FACULTAD DE INGENIERIA

Ingeniera de Ejecucin en Electricidad

Informe N1

Transformador Monofsico.

Parmetros y Circuito Equivalente

Profesor: Mario Gonzales

Alumnos: David Palma Palma

Fecha: 06 de Mayo de 2010

Resumen.

En nuestra primera experiencia realizada en laboratorio, identificamos las principales partes de un transformador monofsico para aquello se midi la resistencia en cada devanado, luego con los resultados obtenidos se procede a realizar ensayo de polaridad y posteriormente los ensayos en vaco como en cortocircuito.

Las variables que se midieron fueron corriente voltaje y potencia y se lograron a travs de los instrumentos de medicin como multmetro Digital, Analizador de Armnicos, voltmetros y ampermetros anlogos.

Los resultados obtenidos en las mediciones como en el ensayo de polaridad dieron como se esperaba de acuerdo a los datos del transformador.

Objetivos.

Observar y analizar las caractersticas constructivas de un transformador bsico.

Determinar los parmetros del circuito equivalente de un transformador.

Conocer la aplicacin y la importancia del ensayo de polaridad.

Introduccin.

Los transformadores son maquinas que pueden elevar o disminuir la tensin a travs de sus bornes de entrada y salida, la identificacin de estos bornes es parte fundamental de este laboratorio, por lo que es necesario reconocer su polaridad para luego continuar con los ensayos de vaci y de cortocircuito que son de gran importancia en el anlisis de un transformador, para cada ensayo existe un conexionado y un anlisis diferente.

En el ensayo de polaridad se analiza la posicin de los bornes del transformador para corroborar cuales son los bornes del primario y secundario y si estn en la posicin correcta, con el ensayo de vacio se logro medir la potencia disipada en el entrehierro del transformador, de esta forma se puede obtener la resistencia del fierro y la reactancia de magnetizacin y con el ensayo de cortocircuito se logro obtener la potencia disipada en el interior del transformador, adems de la corriente por el secundario. Con esto se puede determinar la impedancia equivalente del transformador.

Base terica:

Ecuaciones que se utilizaron en el ensayo en vacio:

Yoc=Ioc/Vn

(1)

Goc = Po /Vn2

(2)Bm2=Yoc2-Goc2

(3)Yoc =Goc-jBm

(4)

Ecuaciones que se utilizaron en el ensayo en cortocircuito:

Zeq = Vcc/ Icc

(5)Req=P cc/I cc2

(6)Xeq2= Zeq2 -Req2(7)Zp=Zs=Zeq/2

(8)Zeq= Req+jXeq

(9)Procedimiento Experimental.Los equipos y aparatos utilizados en este laboratorio fueron los siguientes:

Transformador Monofsico:

Se utilizo un transformador de conexin monofsica de marca POWERTRONIC Equipament Ltd. de 110/220 volts y de 1000 v.a. su contextura es pequea y est cubierto por una caja metlica que lleva los bornes de conexin y el sistema de ventilacin as como lo muestra la siguiente imagen:

Su placa de datos tiene los siguientes valores:

POWERTRONIC Equipament Ltd.

125 Nantucket Blvd., Scarborough, Ontario.

Model n : 9 0363 09 Hz : 50

PRI. VOLTS : 220 V.A.: 1000

SEC. VOLTS : 110 / 220 PH.: 1

SEC. AMPS. : 9.1 / 4.5 TEMP. RISE C: 80

Su conexionado admite dos tipos de voltajes de salida, segn su placa estos datos y por medicin estos son 220 / 110 (V).

Una de sus caractersticas es que este transformador monofsico puede conectarse a una salida de 220 (V), o a una salida de 110 (V) manteniendo la misma potencia.

* Si se desea una salida de 220 (V), se deben conectar las dos bobinas de 110 (V) en serie, como se muestra en el siguiente esquema.

* Si se desea una salida de 110 (V), manteniendo la misma potencia, se conectan las dos bobinas de 110 (V) en paralelo.

Cuando se conecta en el primario a 220 (V) nominales, en el secundario se pueden obtener 2 voltajes distintos, 220 (V) o 110 (V) dependiendo lo que se necesite, tal cual como se planteo anteriormente.

Como dato constante es la potencia que es entregada por en la placa de datos en este caso su valor es 1KVA.

Por lo tanto, para un voltaje secundario de 110 (V), la corriente por el secundario ser de 9.1 (A), como lo indica la siguiente relacin.

