guÍa de laboratorio de maquinas elÉctricas estaticas
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Guia de laboratorio de maquinas electricas estaticas de la facultad de ingeniria mecanica(FIM) de la universidad nacional de ingenieria(Peru)TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD NACIONAL
DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y
ELECTRÓNICA DE POTENCIA
GUÍA DE LABORATORIO DE MÁQUINAS
ELÉCTRICAS ESTÁTICAS (ML – 223)
Elaborado por:
Ing. Bernabé Alberto Tarazona Bermúdez
Ing. Emilio Asunción Marcelo Barreto
2015
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
Informe final: Este informe será realizado y presentado en forma grupal por los
alumnos que participaron en la experiencia. Sus partes serán las siguientes:
1. Carátula
2. Índice
3. Objetivo
4. Fundamento teórico
5. Solución del cuestionario que se plantea en la guía del laboratorio (los
resultados en cuadros y/o gráficos detallar la forma de cálculo de alguno de
ellos)
6. Conclusiones y recomendaciones (por separado)
7. Bibliografía
8. Hojas de datos tomados en la experiencia
Los informes finales serán entregados en versión física y digital (pdf) una
semana después, en la hora de laboratorio.
Luego de realizarse las cuatro primeras experiencias, habrá una sustentación oral
y/o escrita sobre las cuatro experiencias realizada por el grupo. La nota
individual que obtenga cada alumno en la sustentación será incrementada en la
nota de las cuatro primeras experiencias.
Igualmente luego de realizarse las cuatro últimas experiencias habrá una
sustentación oral y/o escrita sobre las últimas cuatro experiencias del
laboratorio. La nota individual será incrementada en las notas de las cuatro
últimas experiencias.
Los puntajes asignados en la calificación en las diferentes partes que
comprenden las experiencias de laboratorio son:
Informe final : 07
Participación en experiencias y evaluación oral : 03
Sustentación oral y/o escrita : 10
Se considera tardanza, el ingreso al laboratorio luego de 15 minutos de la hora
programada. La tardanza restará en menos un punto la nota del alumno.
La ausencia del alumno de los primeros 30 minutos de la hora programada será
calificada como falta.
Los informes que no fueron entregados en su oportunidad subirán una penalidad
de menos un punto por cada día transcurrido contados desde la fecha de entrega.
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS ESTATICAS ML 223 PROGRAMA DE EXPERIENCIA POR SEMANA
G/S 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1
FOR
MA
CIO
N D
E GR
UP
OS
1 2 3 4
REC
UP
ERA
CIO
NES
SUSTEN
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5 6 7 8
REC
UP
ERA
CIO
NES
SUSTEN
TAC
ION
SUSTEN
TAC
ION
2 2 3 4 1 6 7 8 5
3 3 4 1 2 7 8 5 6
4 4 1 2 3 8 5 6 7
G: GRUPOS S: SEMANA
EXPERIENCIAS
1. EL REACTOR DE NUCLEO DE HIERRO. 5. TRANSFORMADORES EN PARALELO
2. EL TRANSFORMADOR MONOFASICO. 6. EL AUTOTRANSFORMADOR MONOFÁSICO
3. EL TRANSFORMADOR TRIFÁSICO TIPO SECO 7. EL TRANSFORMADOR TRIFÁSICO EN ACEITE
4. BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS 8. BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS
EN CONEXIÓN TRIFÁSICA Yy , Dd, EN CONEXIÓN TRIFÁSICA Yd , Dy
.
LABORATORIO Nº 01
EL REACTOR DE NÚCLEO DE HIERRO
I. OBJETIVO:
Empleando un transformador como reactor con núcleo de hierro, determinar las
características de magnetización de determinado material ferromagnético.
Observación del lazo de histéresis dinámico y de la forma de onda de la corriente de
excitación. Asimismo se presenta un método para efectuar la separación de pérdidas
en el núcleo.
II. EQUIPO A UTILIZAR:
1 Transformador de 1 kVA, 127/220 V, 60 Hz.
1 Autotransformador variable (Variac).
1 Resistencia variable de 1 A ( 0-4,5Ω)
1 Resistencia de 60 kΩ.
1 Condensador de 20 uF
1 Amperímetro de pinza A.C.
1 Multimetro digital
1 Vatímetro digital
1 Osciloscopio digital.
III. PROCEDIMIENTO:
3.1 OBTENCION DE LA CARACTERISTICA: B-H
Disponer el circuito siguiente:
A W
VReactor
220 V
60 HZ
Fig. 1.1
Antes de energizar el circuito de autotransformador deberá estar en la posición de
tensión de salida cero. Después de comprobar la corrección de las conexiones con la
presencia del profesor, cerrar el interruptor alimentando el autotransformador y
elevar la tensión aplicada hasta un 30% sobre la tensión nominal (127 V).
Comprobar el adecuado funcionamiento de todos los instrumentos y verificar que el
rango de trabajo de cada uno de ellos sea el que conviene.
Reducir la tensión de salida del Autotransformador a cero nuevamente elevarla
progresivamente registrando ahora valores de tensión y corriente, hacer 10
mediciones hasta un 30% sobre la tensión nominal.
Medir aproximadamente el área transversal (Am) y la longitud media (Lm) del
núcleo ferromagnético del reactor.
3.2 OBSERVACIONES DEL LAZO DE HISTÉRESIS Y FORMA DE ONDA
DE LA CORRIENTE DEL REACTOR:
3.2.1 LAZO DE HISTERESIS:
Disponer el circuito siguiente:
A W
V
Reactor
220 V
60 HZ
Fig. 1.2
Osciloscopio
20 uF 0 - 4.5 ohm
60 k
Variar la tensión de salida del autotransformador a 22, 55, 110 y 143% de a tensión
nominal y observar como variar la forma de la figura sobre la pantalla del
oscilocopio. Hacer un bosquejo aproximado de esta figura para cada caso.
3.2.2 CORRIENTE DEL REACTOR
En el circuito anterior visualizar la señal aplicada a la sonda 2 variando
la tensión desde 0 hasta a 130 % de la tensión nominal del reactor
(127V) considerar 10 puntos.
Asímismo, tomar las lecturas de los instrumentos conectados.
3.3 SEPARACION DE PÉRDIDAS
Esta parte de la experiencia será solo teórica, porque no se dispone del
alternador sincrónico.
En el circuito mostrado en la figura 1.3, utilizando como fuente de alimentación
un alternador sincrónico de tensión y frecuencia fácilmente controlable.
A W
V
Reactor
V y F
Variables
Fig. 1.3
F
Suministrar la tensión y tomar las lecturas indicadas por los instrumentos para las
cuatro situaciones regulando la tensión y frecuencia de alimentación de tal manera
que para las condiciones 1, 2, 3 y 4 se verifique:
2
1
2
1111 fkfkp eh
2
2
2
2221 fkfkp eh
2
3
2
3331 fkfkp eh
Las cuales, al resolverse como ecuaciones simultáneas, proporcionan los siguientes
resultados (donde a = f2/f1)
1
2
2
21
2
13
2
2
3
2
2
2
2
log
])1()(
)([log
PaaPaP
PaP
22
3
2
2
)1( af
PaPkh
12
2
2
2
32
a
a
f
PaPke
4. CUESTIONARIO
4.1.-La relación de los valores tomados en las experiencias efectuadas
4.2.-Trazar las características B vs H y U vs H y asimismo graficar W vs V explicar
sus tendencias y que significado tiene cada una de ellas.
