ENSAYO DEL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO CONECTADO COMO AUTOTRANSFORMADOR

Objetivos

a) Determinar y comparar las pérdidas de vacío (rama de magnetización) del transformador y del auto transformador a través del ensayo de vacío a tensión y frecuencia nominal

b) Determinar y comparar las pérdidas del cobre (impedancia de cortocircuito) del transformador y del auto transformador a través del ensayo de cortocircuito

c) Verificar experimentalmente la potencia nominal de transformador y del autotransformador a través del ensayo con carga nominal

Introducción:

Los autotransformadores son una alternativa que se considera al momento de un diseño; poseen ventajas y desventajas con respecto al transformador cotidiano, pero cumplen con la misma función.

Autotransformador.

El autotransformador se podría considerar como un caso algo particular en la familia de transformadores, posee las mismas cualidades de un transformador, pero la diferencia es que el autotransformador tiene un solo devanado (bobinado) el cual hace de bobinado primario y secundario, que se encuentra envuelto al núcleo, este autotransformador tiene 4 bornes los cuales constan en el primario y secundario, la conexión del terminal depende de la necesidad de voltaje que se necesita a la salida, ya que puede conectarse en cualquier espira obteniendo la tensión requerida, pudiéndose deducir que si el voltaje de ingreso es menor al cual se tendrá de salida se llamara un autotransformador elevador, caso contrario será un autotransformador reductor

Funcionamiento

El transformador común y corriente deja fluir el campo magnético desde la entrada hasta la salida, en cambio el autotransformador, su funcionamiento o parte de este funcionamiento es por inducción y la otra parte del funcionamiento es de forma eléctrica.

La relación de transformación de un autotransformador de un transformador normal entre las tensiones, corrientes, número de vueltas, del primario con las del secundario. En un autotransformador, la porción común (llamada por ello "devanado común") del devanado único actúa como parte tanto del devanado "primario" como del "secundario". La porción restante del

devanado recibe el nombre de "devanado serie" y es la que proporciona la diferencia de tensión entre ambos circuitos, mediante la adición en serie (de allí su nombre) con la tensión del devanado común

V 1V 2

=N 1+N 2N 2

=aA

ILI I

=N 1+N 2N 2

=a A

a A=N 1+N 2N 2

=a+1

Ventajas de los autotransformadores

Dimensin mas reducida Costoas mas bajos Eficinecia alta Corriente de excitación mas reducida Mejor regulacion

Desventajas frente al transformador

Mayores corrientes de cortocircuitopor disminuir su impedancia de cortocircuito Conexionelectrica entre el primario y secundario

Materiales:

Regulador de tension monofasica 220 V,5 A Transformador de potencia monofasica:220 V, 110V, 60 Hz; 350 VA Amperimetro de c.a. de 20 A, 5 A Voltimetro de c.a. 150V, 300 V Vatimetro 1ª, 120;5ª 240 V; 5ª 120V Frecuencimetro de 220 V Microohmimetro MPK Reostatos o resistencias de 5ª Multitester para verificaion Termometros de mercurio

Procedimiento:

Completar el siguiente cuadro para las diferentes cargas

Carga S(VA) V2(V) I2n(A) RL

100% 1050 330 3.18 103.77

75% 787.5 330 2.38 138.65

50% 525 330 1.59 207.55

25% 202.5 330 0.79 417.72

Montar el circuito de la figura

Amp 2 Volt 1 Vatimetro Amp 1 V2 f# div C1 A A Cv V div Cw W div C1 A V Hz1 100 0.1 1.2 150 2 220 120 1 280 100 0.1 0.8 325 602 100 0.1 2.4 150 2 220 120 1 530 100 0.1 1.6 321 593 100 0.1 3.7 150 2 218 120 1 800 100 0.1 2.4 317 59

