UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 PAGINA: 1 ENCABEZAMIENTO NOMBRE DE LA LABORATORIO DE MÁQUINA ELECTRICAS 1 ASIGNATURA: 212H9 CÓDIGO: SEMESTRE: 2022-1 2 HORAS INTENSIDAD HORARIO: 7:30 PM A 9:30 PM MIERCOLES SEMANALES HORARIA: ING. CARLOS ARTURO SUAREZ LANDAZABAL DOCENTE: CORREO: [email protected] CELULAR: 300-8054264 INTEGRANTES FECHA DE LA PRACTICA: 09/03/2022 PRÁCTICA NOMBRE DE LA PRACTICA: Perdidas en el hierro, ensayo en vacío No. NOMBRE Y APELLIDO IDENTIFICACIÓN 1 Sebastián Barros 2 Daniela Otero 3 Andrés Polo 4 Jefferson Vesga 1001939304 1. MARCO TEÓRICO Introducción En toda máquina, equipo o proceso siempre se presentan unas pérdidas. En los transformadores por tratarse de una máquina estática, no existen pérdidas de potencia de origen mecánico y estas pérdidas se reducen solo a las del hierro del circuito magnético y a las del cobre de los bobinados. Fig. 1. El ensayo de vacío de un transformador se puede realizar indistintamente aplicando la tensión en el lado de alta o en el lado de baja tensión. En cualquiera de los dos casos, las pérdidas medidas durante el ensayo deben ser equivalentes. De hecho, es frecuente realizar el ensayo de vacío por el lado de baja tensión, ya que la tensión necesaria en ese caso es menor y la corriente de vacío no es elevada. Una vez realizada la conexión de todos los equipos, se comprobará que el secundario no tenga carga alguna conectada. Rendimiento de un transformador UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 PAGINA: 2 El rendimiento de un transformador es variable y depende varios factores: Del valor de la potencia que está suministrando De la forma del transformador y De la calidad de los materiales con los que fue construido (núcleo y bobinados). Para determinar el rendimiento de un transformador, se alimenta el bobinado primario con el voltaje nominal, se coloca la carga nominal en el bobinado secundario y se miden la potencia de entrada Pa (potencia absorbida por el transformador) y la potencia de salida Pu (potencia útil). Marco teórico A. ¿Que son las maquinas eléctricas? Las maquinas eléctricas son el resultado de una aplicación inteligente de los principios del electromagnetismo y en particular de la ley de inducción de Faraday, se caracterizan por tener circuitos eléctricos y magnéticos entrelazados. Durante todo el proceso histórico de su desarrollo desempeñaron un papel rector, que determinaba el movimiento de toda la ingeniería eléctrica, merced a su aplicación en los campos de la generación, transporte, distribución y utilización de la energía eléctrica. Las máquinas eléctricas realizan una conversión de energía de una forma a otra, una de las cuales, al menos, es eléctrica [1]. En base a este punto de vista, estrictamente energético, es posible clasificarlas en tres tipos fundamentales: a) Generador: Que transforma la energía mecánica en eléctrica. La acción se desarrolla por el movimiento de una bobina en un campo magnético, resultando una f.e.m. Inducida que al aplicarla a un circuito externo produce una corriente que interacciona con el campo y desarrolla una fuerza mecánica que se opone al movimiento. En consecuencia, el generador necesita una energía mecánica de entrada para producir la energía eléctrica correspondiente[1]. b) Motor: Que transforma la energía eléctrica en mecánica. La acción se desarrolla introduciendo una corriente en la máquina por medio de una fuente externa, que interacciona con el campo produciendo un movimiento de la máquina; aparece entonces una f.e.m. Inducida que se opone a la corriente y que por ello se denomina fuerza contraelectromotriz. En consecuencia, el motor necesita una energía eléctrica de entrada para producir la energía mecánica correspondiente [1]. c) Transformador: Que transforma una energía eléctrica de entrada (de CA.) con determinadas magnitudes de tensión y corriente en otra energía eléctrica de salida (de CA.) con magnitudes diferentes [1]. B. ¿Qué es un transformador? El transformador es una máquina eléctrica estática, destinada a funcionar con corriente alterna, constituida por dos arrollamientos, primario y secundario (y quizás un tercero), que permite transformar la energía eléctrica, con unas magnitudes V-I determinadas, a otras con valores en general diferentes. La importancia de los transformadores se debe, a que gracias a ellos ha sido UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 PAGINA: 3 posible el enorme desarrollo de la industria eléctrica, al haberse logrado la realización práctica y económica del transporte de energía eléctrica a grandes distancias [1]. C. Principales componentes de un transformador El transformador consta de las siguientes partes principales: a) núcleo, b) devanado, c) sistema de refrigeración y d) aisladores