informe 5

U n i v e r s i d a d N a c i o n a l “ S a n L u i s G o n z a g a ” d e I c a

F a c u l t a d d e I n g e n i e r í a M e c á n i c a y E l é c t r i c a

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE MECANICA

CURSO: LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS

TEMA: REGULACION DE VOLTAJE Y EFICIENCIA EN EL TRANSFORMADOR MONOFASICO

DOCENTE: MAG. CARLOS WILFREDO ORÉ HUARCAYA

INFORME: 05

FECHA DE REALIZACIÓN: 19/06/2012

FECHA ENTREGA: 28/06/2012

Sección: VI ME-1 Grupo: B ALUMNO: GOMEZ FLORES LUIS ALEX

Observaciones del Profesor:

IncompletaMala PresentaciónMal TablasMal GráficasComentarios del Profesor:

1



1. OBJETIVO GENERAL -determinar el rendimiento y regulación del transformado en diferentes condiciones:-construir de acuerdo a los datos obtenidos en la experiencia de laboratorioGrafico de eficiencia vs potenciaGrafico de regulación de voltaje contra potencia2. elementos necesarios-banco de ensayos -transformador monofásico 220/113- 2 vatímetros

2

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Regulador_de_voltaje.jpg



2. MARCO TEORICO

REGULADOR DE VOLTAJEUn regulador de voltaje (también llamado estabilizador de voltaje o acondicionador de voltaje) es un equipo eléctrico que acepta una tensión eléctrica de voltaje variable a la entrada, dentro de un parámetro predeterminado y mantiene a la salida una tensión constante (regulada).

VENTAJAS

1. Funcionamiento permanente y seguro de todos sus equipos, las variaciones de voltaje el funcionamiento, la calidad de sus procesos.

2. Eliminar los recursos económicos gastados innecesariamente, aprovechando todo el potencial instalado: recursos técnicos, humanos, materiales, y de tiempo.

3. Incremento en la productividad y eficiencia del sistema protegido así como aumento de la vida útil de sus equipos.

Formula de regulación de voltaje.

δ=

U 1

mT

−U 2

U 1

mT

.100

U 1=voltajemedidoenel primarioU 2=voltajemedidoenel secundaio

(debe ser cons t ante)mT=relacion de transformacion

δ=UO2−U 2

U 2

.100

UO2=voltaje del secundario del

transformador trabajand oen vacioU 2=voltajemedidoenel secundaio

trabajandoa plena cargaFormula de regulación de voltaje en cortocircuito

δ=¿

φcc=angulode cortocircuito θl=angulo a plena carga

3

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_el%C3%A9ctrica



EFICIENCIA O RENDIMIENTO DE UN TRANSFORMADOR

La eficiencia o rendimiento de un transformador es la razón de la potencia útil de salida (o cedida a la carga) a la potencia de entrada (o absorbida) por el primario.

La eficiencia o rendimiento de un artefacto se puede conocer por medio de la siguiente ecuación:

n (% )=(W SAL)×100

W ENT

n (% )=(W SAL)

W SAL+W PERDIDAS

×100

Esta ecuación se aplica a motores y generadores, así como a transformadores.

Los circuitos equivalentes del transformador facilitan mucho los cálculos de la eficiencia.

Para calcular la eficiencia de un transformador bajo carga dada, sólo se suman las pérdidas de cada resistencia y se aplica la ecuación:

n (% )=(W SAL)×100

W ENT

Puesto que la potencia es WSAL = VS * IS cos ϕ

, la eficiencia puede expresarse por:

n (% )=VI cos φS

VS cosφS+Pfe+Pcc

4



3. EXPLICACION DE LA PRÁCTICA

3.1. REGUACION DE VOLTAJESe deben construir las curvas de eficiencia contra potencia utilizando 4 puntos para cada curva. La carga total a aplicar son 8 lámparas incandescentes de 100 watts, los puntos a utilizar son.-contra potencia aproximadamente 2l, 4l, 6l, 8l3.2 EFICIENCIASe debe construir una curva de eficiencia contra potencia utilizando 4 puntos para una curva 3.3 procedimientoPara la medición de la regulación de voltaje y la eficiencia en un transformador se utiliza el mismo montaje, en el cual se debe medir:Voltaje de entrada en el transformadorVoltaje de salía del transformadorPotencia activa de entrada al transformadorPotencia activa de salida del transformador e intensidad en e secundario