4.3.-Graficar la pérdidas especificas en el fierro en (vatios 7Kg) a 60Hz, como una
función de la inducción máximas expresadas en Tesla. Explicar la tendencia.
4.4.- ¿Qué es el circuito equivalente en una maquina eléctrica? ¿En que le es
equivalente?
4.5.-Elaborar el circuito equivalente del reactor para su tensión nominal.
4.6.-Explicar el principio de funcionamiento del circuito para la observación del
lazo de histéresis.
4.7.-¿Qué función desempeña el condensador de 20 F y la resistencia de 60K ?
4.8.-Graficar con la frecuencia como abscisa los puntos P/f en donde P es la perdida
total en vacío, A partir de este gráfico determinar las pérdidas totales por corrientes
parasitas y por histéresis en el hierro del núcleo para a tensión nominal y 60Hz.
4.9.-Dar 5 conclusiones a la experiencia y plantear algunas recomendaciones.
Nota: Para la elaboración del Informe estimar el N° de vueltas probable del reactor
LABORATORIO Nº 02
EL TRANSFORMADOR MONOFASICO
I. OBJETIVO
Determinación de los parámetros del circuito equivalente de un transformador
monofásico para operación a frecuencia y tensión nominales.
Pronostico del comportamiento del transformador bajo carga, utilizando el circuito
equivalente.
Determinación de las características de regulación.
II. EQUIPOS A UTILIZAR
1 Transformador monofásico de 3 KVA, 220/110V
1 Fuente DC
1 Resistor de 250 ohms-1 A.
1 Auto transformador variable (Variac).
1 Multímetro digital.
1 Vatímetro digital.
1 Amperímetro de pinza.
1 Banco de Resistencias.
2 Condensadores de diferente capacitancia.
1 Motor eléctrico monofásico de 220V/110 V.
II. PROCEDIMIENTO
Verificar las características físicas del transformador trifásico, sus datos de placa
e identificar sus partes principales.
Medir con el multímetro y anotar las resistencias de los bobinados de los lados
de alta y baja del trasformador, asimismo anotar la temperatura ambiente.
Medir y anotar las resistencias de aislamiento: AT-BT, AT-Masa, BT-Masa.
3.1 OBTENCION DE RESISTENCIAS EN D.C.
Este ensayo debe ser el primero en realizarse, y para efectuarlo el transformador
debe de haber estado desconectado de la red lo suficiente para garantizar que el
bobinado se encuentre a la temperatura ambiente y desenergizado (al menos 4
horas).
Se utiliza el método de la caída de potencial acorde a la norma IEC-60076. Para
llevarlo a cabo es necesario enseriar una resistencia a dos terminales
cualesquiera del transformador, y alimentar esta conexión con una fuente de
tensión continua. Se debe tomar en cuenta la conexión de las bobinas tanto en el
primario como en el secundario para obtener el valor resistivo de cada una.
El valor de la resistencia en serie es de gran importancia, ya que permite
estabilizar más rápido el transitorio del circuito R-L formado, de manera que los
instrumentos usados no se dañen.
Corregir los valores de las resistencias medidas a la temperatura de 75°C.
3.2 ENSAYO EN LA RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN
Conectar el autotransformador (Variac) al lado de baja tensión del transformador
luego regular el voltaje de salida del autotransformador empezando de 220 y
disminuyendo cada 10 voltios hasta 180 voltios, anotar el voltaje en el lado de
alta tensión del transformador.
3.3 ENSAYO EN VACIO
Utilizar el circuito de la figura 2.1
V
WA
VF220V
60Hz
110/220V
FIGURA 2.1
Ajustando el auto transformador, variar la tensión hasta que el voltímetro
indique el valor nominal (220) voltios.
Mediante el mismo proceso, reducir la tensión desde 110% de la tensión
nominal hasta cero voltios y registrar 10 lecturas de corriente, tensión y
potencia.
3.4 ENSAYO EN CORTOCIRCUITO:
Utilizar el esquema circuital de la figura 2.2
60 HZ
220 V
Fig. 2.2
220/110
A
WA
VF
A partir de cero voltios aumentar gradualmente la tensión hasta lograr la
corriente nominal en el lado de 220 v.
Registrar las lecturas de tensión, corrientes y las pérdidas en carga dada por
el vatímetro en condiciones de corrientes nominales.
Cambiar la corriente del lado de 220 voltios en etapas desde 110% hasta
70% de la corriente nominal y registrar las lecturas de los instrumentos.
3.5 ENSAYO CON CARGA:
Con el circuito anterior desenergizado, conectar a la salida la resistencia
de carga. Excitar el transformador a tensión y frecuencias nominales.
Ajustar el valor de la resistencia de carga para obtener 5 valores de
corriente en el secundario en un rango del 20% al 100% de la intensidad
nominal secundaria, registrando la intensidad nominal secundaria y las
lecturas de los demás instrumentos.
Desconectar la carga y medir la tensión del primario para los valores
anotados en las diferentes condiciones de cargas fijadas anteriormente.
Repetir los pasos anteriores conectando en paralelo un motor eléctrico de
110 voltios.
Repetir los pasos anteriores conectando en paralelo un motor eléctrico de
110 voltios con un condensador.
IV CUESTIONARIO:
1. A qué se debe la diferencia entre los resultados obtenidos al medir las
resistencias de los arrollamientos con el multímetro y con el método
empleado? ¿Cuál es más confiable y por qué?
2. De la prueba de relación de transformación, graficar la relación de
transformación vs Voltaje de entrada y explicar los resultados.
3. Tabular las resistencias medidas a los arrollamientos de las bobinas (lados de
alta y de baja) y determinar las resistencias promedios (lados de alta y de
baja), asimismo, determinar dichas resistencias referidos a la temperatura de
75° ¿Para los cálculos, cuál de las resistencias se utiliza?
4. Del ensayo de vacío trazar las curvas de factor de potencia Cos θo (%),
potencia consumida Po (W) y corriente en vacío Io (A) como funciones de la
tensión de alimentación, asimismo graficar la curva relación de
transformación.
5. Del ensayo de cortocircuito graficar a partir de las lecturas la potencia
consumida Pcc (W), la tensión de impedancia Vcc (V) y el factor de potencia
de cortocircuito Cos θcc (%) como funciones de la corriente de cortocircuito
Icc (A).
6. Utilizando los datos de las dos primeras pruebas hallar el circuito
equivalente exacto del transformador para condiciones nominales.
7. Con el circuito equivalente aproximado trazar el diagrama circular del
transformador, es decir, Va vs Ia.
8. Con los datos del ensayo con carga a factor de potencia 1, graficar la curva
Va vs Ia, y compararlo con el gráfico encontrado en 4.5 Explicar las
diferencias.
9. Para las diversas cargas determinar la caída de tensión interna μ en % según
la expresión:
100(%)2
22 xV
VV
O
O
10. Calcular la regulación de tensión para carga nominal con Cos φ = 0.8
capacitivo.
