UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
Laboratorio N°4 TRANSFORMADOR TRANSFORMADOR MONOFASICO ENSAYO EN CORTOCIRCUITO CORTOCIRCUITO Día: martes
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Docente: Ing. Juan José E. Montero G. Asignatura: Laboratorio de Electrotecnia Carrera: Ing. Electrónica Fecha de entrega: 10/10/2017
Cochabamba – Bolivia Bolivia
TRANSFORMADOR MONOFASICO ENSAYO EN CORTOCIRCCUITO 1. Objetivos:
Determinar las constantes en cortocircuito del transformador en sus diversas conexiones posibles a tensión (Entrada 220V-Salida =60V; 160V; 220V; 380V) y frecuencia nominal.
Dibujar el diagrama vectorial y el circuito equivalente simplificado del transformador en cortocircuito.
Utilizar debidamente los instrumentos de medición en la determinación de las relaciones de transformación.
II.Fundamento Teórico: Ensayo en cortocircuito consiste en cortocircuitar el secundario del transformador y alimentar el primario mediante una tensión reducida, cuyo valor es tal que la corriente que circule sea la nominal del transformador. Debido a que el valor de la tensión que se debe aplicar es del orden del 5% de la tensión nominal, en la rama de excitación tendremos una corriente, que será unas veinte veces menor que la corriente de vacío con la tensión nominal. Como a su vez la corriente de vacío a plena tensión es del orden del 5% de la corriente nominal ,la corriente en este ensayo será aproximadamente 400 veces más pequeña que la nominal, con lo cual podemos despreciar la misma y retirar del circuito equivalente la rama en paralelo.
= = =
= 0
Circuito equivalente en cortocircuito de un transformador
I 1CC W
A
I2CC
U 1CC
Tensión reducida Del transformador
V
Transformador
A
En este ensayo se determinan las perdidas en el cobre del transformador ya que de acuerdo al circuito equivalente, el elemento que consume potencia activa es la resistencia equivalente de los bobinados. Ya que la corriente que se hace circular es la nominal, las perdidas obtenidas son las nominales y se cumple:
=
= ∗ = ∗ = = √ −
Factor de potencia:
cos= ∗ Diagrama fasorial del transformador en cortocircuito:
∗ 1
∗
∗ 1
∗ 1
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Material a utilizar: Inspeccione el respectivo puesto de trabajo y corrobore la existencia de todos los componentes e instrumentos que la guía propone para esta sesión de laboratorio. En caso de no ser así, informe de inmediato a su docente en forma ordenada y detallada, a fin de solucionar eventuales inconvenientes que se presenten.
a) Módulo banco de transformadores: BIM 1420 b) Instrumentos de medición: Módulo A-V de hierro móvil
BIM 1421
Módulo vatímetro monofásico BIM 1425
c) Módulo fuente de poder BlM 1408 2. Montaje Del Circuito Efectuar del montaje del circuito, tal como se muestra a continuación respetando las normas generales y de acuerdo a las indicaciones de la secuencia operativa.
2. Desarrollo del laboratorio Efectuar el montaje según la figura, verificar la conexión tomando en cuenta: - Alcance del voltímetro en 700 [V] -Alcance del amperímetro en 20 [A] - Alcance del vatímetro 1[A]*240[V]
22ΩΩ
5[A]*240[V]
=3.9Ω = =0.035Ω =
22ΩΩ 240 = = 2[ ] 1 ∗240 cos→= 120 = = 1 0[ ] 5 ∗240 cos→= 1200 120
- Posición del variac en 0 Volts. - Primario del trasformador borne de 220[V] - Secundario de 60[V](luego 160; 220 y 380[V])Cortocircuitado
- Considere las relaciones de transformación para: 220-60; 220-160; 220-220; 220-380[V] -> k=3.667; 1.375; 1; 0.579 respectivamente.
3.1. Proceso de Medición Solicitar la autorización para la conexión a la red mediante la llave general de la fuente de poder.
a) Efectuar la 1a medición correspondiente a transformador 220IVI primario y con conexión del secundario en 60IV] nominales en cortocircuito. Cerrar la llave de la fuente de poder y aumentar la tensión gradualmente en el primario hasta que el amperímetro marque la corriente nominal del bobinado de 220[V] o sea 0. 73[A], en estas condiciones registrar los valores "Uccm", "In" y "Pccm” en el apartado "IV TABLA DE REGISTROS MEDIDOS Y CALCULADOS”.
