MAQUINAS ELECTRICAS Laboratorio 4 “PRUEBAS DE VACÍO Y CORTOCIRCUITO EN TRANSFORMADORES” Especialidad: 1. OBJETIVOS. Obtener los parámetros de un transformador de potencia. Obtener las impedancia de secuencia cero del transformador 2. INTRODUCCION TEORICA.- Es un dispositivo que se encarga de "transformar" la tensión de corriente alterna que tiene a la entrada en otra diferente a la salida. Este dispositivo se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras (vueltas) de alambre conductor. Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y se denominarán: "primario" a la que recibe la tensión de entrada y "secundario" a aquella que dona la tensión transformada. La bobina "primaria" recibe una tensión alterna que hará circular, por ella, una corriente alterna. Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro. Como el bobinado "secundario" está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste. Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "secundario" se generará por el alambre del secundario una tensión. Habría corriente si hubiera una carga (si el secundario estuviera conectado a una resistencia, por ejemplo). La razón de la transformación de tensión entre el bobinado "PRIMARIO" y el "SECUNDARIO" depende del número de vueltas que tenga cada uno. 1.3. El transformador ideal. Un transformador ideal es una máquina sin pérdidas, con una bobina de entrada y una bobina de salida. Las relaciones entre las tensiones de entrada y de salida, y entre la intensidad de entrada y de salida, se establece mediante dos ecuaciones sencillas. La figura muestra un transformador ideal. El transformador tiene NP espiras de alambre sobre su lado primario y NS de espiras de alambre en su lado secundario. La relación entre la tensión V P (t) aplicada al lado primario del transformador y la tensión VS(t) inducido sobre su lado secundario es VP(t) / VS(t) = NP / NS = a En donde a se define como la relación de espiras del transformador. La relación entre la corriente ip(t) que fluye en el lado primario del transformador y la corriente is(t) que fluye hacia fuera del lado secundario del transformador es NP * iP(t) = NS * iS(t) iP(t) / iS(t) = 1 / a En términos de cantidades fasoriales, estas ecuaciones son VP / VS = a IP / IS = 1 / a Nótese que el ángulo de la fase de VP es el mismo que el ángulo de VS y la fase del ángulo IP es la misma que la fase del ángulo de IS. La relación de espiras del transformador ideal afecta las magnitudes de las tensiones e intensidades, pero no sus ángulos. .4. El transformador real. Para entender el funcionamiento de un transformador real, refirámonos a la figura. Esta nos muestra un transformador que consiste en dos bobinas de alambre enrolladas alrededor de un núcleo del transformador. La bobina primaria del transformador está conectada a una fuente de tensión de ca y la bobina secundaria está en circuito abierto. Cuando una fuente de potencia de CA se conecta a un transformador fluye una corriente en su circuito primario, aun cuando su circuito secundario esté en circuito abierto. Esta corriente es la corriente necesaria para producir un flujo en el núcleo ferromagnético real. Consta de dos componentes: 1. La corriente de magnetización im, que es la corriente necesaria para producir el flujo en el núcleo del transformador. 2. La corriente de pérdidas en el núcleo ih+e, que es la corriente necesaria para compensar las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas. La corriente de magnetización en el transformador no es sinusoidal. Los componentes de más alta frecuencia en la corriente de magnetización se deben a la saturación magnética en el núcleo del transformador. Una vez que la intensidad máxima de flujo alcanza el punto de saturación en el núcleo, un pequeño aumento en la intensidad pico de flujo requiere un aumento muy grande en la corriente de magnetización máxima. La componente fundamental de la corriente de magnetización retrasa la tensión aplicada al núcleo en 90°. Los componentes de más alta frecuencia en la corriente de magnetización pueden ser fundamental. más bien En general, grandes, cuanto comparados más se con impulse la un componente núcleo de transformador hacia la saturación, tanto más grandes se volverán los componentes armónicos. 