Asimismo calcular la eficiencia del transformador para estas condiciones:
)º75(22 CPPCosIV
CosIV
LONN
ANAN
11. Comparar las pérdidas en el cobre (I1N)2 RT (W) con las pérdidas de carga PL
(75ºC) dada por la expresión:
)75235(
)235())((
)235(
)75235(1
2
11
2
1)º75(
tRItP
tRIP NCCNCL
Donde: I1N: Corriente nominal en el primario
Rt: resistencia equivalente en el arrollamiento primario a tºC = R1t +a2 R2t
12. Comparar los valores obtenidos con los valores indicados en el protocolo de
Pruebas del transformador, indicar % de error y explicar las posibles causas
de la diferencia.
13. Para el ensayo con carga y tomando como referencia los voltajes
suministrados por la red, las corrientes medidas por el amperímetro y el
circuito equivalente aproximado del transformador, plantear y resolver el
circuito respectivo. Determinar las potencias consumidas por cada carga y su
respectivo factor de potencia. Comparar, los resultados obtenidos al resolver
el circuito, con los medidos por los respectivos instrumentos (vatímetro y
cosfímetro), indicar % de error y las posibles causas de los mismos.
LABORATORIO Nº 03
EL TRANSFORMADOR TRIFÁSICO TIPO SECO
I. Objetivos
Realizar el ensayo de vacío y de cortocircuito en el transformador
trifásico (3Ø) para determinar los parámetros del circuito equivalente del
transformador.
Determinar las pérdidas en el hierro y en el cobre, que ocurren en el
transformador.
Hallar el rendimiento del transformador.
Familiarización con el transformador trifásico, relacionado a las formas
de conexión posibles y diferencias entre ellas.
Identificación de bornes homólogos (igual polaridad relativa).
Pronosticar el comportamiento del transformador trifásico bajo carga,
utilizando el circuito equivalente.
Determinación de las características de regulación.
II. Equipos a Utilizar
1 Transformador trifásico de 5 KVA; 220/380V
1 Fuente DC y 1 Resistor de 250 ohms-1A
1 Autotransformador trifásico (Variac) de 5 KVA
1 Multímetro digital
1 Vatímetro trifásico (Analizador de Calidad).
1 Amperímetro de pinza.
1 Banco de Resistencias (Focos incandescentes).
3 Condensadores de 20 microfaradios
1 Motor trifásico de 380 V
1 Motor monofásico
III. Procedimiento
Verificar las características físicas del transformador trifásico, sus datos
de placa e identificar sus partes principales.
Medir con el multímetro y anotar las resistencias de los bobinados de los
lados de alta y baja del trasformador, asimismo anotar la temperatura
ambiente.
Medir y anotar las resistencias de aislamiento: AT-BT, AT-Masa, BT-
Masa.
a) Medición de resistencia eléctrica en los arrollamientos
Este ensayo debe ser el primero en realizarse, y para efectuarlo el transformador
debe de haber estado desconectado de la red lo suficiente para garantizar que el
bobinado se encuentre a la temperatura ambiente y des energizado (al menos 4
horas).
Se utiliza el método de la caída de potencial acorde a la norma IEC-60076. Para
llevarlo a cabo es necesario enseriar una resistencia a dos terminales
cualesquiera del transformador, y alimentar esta conexión con una fuente de
tensión continua. Se debe tomar en cuenta la conexión de las bobinas tanto en el
primario como en el secundario para obtener el valor resistivo de cada una.
El valor de la resistencia en serie es de gran importancia, ya que permite
estabilizar más rápido el transitorio del circuito R-L formado, de manera que los
instrumentos usados no se dañen.
Corregir los valores de las resistencias medidas a la temperatura de 75°C.
b) Prueba de Relación de Transformación
Conectar el autotransformador (Variac) al lado de baja tensión del transformador
luego regular el voltaje de salida del autotransformador empezando de 220 y
disminuyendo cada 10 voltios hasta 190 voltios, anotar el voltaje en el lado de
alta tensión del transformador.
c) Prueba de Vacío
Armar el circuito que se muestra en la figura, conectar el lado de baja (220 V) al
autotransformador (Variac), el que a su vez debe estar alimentado con la energía
de la red y dejar abierto los bornes del lado de alta (380 voltios). Luego, insertar
en el lado de baja tensión (220 V) un vatímetro trifásico el cual nos dará
directamente las pérdidas totales en el fierro (PFe), para medir las corrientes en
cada fase usar la pinza amperimétrica y para medir los voltajes usar el
multímetro digital. Si utiliza el analizador de calidad conectarlo tal como se
muestra en la siguiente figura, y anotar la lectura de potencia, factor de potencia,
corrientes y voltajes.
Va
riac.
ANALIZADOR
DE
CALIDAD
A3
A2
A1R
S
T
V1
V2
V3
r
s
t
Una vez armado el circuito de acuerdo a las indicaciones dadas en el párrafo
anterior, se debe graduar el voltaje de salida del autotransformador de manera
que se obtengan en el lado de baja (220 V), 5 voltajes en un rango del 75% y
100% del voltaje nominal (medida por el multímetro), para cada caso anotar la
lectura de todos los instrumentos.
d) Prueba de Cortocircuito
Previamente se deben de calcular las corrientes nominales de alta y baja tensión
del transformador trifásico.
Con el circuito desenergizado, armar el circuito que se muestra en la figura,
conectar el lado de baja (220 V) al autotransformador (Variac), el que a su vez
debe estar alimentado con la energía de la red y dejar cortocircuitado los bornes
del lado de alta (380 voltios). Luego, insertar en el lado de baja tensión (220 V)
un vatímetro trifásico el cual nos dará directamente las pérdidas totales en el
cobre (Pcu), para medir las corrientes en cada fase usar la pinza amperimétrica y
para medir los voltajes usar el multímetro digital. Si utiliza el analizador de
calidad conectarlo tal como se muestra en la siguiente figura, y anotar la lectura
de potencia, factor de potencia, corrientes y voltajes.
Va
riac.
ANALIZADOR
DE
CALIDAD
A3
A2
A1R
S
T
V1
V2
V3
r
s
t
Una vez armado el circuito de acuerdo a las indicaciones dadas en el párrafo
anterior, hay que aplicar al lado de baja (220 V) una tensión reducida (empezar
de 0 voltios), graduando el voltaje de salida del autotransformador (Variac), de
manera de obtener en dicho lado la corriente nominal, luego, anotar la lectura de
los instrumentos.
Regular el voltaje de salida del Variac (empezar de 0 voltios) a fin de obtener 5
diferentes valores de corriente en un rango del 75 al 110% de la corriente
nominal (medida por el amperímetro de pinza), para cada caso anotar la lectura
de los instrumentos.
e) Prueba con Carga:
Retirar el Variac, luego, conectar directamente a la red el lado de baja del
transformador (lado 220 V) y a la carga el lado de alta del transformador (lado
380 V), finalmente, insertar el vatímetro en el lado de alta (380 V) mostrado
esquemáticamente en la figura siguiente.
La carga eléctrica a conectar en el lado de alta tensión del transformador será:
Resistencias ó focos incandescentes iguales conectadas en delta y/o en
estrella.
Condensadores iguales conectados en delta y/o en estrella.
01 motor eléctrico trifásico de 380 voltios.
Nota: Tomar en cuenta que los focos incandescentes trabajan a 220 voltios, por
lo tanto el circuito debe adecuarse de tal manera de asegurar estos 220 Voltios
¿Qué cambios haría?. Asimismo, en el caso de utilizar el neutro del
transformador, deberá utilizar el neutro del vatímetro digital.
