conexión de transformadores monofasicos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTINFACULTAD DE PRODUCCION Y SERVICIOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS 1

TEMA: ENSAYO DEL TRANSFORMADOR MONOFASICO COMO AUTOTRANSFORMADOR

ESTUDIANTE: MIGUEL LEONCIO NAVARRO ROJASCURSO: LAB. DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1

DOCENTE: ING. MOISES TANCCA VILLANUEVA

AREQUIPA- PERU

TEMA: ENSAYO DEL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO CONECTADO COMO

Laboratorio de Maquinas Eléctricas 1

AUTOTRANSFORMADOR CON CARGA.

I. OBJETIVOS

a) Determinar y comparar las pérdidas de vacío (rama de magnetización) del

transformador y del autotransformador a través del ensayo de vacío a tensión y

frecuencia nominal.

b) Determinar y comparar las pérdidas del cobre (impedancia de corto circuito) del

transformador y del autotransformador a través del ensayo de corto circuito.

c) Verificar experimentalmente la potencia nominal transformador y del

autotransformador a través del ensayo con carga nominal.

II. MATERIALES, INTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y EQUIPOS

Los siguientes dispositivos, equipos, instrumentos y materiales serán

necesarios para la realización de la práctica:

Ítem Cantidad Descripción1 1 Regulador de tensión monofásica (variac) 220 V, 5A

2 1Transformador de potencia monofásico: 220 V, 110 V, 60Hz. 350 VA, ó 500 VA ó 1000 VA,

3 1 Amperímetro de c.a. 5 A, 1 A4 1 Voltímetro de c.a. de 150 V, 300V5 1 Vatímetro 1A, 120; 5 A, 240 V, ó 5A, 120V;25 A,6 1 Frecuencímetro de 220 V7 1 Osciloscopio de 2 canales, 2 terminales de tensión8 1 Micro ohmímetro MPK5 (o puente Wheastone)9 1 Reóstato o resistencia de 11 Ω, 8 A.

10 1 Multitester para verificación de circuitos11 1 Kit de cables flexibles AWG 14 ó 2.5 mm212 1 Termómetro de mercurio

III. PROCEDIMIENTO

1) A partir del transformador monofásico de potencia se puede obtener dos

configuraciones de autotransformador como se observa en la fig. 1. Determine

y compare las potencias nominales y las relaciones de transformación "aA" de

las configuraciones como autotransformador en relación al transformador "aT".

Configuraciones del autotransformadores a partir del conexionado del

transformador.

Ensayo del transformador monofásico como autotransformador


Configuración S(VA) V1n(V) V2n(V) I1n(A) I2n(A)Relación de

transformaciónTransformador 350 220 110 1.59 3.18 2

Autotransformador 525 330 110 1.59 4.77 1.5Autotransformador 1050 330 220 3.18 4.77 3

2) Antes de configurar el autotransformador es necesario determinar la polaridad

de los devanados.

Montar el circuito de la figura 2 para alimentar por el lado de 110 V, marcar una

de los extremos de la bobina con punto (ó A) y conectar al regulador de tensión

de corriente alterna (c.a.).

Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor, energizar el circuito

con el regulador de tensión ca ajustando la tensión hasta llegar al valor nominal

de tensión del lado de BT. Medir y registrar las lecturas de los instrumentos de

mediación de ca.

V1.=110 V V2=220 V y V3=106 V

el V3= V1-V2, marcamos a "x" como: no punto

3) Ensayo de vacío.

Configurar el transformador como autotransformador para la potencia nominal

mayor. Montar el circuito de la figura 4 para alimentar una de las bobinas, el

lado deBT conectar al regulador de tensión de corriente alterna (c.a.).


con el regulador de tensión c.a. ajustando la tensión hasta llegar al valor



nominal de tensión del lado de BT. Medir y registrar un juego lectura de los

instrumentos de mediación de c.a. en la siguiente tabla.

V1 A Vatímetro V2 fV A div Cw W V Hz

1 220 0.26 58 0.4 23.2 323 60

4) Ensayo de corto circuito

Montar el circuito de la figura 4 para alimentar por el lado de AT conectar al

regulador de tensión de corriente alterna (c.a.). Tener cuidado de utilizar

instrumentos de medición que soporten la capacidad de corriente nominal del

bobinado.

Esquema de conexiones del ensayo de corto circuito del autotransformador.


con el regulador de tensión c.a. ajustando el valor nominal de la corriente en el

lado de AT. Luego medir y registrar un juego lecturas de los instrumentos de

mediación de c.a. en la siguiente tabla.