De la misma manera si se desea un voltaje secundario de 220 (V), la corriente por el secundario ser de 4.5 (A), como lo indica la siguiente relacin.

Instrumentos ultimados en laboratorio.Ampermetro Anlogo

Wattmetro monofsico

Voltmetro anlogo Multmetro Digital

Breaker 15(A)

Variac 1

Con estos implementos entre otros, fue posible realizar la experiencia.

Procedimiento:

Lo primero que se realizo fue conectar el breaker a la energa elctrica en los bornes fase y neutro, luego se conecto los terminales de salida del breaker al variac lo que permiti regular la tensin que se empleo en el circuito, y de la salida del variac se conecto el transformador pero antes de conectar el transformador se midi los valores de resistencia de los devanados del transformador obtenindose los siguientes resultados:

ohm

Primario0.75 (ohm)

Secundario 10.69 (ohm)

Secundario 20.69 (ohm)

En una medicin como esta siempre el devanado con mayor valor de resistencia corresponde al devanado primario.

Luego se realizo el ensayo de polaridad, donde se coloco un puente entre los terminales del lado izquierdo del transformador y un voltmetro entre los terminales del lado derecho del mismo, luego se alimenta del bobinado primario con un valor de voltaje (Vx), como se muestra en el dibujo.Si la lectura del voltmetro es mayor que Vx el transformador es aditivo o si es menor el transformador es sustractivo.

Existen dos tipos de polaridades la aditiva y la sustractiva:

Polaridad Aditiva:

La polaridad positiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario est arrollado en el mismo sentido que el bobinado primario.

Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en el mismo sentido y se sumen.

Los terminales H1 y X1 estn cruzados. Polaridad Sustractiva:

La polaridad sustractiva se da cuando en un transformador el bobinado secundario esta arrollado en sentido opuesto al bobinado primario.

Esto hace que los flujos de los dos bobinados giren en sentidos opuestos y se resten.

Los terminales H1 y X1 estn en lnea.

Luego se realizo el ensayo de vacio a frecuencia nominal y con 6 valores distintos de tensin aplicada el mayor a 1.2Vn. El ensayo en vaco se alimento al transformador desde su lado de alta tensin, sin conectar carga alguna al equipo en el otro lado; y se midio la corriente en vaco as como muestra el siguiente circuito.

Por ltimo se realizo el ensayo en corto circuito donde se cortocircuito el lado de baja tensin y por el lado de alta tensin se aplico una tensin menor tal que la corriente mayor era 1.5 veces la corriente nominal del secundario con esto se realizo el ensayo tomando 6 valores distintos de corriente la conexin se muestra en el siguiente circuito:

Resultados y anlisis de los resultados:

Ensayo de polaridad:

En el ensayo de polaridad se aplico un voltaje lado primario, luego se conecto uno de los bornes del primario con otro del secundario y entre los dos bornes restantes se midi la tensin si esta tensin resulta ser mayor que el voltaje aplicado al lado primario la polaridad del ensayo es aditivo y si resulta ser menor la polaridad es sustractiva.

Los resultados obtenidos fueron: voltaje de salida como aditivo 335 (v) y como sustractivo fue de 106 (v).

La utilidad de este tipo de ensayo permite identificar claramente la posicin de los bornes del primario como del secundario, aunque generalmente los transformadores indican con smbolos la posicin de los bornes en otros casos en los cuales la poca mantencin o debido a algn desperfecto en la carcasa del transformador se pierde los datos de la posicin bornes, este tipo de ensayo permite identificarlos con mucha claridad y rapidez.

Ensayo de vaco:

Cuando se realizo el ensayo de vaci se obtuvo los siguientes resultados:

Voltaje primario (Vn).Potencia (W).Corriente de vaco (A).Voltaje de salida (V).Impedancia de magnetizacin (mohm).

253841.171324.6

220540.69114.53.1

180410.593.92.7

150330.4378.22.8

100190.3352.23.3

5080.2426.24.8

Grficos obtenidos segn la tabla anterior.

Clculos y grficos de la razn de transformacin en funcin de la tensin de alimentacin.

Voltaje Primario a= Vp/Vs

2531.91

2201.92

1801.91

1501.91

1001.91

501.90

Observacin.

Todos los grficos no pudieron ser representados en una misma imagen, por problemas de representaciones y visibilidad, por ello se opto realizarlos de forma independiente.Grafico N1

Para la condicin de vaco y grafique corriente, partencia e impedancia en funcin de la tensin.