Re
d2
20
V
R
S
T
r
s
t
ANALIZADOR
DE
CALIDAD
A3
A2
A1V1
V2
V3
Carg
a
- Se deben conectar las resistencias ó los focos incandescentes para obtener 4
diferentes % de la intensidad nominal secundaria, es decir, con diferentes
índices de carga a fin de evaluar posteriormente bajo que índice presenta una
mayor eficiencia. Para cada caso medir potencia, factor de potencia
consumida por la carga, asimismo, medir las corrientes y voltajes de línea y
de fase en el primario y secundario.
- Armar una carga trifásica desbalanceada que contenga focos incandescentes,
condensadores y 01 motor eléctrico, luego, medir potencia, factor de
potencia consumida por la carga, asimismo, medir las corrientes y voltajes de
línea y de fase en el primario y secundario.
IV. Cuestionario
Medición de Resistencia, Pruebas de vacío y cortocircuito:
1. A qué se debe la diferencia entre los resultados obtenidos al medir las
resistencias de los arrollamientos con el multímetro y con el método empleado?
¿Cuál es más confiable y por qué?
2. De la prueba de relación de transformación, graficar la relación de
transformación vs Voltaje de entrada y explicar los resultados.
3. Tabular las resistencias medidas a los arrollamientos de las bobinas (lados de
alta y de baja) y determinar las resistencias promedios (lados de alta y de baja),
asimismo, determinar dichas resistencias referidos a la temperatura de 75° ¿Para
los cálculos, cuál de las resistencias se utiliza?
4. Realizar el esquema de conexiones para realizar la prueba de Circuito Abierto en
un transformador, que condiciones son validas para realizar la prueba de vacío.
5. Realizar el esquema de conexiones para realizar la prueba de Cortocircuito en un
transformador, que condiciones son validas para realizar la prueba de
Cortocircuito.
6. Determinar los parámetros que representan el transformador real, las pérdidas en
el mismo y la eficiencia del transformador trifásico.
7. Del ensayo de vacío trazar las curvas del factor de potencia Cos θ (%); Potencia
consumida P0 (W) y corriente en vacío I0 (A) en función de la tensión de
alimentación.
8. Del ensayo de cortocircuito graficar a partir de las lecturas la potencia
consumida PCC (W), la tensión de la impedancia VCC (V) como funciones de la
corriente de cortocircuito ICC (A)
9. Calcular la regulación de tensión para una carga nominal con Cos θ = 0.91
inductivo. Asímismo calcular la eficiencia del transformador para estas
condiciones:
10. Comparar los valores obtenidos con los valores indicados en el protocolo de
Pruebas del transformador, indicar % de error y explicar las posibles causas de la
diferencia.
Ensayo con carga:
1) Elaborar una síntesis de los pasos realizados para la implementar la conexión
trifásica requerida (Dy5).
2) Con los datos del ensayo con carga a factor de potencia 1, graficar la curva V vs
I.
3) Para las diversas cargas resistivas dispuestas, construir el circuito monofásico
equivalente y determinar: La regulación de tensión
4) La eficiencia del transformador para estas condiciones:
5) Comparar las pérdidas en el cobre con las pérdidas de carga
(75°C) dada por la expresión:
Donde:
6) Grafique la curva índice de carga vs. Rendimiento. ¿Qué puede notar?, Sustente
su repuesta y desarrolle la expresión analítica adecuada.
7) ¿Qué particularidades tiene la conexión usada?
8) Elabore un diagrama fasorial total, tomando en cuenta los desfasajes entre fases
originados por el tipo de conexión usada.
9) Para las condiciones de la carga usada y en base a su análisis anterior, diga usted
si sería favorable usar otro tipo de conexión, de ser así indique cual sería y que
ventajas y desventajas obtendría respecto al caso ensayado.
10) Haga un estudio teórico empleando el circuito equivalente exacto (con la rama
de excitación), indicar los porcentajes de variación. ¿Es viable despreciar dicha
rama en la práctica?
11) Tomando como referencia los voltajes suministrados por la red, las corrientes
medidas por el amperímetro y el circuito equivalente aproximado del
transformador, plantear y resolver el circuito respectivo. Determinar las
potencias consumidas por cada carga y su respectivo factor de potencia.
Comparar, los resultados obtenidos al resolver el circuito, con los medidos por
los respectivos instrumentos (vatímetro y cosfímetro), indicar % de error y las
posibles causas de los mismos.
LABORATORIO Nº 04
BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS EN CONEXIÓN TRIFÁSICA: Yy, Dd
I. OBJETIVOS
Analizar y evaluar el comportamiento en forma experimental de las conexiones
tipo Yy y Dd de dos bancos trifasicos.
Realizar el ensayo de cortocircuito y de circuito abierto de un banco trifasico y
calcular el valor de sus parametros respectivamente.
Determinar el circuito equivalente y verificar el reparto de carga trifásica.
II. MATERIALES Y EQUIPO NECESARIO
3 transformadores monofásicos de 1 KVA, 220/127
2 Multímetros Digitales.
1 Vatímetro monofásico
1 Vatímetro trifásico (Analizador de Calidad).
1 Autotransformador (Variac) trifásico
1 Autotransformador (Variac) monofásico
3 Resistencias variables ó Focos incandescentes
3 Condensadores de 20 µF.
1 Motor eléctrico trifásico 220 V.
III. PROCEDIMIENTO
1. Verificar el funcionamiento correcto de los instrumentos de medida antes de
realizar los ensayos
2. Medicion de resistencias en corriente continua: Con la ayuda del multimetro
medir las resistencias en corriente continua de cada arrollamiento de los
transformadores a la temperatura de ambiente.
3. Verificar que la relación de transformación de cada transformador monofásico
sean del mismo valor.
4. Realizar la prueba de cortocircuito de cada transformador monofásico.
5. Conectar los circuitos de acuerdo con las figura y determinar las polaridades y
relación de transformación de c/u de los transformadores monofásicos de
acuerdo con el método de los 3 voltímetros y utilizando las siguientes
ecuaciones:
FIGURA 1
a = V1 / V2
Si: V12 = V1 + V2 la polaridad es aditiva
Si: V12 = V1 - V2 la polaridad es sustractiva
Transformador
Serie No
V1
voltios
V2
voltios
V3
voltios
a = relación de
transformación
Polaridad Observaciones
6. Realizar la conexión mostrada en la figura 2 para formar un banco trifasico en
conexión Dd0 luego medir en la salida las tensiones en cada fase del sistema y
comprobar con la parte teorica.
U
V
W
u
v
w
ACOPLAMIENTO
FIGURA N°2
7. Implementar el circuito de la figura 3, donde el banco de transformadores
monofásicos está en conexión trifásica Dd0, conectar el lado de baja tensión
(110 V) al Variac y el lado da alta tensión (220 V) a la carga eléctrica trifásica,
insertar el vatímetro trifásico en el lado de alta tensión (220 V), finalmente
regular el variac a un voltaje de 110 voltios y realizar las pruebas, la carga
trifásica estará formada por:
Caso 01: 03 Lamparas incandescentes conectadas en delta y/o en estrella.
