de Temperatura al final de la experiencia.
Temperatura Final ( t 2 )
28.1°C
5
5.4
RESPUESTAS A LA GUIA DE LA EXPERIENCIA
A PARTIR DE LOS DATOS DE LA PRUEBA EN VACÍO, DIBUJE LAS
CURVAS:
a) I0=I0(V0)
b) W0=W0(V0)
c) a=a(V0) donde a=V1/V2
Grafico Nº1: Voltaje en vacio v/s Corriente en vacio
Grafico Nº2: Potencia en vacio v/s Voltaje en vacio
19
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
Gráfico Nº3: Razón de transformación v/s voltaje en vacío.
5.5
CON LOS VALORES NOMINALES DE LA PRUEBA EN VACÍO,
CALCULE LOS PARÁMETROS DE EXCITACIÓN DEL
TRANSFORMADOR G C Y BM.
Se obtiene el parámetro gc (conductancia de flujo nominal) mediante la
ecuación (1):
gc 
Po
Vo 2
(1)
Donde (valores de que se obtiene de la prueba en vacío, correspondiente
al 100% de la tensión nominal):
Vo= 221.5 [V]
Io = 0.403 [A]
Po= 30 [W]
Por lo tanto el valor nominal de la conductancia del flujo nominal (g c) se
representa en la ecuación (2):
gc 
Po
30

 0,000611 mho
2
Vo
(221,5)2
(2)
20
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
Ahora se usa la ecuación (3) para el cálculo de la reactancia del núcleo
(bm):
bm 
5.6
Io
0,403

 0,00181 mho
Vo
221,5
(3)
A PARTIR DE LOS DATOS DE LA MEDICIÓN DE RESISTENCIA,
CALCULAR
EL
VALOR
DE
RESISTENCIA
EQUIVALENTE
EN
CORRIENTE CONTINUA DEL TRANSFORMADOR, REFERIDA A LA
TEMPERATURA PROMEDIO
ENTRE LA TEMPERATURA MEDIDA
ANTES DE LAS PRUEBAS Y DESPUÉS DE LAS PRUEBAS Y A LA
TEMPERATURA DE 75ºC.
La ecuación (4) representa la temperatura promedio:
Tprom =
Ti + Tf 25,5 + 28,1
=
= 26,8 º C
2
2
(4)
La resistencia equivalente en corriente continua del transformador se
obtiene por medio de la ecuación (5):
a=
221,5
 1,9177
115,5
Req (dc) = R1 + a2  R2
= 0,8 +(1,9177 2 )  0,7
 Req (dc) = 2,14 Ω
(5)
21
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
La resistencia Req(dc) es la resistencia equivalente en corriente continua
del transformador referida a temperatura 75ºC.
Ahora la ecuación (6) representa la resistencia equivalente en corriente
continua del transformador referida a la temperatura promedio 26,8ºC.
Req (dc)25ºC = Req (dc) 
234,5 + 75º
234,5 + tº
309.5
234,5 + 26,8º
 Req (dc)25º = 2,535 Ω
= 2,14 
5.7
(6)
PARA LOS MISMOS VALORES DE CORRIENTE DE LA PRUEBA EN
CORTOCIRCUITO, CALCULE LAS PÉRDIDAS EN LA RESISTENCIA
EQUIVALENTE REQ MEDIDA EN CORRIENTE CONTINUA REQ(DC)ICC2
La tabla 8 muestra perdidas en la resistencia equivalente medida en
corriente continua.
Tabla 8: Muestra las pérdidas en la resistencia
Equivalente en corriente continúa.
Icc
Vcc
Req = Vcc/Icc
Req(DC)Icc2
0.67
1.28
1.91
0.8576
4.57
8.86
1.93
40.49
22
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
5.8
A PARTIR DE LOS DATOS DE LA PRUEBA CORTOCIRCUITO,
DIBUJAR LAS CURVAS:
a) Vcc=Vcc(Icc)
b) Wcc=Wcc(Icc)
c) Req(dc)Icc2 en función de I cc
Grafico Nº 4: Voltaje en cc v/s Corriente en cc
Grafico Nº5: Potencia en cc v/s Corriente en cc
23
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
Grafico Nº6: Req(dc)Icc v/s corriente en cc
5.9
CON
LOS
VALORES
NOMINALES
DE
LA
PRUEBA
EN
CORTOCIRCUITO. CALCULE LOS VALORES DE:
a) Resistencia equivalente, referida a 75ºC
b) Reactancia equivalente
c) Impedancia equivalente
d) R1 y R2
e) X1 y X2
a) Resistencia equivalente referida a 75ºC:
La ecuación (7) muestra la resistencia equivalente (Req )
Req =
Pcc
35
=
= 1,675 Ω
2
Icc
4,372
(7)
La ecuacion (8) muestra la resistencia equivalente a temperatura 26,8º.
Req/75 =
234,5  75
234,5  75
 Req =
 1,675 = 1,983 Ω
234,5  t º
234,5  26,8
(8)
24
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
b) La reactancia equivalente se obtiene por medio de la ecuación (9):
Xeq = Zeq2 -Req2 = 1,9382 -1,6752 = 0,974 Ω
(9)
c) La impedancia equivalente se obtiene por medio de la ecuación (10):
Zeq =
Vcc 8,86
=
= 1,938 Ω
Icc
4,57
(10)
d) Para él calculo de R1 y R2 se tiene la ecuación (11) , (12) y (13):
Req/75 =
234,5 75
234,5 75
 R eq =
1,675 =1,983 Ω
234,5  tº
234,5 26,8
P
35
Req = cc2 =
= 1,675 Ω
Icc
4,372
Req
1,675
factor =
=
= 0,66
Req (dc ) 2,535
(11)
(12)
(13)
La ecuación (14) representa la resistencia R 1:
R1 = Req (dc)  factor =1,938  0,66 =1,279 
(14)
La ecuación (15) representa la resistencia R 2:
R1 = Req  factor = 2,535  0,66 =1,673 
(15)
e) Para el calculo de X1 y X2 se tiene la ecuación (16):
Xeq = X1 +a2 × X2
Donde X1 = a2 * X2
Luego por medio de la ecuación (17) se calcula X1:
(16)
25
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
X1 =
X eq
2