A1 V Vatímetro A2 fA V div Cw W A Hz

1 3.18 5 14 1 14 4.6 60

Medición de resistencia de los devanados después del ensayo de corto circuito

(temperatura ambiente). De acuerdo a los manuales del micrómetro realizar las

mediciones de la resistencia en corriente continua de cada uno de los

bobinados. Calcular las resistencias en cd corregidas a la temperatura de

75oC.

Θ0 (ºC) Rcd1(Ω) Rcd2(Ω) Rcd3(Ω)2.9 2.0

75ºC 3.53 2.43

Usando la expresión del corrección de resistencia

Kt=(234.5+Tx)/(234.5+Ta)=(234.5+75ºC)/(234.5+20ºC)=1.216

Rcd1(75ºC)=1.216*2.9=3.53 ohm



Rcd2(75ºC)=1.216*2=2.43 ohm

5) Ensayo con carga del autotransformador:

De acuerdo a la potencia nominal de transformador y la capacidad valor

nominal de la corriente de la carga seleccionar los reóstatos para conseguir las

diferentes cargas.

Carga SL(VA) VL(V) IL(A) RL(Ω)100% 1050 330 3.1818 103.7175% 785.5 330 2.38 138.6550% 525 330 1.59 207.5425% 262.5 330 0.795 415.094

Lectura de los datos de la prueba bajo carga resistiva:

Montar el circuito de la figura 5 para alimentar una de las bobinas, el lado de

AT conectar al regulador de tensión de corriente alterna (c.a.). Tener cuidado

de utilizar instrumentos de medición que soporten la capacidad de corriente

nominal del bobinado.

Esquema de conexiones del ensayo de carga del transformador.


con el regulador de tensión c.a. ajustando la tensión al valor nominal. Mantener

esta tensión nominal durante todo el ensayo. Tomar los cuatro juegos de

lecturas de los instrumentes para cada carga indicada. Registrar lecturas de los

instrumentos de medición en la siguiente tabla.

Amp1 Volt1 W Amp2 V1 fA V div Cw W A V Hz

1 2.4 220 52.5 10 525 1.53 325 602 3.7 220 81.5 10 815 2.4 325 603 4.95 220 108 10 1080 3.22 325 604

Completar la tabla de cálculos efectuados.

IV. CUESTIONARIO PARA LA DISCUSIÓN DE RESULTADOS



1. Determine la potencia nominal del autotransformador y su relación con

respecto al transformador.

Sa=St*((a+1)/a)

Como a=0.5

Sa=350*((0.5+1)/0.5)=350*3=1050VA

2. Determine los parámetros de la rama de magnetización a partir del ensayo

de vacío, resistencia ó conductancia) de pérdidas y reactancia

(susceptancia) de magnetización.

Primero obtenemos la rama Y2=Ie/Vn2=0.26/220=0.00118mho

Luego g2=Wfe/Vn2=23.2/220^2=0.000479mho

Entonces b2=(Y2^2-g2^2)^1/2=0.00108mho

Luego multiplicamos por 1/a^2 para referirlos al primario

g1=g2/a^2=0.000213mho entonces Rfe=4697ohm

b1=b2/a^2=0.00048mho entonces Xfe=2083 ohm

3. Determine los parámetros de los bobinados del autotransformador

referidos al lado de AT a partir del ensayo de corto circuito corregido a la

75 oC y la reactancia de dispersión.

Según los valores medidos en la prueba en cortocircuitos del

autotransformador tenemos:

Primeramente calculamos el Zeq1

Zeq1=Vcc1/In1=5/3.18=1.57 ohm

Req1=Wcu/In1^2=14/(3.18)^2=1.38 ohm

Xeq1=(Zeq1^2-Eq1^2)^1/2=0.75 ohm

4. Presente, dibuje el circuito equivalente aproximado y sus parámetros

respectivos del autotransformador referidos al lado de alta tensión.

5. Determine la regulación o caída de tensión del autotransformador con los

parámetros del circuito equivalente; para cargas desde 0, 25%, 50%, 75%

y 100& (o plena carga) con factor de potencia unitario.

Zeq=1.57Rcc=1.38; Xcc=0.75; In1=3.18;θ=28.5231°;



R= Vcc2*cos(φ-θL)/V2+1/2*(Vcc2/V2)^2*sin(φ-θL)^2; consideramos un fp=1;

Φ=0

Eficiencia=α*Sn*cosθ/(α*Sn*cosθ+α^2*Pcu+Pfe);Pfe=23.2W; Pcu=14W

Carga%

Regulación

(%)

Rendimiento

(%)

25 0,349176852 91,59905784

50 0,731063512 95,16041327

75 1,14565998 96,20376874

100 1,592966256 96,57836645

6. Determine las pérdidas del núcleo y las perdidas eléctricas a través del

circuito equivalente exacto. Determine la potencia de carga resistiva en la

cual se produce la máxima eficiencia del transformador.