Grafico N1

Grafico N2

Grafico N3

Ensayo de corto circuito:

Se obtuvieron los siguientes resultados:

Voltaje primario (V).Potencia (W).Corriente de cortocircuito (A).Impedancia equivalente (ohm).Corriente Primaria (A).

5.1922.651

8.8263.162.781.5

10.9434.22.592.1

14.3705.172.762.5

15.68962.63

18.31186.752.713.3

Para la condicin en corto circuito calcule y grafique corriente secundaria e impedancia en funcin de la corriente primaria.

Observacin.

Todos los grficos no pudieron ser representados en una misma imagen, por problemas de representaciones y visibilidad, por ello se opto realizarlos de forma independiente.Grafico N1

Grafico N2

Complementos.

Como realizar el ensayo de polaridad en transformadores trifsicos y su importancia.

Existen pocas diferencias entre los transformadores trifsicos y monofsicos, en lo que respecta a los ensayos a realizar. Por lo pronto, las especificaciones sobre temperatura, aislamiento, etc., no pueden ser diferentes, pues las normas no hacen distingos sobre el nmero de fases.

Para las cadas de tensin y regulacin, tambin pueden estudiarse como si se tratara de uno monofsico, con solo considerar separadamente cada fase. Ya sabemos como se combinan los resultados para hacer un diagrama nico, trifsico. De modo que la caracterstica de carga o externa, que da la tensin en los bornes secundarios al variar la carga, se tomara para una fase, pues es igual prcticamente, para las otras.

Para determinar el rendimiento aparece la primera diferencia de consideracin. En efecto, las perdidas en el hierro son distintas para las tres fases, cuando el ncleo es asimtrico, lo que es comn. Y como para calcular el rendimiento haba que medir las perdidas en el hierro y en el cobre, ya vemos que habr alguna diferencia con respecto a los monofsicos. Por lo cual se realizaran los ensayos en vaco y cortocircuito. Ensayo en vaco:

Se utiliza para encontrar las perdidas en el hierro en un transformador, pero en la forma indicada en la siguiente figura.

Se conectan 2 wattmetros monofsicos o uno trifsico, segn el conocido mtodo de medicin de potencia total trifsica, un voltmetro para verificar la tensin normal, y, opcionalmente, ampermetros para poder determinar la corriente de vaco, y con ella, el ngulo de fase en vaco. Si el wattmetro es trifsico dar directamente en su escala la potencia total absorbida por el transformador, pero si se trata de dos monofsicos, hay que tener cuidado.

Finalmente, la potencia total de vaco representa las perdidas en el hierro de todo el transformador, y el ngulo de desfasaje de la corriente de vaco ser.

Cos j = W0 / (3 * V * I0)

Debiendo tenerse presente que el ngulo cuyo coseno da la ultima formula, no es el que corresponde a una fase particular, sino que a un intermedio entre las tres fases, ya sabemos que son distintos. Para tener el valor exacto de cada uno, habra que conectar tres juegos de instrumentos, uno en cada fase, y calcular el ngulo por el mtodo de medida que se conoce y que se vio en la seccin correspondiente a los monofsicos.

Ensayo en cortocircuito:

Se utiliza para determinar las perdidas en el cobre, pero en este caso no es necesario medir las prdidas en las tres fases, pues como son iguales en todas, basta medir en una fase y multiplicar por tres. Se emplea el esquema que se muestra en la siguiente figura.

Tal como se vio en ensayo para transformadores monofsicos, hay que aplicar al primario una tensin reducida, que se grada de manera de tener en el secundario la carga normal, acusada por el ampermetro. El wattmetro indica la potencia que absorbe una fase del transformador con secundario en cortocircuito. Las perdidas totales en el cobre se calculan multiplicando esa lectura por tres.

Y una vez que conocemos las perdidas totales en el hierro y en el cobre de nuestro transformador trifsico, para determinar el rendimiento no hay ms que conocer la potencia normal secundaria y aplicar la siguiente formula

h = W2 / (W2 + Pf + Pc)

Donde W2 es la potencia total trifsica para el secundario, en watt.

Pf son las prdidas totales en el hierro

Pc prdidas totales en el cobre

Para tener el rendimiento en porcentaje, vasta multiplicar el resultado por 100.

A partir de los resultados experimentales determine los parmetros del circuito equivalente completo del transformador

en Ohm

en Ohm referido al primario

en p.u, Dibuje el circuito equivalente incorporando los valores obtenidos en Ohm.

