laboratorio 5 ensayo con carga (1)

Laboratorio de Máquinas Eléctricas 1- 2015A. Apellidos y Nombres:………………………………..……………. CUI:……………………..

U R U X

GUIA DE LABORATORIO No. 5.

TEMA: ENSAYO DEL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO BAJO CONDICIONES DE CARGA.

1. OBJETIVOS a) Determinar experimentalmente las características de externas del transformador bajo condiciones

de carga. b) Comprobar experimentalmente el rendimiento del transformador monofásico de pequeña

potencia. c) Verificar experimentalmente la regulación ante carga inductivas y capacitivas. .

2. INTRODUCCIÓN

Tensión de cortocircuito El parámetro Ucc obtenido en el ensayo de cortocircuito expresado como un porcentaje de la tensión

nominal del lado de ensayo es la tensión de cortocircuito en por ciento.

U % = U CC ⋅100

CC U n

Este valor es una medida de la impedancia del transformador referida e la impedancia nominal que se conoce con el nombre de impedancia equivalente en por ciento.

U CC % = U CC ⋅ I n

U n ⋅ I n

⋅100 = Z e

Z n

⋅100 = Z e %

en los transformadores se utiliza mucho los parámetros expresados en forma porcentual para poder independizarlos del lado de análisis (primario o secundario) Se denomina caída porcentual resistiva e inductiva a las expresiones:

R ⋅ I X ⋅ Iu % = e n ⋅100 n

; u % = e n ⋅100 n

I1 Re1 Xe1

U 1 U 21

Regulación de tensión.

La regulación de tensión es una expresión indicativa de la caída de tensión en el transformador. Para condiciones nominales se define la regulación de tensión como:

∆U % = U 1 − U 21 ⋅100

U1

tomando como referencia el circuito:

Moisés C. Tanca Villanueva, Dr. Ing.


2

P P P

C

U1 j I 1 ·X e1

O

U21 I 1

D A B I 1 ·R e1

∆U % = U 1 − U 21 ⋅100 = OC − OD

⋅100 = OB − OD ⋅100 ≅ OA − OD

⋅100U1 U1 U1 U1

∆U % = I1 ⋅ Re1 ⋅ cos ϕ + I1 ⋅ X e1 ⋅ senϕ

⋅100 = I1 ⋅ Re1 ⋅ cos ϕ

⋅100 + I1 ⋅ X e1 ⋅ senϕ

⋅100 U1 U1 U1

∆U % = uR % ⋅ cosϕ + u X % ⋅ senϕ

Rendimiento de un transformador. El rendimiento de un transformador es la relación entre la potencia suministrada a la carga y la potencia

absorbida de la red.

η = c arg a ⋅100 = c arg a ⋅100 = c arg a = U ⋅ I ⋅ cos ϕ Pabsorb . Pc arg a + Pérdidas Pc arg a + PFe + PCu U ⋅ I ⋅ cos ϕ + PFe + I ⋅ Re

el rendimiento es variable con la carga y el mejor rendimiento se obtiene en el régimen en que las pérdidas en el hierro son iguales a las pérdidas en el cobre.

*complementar el fundamento teórico de transformadores con las referencias básicas del curso. ++Traer un resumen de la información revisada del procedimiento de pruebas en vacío de

transformadores y sus respectivas normas nacionales e internacionales y como determinar los parámetros del transformador experimentalmente.



2.1. PRE-LABORATORIO.- presentar la solución del siguiente problema en programa de cálculo MATHCAD ó MATLAB antes de iniciar la práctica:

Enunciado: sean las variables medidas de un transformador de 1000 VA, 220/110 V de 60 Hz, que

durante el ensayo de corto circuito a corriente nominal se obtuvo una tensión de corto circuito de 8 % de la tensión nominal la potencia de corto circuito de 20 W. Del ensayo de vacío a tensión nominal, la corriente vacío es 12 % de la corriente nominal y la potencia de vacío de 35 W. Determinar los parámetros del circuito equivalente del transformador referido al lado de altas tensión y otro al lado de Baja Tensión.

Con los parámetros del circuito equivalente exacto del transformador referidos al lado de alta tensión

determinar la regulación de tensión y el rendimiento del transformador para las siguientes cargas: 25%, 50%, 75%, 100% y 125% de potencias nominal y a un factor de potencia de 80% en atraso. Trazar las curvas de regulación vs potencia de carga activa y rendimiento vs potencia de carga activa.