FORMULAS A UTILIZAR

REGULACIÓN DE VOLTAJE

δ=

U 1

mT

−U 2

U 1

mT

.10 0…… ..(a)

U 1=voltajemedidoenel primarioU 2=voltajemedidoenel secundaio(debe ser consante)mT=relacion de transformacion

EFICIENCIA (n) (METODO DIRECTO)

5



n (% )=(W 2)×100

W 1

……………………………..∝

W 1=potencia absorbidaenel primario

W 2=potencia entregadaa lacarga

EFICIENCIA (n) (METODO INDIRECTO)

n (% )=SC cosφ2

SC cosφ2+Pfe+C2Pcc

…………….(b)

S=potencia nominal del transformador C:índice de carga cos φ2:Angulo de F.P Pfe:perdias en y hierroPcc: perdidas en el cobre nominalCIRCUITO A UTILIZAR

Este circuito se utilizo en el ensayo primero usamos 2 focos en la segunda se utilizo 4 focos, en la tercera se utilizo 6 focos y en la cuarta 8 focos todas de 100 watts.En cada ensayo se tomaron datos de la tensión de entrada y salida igualmente con la corriente y potencia

6

V

AA

V2

L

8

L

6

L

4

L



CUESTIONARIOA) cuadro de valores tomados en los ensayos efectuados

Con 2 lámparas mt= I 2I 1

n (% ) δ%

primario Secundario 1.566 86.97 19.564220 V 113 V1.06 A 1.66 A215 W 187 W


n (% ) δ%

primario Secundario 1.762 91.29 10.406222 V 113 V1.85 A 3.26 A402 W 367 W


n (% ) δ%

primario Secundario 1.823 92.948 8.607225.4 V 113 V2.66 A 4.85 A593 W 550 W


n (% ) δ%

primario Secundario 1.853 93.73 7.021225.2 V 113 V3.21 A 5.95 A

714.8 W 670 W

b) construir la curva: eficiencia vs potencia

7



100 200 300 400 500 600 70082

84

86

88

90

92

94

96

eficiencia vs potencia

eficiencia vs potencia

c) construir la curva: regulación de voltaje contra potencia

100 200 300 400 500 600 7000

5

10

15

20

25

regulacion de voltaje versus potencia

regulacion de voltaje vs potencia

D) Para los diversos valores de carga, determinar la regulación y eficiencia según las expresiones, a, α y b

8



La relación de transformación para mT 1=1.566 ,mT 2=1.762 ,mT 3=1.823 ,mT 4=1.853

Usando la expresión (a)

δ=

U 1

mT

−U 2

U 1

mT

.100

δ 1=

2201.566

−113

2201.566

.100=19.564 %

δ 2=

2221.762

−113

2221.762

.100=10.406 %

δ 3=

225.41.823

−113

225.41.823

.100=8.607 %

δ 4=

225.21.853

−113

225.21.853

.100=7.021 %

Usando la expresión (α):

n (% )=(W 2)×100

W 1

n1 (% )=(187)×100215

=86.97 6

n2 (% )= (367 )×100402

=91.294

n3 (% )= (550 )×100593

=92.748 7

n4 (% )=(670)×100714.8

=93.73 3

Usando la expresión (b):

9



n(%)=SC cos φ2

SC cosφ2+Pfe+C2Pcc

Vamos a calcula el índice de carga con los datos del lado secundario la corriente nominal I2=8.85 A

c= I 2¿2

c 1=1.668.85

=0.187

c 2=3.268.85

=0.368

c 3=4.858.85

=0.548

c 4=5.958.85

=0.67

Sabemos que el transformador tiene una potencia nominal de 1kva,También sabemos que las cargas son puramente resistivas su factor de potencia es “1” y su φ =0. La Pfe=24.1;Pcc=36.7

n(%)=SC cos φ2

SC cosφ2+Pfe+C2Pcc

n1 (% )=[ 1×103 (0.187 )1×103 ( 0.187 )+24.1+(0.187 )2 (36.7 ) ] .100=88.048 %

n2 (% )= 1×103 (0.368 )1×103 (0.368 )+24.1+ (0.368 )2 (36.7 )

=92.678 %

n3 (% )= 1×103 (0.548 )1×103 (0.548 )+24.1+(0.548¿¿2) (36.7 )=93.977 %¿

n4 (% )= 1×103 (0.67 )1×103 (0.67 )+24.1+(0.67¿¿2) (36.7 )=94.289%¿

e) con los datos obtenidos en la prueba de corto circuito y de vacio (trabajo grupal)

10



Calcular la eficiencia y regulación por el método de cortocircuito para un factor de potencia de 0.8 inductivo; 0.85 capacitivo y resistivo.