Caso 02: 01 Motor eléctrico trifásico 220 V.
Caso 03: Conexión en paralelo de las cargas del caso 01 y caso 02.
Realizar las mediciones de potencia, factor de potencia, y todas las corrientes y
voltajes tanto de línea como de fase.
Va
riac.
R
S
T
r
s
t
ANALIZADOR
DE
CALIDAD
A3
A2
A1V1
V2
V3
Ca
rga
FIGURA 3
8. Repetir solamente el caso 03, pero ahora deberá conectar los transformadores
monofásicos en:
Conexión trifásica D-d invirtiendo polaridad del secundario de manera que
los voltajes del primario y secundario estén desfasados 180° (Conexión Dd6).
Conexión trifásica en delta abierto ó conexión V.
Conexión trifásica Y-y (Figura 4) de manera que los voltajes del primario y
secundario estén en fase (Conexión Yy0).
Conexión trifásica Y-y invirtiendo polaridad del secundario de manera que
los voltajes del primario y secundario estén desfasados 180° (Conexión Yy6)
U
V
W
u
v
w
ACOPLAMIENTO Y Y
FIGURA N°4
IV. CUESTIONARIO
1. Presentar en forma tabulada, todas las lecturas de los instrumentos obtenidas en
los ensayos realizados, asimismo, determinar el circuito equivalente aproximado
de cada transformador, también indicar la forma como se determinó la polaridad
de cada transformador.
2. ¿Qué tipos de conexiones trifásicas de transformadores monofásicos existen?
¿para qué sirven?
3. ¿Se pueden obtener diferentes relaciones de transformación con un
transformador trifásico? ¿Y con un monofásico? Explícalo.
4. ¿Qué requisitos deben cumplir los transformadores monofásicos para formar la
conexión trifásica?
5. Si formamos un transformador trifásico a partir de tres transformadores
monofásicos iguales y lo alimentamos con un sistema trifásico equilibrado de
secuencia directa, ¿obtendremos a la salida siempre un sistema equilibrado
de tensiones de secuencia directa?.
6. Indique las ventajas y desventajas de los bancos monofásicos en conexión
trifásica respecto a los transformadores trifásicos.
7. ¿En qué casos es conveniente usar la conexión Yy y Dd?
8. ¿Qué diferencias relevantes se encontraron al trabajar con la conexión Yy0 y
Yy6?
9. ¿Qué diferencias relevantes se encontraron al trabajar con la conexión Dd0 y
Dd6?
10. Enumera algunas de las normas de seguridad a tener en cuenta en los ensayos de
transformadores.
11. En qué casos se utiliza la conexión Delta abierto?
12. Para las pruebas con carga y tomando como referencia los voltajes suministrados
por la red, las corrientes medidas por el amperímetro y el circuito equivalente
aproximado de cada transformador, plantear y resolver el circuito respectivo.
Determinar las potencias consumidas por cada carga y su respectivo factor de
potencia. Comparar los resultados obtenidos al resolver el circuito con los
medidos por los respectivos instrumentos (vatímetro y cosfímetro), indicar % de
error y las posibles causas de los mismos.
LABORATORIO Nº 05
PARTE A:
TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN PARALELO
1. OBJETIVOS:
Verificar el reparto de carga en dos transformadores de distinta tensión de
cortocircuito funcionando en paralelo.
2. EQUIPOS A UTILIZARSE:
2 Transformadores monofásicos de 1 KVA; 220/110 V
1 Transformador monofásico de 3 KVA; 220/110 V
1 Autotransformador variable (Variac); 220 V; 0-20 A
1 Multímetro digital
1 Amperímetro de pinza
1 Vatímetro monofásico
1 Banco de Focos Incandescentes de 1000 Watts
1 Motor Eléctrico de 220 voltios
3. PROCEDIMIENTO:
3.1.- Verificación de la polaridad de los transformadores.
FIGURA 1
Conectar los circuitos de acuerdo con las figura 1 y determinar las polaridades
y relación de transformación de c/u de los transformadores monofásicos de acuerdo
con el método de los 3 voltímetros y utilizando las siguientes ecuaciones:
a = V1 / V2
V12 = V1 + V2 la polaridad es aditiva
V12 = V1 - V2 la polaridad es sustractiva
Transformador
Serie No
V1
voltios
V2
voltios
V3
voltios
a = relación de
transformación
Polaridad Observaciones
3.2.- Regular el autotransformador (Variac) empezando de 0 voltios y aumentando
gradualmente hasta obtener la tensión, corriente y potencia de cortocircuito de
cada transformador conforme se muestra en la figura 2.
3.3.- Regular el autotransformador a un voltaje de 110 voltios y conectar los 2
transformadores monofásicos en paralelo de acuerdo con la figura 3, tomando
en cuenta la polaridad de c/u de ellos, se realizarán las pruebas para los
siguientes casos:
Conexión I : 02 transformadores de 1 KVA
Conexión II: 02 Transformadores: de 1 KVA y de 3 KVA
Medir la corriente suministrada por cada transformador y la corriente
consumida por la carga, para cada conexión la carga estará compuesta por:
Caso I: 01 banco de focos incandescentes de 1000 watts
Caso II: 01 Motor Eléctrico de 220 V
Caso III: Banco monofásico + Motor
AT1
T2
110V
220 V
220/110
220/110
FIG 3
ACARGA
A
L1 L2
L1 L2
4. CUESTIONARIO
4.1.- ¿Qué condiciones se deben cumplir para conectar dos ó más
transformadores monofásicos en paralelo?
4.2.- ¿Cuál será el reparto de carga si los transformadores tienen además su
relación de transformación distinta?
4.3.- ¿Se mantendrá el equilibrio entre las corrientes si se modifica el factor de
potencia de la carga?. Aplicar el caso de una carga a f.d.p. 0.8 inductivo.
4.4.- ¿Cuál es el factor de potencia del transformador 1 con respecto al
secundario si el f.d.p. de la carga es 0.85?
4.5.- ¿Qué sucedería si los transformadores se conectan en paralelo con la
polaridad opuesta?
4.6.- ¿Cómo es el reparto de carga en cada transformador? Elaborar un cuadro
con los resultados obtenidos en cada conexión y compararlo con los
resultados teóricos, indicando % de error. ¿Con que aproximación se
verificó el cálculo teórico del reparto de la carga?
Explicar las discrepancias.
5.- CONCLUSIONES
PARTE B TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS EN PARALELO
I. OBJETIVO:
Verificar el reparto de carga en dos transformadores trifásicos funcionando en
paralelo.
II. EQUIPOS A UTILIZARSE:
2 transformadores trifásicos secos de 5KVA; 220/380 V
1 Autotransformador trifásico
1 Vatímetro trifásico
1 multímetro digital
1 Amperímetro de pinza
1 Banco de focos incandescentes
1 Motor de 380 v
III. PROCEDIMIENTO
Conectar el circuito de la figura 3
L2L1 L3
220 V 380 V
L2L1 L3
Dyn5
Dyn5
A
A
A
Conectar los 2 transformadores trifásicos en paralelo de acuerdo con la
figura 3 teniendo en consideración la polaridad de c/u de ellos, medir la
corriente suministrada por cada transformador y la corriente consumida por la
carga, esta carga estará compuesta por:
Caso I: 01 banco de focos trifásico balanceado.