3. EQUIPOS Y MATERIALES.- CANTIDAD 01 02 01 01 DESCRIPCION Transformador trifásico Multímetros Vatímetro Pinza amperimetrica MARCA TERCO FLUKE AEMC AMPROBE 4. PROCEDIMIENTOS.- a. Ensayo de vacío. i. Conectar un vatímetro, tres amperímetros y un voltímetro en el lado de menor tensión del circuito de conexión de un transformador, además conectar un voltímetro en el lado del circuito abierto. ii. Tensionar el devanado de menor tensión al valor nominal, manteniendo el circuito abierto el devanado de mayor tensión. iii. Proceder a medir el valor de la potencia total trifásica en el vatímetro W y las intensidades por línea Ia, Ib, Ic. ( son las corrientes de línea) Prueba en Vacío 𝑃= 3 (𝑉0 )2 𝑅𝑓𝑒 A Ia B Ib C Ic T W 2 3 𝑥 (200.3⁄ ) 3(𝑉0 ) √3 = 𝟑. 𝟏𝟑𝟖 𝑲𝛀 = = 𝑃 12.8 2 𝑅𝑓𝑒 Vo I fe Im Io 𝐼𝑓𝑒 = 𝑉0 115.64 = = 0.037 𝐴 𝑅𝑓𝑒 3.124 𝐼𝑚 = √(𝐼0 )2 − (𝐼𝑓𝑒 )2 𝐼𝑚 = √(0.056)2 − (0.037)2 = 42.04 𝑚A 𝑋𝑚 = 𝑉0 200,3 = = 4,76 𝐾Ω 𝐼𝑚 42,04 𝑚𝐴 b. Ensayo de cortocircuito. Prueba en cortocircuito 𝐼𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 = A Ia B Ib C Ic 𝐼𝑐𝑐𝐴 + 𝐼𝑐𝑐𝐵 + 𝐼𝑐𝑐𝐴 = 0.442 𝐴 3 T W 𝑃𝑐𝑐 = 3(𝐼𝑐𝑐 )2 𝑅𝑐𝑐 𝑷𝒄𝒄 𝑹𝒄𝒄 = 𝑍𝑐𝑐 = 𝑹𝒄𝒄 = 𝑷𝒄𝒄 𝟑(𝑰𝒄𝒄 )𝟐 = 𝟏𝟐 𝟑(𝟎.𝟒𝟒𝟐)𝟐 𝟑(𝑰𝒄𝒄 )𝟐 = 𝟏𝟐 𝟑(𝟎.𝟒𝟒𝟐)𝟐 = 𝟐𝟎. 𝟒𝟕 𝑉𝑐𝑐 23.53 = = 𝟓𝟑. 𝟐𝟒 𝛀 𝐼𝑐𝑐 0.442 Zcc = 𝟐𝟎. 𝟒𝟕 Xc Rcc 𝑋𝑐𝑐 = √(𝑍𝑐𝑐 )2 − (𝑅𝑐𝑐 )2 = √(53.24)2 − (20.47)2 = 49,15 Ω Cálculo de la (Relación de Transformación) 𝑎= 𝑉1 𝑁1 = 𝑉2 𝑁2 𝑎= 400 = 2 200 Cálculo de la resistencia y reactancia 𝑅𝑐𝑐 = 𝑅1 + 𝑅′2 𝑅1 = 𝑅′2 = 𝑅𝑐𝑐 = 10,24Ω 2 𝑅′2 10,24 = = 2,56Ω 𝑎2 4 𝑅2 = 𝑋𝑐𝑐 = 𝑋1 + 𝑋′2 𝑋1 = 𝑋′2 = 𝑋2 = 𝑋𝑐𝑐 = 𝑗24,58Ω 2 𝑋′2 24,58 = = 𝑗6,15Ω 𝑎2 4 Parámetros Calculados. PARÁMETROS U0 Ucc Icc P0 Pcc R1 R2 X1 X2 Rfe Xm VALORES 200,3 V 23,53 V 0,442 A 12,8 W 12 W 10,24 Ω 2,56 Ω j24,58 Ω j6,15 Ω 3,138 KΩ J 4,76 KΩ PREGUNTA a. ¿Porque existe un desequilibrio de corrientes en el circuito magnético de un transformador trifásico? Existe un desequilibrio debido a las corrientes magnetizantes de las tres fases que son distintas entre sí, dado a que el circuito magnético de la columna central es corto que las columnas laterales. Este desequilibrio tiene influencia solamente para las condiciones de operación en vacío 5. OBSERVACIONES En transformadores de distribución, predomina la tensión por eso la tensión de corto circuito debe ser lo menor posible para limitar la tensión del 3 a 5%. En transformadores de potencia, el parámetro que predomina es la corriente de corto circuito. Es importante señalar que en el ensayo de cortocircuito variamos la tensión de alimentación del transformador hasta alcanzar la corriente nominal del transformador especificada en la placa de este para el lado de alta tensión. Es importante tener el claro qué para realizar el ensayo de vació debemos alimentar siempre el transformador por el lado de baja tensión y para realizar el ensayo de cortocircuito se debe alimentar por el lado de alta tensión. 6. CONCLUSIONES Los trasformadores tienen que ser alimentados con tensión alterna para que genere un flujo variable, y con esto producirse una tensión inducida, lo cual no ocurriría si se alimenta el transformador con una fuente continua. El flujo de dispersión origina caída de tensión, lo cual se puede llamar REACTANCIA. Las pérdidas del entrehierro (Pfe) son menores a las perdidas en cobre (Pcu) porque la corriente fluye por el conductor y esta genera una perdida por “efecto joule” y se transforma en calor y esta energía perdida se disipa en el medio ambiente. 7. BIBLIOGRAFICA Transformadores de potencia, de medida y de protección / Enrique Ras Oliva Barcelona [etc.] Marcombo-Boixareu, 1994 Máquinas eléctricas / Stephen J. Chapman ; revisión técnica José Demetrio Martínez, Juan Yedra Morón Bogotá [etc.] : McGraw-Hill, 1987 http://www.monografias.com/trabajos82/transformadores-trifasicoscorriente/transformadores-trifasicos-corriente2.shtml