pasantes de salida. a) Núcleo: Se denomina núcleo del transformador el sistema que forma su circuito magnético, que está constituido por chapas de acero al silicio, modernamente laminadas en frío (grano orientado), que han sido sometidas a un tratamiento químico especial denominado comercialmente carlita, que las recubre de una capa aislante muy delgada (0,01 mm), lo que reduce considerablemente las pérdidas en el hierro [1]. b) Devanados: Constituyen el circuito eléctrico del transformador; se realizan por medio de conductores de cobre, en forma de hilos redondos (para diámetros inferiores a 4 mm) o de sección rectangular (pletinas de cobre) cuando se requieren secciones mayores. Los conductores están recubiertos por una capa aislante, que suele ser de barniz en los pequeños transformadores y que en el caso de pletinas está formada por una o varias capas de fibra de algodón o cinta de papel. Según sea la disposición relativa entre los arrollamientos de A.T. y B.T., los devanados pueden ser concéntricos o alternados [1], [2]. El devanado del transformador que se conecta a la fuente de potencia se llama devanado primario o devanado de entrada, y el devanado que se conecta a la carga se llama devanado secundario o devanado de salida. Si hay un tercer devanado en el transformador, se llama devanado terciario [2]. c) Sistemas de refrigeración: En un transformador, como en cualquier otro tipo de máquina eléctrica, existen una serie de pérdidas que se transforman en calor y que contribuyen al calentamiento de la máquina. Para evitar que se consigan altas temperaturas que puedan afectar la vida de los aislamientos de los devanados es preciso dotar al transformador de un sistema de refrigeración adecuado. Para potencias pequeñas, la superficie externa de la máquina es suficiente para lograr la evacuación de calor necesaria, lo que da lugar a los llamados transformadores en seco. Para potencias elevadas se emplea como medio refrigerante el aceite, resultando los transformadores en baño de aceite. El aceite tiene una doble misión de refrigerante y aislante, ya que posee una capacidad térmica y una rigidez dieléctrica superior a la del aire [1]. d) Aisladores pasantes y otros elementos: Los bornes de los transformadores de media tensión se llevan al exterior de la cuba mediante unos aisladores pasantes (pasa tapas) de porcelana, rellenos de aire o aceite. Cuando se utilizan altas tensiones aparece un fuerte campo eléctrico entre el conductor terminal y el borde del orificio en la tapa superior de la cuba, y para evitar la perforación del aislador, éste se realiza con una serie de cilindros que rodean la borna metálica dentro del espacio cerrado que contiene el aceite. Otro elemento que suelen llevar los transformadores de gran potencia es el llamado relé de gas o relé Buchholz (véase Fig. 3.), que protege a la máquina de sobrecargas peligrosas, fallos de aislamiento, etc. Este relé se coloca en el tubo que une la cuba principal con el depósito de expansión, y funciona por el movimiento del vapor de aceite producido por un calentamiento UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 PAGINA: 4 anómalo del transformador que hace bascular un sistema de dos flotadores: el primero (núm. 1 de la Fig. 3) es sensible a las sobrecargas ligeras, y al descender de la posición mostrada en la figura provoca la activación de una alarma acústica; el segundo (núm. 2 de la Fig. 3) es sensible a las sobrecargas elevadas, que dan lugar a una formación tumultuosa de gas en la cuba principal, que al empujar al flotador provoca el cierre del circuito de unos relés que controlan el disparo de unos disyuntores de entrada y salida del transformador [1]. Fig. 2. Relé Buchholz y esquema eléctrico de protección [1]. D. Pérdidas en un transformador Ninguna máquina eléctrica es ideal, es decir siempre tienen algún tipo de perdida al realizar un trabajo, siendo estas estáticas o dinámicas En el caso del transformador estas pérdidas son estáticas. Se dividen en dos grandes grupos: 1) Magnéticas -Por ciclos de histéresis -Por corrientes parásitas (corrientes de Foucault) (pérdidas en el hierro) 2) eléctricas -Por resistencia. -Reactancia de dispersión Pérdidas eléctricas o pérdidas en el cobre. Se deben a determinadas características de los embobinados: 1) el material tiene una resistividad mayor que cero. 2) debe existir una separación entre las espiras. Pérdidas en el hierro (Ph): La potencia pérdida en el hierro del circuito magnético de un transformador puede ser medida utilizando la prueba en vacío del mismo equipo. De esta forma la potencia que consume el transformador al alimentarlo “en vacío” se convierte en el consumo propio del mismo, siendo identificada como pérdidas, ya que esta potencia no es entregada UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 PAGINA: 5 a la carga que se instala al transformador en referencia y la potencia absorbida en ese momento se le conocen como las pérdidas en el hierro. Por consiguiente, se puede afirmar que el total de la potencia absorbida por un transformador funcionando al vacío aplicando un voltaje nominal, representa el valor de la potencia pérdida en el hierro del circuito magnético. Dichas pérdidas son causadas por el fenómeno de histéresis y por las corrientes de Foucault, las cuales dependen del voltaje de la red, de la frecuencia y de la inductancia a que está sometido el circuito magnético, permaneciendo esta potencia pérdida en el núcleo constante, ya sea en vacío o con carga. Fig. 3 Adición de las perdidas eléctricas al transformador ideal [3]. 2. 2. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA. Identificar y medir las perdidas o consumo propio que tiene un transformador en su circuito magnético, relacionando este valor con la capacidad del mismo. 3. EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS. Dentro de los equipos y materiales dentro de la práctica fueron utilizados: Un multímetro digital Medidor de corriente Transformador monofásico Módulo de alimentación Cables de conexión UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 Fig. 4. Transformador Fig. 5. Datasheet transformador DL1080 [4]. PAGINA: 6 UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 Fig. 6. Datasheet módulo de alimentación DL1013M3 [5]. PAGINA: 7 UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 Fig. 7. Multímetro digita y pinza medidora de corriente Fig. 8. Datasheet de multímetro digita fluke 179 [6]. PAGINA: 8 UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 Fig. 9.1. Datasheet, Pinza medidora de corriente [7]. PAGINA: 9 UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 Fig. 9.2. Datasheet, Pinza medidora de corriente [7]. PAGINA: 10 UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 PAGINA: 11 Fig. 9.3. Datasheet, Pinza medidora de corriente [7]. Fig. 10. Cables de conexión [8]. Descripción: Extensión fabricada en cable polarizado encauchado de alta resistencia con terminales de Banana macho-Caimán, indispensable para realizar conexiones en circuitos eléctricos. También sirven de puntas para el multímetro. Color Rojo y Negro UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 PAGINA: 12 4. PROCEDIMIENTO DETALLADO - ESQUEMA DE CONEXIONES REALIZADAS Fig.11. Único montaje realizado. UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 5. 5. PAGINA: 13 DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS OBTENIDOS EN LA PRÁCTICA Fig. 12. Tabla de potencias. Fig. 13. Segunda tabla de potencias. Los datos medidos con el Vatímetro, debido al rango de trabajo de la herramienta, se deben dividir entre 20, esto debido a que se necesitó realizar 20 vueltas del conductor para amplificar la corriente y se visualizará en la herramienta. UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 PAGINA: 14 6. ESTUDIO – INFORME Y RESPUESTAS AL CUESTIONARIO DE LA PRACTICA. Con base en el contexto estudiado y los resultados experimentales obtenidos en la práctica, explique qué relación tiene la potencia consumida por el transformador en condición de vacío, contra el comportamiento cuando está a plena carga. Además, investigue que aplicación práctica tiene esta prueba en el correcto uso de transformadores de potencia. La potencia consumida a plena carga será la potencia del transformador, mientras que la potencia en vacío serán las pérdidas del hierro. medida para determinar la polaridad de los terminales del devanado secundario respecto a los del devanado primario. Determinación de la polaridad de los terminales secundarios respecto a los terminales de primario 7. CONCLUSIONES 8. BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] F. Mora, Máquinas eléctricas (6a. ed.). . Stephen J. Chapman, MÁQUINAS ELÉCTRICAS, no. 1. 2003. “Pérdidas en un transformador – Máquinas Eléctricas.” https://maquinaselectricasblog.wordpress.com/perdidas-en-un-transformador/ (accessed Sep. 09, 2020). Https://www.delorenzoglobal.com/, “DL 1080.” https://www.delorenzoglobal.com/documenti/prodotti/290317_DL_1080_Threephase_transformer.pdf (accessed Aug. 15, 2020). https://www.delorenzoglobal.com/, “DL 1013M3.” https://www.delorenzoglobal.com/documenti/prodotti/290317_DL_1013M3_Power_supply_mod ule.pdf (accessed Aug. 15, 2020). “Fluke general purpose multimeters.” “PINZA TIPO WATTÍMETRO DIGITAL MODELO: ET-4080 CARACTERÍSTICAS.” “CABLES DE CONEXIÓN BANANA-BANANAo - ABC Laboratorios.” https://abclaboratorios.com/producto/cables-de-conexion-banana-banana-2/ (accessed Aug. 15, 2020). UNIVERSIDAD DE LA COSTA - CUC FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1 PAGINA: 15