Caso II: 01 banco de focos trifásico desbalanceado
Caso III: 01 Motor Eléctrico de 380 V
Caso IV: Banco trifásico + Motor
Nota: Utilizar los parámetros de cortocircuito determinados en el laboratorio N° 3.
IV.- CUESTIONARIO
4.1.- ¿Qué condiciones se deben cumplir para conectar dos ó más transformadores
trifásicos en paralelo?
4.2 ¿Qué diferencias existen entre la conexión en paralelo de transformadores
monofásicos con respecto a los transformadores trifásicos?
4.3. ¿Cómo es el reparto de carga en cada transformador trifásico?. Elaborar un
cuadro con los resultados obtenidos y compararlo con los resultados teóricos,
indicando % de error. ¿Con que aproximación se verificó el cálculo teórico del
reparto de la carga? Explicar las discrepancias.
4,5 Tomando como referencia los voltajes suministrados por la red, las corrientes
medidas por el amperímetro y el circuito equivalente aproximado de cada
transformador, plantear y resolver el circuito respectivo. Determinar las
potencias consumidas por cada carga y su respectivo factor de potencia.
Comparar los resultados obtenidos al resolver el circuito con los medidos por
los respectivos instrumentos (vatímetro y cosfímetro), indicar % de error y las
posibles causas de los mismos.
V.- CONCLUSIONES
LABORATORIO N° 06
EL AUTOTRANSFORMADOR MONOFÁSICO
I. Objetivos
Realizar la prueba de vacío y de cortocircuito en el Autotransformador
monofásico (1Ø) para determinar los parámetros del circuito equivalente del
autotransformador.
Determinar las pérdidas en el hierro y en el cobre, que ocurren en el
autotransformador.
Hallar el rendimiento del autotransformador.
Pronosticar el comportamiento del autotransformador monofásico bajo carga,
utilizando el circuito equivalente.
Determinación de las características de regulación.
II. Equipos a Utilizar:
2 Autotransformadores variables con capacidad de 2KVA c/u.
1 Vatímetro monofásico.
1 Bobina L=112.86 m Hr; ri=13.2Ω; A=3.5 Amp.
1 Condensador de 20µF.
1 Elemento resistivo (Foco de 300 watts).
1 Multímetro digital.
1 Juego de cables para Conexión.
1 Amperímetro de Pinza de 40 Amp.
III. Procedimiento
Verificar las características físicas del autotransformador monofásico, anotar sus
datos de placa e identificar sus partes principales, anotar Temperatura ambiente.
Medir y anotar las resistencias de los bobinados de los lados de alta y baja del
autotransformador.
Medir y anotar las resistencias de aislamiento: AT-BT, AT-Masa, BT-Masa.
Conectar los bornes de entrada del Autotransformador N° 2 (El que se va a
analizar) a la red de 220 voltios y regular su tensión de salida a un voltaje de 150
voltios.
Conectar los bornes de entrada del autotransformador N° 2 a la red de 220
voltios y dejando abiertos los bornes de salida del autotransformador 2, tomar la
lectura de los instrumentos de medición: tensión, corriente y potencia.
Conectar el Autotransformador N° 1 a la red de 220 voltios y regular su tensión
de salida a 220 voltios, luego conectarlo a los bornes de entrada del
autotransformador N° 2
Conectar el vatímetro digital entre los bornes de salida del Autotransformador
N° 1 y los bornes de entrada del autotransformador N° 2, luego cortocircuitando
los bornes de salida del autotransformador N° 2, regular el voltaje de salida del
autotransformador N° 1, de manera que circule la corriente nominal en el
primario del autotransformador N° 2, tomar la lectura de los instrumentos de
medición: tensión, corriente y potencia.
Sin modificar nada en el Autotransformador N° 2, realizar la prueba de carga,
para esto instalamos el vatímetro a la salida del Autotransformador (El que se
analiza), y a la salida de este conectamos primero la carga resistiva (foco),
segundo la carga capacitiva (condensador) y por último la carga inductiva, para
cada carga tomar las lecturas de los instrumentos de medición: tensión, corriente
y potencia.
Repetir los pasos anteriores cuando a la salida del Autotransformador N° 2 sea
110 voltios y después cuando sea 50 voltios.
IV CUESTIONARIO:
4.1 La relación de los valores tomados en las experiencias efectuadas.
4.2 Del ensayo de vacío trazar las curvas de factor de potencia Cos θo (%),
potencia consumida Po (W) y corriente en vacío Io (A) como funciones de la
tensión de alimentación, asimismo graficar la curva relación de
transformación.
4.3 Del ensayo de cortocircuito graficar a partir de las lecturas la potencia
consumida Pcc (W), la tensión de impedancia Vcc (V) y el factor de potencia
de cortocircuito Cos θcc (%) como funciones de la corriente de cortocircuito
Icc (A).
4.4 Utilizando los datos de las dos primeras pruebas hallar el circuito equivalente
exacto del autotransformador para condiciones nominales.
4.5 Con el circuito equivalente aproximado trazar el diagrama circular del
autotransformador, es decir, Va vs Ia.
220 V
AUTO TRASFORMADOR
MONOFASICO
VARIAC.
Monofasico
VATÍMETRO DIGITAL
MONOFÁSICO
LN
U
I
T
N° 1
N° 2
4.6 Con los datos del ensayo con carga a factor de potencia 1, graficar la curva
Va vs Ia, y compararlo con el gráfico encontrado en 4.5 Explicar las
diferencias.
4.7 Para las diversas cargas determinar la caída de tensión interna μ en % según
la expresión:
100(%)2
22 xV
VV
O
O
4.8 Calcular la regulación de tensión para carga nominal con Cos φ = 0.8
capacitivo.
Asimismo calcular la eficiencia del autotransformador para estas
condiciones:
)º75(22 CPPCosIV
CosIV
LONN
ANAN
4.9 Comparar las pérdidas en el cobre (I1N)2 RT(W) con las pérdidas de carga PL
(75ºC) dada por la expresión:
)75235(
)235())((
)235(
)75235(1
2
11
2
1)º75(
tRItP
tRIP NCCNCL
Donde:
I1N: Corriente nominal en el primario
Rt: Resistencia equivalente en el arrollamiento primario a tºC = R1t +a2 R2t
LABORATORIO N° 07
TRANSFORMADOR TRIFÁSICO EN ACEITE
I. Objetivos
Realizar la prueba de vacío y de cortocircuito en el transformador
trifásico (3Ø) en aceite para determinar los parámetros del circuito
equivalente del transformador.
Determinar las pérdidas en el hierro y en el cobre, que ocurren en el
transformador.
Hallar el rendimiento del transformador.
Familiarización con el transformador trifásico refrigerado con aceite,
relacionado a las formas de conexión posibles y diferencias entre ellas.
Identificación de bornes homólogos (igual polaridad relativa).
Pronosticar el comportamiento del transformador trifásico bajo carga,
utilizando el circuito equivalente.
Determinación de las características de regulación.
II. Equipos a Utilizar:
1 Transformador trifásico Dy5; de 5 KVA, 460/220V.
1 Fuente DC y 1 resistor de 250 Ohms.
1 Autotransformador trifásico (Variac).
1 Multímetro digital.
1 Vatímetro trifásico (Analizador de Calidad).
1 Amperímetros de pinza.
Carga Resistiva (Focos incandescentes).