3. MATERIALES, INTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y EQUIPOS

Los siguientes dispositivos, equipos, instrumentos y materiales serán necesarios para la realización de la practica:

Item Cantidad Descripción Código

1 1 Regulador de tensión monofásica (variac) 220 V, 5 A 2 1 Transformador de potencia monofásico: 220 V, 110 V,

60Hz. 350 VA, ó 500 VA ó 1000 VA,

3 2 Amperímetro de c.a. 5 A, 1 A 4 2 Voltímetro de c.a. de 150 V, 300V 5 1 Vatímetro 1A, 120; 5 A, 240 V, ó 5A, 120V;25 A, 240 6 1 Frecuencímetro de 220 V 7 1 Microohmímetro MPK5 (o puente Wheastone) 8 1 Reostato o resistencia de 11 Ω, 8 A. 9 1 Multitester para verificación de circuitos

10 1 Kit de cables flexibles AWG 14 ó 2.5 mm2 11 1 Termómetro de mercurio o digital 12 1 Resistencia de carga según potencia del transformador 13

4. PROCEDIMIENTO

a) Realizar los cálculo de las resistencias de la carga para el transformador para cargas: 100%, 75%,

50% y 25% de la potencia nominal en los terminales de baja tensión.

1.- De acuerdo a la potencia nominal de transformador y la capacidad de corriente seccionar los reóstatos para conseguir las diferentes cargas.

Carga Sn [VA] V2n [V] I2n [A] RL [Ω] 100% 75% 50% 25%

b) Lectura de los datos de la prueba bajo carga resistiva:

2.- Montar el circuito de la figura 1 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.



Fig. 1. Esquema de conexiones del ensayo de carga del transformador.

3.- Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor, energizar el circuito 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 la instrumentos para cada carga indicada. Registrar lecturas de los instrumentos de medición en la siguiente tabla.

Amp1 Volt1 Vatímetro Amp2 V1 f

# div CI A A CV V div CW W div CI A V Hz 1 2 3 4 5 6 7

Completar la siguiente tabla con los datos del ensayo y las cálculos efectuados.

5. CUESTIONARIO PARA LA DISCUSIÓN DE RESULTADOS

5.1. En forma tabulada presentar los datos de los ensayos de vacío a tensión nominal y de corto circuito a corriente nominal. Realizar en un programa de cálculo las operaciones necesarias para obtener los parámetros del circuito equivalente.



5.2. Presente, dibuje el circuito equivalente exacto y sus respectivos parámetros del transformador

corregidos a la temperatura de normalizada de 75 oC, referidos al lado de alta tensión con los datos del ensayo con carga.

5.3. Determine la regulación (o caída de tensión) del transformador con los parámetros del circuito equivalente; para cargas desde 0 hasta plena carga con factor de potencia unitario.

5.4 Determine las pérdidas del núcleo y las pérdidas eléctricas a través del circuito equivalente exacto. Determine la potencia de carga resistiva en la cual se produce la máxima eficiencia del transformador.

5.4. Con los datos del ensayo de carga resistiva graficar la curvas de regulación experimental y comparar con el grafico obtenido vía simulación o de cálculo.

5.2. 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.

5.3. Como cree Ud. se realiza los ensayo de carga de transformadores de distribución y subestaciones de transformación de grandes potencias, por ejemplo de 500 kVA.

6. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA

6.1. Investigue y calcule los parámetros del circuito equivalente a partir de los datos de un protocolo de pruebas de una transformador de distribución o de transmisión, presentar la copia del protocolo.

6.2. Investigue como es el principio de funcionamiento del sistema de regulación de transformadores de transmisión bajo carga.

7. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

Plantee en forma personal y clara un mínimo de cinco (5) conclusiones de la experimentación. Plantee en forma personal y clara un mínimo de tres (3) observaciones para mejorar la experiencia de las prácticas de estas pruebas.

8. BIBLIOGRAFIA

Al final de todo documento o informe técnico se hace referencias numeradas a la bibliografía empleada

y la normalización respectiva. Dar las referencias bibliográficas enumeradas de su informe de la práctica. Por ejemplo podemos iniciar así:

1. Jesús Fraile Mora, “Máquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra. edición, 2008. 2. Fitzgerald A. E. Charles Kingsley Jr, Stephen D. Umans, “Máquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra.

edición, 2003. 3. ….

APENDICE Temas resueltos y explícitos de complementario para la mejor comprensión del informe.

ANEXO

Todo material relacionado con la ejecución de la practica que ayude a elaborar y comprender el informe presentado.


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