1,675
 0,8375 
2
(17)
Entonces se obtiene el valor de X2 por medio de la ecuación (18):
X1
0,8375

 0,227 
2
a
(1,9177)2
X2 =
5.10
(18)
EXPRESAR LOS VALORES DE LOS PARÁMETROS DEL CIRCUITO
EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR EN TANTO POR CIENTO Y EN
TANTO POR UNO. USE COMO BASE:
a)
La base propia
b)
Base 10 KVA
a) Base propia:

Lado alta tensión:
Vb = 221,5 [V]
Pb = 1000 [VA]
Donde:
Ib =
1000
 4,514 A
221,5
Zb =
221,5
 49,06 
4,514
De la prueba de corto circuito se tiene la ecuación (19) y (20)
Req (%) =
X eq (%) =
Req
Zb
X eq
Zb

1,675
 3,41 %
49,06
(19)
0,974
 0,0198 %
49,06
(20)

26
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.

Baja tensión:
Ib =
1000
 4,52 A
221,5
Yb =
Ib
4,52

 0.0204 
Vb 221,5
De la prueba en vacío se tiene la ecuación (21) y (22):
gcb (%) =
bm (%) =
gcbeq
Yb

0.000611
 0,029  2,9 %
0.0204
(21)
bm
0.0017

 0,0833  8,3 %
Yb
0.0204
(22)
b) Base de 10 [KVA]:
Para el caso de la base de 10 KVA se definen los siguientes:
Tabla nº9: Parámetros para la base de 10 KVA.
Devanado
Vb [v]
Pb [VA]
Ib [A]
Zb []
Y b [mho]
Alta tensión
221.5
10000
4.52
4.901
0.204
Baja tensión
221.5
10000
4.52
4.901
0.204
Req (%) =
Req
Zb

1,675
 3,41 %
49,06
27
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
X eq (%) =
X eq
Zb