4 100 0.1 4.8 150 2 220 120 1 1045 100 0.1 3.2 315 59

Con un programa realizar el procesamiento de datos tomados en la experiencia y dar elos resultados en la tabala

clear all;clcS=350;Vb=220;V2=110;a=Vb/V2;Va=Vb+V2;disp('en vacio')Pva=16;Iva=0.1;Rpdf=Vb^2/Pva*a^2Qva=sqrt((Vb*0.1)^2-Pva^2);Xm=Vb^2/Qvadisp('en corto')Req=2.0047;Xeq=1.1472;Am1=[0.8 1.6 2.1 3.15];Pcu=Am1.^2*ReqV=[325 321 317 315];Irfe=V/Rpdf;Pfe=Irfe.^2*RpdfPt=[202.5 525 787.5 1050];P2c=Pt-Pfe-PcuPex=[280 530 800 1045];n=Pt./PexVU2=330-VI1=[1.2 2.4 3.7 4.8];co_fi=Pt./(Vb*I1)

P2c Pcu Pfe Ptot n ∆U2 Cos (Ǿ)W W W W - V -192.5 1.2830 8.7293 202.5 0.7232 5 0.7670511.4 5.1320 8.5158 525 0.9906 9 0.9943770.4 8.8407 8.3049 787.5 0.9844 13 0.96741021.9 19.8916 8.2004 1051 1.0048 15 0.9943

Cuestionario

1.- En forma tabulada presente los datos de ensayo de vacio a tension nominal y de corto circuito con los parametros del circuito equivalente del autotransformador

clear all;clcS=350;Vb=220;V2=110;a=Vb/V2;Va=Vb+V2;disp('en vacio referido allado de alta')Pva=16;Iva=0.1;Rpdf=Vb^2/Pva*a^2Qva=sqrt((Vb*0.1)^2-Pva^2);Xm=Vb^2/Qvadisp('en corto referido al lado de alta')Icc=3.18;Pcc=13;Vcc=4.8;Zeq=Vcc/Icc;Req=Pcc/Icc^2Xeq=sqrt(Zeq^2-Req^2)

Prueba de vacio ResulatdosVe(V) A1(A) Vs(V) Pot(W) Rpfe=12100220 0.1 330 16 Xm=3205.4

Prueba de corto circuito ResulatadosVe(V) A1(A) A2(A) Pot(W) Req=1.2856

4.8 3.2 4.8 12.8 Xeq=0.7910

2.- Presente dibuje el circuito exacto del autotransformador y normalice a 75 ªC

Rx=Kt∗Ra

Kt=234 .5+75234 .5+19

=1 .2209

Rxeq=1 .2209∗1 .2856=1 .5696Xmeq=1.2209∗0.7410=0 .9047Rpfe=1 .2209∗12100=14772 .89Xm=1 .2209∗3205 .4=3913 .47

3.-Determine la regulacion o caida del transformador con los parametros del circuito equivalente para cargas de 0 a plena carga con un factor de potencia unitario

clear all;clcSn=1049.4;Vva=330;Vb=220;Zeq=1.2856+j*0.7410;Rpfe=12100;Xm=j*3205.4;Zmag=Rpfe*Xm/(Rpfe+Xm);Sc=Sn*[0 0.5 1]Ic=Sc/Vb;Iba=350/220*[0 0.5 1];I110=Ic-Iba;Vpa=abs(I110*Zeq)+VvaReg=(Vpa(3)-Vpa(1))/Vpa(1)*100

Sc =1.0e+003 * 0 0.5247 1.0494Vpa = 330.0000 332.3587 334.7173Reg = 1.4295

4.- Determine las perdidas del nucleo y electricas a travez del circuito equivalente exacto. Determine la potencia de carga resistiva en la cual se producela maxima eficiencia del autotransformador

clear all;clcSn=1049.4;

Vva=330;Vb=220;Zeq=1.2856+j*0.7410;Rpfe=12000;Xm=j*3205.4;Zmag=Rpfe*Xm/(Rpfe+Xm);Sc=Sn*[0 0.5 1];Ic=Sc/Vb;Iba=350/220*[0 0.5 1];I110=Ic-Iba;Per_electricas=I110.^2*real(Zeq)Irpfe=Vva/Rpfe;Per_nucleo=Irpfe^2*Rpfe