Estas pruebas han sido realizadas en el lado primario con los siguientes datos:La Pfe=24.1;Pcc=36.7

Potencia 1kva

V. Primario 220 v

V. secundario 113v

I.primario 4.54 A

I.secundario 8.85ª

Polaridad sustractiva

%voc 7.1

F.P 0.8

O.T 283

TIPO TMAN

EN VACIO 220v ,0.39A ,24.1EN CORTO CIRCUITO 8.6v, 4.5A, 36.7 W

C=√ PfePcc=√ 24.1

36.7=0.810 F . P=0.8; cos−1 0.8→θ=36.869

Vamos a halla el Angulo de corto circuito (φcc ¿

cos φcc= PccVcc . Icc

=0.948

φcc=18.50

Eficiencia y regulación por el método de coto circuito para un factor de potencia de 0.8 inductivo

θl=36.869

11



n(%)=SC cos φ2

S C cos φ2+Pfe+C2Pcc

n1 (% )= 1×103(0.810) (0.8 )1×103(0.810)(0.8 )+24.1+ (0.810 )2 (36.7 )

=0.930 %

Regulación por el método de corto circuito

δ=¿

δ=¿

δ=3.707 %

Eficiencia y regulación por el método de coto circuito para un factor de potencia de 0.85 capacitivo

θl=−31.788

n(%)=SC cos φ2

SC cosφ2+Pfe+C2Pcc

12



n1 (% )= 1×103(0.810) (0.85 )1×103(0.810)(0.85 )+24.1+ (0.810 )2 (36.7 )

=0.935 %


δ=¿

δ=¿

δ=2.54 %

Eficiencia y regulación por el método de coto circuito para una carga resistiva

θl=0

n(%)=SC cos φ2

SC cosφ2+Pfe+C2Pcc

13



n1 (% )= 1×103(0.810)1×103(0.810)+24.1+ (0.810 )2 (36.7 )

=0.944 %


δ=¿

δ=¿

δ=3.71 %

f) explique usted en un transformador que hecho ocasiona una eficiencia bajaUna eficiencia baja seria casado por las pedidas en el hiero y perdidas en el cobre, nos damos cuenta de esto ya que al aplicar en la fórmula de eficiencia del método indirecto esta fórmula depende de La Pfe;Pcc si estas son menores la eficiencia va a ser mayor aprox al 100% y si son mayores la eficiencia va a ser baja

g) explique usted que consecuencias originaria una mala regulación en el transformador

14



La aplicación de una tensión diferente a la tensión nominal del transformador ocasionaría daños a las cargas alas que están conectadas trayendo consigo la disminución de vida útil de la carga

h) porque es importante la regulación y eficiencia en los transformadoresEs muy importante ya que de ello depende la vida útil de los artefactos eléctricos, además se evita los cortes por mantenimiento en los trasformadores

i) conclusiones personales de la experiencia* La eficiencia nos permite saber qué porcentaje de potencia nominal está entregando el transformador* La regulación en un transformador son muy importantes, en el ensayo conectamos primero 2 cargas y estas nos consumieron 113 v con una tensión de entrada de 220 luego conectamos 2 focos mas y aumentamos a tensión de entrada a 222 v para tener los 113 v, la regulación en el transformador nos permite aumentar o disminuir la tensión de entrada haciendo que en la carga no oscile la tensión a la que está determinada así evitamos que los artefactos eléctricos se deterioren

j) ¿Cuál es la discrepancia o error porcentual en cuanto a las mediciones de rendimiento respecto a los métodos directos e indirectos (justifique su respuesta)?

Método directo

n1 (% )=(187)×100215

=86.97 6%

n2 (% )= (367 )×100402

=91.294 %

n3 (% )= (550 )×100593

=92.748 %

15



n4 (% )=(670)×100714.8

=93.73 3 %

Método indirecto

n1 (% )=88.048 %

n2 (% )=92.678 %

n3 (% )=93.977 %

n4 (% )=94.289 %

Método directo (%) Método indirecto (%) %porcentual=|MD−MIMD |.100

86.976 88.048 1.232 %91.294 92.678 1.518 %92.748 93.977 1.325 %93.733 94.289 0.59 %