b) Bajar la tensión a cero y abrir la llave general. En estas condiciones se comenzar la 2a medición efectuando las siguientes modificaciones: 1) Manipular los cables colocando el cortocircuito secundario en el bobinado de 160 [V]. 2) Repitiendo el procedimiento indicado en el inciso a), es decir cerrar la llave general de la fuente de poder y aumentar gradualmente la tensión del primario hasta alcanzar nuevamente la corriente In = 0.73[A] como corresponde al bobinado primario y leer: "U ccm", "ln" y "Pccm" registrar estos valores en el apartado "IV. TABLA DE REGISTROS MEDIDOS YCALCULADOS”
c) Bajar la tensión a cero y abrir la llave general y repetir el proceso de medición cortocircuitando el bobinado secundario de 220IV] (60+160 [V])(3 a medición) y luego para 380IV] (4 a medición) de acuerdo a la secuencia operativa indicada en los incisos a) y b). Registrar en cada caso los valores medidos en el apartado "IV. TABLA DE REGISTROS MEDIDOS Y
CALCULADOS". Ojo: No olvidar en cada caso que una vez concluida cada medición bajar la tensión del "Variac" a cero y abrir la llave general de la fuente de poder
TABLA DE REGISTROS MEDIDOS Y CALCULADOS Anote en la siguiente tabla, los valores de acuerdo al apartado “3.1. proceso de medición” y proceda con los cálculos necesarios, gráficas y diagramas
solicitados en el apartado “Cuestionario”. N
Tensión Intensidad Intensidad primaria de de corriente corriente en CC Uccm[V] In[A] Icc[A] 40 0.73 2.77 20 1.01 15 0.72 14 0.41
1 2 3 4
Potencia leída
K[W/div] 0.5 0.5 0.2 0.2
Pccm[W] 33.5 18 15 14.4
[div] 67 36 75 72
CUESTIONARIO 1.- Calcular y tabular: la tensión de cortocircuito “Ucc” aplicada en el primario para que por este circule la corriente nominal con el secundario cortocircuitado; la potencia absorbida por el transformador en cortocircuito “Pcc”; la impedancia equivalente de cortocircuito “Z cc” del transformador en cortocircuito; la resistencia equivalente de pérdidas de cortocircuito “R cc”; la reactancia equivalente de cortocircuito “X cc” del transformador en vacío; el factor de potencia del transformador en cortocircuito “cos(ⱷ)” y la potencia
absorbida en cortocircuito para cubrir las pérdidas en el cobre a temperatura ambiente “PccCu”.
Nº
In [A]
1 2 3 4
0.73 0.73 0.73 0.73
Uccm [W] 40 20 15 14
Pccm [W] 33,5 18 15 14,4
Ucc Pcc Zcc Rcc [V] [W] [Ω] [Ω ] 37,15 27,12 50,89 50,89 17,15 12,51 23,47 23,47 12,15 8,87 16,64 16,64 11,15 8,14 15,27 15,27
Xcc [Ω ] 0 0 0 0
cos(ⱷ)
1 1 1 1
PccCu [W] 33,5 18 15 14,4
= 0,73 , que la resistencia amperimétrica del vatímetro es = 3,9 Ω, y que la resistencia del amperímetro con el que se trabajo es de = 0,0 01 Ω Sabemos que la corriente
Para determinar la tensión de cortocircuito debemos usar la siguiente relación o ecuación:
= − − = − − Por tanto para el primer caso:
=40−3,9∗0,73−0,001∗0,73 =37,15 Para el segundo caso:
=20−3,9∗0,73−0,001∗0,73 =17,15 Para el tercer caso:
=15−3,9∗0,73−0,001∗0,73 =12,15 Para el cuarto caso:
=40−3,9∗0,73−0,001∗0,73 =11,15 Para determinar la potencia de cortocircuito debemos usar la siguiente relación o ecuación:
= ∗ ∗ⱷ Pero como el factor de potencia es 1 nos queda:
= ∗
Por tanto para el primer caso:
= 37,15 ∗ 0,73 = 27,12 Para el segundo caso:
= 17,15 ∗ 0,73 = 12,51 Para el tercer caso:
= 12,15 ∗ 0,73 = 8,87 Para el cuarto caso:
= 11,15 ∗ 0,73 = 8,14 Como el factor de potencia es 1 entonces o existe parte imaginaria o carga capacitiva-inductiva por tanto no hay reactancia es decir:
= 0 Ω Para determinar la resistencia de cortocircuito debemos usar la siguiente relación o ecuación:
= Por tanto para el primer caso:
27,12 = (0,73) = 50,89 Ω Para el segundo caso:
12,51 = (0,73) = 23,47 Ω Para el tercer caso:
8,87 = (0,73) = 16,64 Ω Para el cuarto caso:
8,14 = (0,73) = 15,27 Ω Si se desea hallar la impedancia de cortocircuito se debe:
= Pero considerando que el factor de potencia es 1 entonces no existe parte reactiva y por ende se llega a la conclusión de que:
= La potencia PCC marcada por el vatímetro es la suma de: a) Las pérdidas en el Cu para la potencia nominal:
= +
b) Las pérdidas en el Fe, que son despreciables, pues dependen de la tensión V100 y esta es pequeña comparada con la V1N Por lo tanto podemos decir que:
=
2.- Dibujar el diagrama vectorial y el circuito equivalente simplificado del transformador en cortocircuito.
∗ 1
∗
∗ 1
∗ 1
= = =
= 0
Circuito equivalente en cortocircuito de un transformador CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se debe utilizar de manera correcta los instrumentos de medición y conectarlos de manera que veamos cual medida es la de prioridad porque cada instrumento tiene su resistencia interna y esto podría hacer variar los resultados. Es decir debemos ver que nos interesa medir o controlar ya sea el voltaje o la corriente. No sobrepasar del valor nominal de la corriente que es 0,73 en el bobinado primario ya que esto podría dañar al transformador.
Siempre revisar las escalas con las que se va a trabajar y ver que estas sean más grandes que los valores que vamos a medir. No olvidar que el amperímetro se conecta en serie y el voltímetro en paralelo esto debido al valor de sus resistencias internas además de recordar que el vatímetro lleva dos bobinas una amperimetrica y otra voltimetrica.
BIBLIOGRAFIA 1.- Chapman, Steepheen: Maquinas eléctricas. MCgraw-Hill, interamericana de México. 2.- http://www.tuveras.com/transformador/transformador_ensayos.htm 3.- https://automatismoindustrial.com/1-3-6-5-ensayos-de-vacio-y-decortocircuito/