0,974
 0,0198 %
49,06
De los valores en vacío se tiene:
5.11
USANDO LOS VALORES DE REQ Y XEQ EN TANTO POR UNO, BASE
PROPIA,
CALCULAR
LA
REGULACIÓN
DE
TENSIÓN
DEL
TRANSFORMADOR PARA UNA CARGA IGUAL AL 25%, 50% Y 100% DE
LA NOMINAL, CON UN FACTOR DE POTENCIA 1.
La regulación de tensión se define como:
Reg % 
V0  V 2
V2
Donde:
V2 = 221.5 [v]
V0 = Tensión en el secundario en circuito abierto
28
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
Para un factor de potencia unitario:
Reg % 
I  R eq  cos  I  X eq  sen
V2
Donde:
V2 = 221.5 [v]
I = 9.1 [A]
Tabla nº10: Regulación de tensión para los distintos valores de carga.
5.12
2.275
Req base propia
[]
0.34
Xeq base propia
[]
0.176
50
4.55
0.34
0.176
0.69%
100
9.1
0.34
0.176
1.39%
Carga (%)
I [A]
25
Regulación (%)
0.35%
USANDO LOS VALORES NOMINALES DE POTENCIA APARENTE,
PERDIDAS EN VACÍO (W0) Y PERDIDAS EN CORTO CIRCUITO (WCC).
CALCULAREMOS EL RENDIMIENTO PARA UNA CARGA IGUAL A 25%,
50% Y 100% DE LA NOMINAL, CON UN FACTOR DE POTENCIA 1.
P [VA] = 1000 [VA]
P0 = 30[W]
Wcc = 35 [W]
La fórmula de rendimiento es la siguiente:
η%
Psal  f p
Psal  f p  P0  (% carga) 2  wcc
 100
29
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
Como se utilizaron sólo cargas resistivas, se obtuvieron los siguientes
valores:
Tabla nº11: Rendimiento del transformador aplicándole
carga con factor de potencia unitario.
Carga (%)
P0 [W]
Wcc [W]
Carga2 tanto
por uno
Psalida [VA]
Rendimiento
(%)
25
50
100
5.13
CALCULAR LA CARGA PARA LA CUAL EL RENDIMIENTO DEL
TRANSFORMADOR ES MÁXIMO:
El rendimiento máximo se alcanza cuando la potencia en vacío es igual a
las pérdidas en el cobre:
P0 = Req * I22
Despejando I2 queda:
Por tanto el máximo rendimiento se obtiene cuando la carga alcanza el
valor de:
30
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
5.14
TABULAR LOS VALORES MEDIDOS Y CON ELLOS, CALCULAR LA
REGULACIÓN
DIFERENTES
DE
TENSIÓN
CARGAS
Y
EL
RENDIMIENTO
CONSIDERADAS
EN
PARA
EL
LAS
PUNTO
EXPERIMENTAL Nº4:
% Re gulación 
η
V primario en vacio  a Vsec undario enc arg a
V primario en vacio
100
Potencia S alida
100
Potencia E ntrada
Tabla nº12: Regulación y rendimiento del transformador
para las distintas cargas.
N° de
medidas
1
2
3
4
5
5.15
Carga
V0 [v]
Vs [v]
a
Ps [w]
0
0.25
0.5
0.75
1
221.5
221.5
221.5
221.5
221.5
220.5
220.1
220.7
220.9
220.1
1.917
1.917
1.917
1.917
1.917
0
0.15
0.33
0.49
0.66
Pe [w]
%Reg
%
-2.66
-2.64
-2.66
-2.67
-2.64
0
USANDO LOS VALORES DEL CIRCUITO EQUIVALENTE, MEDIDOS
ANTERIORMENTE, CALCULAR PARA LAS MISMAS CARGAS DEL
PUNTO 4
a) Rendimiento
b) Regulación de Tensión
El rendimiento se define como:
% 
potencia de salida
·100%
potencia de entrada
31
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
Luego se tiene
% 
V2 n ·I 2 ·cos
V2 n ·I 2 ·cos  Req 2 ·I 2  P0
2
·100%
Se calcula el Req 2 mediante la siguiente formula:
Req 2 = R1 + a2 * R2
Con:
R1= 1.081 [Ω]
R2 = 1.66 [Ω]
a = 1.917
2
Req 2 = 1.081 + (1.917) * 1.66
Req 2 = 7.18 [Ω]
Tabla nº13: Regulación y rendimiento del transformador para las distintas cargas
con los valores del circuito equivalente.
N° de
medidas
1
2
%
I2 [A]
cos
Req 2 [Ω]
V0 [v]
220.5
220.1
0
2.275
0.431
0.79
7.18
7.18
221.5
221.5
-7.62
-5.74
0.5
0.75
220.7
220.9
4.55
0.825
0.934
0.972
7.18
7.18
221.5
221.5
-4.49
-3.08
1
1.25
220.1
219.8
9.1
11.375
0.98
0.99
7.18
7.18
221.5
221.5
-2.77
-1.21
Carga
Vs [v]
0
0.25
3
4
5
6
P [w]
Reg %
32
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
6
MEDIDAS DE SEGURIDAD Y PRECAUCIONES
 Tener cuidado con las conexiónes del instrumental revisando la correcta
conexión de polaridad ya que por ser análogos no tiene protección contra la carga
inversa.
 Tener precaución en la desconexión de los dispositivos de la red eléctrica al
momento de realizar las modificaciones de cada tipo de prueba.
