ELECTRONICA APLICADA A LOS SISTEMAS DE POTENCIAPRACTICA TRANSFORMADOR MONOFASICO

Objetivos de la prctica 1. Conocer los parmetros del circuito equivalente de un transformador trifsico e identificar los ensayos con los que se pueden calcular 2. Medir la resistencia de los arrollamientos y calcular su variacin con la temperatura 3. Realizar un ensayo de vaco del transformador y calcular los parmetros de la rama paralelo del circuito equivalente 4. Realizar un ensayo de cortocircuito del transformador y calcular los parmetros de la rama serie del circuito equivalente

INTRODUCCIN TERICA Circuito equivalente de un transformador trifsico El circuito equivalente de un transformador es un circuito conexo que incorpora los fenmenos fsicos que se producen en un transformador real a frecuencia industrial, permitiendo la aplicacin de las tcnicas de la teora de circuitos elctricos en la resolucin de mltiples problemas del funcionamiento de los transformadores en las redes elctricas. El desarrollo del circuito equivalente del transformador se inicia con la reduccin de ambos arrollamientos a un mismo nmero de espiras. En una aproximacin simple, se podra indicar que los parmetros de la rama paralela del circuito equivalente representan los fenmenos ligados a la transformacin electromagntica que se produce en el ncleo ferromagntico (creacin del flujo comn de magnetizacin y prdidas en el hierro). Por otra parte, los parmetros de la rama serie del circuito equivalente representan los fenmenos ligados al funcionamiento en carga (prdidas Joule en los arrollamientos, flujos dispersos y prdidas adicionales asociadas a dichos flujos). Todo ello nos conduce a una representacin del circuito equivalente del transformador segn la figura 1, en la que aparecen los parmetros: R1: resistencia asociada al arrollamiento primarioXL1: reactancia de dispersin asociada al arrollamiento primarioR2: resistencia asociada al arrollamiento secundario reducida al primarioXL2: reactancia de dispersin asociada al arrollamiento secundario reducida al primarioRc: resistencia asociada a las prdidas en el hierro Xm: reactancia de magnetizacin

Figura 1: Circuito equivalente de un transformador

Medicin de la resistencia de los devanados. Esta prueba sirve, bsicamente, para comprobar que todas las conexiones internas efectuadas en los devanados y guas fueron sujetadas firmemente, as como tambin obtener informacin para determinar las perdidas en el cobre (I*R). Existen dos mtodos usados para realizar esta prueba. 1. Mtodo del puente de Wheatstone o Kelvin. Es el ms usado por la sencillez de su manejo y por la gran exactitud que nos ofrece; adems de que la corriente con la que opera es muy pequea, por lo cual no se alteran las lecturas por efectos de calentamiento durante la medicin, la comparacin se hace directamente con resistencias patrn, cuya exactitud puede ser muy grande. 2. El mtodo de la cada de tensin: consiste simplemente en conectar el devanado a una fuente de corriente continua y tomar las lecturas tanto de corriente como de tensin en el devanado, luego por medio de la ley de Ohm se calcula la resistencia del devanado

Medicin de la relacin de transformacin. La prueba de la relacin de transformacin tiene como principal objetivo, la determinacin de la relacin entre el nmero de vueltas del devanado primario y el secundario, o sea, determina si la tensin suministrada puede ser transformada a la tensin deseada. Existen tres mtodos para la medicin de la relacin de transformacin: 1. Mtodo del voltmetro. 2. Mtodo del divisor patrn. 3. Mtodo del transformador patrn (TTR)

Medicin de las prdidas con carga (ensayo en corto circuito)La resistencia y la reactancia equivalentes se miden sin dificultad por medio de un ampermetro, un voltmetro y un vatmetro, como se muestra en la figura 2. Se cortocircuita el secundario y se regula la tensin V1hasta que I1 alcance su valor a plena carga. Entonces I2 tiene tambin su valor a plena carga, puesto que I2 / I1 = N1 / N2 . No hay potencia suministrada; en consecuencia, la potencia absorbida se transforma toda en prdidas, las cuales se reducen casi por completo a la prdida en el cobre, porque la prdida en el hierro varia aproximadamente con el cuadrado de la tensin, y el valor de V1 requerido para hacer circular la corriente a plena carga por los arrollamientos cuando el secundario est cortocircuitado es solo alrededor de una dcima parte de la tensin normal. En consecuencia, la perdida en el hierro es solo una centsima parte, aproximadamente, de la normal y por lo tanto, despreciable.