Al igual que el transformador la máxima eficiencia se obtiene al derivar la

expresión se eficiencia n= Sn*cosθ/( Sn*cosθ+α*Pcu+Pfe/α);

Donde αmax=(Pfe/Pcu)^1/2=1.2873

7. Con los datos del ensayo de carga resistiva complete la tabla 1 graficar la

curvas de regulación experimental y comparar con el grafico obtenido vía

simulación o de cálculo en 5.4.

Simulación:

Usando un programa de simulación (matlab)

ezplot('(1-(x*5*cos(28.52*pi/180-0)/330+1/2*x^2*(5/330)^2*sin(28.52*pi/180-

0)^2))*330',[0,1,300,330]) grid on


0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1300

305

310

315

320

325

330

plena carga

regulacion de voltaje

V2


Con los datos de la simulación graficamos la regulación

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.10

50

100

150

200

250

300

350

Plena carga

V2

8. Con los datos del ensayo de carga resistiva graficar la curva de eficiencia

para las diferentes cargas y comparar con el grafico obtenido vía

simulación o de cálculo en 5.4.

Usando un programa de simulación (matlab):

ezplot('x*1050*cos(28.52*pi/180)/(x*1050*cos(28.52*pi/180)+x^2*14+23.2)',

[0,1,0,1]);

grid on

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Plena carga

Eficiencia en funcion de la carga

Ren

dim

ient

o

Usando los datos obtenidos en el laboratorio

Eficiencia=α*Sn*cosθ/(α*Sn*cosθ+α^2*Pcu+Pfe)



0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

plena carga

Eficie

ncia

V. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA

1. Investigue en concesionarias de transmisión y el lugar donde se utilizan

autotransformadores trifásicos en nuestro sistema de potencia

interconectado, de su potencia nominal y relación de transformación

configuraciones trifásicas y las principales razones de su uso.

Las principales aplicaciones de los autotransformadores son como reguladores

de tensión de distribución eléctrica, es decir para compensar caídas de tensión

elevando esta en determinado punto de la red en un 10% - 20%. También se

utiliza bastante para el arranque de motores trifásicos de inducción.

Los autotransformadores se utilizan a menudo en sistemas eléctricos de

potencia, para interconectar circuitos que funcionan a tensiones diferentes,

pero en una relación cercana a 2:1 por ejemplo, 400 kV / 230 kV ó 138 kV / 66

kV.

2. Investigue que consideraciones principales se debe tener en cuenta en la

protección de los autotransformadores de potencia triásicos.

Los autotransformadores de potencia con relación de transformación de AT/AT

deben estar equipados con sistemas de protección contra sobre intensidades

de cualquier clase de tecnología, y deben estar situadas del lado que mejor

convenga, o del lado que la regulación pertinente señale.

Sin importar la potencia, los autotransformadores, deberán estar provistos de

dispositivos térmicos que midan y que detecten la temperatura de los

devanados y/o del medio refrigerante, así como de dispositivos liberadores de

presión que evacúen los gases del interior de la cuba en caso de arco interno.



Para potencia superior a 2,5MVA el transformador o autotransformador, estará

dotado de un dispositivo que detecte el desprendimiento de gases en el líquido

refrigerante y accione a un relé que ordene la apertura de los interruptores

pertinentes.

Para potencias superiores a 10MVA los transformadores deberán estar

provistos de un relé de protección diferencial o de cuba que genere la orden de

apertura de los interruptores de todos los devanados simultáneamente.

VI. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

Observaciones

-La principal ventaja del autotransformador es su mayor potencia nominal con

respecto al autotransformador

-Antes de conectar un transformador como autotransformador debe conocer la

polaridad de las bobinas

-Un autotransformador posee contacto galvánico entre el primario y el

secundario

Conclusiones

-Los autotransformadores presentan las mismas pérdidas en el cobre y en el

núcleo con respecto al transformador

-Según las pruebas realizadas tanto la prueba de circuito abierto como de

cortocircuito y la prueba con carga se demostró que la principal ventaja del

autotransformador es su tamaño reducido en comparación con su elevada

potencia máxima.

-Las pérdidas del núcleo del autotransformador demostraron tener poca

importancia a diferencia del transformador.

-La principal aplicación de los autotransformadores es la variación de tensión

del orden de los 10% a 20%, lo que lo hace ideal para compensar la caída de

tensión cuando los centros de consumo son alejados.

VII. BIBLIOGRAFIA

- http://www.unicrom.com/

- http://www.ingelec.uns.edu.ar/

- Maquinas Eléctricas. Biela Bianchi


http://www.ingelec.uns.edu.ar/

http://www.unicrom.com/

conexión de transformadores monofasicos

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