Comentario:Aquí vemos en este cuadro que la diferencia al usar ambos métodos es mínima acercándose aproximadamente

k) un transformador monofásico de 500 KVA, 42/2.4 V, 60Hz, ha dado los siguientes resultados e unos ENSAYOS EN VACIO .2400 V, 1.81A; CORTO CIRCUITO: 955V, 5.91A ,962.5 W, sabiendo además que el rendimiento máximo se obtiene para el índice de carga C=0.9915 DETERMINAR:a) parámetros del circuito equivalente

Como o nos dicen que el rendimiento máximo se obtiene de C=0.9915 despejamos de la ecuación de índice de carga para hallar las perdidas en el hierro

C=√ PfePcc

16



0.9915=√ Pfe962.5

Pfe=0.99152×962.5

Pfe=946.207w

Ahora hallamos e Angulo de vacio (ϕ) par hallar los parámetros

cos ϕ=¿ PfeVn . Io

= 946.2072400×1.81

=0.218¿

φcc=77.419

Antes de hallar los parámetros nos damos cuenta que el ensayo se realizo en el lado secundario por la tensión de 2400 V de transformador, mt=17.5

Ahora hallamos I fe2 y IU 2

I fe2=Io2cos φcc=1.81 cos77.419=0.395 A

I u2=Io2 sinφcc¿1.81 sin 77.419=1.767 A

hallando Io1 , Iu1 , I fe1

Io2=mt ( Io1 )Io1=

1.8117.5

=0.103 A

Iu1=Iu2

mt=1.767

17.5=0.100

I fe1=√ Io12−Iu1

2

I fe1=√0.1032−0.1002=0.024 A

17



Hallando la resistencia de perdida (R fe2 , R fe1)

R fe2=Vn2I fe 2

= 24000.395

=6075.9494Ω

R fe1=R fe2

mt 2 =6075.9494Ω17.52 =19.839

Hallando la resistencia de magnetización (X u2 , X u1)

X u2=Vn2I u2

= 24001.767

=1358.588Ω

X u1=X u2

mt2=1358.588Ω

17.52 =4.436Ω

En corto circuito: 955V, 5.91A ,962.5 WVamos hallar el ZEQ,X EQ,REQ

ZEQ=VccIcc

= 9555.91

=161.59Ω

Luego despejamos para Z1 , Z2:

Z1=ZEQmt

=161.5917.5

=9.233Ω

Z2=Z EQ

2(mt2)= 161.59

2(17.5¿¿2)=0.264Ω¿

Ahora REQ

REQ=Pcc

Icc2=962.5

5.912=27.556Ω

18



R1=REQ

mt=27.556

17.5=1.575Ω

R2=REQ

2(mt 2)= 27.556

2(17.5¿¿2)=0.045Ω ¿

Ahora X EQ:

X EQ=√ZEQ2−REQ2

X EQ=√161.592−27.5562

X EQ=159.22Ω

X1=X EQ

mt=159.22

17.5=9.098Ω

X2=X EQ

2(mt2)= 159.22

2(17.5¿¿2)=0.26Ω¿

b) la tensión de carga cuando esta consume 500KVA con cosθL=0.8capacitivo y alimentado el primario del transformador con 42 KV

Vamos a hala la I 2n:

I 2n=SVn2

=500KVA2.4KV

=208.33

Luego hallamos I 2n con la formula de índice de carga

c=I 2

I 2n

donde c=0.9915

Despejamos la formula en función a I 2

I 2=¿c ×I 2n=206.559¿

Ahora hallamos el Angulo de cortocircuito (φcc)

cos φcc= PccVcc × Icc

= 962.5955×5.91

=0.170

φcc=80.181

19



δ=[ I 2 . Z2 cos (φcc−θl)V 1 ] .100

δ=[ (206.559 )(0.264)cos (80.181+0.8)42×103 ] .100

δ=0.02 %

Ahora hallamos la tensión en la carga

V 2=[ 100−(δ )100 ] .Vo

V 2=[100−(0.02)100 ] .42×103

V en lacarga es=41.916kv

c) el factor de potencia de la carga, para conseguir la regulación cero cuando la carga consume 500 KVA a potencia nominal

δ=[ I 2 . Z2 cos (φcc−θl )V 1 ] .100

0=[ I 2 . Z2cos (φcc−θl )V 1 ] .100

cos (φcc−θl )=0

φcc−θl=cos−10

φcc−θl=90

80.181−θl=90

20



θl=−9.819

F . P=0.985

21

informe 5

Documents