Figura 2. Ensayo en cortocircuito de un transformador (secundario cortocircuitado)

Medicin de las prdidas sin carga (ensayo a circuito abierto)Corresponde a las prdidas en vaco y son la suma de las perdidas por histresis, ms las prdidas por corrientes inducidas en el ncleo (corrientes de Foucault). Las prdidas por histresis y por corriente de Foucault, consideradas en conjunto, constituyen lo que se denomina prdidas en el hierro. Suponiendo que la tensin de entrada V1 se mantiene constante, el flujo mx ser prcticamente constante, e independiente de la carga, porque mx no puede variar sin romper el equilibrio entre E1y V1, permitiendo as que fluya una corriente primaria adicional para contrarrestar la variacin de flujo. Puesto que el flujo es prcticamente independiente de la carga, la prdida en el hierro se supone constante para todas las cargas

Figura 2. Ensayo a circuito abierto de un transformador (secundario en circuito abierto)

REALIZACIN PRCTICAAntes de realizar cualquier medida, observar los datos tcnicos del transformador que se encuentran escritos en la placa de caractersticas que proporciona el fabricante, localizando los datos identificativos. Frecuencia, Potencia, Tensiones y Corrientes nominales y Relacin de trasformacin.Condicionamientos antes de iniciar la prctica: Para la realizacin de esta prctica, hay que prestar especial ATENCIN con los alcances de los equipos de medida, ya que es muy fcil equivocarse y daar los aparatos.

1. Realice la medida de la resistencia de cada devanado.Con ayuda del puente de Wheatstone, realice las medidas de las resistencia de cada uno de los devanados del transformador, as como tambin de los cables de conexin

2. Realice la prueba de vaco, en una tabla consigne los datos de la prueba: tensin de alimentacin, corriente de vaco, potencia en circuito abierto y tensin en el secundario. El siguiente circuito permitir realizar el ensayo en vacio, alimente el devanado primario por el lado de baja tensin, con una fuente de corriente variable.

V1(V)03060901271501209060300

V2(V)

I1(A)

W1(W)

Determine las perdidas nominales del hierro del transformador, y la relacin de transformacin.

3. Realice la prueba de cortocircuito, en una tabla consigne los datos de la prueba: corriente nominal de primario, tensin de cortocircuito, potencia de cortocircuito y corriente en el secundario. Alimente a tensin reducida el devanado de alta tensin que ser el primario hasta obtener la corriente nominal en el devanado primario, que de acuerdo a la relacin de transformacin se obtendr en el devanado secundario la corriente nominal. Verifique que la fuente de tensin alterna variable este en la posicin mnima antes de alimentar el montaje

I1(V)012345678

I2(V)

V1(A)

W1(W)

Determine las perdidas del cobre nominales y la relacin de transformacin, comparar con la relacin del ensayo anterior.

4. A partir de los datos obtenidos en la prueba de cortocircuito y de circuito abierto determine los parmetros del modelo aproximado del transformador

Trabajo Complementario fuera del Laboratorio:

1. Se tiene un transformador de 50 KVA de 2200 a 220 V que dio durante el ensayo los siguientes datos:Ensayo en circuito abierto: Po = 300 W, V1 = 2200 V , V2 = 240 V, Io = 1 AEnsayo de corto circuito: Vcc = 82 V, I1 = 22.7 A, Pcc = 460 Wa. Determine el circuito equivalente aproximadob. Si se conecta al transformador una carga de 5+j7 Ohms, calcule las corrientes y tensiones en todos los elementos y sobre la carga.

2. Se tiene un transformador de 1KVA de 220V a 380 V al que se le fueron realizados los ensayos de circuito abierto y cortocircuito arrojando los siguientes datos:Ensayo en circuito abierto: Po = 26W, V1 = 220 V, V2 = 379 V, Io = 0.3 AEnsayo de corto circuito: Vcc = 7.25 V I1 = 4.55 A Pcc = 28 Wa. Determine el circuito equivalente aproximadob. Si se conecta al transformador una carga de 130+j70 Ohms, calcule las corrientes y tensiones en todos los elementos y sobre la carga.

3. Explique de manera breve y con ayuda de imgenes como se realizan las pruebas de circuito abierto y cortocircuito en un transformador trifsico.