06 Condensadores de 20 microfaradios.
01 Motor Eléctrico trifásico.
III. Procedimiento
Verificar las características físicas del transformador trifásico en aceite, anotar
sus datos de placa e identificar sus partes principales, anotar Temperatura
ambiente.
Medir y anotar las resistencias de los bobinados de los lados de alta y baja del
trasformador.
Medir y anotar las resistencias de aislamiento: AT-BT, AT-Masa, BT-Masa.
a) Medición de resistencia eléctrica en los arrollamientos
Este ensayo debe ser el primero en realizarse, y para efectuarlo el transformador
debe de haber estado desconectado de la red lo suficiente para garantizar que el
bobinado se encuentre a la temperatura ambiente y des energizado (al menos 4
horas).
Se utiliza el método de la caída de potencial acorde a la norma IEC-60076. Para
llevarlo a cabo es necesario enseriar una resistencia a dos terminales
cualesquiera del transformador, y alimentar esta conexión con una fuente de
tensión continua. Se debe tomar en cuenta la conexión de las bobinas tanto en el
primario como en el secundario para obtener el valor resistivo de cada una.
El valor de la resistencia en serie es de gran importancia, ya que permite
estabilizar más rápido el transitorio del circuito R-L formado, de manera que los
instrumentos usados no se dañen.
Corregir los valores de las resistencias medidas a la temperatura de 75°C.
b) Prueba de Relación de Transformación
Conectar el autotransformador (variac) al lado de baja tensión del transformador,
luego regular el voltaje de salida del autotransformador empezando de 220 y
disminuyendo cada 10 voltios hasta 190 voltios, anotar el voltaje en el lado de
alta tensión del transformador.
c) Prueba de Vacío
Armar el circuito que se muestra en la figura, conectar el lado de baja (220 V) al
autotransformador (Variac), el que a su vez debe estar alimentado con la energía
de la red y dejar abierto los bornes del lado de alta (440 voltios). Luego, insertar
en el lado de baja tensión (220 V) un vatímetro trifásico el cual nos dará
directamente las pérdidas totales en el fierro (PFe), para medir las corrientes en
cada fase usar la pinza amperimétrica y para medir los voltajes usar el
multímetro digital. Si utiliza el analizador de calidad conectarlo tal como se
muestra en la siguiente figura, y anotar la lectura de potencia, factor de potencia,
corrientes y voltajes.
Va
riac.
ANALIZADOR
DE
CALIDAD
A3
A2
A1R
S
T
V1
V2
V3
r
s
t
Una vez armado el circuito de acuerdo a las indicaciones dadas en el párrafo
anterior, se debe graduar el voltaje de salida del autotransformador de manera
que se obtengan en el lado de baja (220 V), 5 voltajes en un rango del 75% y
100% del voltaje nominal (medida por el multímetro), para cada caso anotar la
lectura de todos los instrumentos.
d) Prueba de Cortocircuito
Previamente se deben de calcular las corrientes nominales de alta y baja tensión
del transformador trifásico.
Con el circuito desenergizado, armar el circuito que se muestra en la figura,
conectar el lado de alta (440 V) al autotransformador (Variac), el que a su vez
debe estar alimentado con la energía de la red y dejar cortocircuitado los bornes
del lado de baja (220 voltios). Luego, insertar en el lado de baja tensión (220 V)
un vatímetro trifásico el cual nos dará directamente las pérdidas totales en el
cobre (Pcu), para medir las corrientes en cada fase usar la pinza amperimétrica y
para medir los voltajes usar el multímetro digital. Si utiliza el analizador de
calidad conectarlo tal como se muestra en la siguiente figura, y anotar la lectura
de potencia, factor de potencia, corrientes y voltajes.
Va
riac.
ANALIZADOR
DE
CALIDAD
A3
A2
A1R
S
T
V1
V2
V3
r
s
t
Una vez armado el circuito de acuerdo a las indicaciones dadas en el párrafo
anterior, hay que aplicar al lado de alta (440 V) una tensión reducida (empezar
de 0 voltios), graduando el voltaje de salida del autotransformador (Variac), de
manera de obtener en dicho lado la corriente nominal, luego, anotar la lectura de
los instrumentos.
Regular el voltaje de salida del Variac (empezar de 0 voltios) a fin de obtener 5
diferentes valores de corriente en un rango del 75 al 110% de la corriente
nominal (medida por el amperímetro de pinza), para cada caso anotar la lectura
de los instrumentos.
e) Prueba con Carga:
Retirar el Variac, luego, conectar directamente a la red el lado de baja del
transformador (lado 220 V) y a la carga el lado de alta del transformador (lado
440 V), finalmente, insertar el vatímetro ó analizador de calidad en el lado de
alta (440 V) mostrado esquemáticamente en la figura siguiente.
La carga eléctrica a conectar en el lado de alta tensión del transformador será:
Resistencias ó focos incandescentes iguales conectadas en delta y/o en
estrella.
Condensadores iguales conectados en delta y/o en estrella.
01 motor eléctrico trifásico de 440 voltios.
Nota: Tomar en cuenta que los focos incandescentes trabajan a 220 voltios, por
lo tanto el circuito debe adecuarse de tal manera de asegurar estos 220 Voltios
¿Qué cambios haría? Asimismo, en el caso de utilizar el neutro del
transformador, deberá utilizar el neutro del analizador de calidad.
Re
d2
20
V
R
S
T
r
s
t
ANALIZADOR
DE
CALIDAD
A3
A2
A1V1
V2
V3
Carg
a
- Se deben conectar las resistencias ó los focos incandescentes para obtener 4
diferentes % de la intensidad nominal secundaria, es decir, con diferentes
índices de carga a fin de evaluar posteriormente bajo que índice presenta una
mayor eficiencia. Para cada caso medir potencia, factor de potencia
consumida por la carga, asimismo, medir las corrientes y voltajes de línea y
de fase en el primario y secundario.
- Armar una carga trifásica desbalanceada que contenga focos incandescentes,
condensadores y 01 motor eléctrico, luego, medir potencia, factor de
potencia consumida por la carga, asimismo, medir las corrientes y voltajes de
línea y de fase en el primario y secundario.
IV. Cuestionario
Medición de Resistencia, Pruebas de vacío y cortocircuito:
1. Determinar los parámetros que representan el transformador real, las pérdidas en
el mismo y la eficiencia del transformador trifásico.
2. Del ensayo de vacío trazar las curvas del factor de potencia Cos θ (%); Potencia
consumida P0 (W) y corriente en vacío I0 (A) en función de la tensión de
alimentación.
3. Del ensayo de cortocircuito graficar a partir de las lecturas la potencia
consumida PCC (W), la tensión de la impedancia VCC (V) como funciones de la
corriente de cortocircuito ICC (A)
4. Calcular la regulación de tensión para una carga nominal con Cos θ = 0.91
inductivo. Asímismo calcular la eficiencia del transformador para estas
condiciones:
5. A qué se debe la diferencia entre los resultados obtenidos al medir las
resistencias de los arrollamientos con el multímetro y con el método empleado?
¿Cuál es más confiable y por qué?
6. Comparar los valores obtenidos con los valores indicados en el protocolo de
Pruebas del transformador, indicar % de error y explicar las posibles causas de la
diferencia.