 No utilizar la máxima capacidad del Variac para así poder regular el voltaje en
caso de modificación por la carga del voltaje primario.
Para evitar descargas eléctricas o el peligro de incendio si una entrada del
común del Fluke 43 es conectada a una tensión de pico superior a 42 V
(30 V rms), haga lo siguiente:
 Utilice sólo los cables de prueba y los adaptadores de cables de prueba
incluidos con el Fluke 43.
 No utilice conectores de clavija banana que presenten superficies metálicas al
descubierto
 Utilice una sola conexión común al Fluke 43.
 Retire todos los cables de prueba que no se estén utilizando.
 La tensión de entrada máxima admisible es de 600 V. Utilice adaptadores con
una tensión de 600 V o más.
 Al conectar el Fluke 43, conecte primero el adaptador de red al enchufe antes
de conectarlo al Fluke 43.
 No inserte objetos metálicos en el conector de adaptador de red del Fluke 43.
33
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
7
DISCUSIONES
 En el grafico nº1 se observa que la relación entre la corriente en vacío y el
voltaje en vacío tiene un comportamiento de forma exponencial. Teóricamente
esta curva debe ser lineal, ya que, la corriente en vacío es proporcional al
voltaje en vacío, dado por la Ley de Ohm en la rama de excitación.
 La potencia en vacío en función del voltaje en vacío tiene un comportamiento de
forma exponencial. Teóricamente la potencia es proporcional al voltaje
(Po=Vo*Io) por lo que el comportamiento de la curva debe ser lineal.
 La relación de vueltas tiene un comportamiento constante al aumentar el voltaje
en vacío. Esto se debe a que el parámetro es fijo del transformador. La relación
de vueltas es de aproximadamente 1,9177.
 Según la ecuación (2) y (3), los valores de los parámetros son relativamente
altos para que produzcan pequeñas perdidas ya sea por corrientes parasitas o
por histéresis.
 Analizando las ecuaciones (5) y (6), se observa que la resistencia equivalente
aumenta cuando disminuye la temperatura de 75ºc a 25ºC.
 Los valores calculados teóricamente tienen una diferencia con los de la
experiencia bastante aceptable lo cual significa que de alguna u otra forma de
trabajo los valores mostrados no carecerán de verosimilitud, pero es mejor para
nosotros el trabajo investigativo y experimental, esto no significa que la teoría
carece de interés para los futuros ingenieros que se introducen al tema.
34
LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
EXPERIENCIA Nº 1. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. DETERMINACIÓN
DE PARÁMETROS Y SU COMPORTAMIENTO BAJO CARGA.
8
CONCLUSIÓN
La prueba en vacío muestra el comportamiento de la corriente en vacío y
la potencia en vacío en función del voltaje en vacío, en donde se debe considerar
que para voltajes mayores al 100% estos parámetros presentan un mayor
aumento en comparación a voltajes menores al 100%.
En el transformador que se utiliza en esta experiencia presenta pequeñas
pérdidas como se refleja en los parámetros de la rama de excitación.
La mediciones de las resistencia de las espiras del transformador
obtenidas en las pruebas y resultan concordante con la maximización ya que al
ser pequeña tendrá poca disipación y por tanto menos perdidas.
Se concluye que el voltaje crece en forma lineal a medida que se aumenta
la corriente hasta llegar a un punto en que se mantiene casi constante a pesar de
los aumentos de corriente.
Se concluye que la potencia crece de manera proporcional al aumento de
la corriente, es decir, existe una relación lineal entre una y otra.
9
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] E.F. Staff del M.I.T “Circuitos Magneticos y Transformadores.
[2] Stephen Chapman., “Maquinas Electricas”, McGraw – Hill.
[3] http://www.fluke.com