Per_electricas =

12.9931

Per_nucleo = 9.0750

La potencia de carga para la maxima eficiencia es

n=Pc arg aPdev+Pfe+Pcu

para→n=1Pc arg a=Pdev+Pfe+Pcu=1573 .06

5.- Con los datos del ensayo graficar la regulacion experimental comparar con los de simulacion

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7regulacion vs Pcarga

potencia de carga

Reg

ulac

ion

clc

clear allE1=220; E2=110;Vn=E2;a=2;%implementando para el autotransformadorSc=1050.*[0,0.25,0.5,0.75,1,1.25];theta=acos(1)*(180/pi);disp('relacion de transformacion del autotransformador')at=a+1V2=at*E2 I2=(Sc/V2).*(cosd(theta)-sind(theta)*i);I2=I2./at;Ve=V2+(1.2856+0.741*i).*I2;Io=Ve./12100+Ve./(3205.4*i);Ie=Io+I2;Se=Ve.*conj(Ie);Sca=V2.*conj(I2);n=real(Sca)./real(Se)Rv=((abs(Ve)-abs(V2))./abs(Ve))*100 plot(real(Sca),Rv,'ro-')title('regulacion vs Pcarga')xlabel('potencia de carga')ylabel('Regulacion')grid

6.-Con los datos del ensayo graficar la curva de eficiencia para las diferentes cargas

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1eficiencia vs Pcarga

potencia de carga

Efic

ienc

ia

clc clear allE1=220; E2=110;Vn=E2;a=2;%implementando para el autotransformador

Sc=1050.*[0,0.25,0.5,0.75,1,1.25];theta=acos(1)*(180/pi);disp('relacion de transformacion del autotransformador')at=a+1V2=at*E2 I2=(Sc/V2).*(cosd(theta)-sind(theta)*i);I2=I2./at;Ve=V2+(1.2856+0.741*i).*I2;Io=Ve./12100+Ve./(3205.4*i);Ie=Io+I2;Se=Ve.*conj(Ie);Sca=V2.*conj(I2);n=real(Sca)./real(Se)plot(real(Sca),n,'ro-')title('eficiencia vs Pcarga')xlabel('potencia de carga')ylabel('Eficiencia')grid

7.- Como cree usted que se realizan los ensayos de carga de autotransformadores de distribucion y subestaciones de transformadores grandes por ejemplo 500 MVA

Para estos casos donde la produccion no puede parar los que se realiza es una conexión delta abierto en sistemas trifasicos que trabajan con bancos de transformadores monofasicos para examinar cada transformador es un tiempo razonable

Investigue

1.- Investigue y calcule los parametros de un circuito equivalente a partir de los datos de un protocolo de pruebas de autotransformador de distribucion

2.- Investigue como es el preincipio de funcionamiento del sistema de regulacion de autotransformador de transmision condiciones de carga

Cuando trabaja con carga el secundario suministra una corriente, cuando tiene una conexión con carga. Entonces el primario absorbe de la red una corriente mayor que la de vacio manteniendose la relacion

Rt=N 1N 2

= I 2I 1

Conclusiones

Un transformador puede trabajar como autotransformador Un transformador tiene una mayor potencia trabajando como autotransformador Un autotransformador tiene conexión electrica en sus devanados haciendolo mas

peligroso en su manejo Las perdidas presentes en un autotransformador son las mismas que se apreciaron

en un transformador trabajando como autotransformador Es posible trabajar con dos conexiones en nuestro transformador como

autotransformador dependiendo de la potencia requerida

Observaciones

Fue muy importante localizar los puntos del trafo para conectarlo como autotransformador

La elecion adecuada de conectores permitira obtener un buen circuito sin el inconveniente que se se suelten dichos conductores

Aunque solo se trabajo con carga resistiva, la variacion a carga inductiva o capacitiva sigue el mismo procedimiento

Bibliografía:

http://www.ute.com.uy/Empresa/lineas/distribucion/normalizacion/docs/NO-DIS-MA-4505.pdf

http://es.slideshare.net/carlosyenglemendoza/laboratorio-3-autotransformador

Libros: Jesús Fraile Mora “Maquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra edición, 2008