Desarrollo.LadoEnsayoVoltaje (V)Corriente (A)Potencia (W)

ATVaco2200.6954

BTCortocircuito8.83.1626

Calculo de parmetros.* En Vaco obtenemos, Yo

Fp = P / (V*I) = 54 / (220 * 0.69) = 0.35

Cos = Fp => = Cos ^-1 (0.35) = 69.5

Yo = I / V = 0.69 / 220 = 3.13 /-69.5 (mS)

Yo = 1.1 j 2.9 (mS)

Zo = 1 / Yo = 1 / (3.13 /-69.5) = 0.3 /69.5 (Ohm) = 0.11 + j 0.29 (kOhm)

* En Cortocircuito obtenemos, ZeqFp = P / (V*I) = 26 / (8.8 * 3.16) = 0.93

Cos = Fp => = Cos ^-1 (0.93) = 21.56Zeq = V / I = 8.8 / 3.16 = 2.78 /21.56 (Ohm)

Zeq = 2.58 + j 1.02 (Ohm)

Ahora que ya hemos efectuado los clculos correspondientes de vaco y cortocircuito, debemos encontrar los otros parmetros tanto en el primario como secundario.

El circuito equivalente completo queda:

R1 = 0.75 (Ohm)

R`2 = 2.4 (Ohm)

Xeq = 4.08 (Ohm)

Rc = 0.11 (kOhm)

Xm = 0.29 (kOhm)

El circuito equivalente referido al lado primario queda:

Req = 10.34 (Ohm)

Xeq = 4.08 (Ohm)

Rc = 0.11 (kOhm)

Xm = 0.29 (kOhm)

El circuito equivalente en p.u queda:

Los valores bases serian:

Luego pasamos los valores referidos al primario en p.u:

El circuito seria en p.u:

Req (p.u) = 0.21

Xeq (p.u) = 0.084

Rc (p.u) = 2.27

Xm (p.u) = 5.99

V2 (p.u) = 1

I2/a (p.u) = 1

El voltaje de salida se consider con el valor de 1, por que su valor real es igual a su valor base en AT, visto desde el primario. Esto es lo mismo para la corriente del secundario visto desde el primario, ya que el valor real va ser igual al valor base. Por ello, tanto el voltaje como la corriente tienen el valor de 1 solo cuando el transformador trabaja con sus caractersticas nominales.

Explique los conceptos asociados a cada uno de los parmetros del circuito equivalente.

V2: Tensin baja carga, la idea es que siempre tenga el valor nominal.

V1: Tensin que debe haber en el primario para que en el secundario haya tensin nominal.

I1: Corriente primaria.

Io: Corriente de excitacin o de vaco.

R1, R2: Resistencias Ohmicas del transformador.

X1, X2: Reactancias asociadas a los flujos de fuga.

Gp o Rc: Conductancia de prdidas magnticas.

Bm o Xm; Suceptancia de magnetizacin.

a: Razn de transformacin.Conclusin

Con los resultados obtenidos en el laboratorio se puede sealar que:

La medicin de resistencia que se le hace a cada devanado permite diferenciar la bobina primaria de las secundarias.

La resistencia del devanado primario es mayor que la del secundario debido a la cantidad de vueltas o espiras que tiene la bobina as como la seccin del conductor de esta.

El ensayo de polaridad permite conocer la posicin de los bornes de salida del secundario con respecto al primario.

Si la tensin medida en el ensayo es mayor que la tensin de los bornes del primario corresponde a una polaridad aditiva en caso contrario es sustractiva, en Chile la polaridad que se usa es la sustractiva.

El ensayo de vaco permite calcular el brazo magnetizacin, al no conectar una carga en el lado secundario y aplicando 6 valores distintos de tensin, el mayor 1.2 veces el voltaje nominal y a frecuencia nominal se logra medir la corriente en vaco que suele ser entre 2 y 9 por ciento de la corriente nominal.

El ensayo de cortocircuito permite medir la impedancia equivalente del circuito. Al cortocircuitar el lado de baja tensin aplicando 6 valores distintos de corriente el mayor 1.5 veces la corriente nominal y a frecuencia no9minal logra que la tensin del devanado sea entre 2 y 15 por ciento de la tensin nominal.

El transformador es una maquina elctrica muy usada y que permite cambiar los niveles de tensin de la energa elctrica es por eso que es importante relacionar la teora del transformador con los datos medidos en el laboratorio.

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