Prueba con carga:
1) Explicar el significado de cada una de las características de placa de este tipo de
transformadores.
2) Describir cada una de las partes de este tipo de tranasformadores.
3) Detallar los usos de este tipo de transformadores.
4) Explicar la utilidad de los Taps en este tipo de transformadores.
5) Con los datos del ensayo con carga a factor de potencia 1, graficar la curva V vs
I.
6) Para las diversas cargas resistivas dispuestas, construir el circuito monofásico
equivalente y determinar: La regulación de tensión
7) La eficiencia del transformador para estas condiciones:
8) Comparar las pérdidas en el cobre con las pérdidas de carga
(75°C) dada por la expresión:
Donde:
9) Grafique la curva índice de carga vs. Rendimiento. ¿Qué puede notar?, Sustente
su repuesta y desarrolle la expresión analítica adecuada.
10) Elabore un diagrama fasorial total, tomando en cuenta los desfasajes entre fases
originados por el tipo de conexión usada.
11) Para las condiciones de la carga usada y en base a su análisis anterior, diga
usted si sería favorable usar otro tipo de conexión, de ser así indique cual sería y
que ventajas y desventajas obtendría respecto al caso ensayado.
12) Tomando como referencia los voltajes suministrados por la red, las corrientes
medidas por el amperímetro y el circuito equivalente aproximado del
transformador, plantear y resolver el circuito respectivo. Determinar las
potencias consumidas por cada carga y su respectivo factor de potencia.
Comparar los resultados obtenidos al resolver el circuito con los medidos por
los respectivos instrumentos (vatímetro y cosfímetro), indicar % de error y las
posibles causas de los mismos.
LABORATORIO N° 08
BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN
CONEXIÓN Dy,Yd
I. OBJETIVOS:
Analizar y evaluar el comportamiento en forma experimental de las conexiones
tipo Dy e Yd de dos bancos trifasicos.
Realizar el ensayo de cortocircuito y de circuito abierto de un banco trifasico y
calcular el valor de sus parametros respectivamente.
Determinar el circuito equivalente y verificar el reparto de carga trifásica.
II. EQUIPOS A A UTILIZARSE:
1 autotransformador trifásico (Variac)
3 Transformadores monofasicos (220v-127v)
1 carga trifásica resistiva (Focos incandescentes) 220 voltios,
1 vatímetro trifásico (Analizado de Calidad)
1 vatímetro monofásico
1 amperímetro de pinza digital
1 multímetro digital
1 Motor eléctrico trifásico a 220 v
3 condensadores de igual capacidad.
III. PROCEDIMIENTO:
1. Verificar el funcionamiento correcto de los instrumentos de medida antes de
realizar los ensayos
2. Medicion de resistencias en corriente continua: Con la ayuda del multimetro
medir las resistencias en corriente continua de cada arrollamiento de los
transformadores a la temperatura de ambiente.
3. Verificar que la relación de transformación de cada transformador monofásico
sean del mismo valor.
4. Realizar la prueba de cortocircuito y de vacío de cada transformador
monofásico, asimismo determinar la polaridad (puntos homólogos) del primario
y secundario de cada transformador.
5. Verificar las relaciones de transformacion de cada transformador utilizado.
6. Implementar el circuito de la figura 1 para formar un banco trifasico en conexión
Dy luego medir en la salida las tensiones en cada fase del sistema y comprobar
con lo que se dice en la teoria.
7. Implementar el circuito de la figura 2 para formar un banco trifasico en conexión
Yd luego medir en la salida las tensiones en cada fase del sistema y comprobar
con la parte teorica.
1era Parte: Conexión Dy
FIGURA 1.
2da Parte: Conexión Yd
FIGURA 2.
3era Parte: Prueba de Vacio
Armar el circuito que se muestra en la Figura 3
Variar la tensión de alimentación del banco trifásico de 0 a 220 voltios en el lado Delta,
mientras el lado Y permanece en circuito abierto y tomar diferentes medidas
simultáneas de tensión, corriente y potencia.
D Y
U
V
W
AUTOTRAFOTRIFASICO
N
u
v
w
VA
TIM
ET
RO
V
A
FIGURA 3
4ta Parte: Prueba de Cortocircuito
Conectar el circuito de la figura 4 y utilizando el autotransformador trifásico alimentar
con tensión reducida del orden de 5-12% de la tensión nominal de
c/u de las fases, de tal manera que circulen las corrientes nominales del banco y tomar
diferentes medidas simultáneas de tensión, corriente y potencia.
V
A
AUTO TRAFO 3 Ø
VA
TIM
ET
RO
TR
IFA
SIC
O
U
V
W
u
v
w
A
FIGURA 4
5ta Parte: Prueba con carga
Implementar el sistema de la figura 5 y realizar las pruebas cuando la carga trifásica
está formada por:
Caso 01: 03 Lamparas incandescentes conectadas en delta y/o estrella.
Caso 02: 01 Motor eléctrico trifásico.
Caso 03: 03 Condensadores conectados en delta y/o estrella.
Caso 04: 01 Carga R-L-C desbalanceada en delta y/o estrella.
Realizar las mediciones de potencia, factor de potencia, y todas las corrientes y
voltajes tanto de línea como de fase.
FIGURA 5
IV. CUESTIONARIO
1. Elaborar para los circuitos de las figuras 1 y 2 , así como del ensayo con carga
el diagrama fasorial en cada secuencia de fases indicando las tensiones de linea,
de fase y corrientes obtenidas a partir de los cálculos.
2. Calcular a partir del ensayo de cortocircuito los parámetros a la temperatura
garantizada por norma tomando como tensiones de cortocircuito valores entre el
5-12% de la tension nominal y tabular estos valores en una tabla.
3. ¿Qué aplicaciones importantes tienen en este caso las conexiones tipo Dy e Yd ?
4. ¿Qué ventajas importante tiene la conformacion de un banco trifasico a partir de
transformadores monofasicos y dar un ejemplo aplicativo?
5. ¿Hay un cambio significante en los resultados si en nuestro sistema de
alimentación con carga despreciamos la corriente de excitación?
6. ¿Es correcto decir que el factor de potencia en el ensayo de vacío es igual a la
unidad? Fundamente su respuesta.
7. Del ensayo de cortocircuito elaborar una gráfica de las pérdidas que se producen
en los devanados vs la tensión de cortocircuito para puntos en el rango
establecido de (5-12%) del voltaje nominal e indicar para que tensiones se
producen más pérdidas.
8. ¿Por qué no es necesario calcular las pérdidas en el fierro determinadas en el
ensayo de vacío para la temperatura garantizada por norma?
9. Para el ensayo con carga ¿que influencia se tiene al trabajar con una carga con
factor de potencia: unitario, en adelanto y en atraso?.
10. Desarrollar el fundamento teórico para los tipos de conexiones a través de un
banco monofasico.
11. Tomando como referencia los voltajes suministrados por la red, las corrientes
medidas por el amperímetro y el circuito equivalente aproximado de cada
transformador, plantear y resolver el circuito respectivo. Determinar las
potencias consumidas por cada carga y su respectivo factor de potencia.
Comparar los resultados obtenidos al resolver el circuito con los medidos por los
respectivos instrumentos (vatímetro y cosfímetro), indicar % de error y las
posibles causas de los mismos.