Ensayo Indirecto de Transformador monofásico

Instituto de Educación Técnica y Formación profesional
“13 de Julio”
Asignatura: Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – 5º B TT
Laboratorio Nº2: Ensayo Indirecto de Transformador Monofásico – Año 2012
1. Introducción - Descripción de la máquina a ensayar
El presente laboratorio está destinado al estudio de un transformador monofásico del tipo seco mediante
el ensayo indirecto, para obtener la relación de transformación, las pérdidas en ausencia de carga y
debidas a la carga. Por cálculo se determinarán los parámetros longitudinales y transversales del circuito
equivalente, para tensión y corriente nominales.
Las características de chapa, de la máquina a ensayar, son las siguientes:
Potencia Nominal:
Tensión Nominal menor:
Tensión Nominal menor:
Frecuencia Nominal:
2.
Ensayo de vacío
Ensayo donde se alimenta el arrollamiento de baja tensión del transformador con tensión variable a su
frecuencia nominal, estando el arrollamiento de alta tensión con sus bornes desconectados, y mediante el
cual se pueden determinar los parámetros de funcionamiento y transversales del circuito eléctrico
equivalente para cada valor de tensión aplicada.
2.1 Objetivo
Consiste en medir, determinar y analizar los efectos de la tensión aplicada, encontrándose el
transformador sin carga, en:
Los parámetros de funcionamiento:
Potencia absorbida, corriente de magnetización, corriente de pérdidas, corriente de vacío, factor de
potencia, relación de transformación.
Los parámetros transversales:
Reactancia de magnetización y resistencia de pérdidas
2.2 Mediciones en el ensayo de vacío
Se realizaron mediciones de la potencia y corriente consumida por los instrumentos, de la potencia y
corriente demandada por el transformador y los instrumentos, de la tensión primaria y de la tensión
secundaria.
Los valores leídos serán volcados en la Tabla Nº 1
Realizado por Ing. Mario M. Flores
Profesor Asignatura Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – Año 2012
1
Instituto de Educación Técnica y Formación profesional
“13 de Julio”
Asignatura: Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – 5º B TT
Laboratorio Nº2: Ensayo Indirecto de Transformador Monofásico – Año 2012
Tensión
Aplicada
Consumo de los
instrumentos
U10[V]
U102/(RW//RV)
[W]
Potencia
Corriente de los
instrumentos
Corriente
P’10 [W]
(IV+IW) [A]
I’10 [A]
Tension
Inducida
U20 [V]
3. Circuito de Ensayo
Fuente de
Corriente
Alterna
A
1
1
W
1
V
1
1
1
1
1
1
1
4. Datos de Instrumentos de Medición 1
1
w
w
Vatímetro
Transformador
V
2
Clase:
Tipo:
Alcances Amperométricos:
Alcances Voltimétricos:
Resistencia bobina Voltimétrica:
Valor Fiduciario:
Coseno φ:
Realizado por Ing. Mario M. Flores
Profesor Asignatura Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – Año 2012
2
Instituto de Educación Técnica y Formación profesional
“13 de Julio”
Asignatura: Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – 5º B TT
Laboratorio Nº2: Ensayo Indirecto de Transformador Monofásico – Año 2012
Amperímetro
Clase:
Tipo:
Alcances:
Ra:
Voltímetro
Clase:
Tipo:
Alcances:
Cifra Ω/V:
5. Determinaciones
5.1 Potencia de funcionamiento en vacío
Es necesario hacer unas consideraciones: en primer lugar se debe notar que la corriente medida es la
demandada por el conjunto transformador + instrumentos, y que la corriente que toman los instrumentos
exclusivamente se calculo despejando de U102/(RW //RV) = U10 . (iv + iw) = consumo de los instrumentos
Corriente de los instrumentos = consumo de los instrumentos / U10
Por otro lado se calculo la potencia consumida por el transformador descontando la potencia que
consumen los instrumentos de la total, esto es:
P10 = P’10 – U102/Rv - U102/Rw
Donde
P10 es la potencia absorbida por el transformador
P’10 es la potencia medida en el vatímetro
Rw es la resistencia de la bobina voltimétrica del vatímetro
Rv es la resistencia interna del voltímetro
Análogamente la corriente I10 resulta de restar vectorialmente a la corriente medida I’10 las corrientes que
se derivan por los instrumentos
I10 = I’10 – (iv + iw)
Donde
Realizado por Ing. Mario M. Flores
Profesor Asignatura Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – Año 2012
3
Instituto de Educación Técnica y Formación profesional
“13 de Julio”
Asignatura: Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – 5º B TT
Laboratorio Nº2: Ensayo Indirecto de Transformador Monofásico – Año 2012
I10 es la corriente de vacío del transformador
I’10 es la corriente de vacío medida
Iw es la corriente consumida por el vatímetro
Iv es la corriente consumida por el voltímetro
5.2 Parámetros de funcionamiento en vacío
Los parámetros que se calcularon son los siguientes:
cos0 
Factor de Potencia
Corriente de pérdidas
I p  I 01 cos0
Corriente de magnetización
I   I 01 sen0
Relación de transformación
a
P0
U 01 I 01
U 20
U 10
5.3 Parámetros transversales del circuito equivalente
Impedancia de magnetización
Z0 
U 01
I 01
Resistencia de pérdidas en vacío
Rp 
U 01
Ip
Reactancia de magnetización
X 
U 01
I
Con los resultados de los cálculos de estos parámetros se construye la Tabla Nº 2:
Realizado por Ing. Mario M. Flores
Profesor Asignatura Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – Año 2012
4
Instituto de Educación Técnica y Formación profesional
“13 de Julio”
Asignatura: Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – 5º B TT
Laboratorio Nº2: Ensayo Indirecto de Transformador Monofásico – Año 2012
Tensión
Perdidas Corriente
Aplicada
de vacio
U01[V]
P0 [W]
de vacio
Coseno
de 0
I01 [A]
Corriente
Corriente
de
Magnetizante
perdidas
Ip [A]
I [A]
X
Rp
Z0
[]
[]
[]
6. Medición de la resistencia de los arrollamientos
La medición de la resistencia de los arrollamientos se efectúa en corriente continua por el método de
voltímetro-amperímetro. La corriente de medición no superará el 10 por ciento del valor nominal
correspondiente a cada arrollamiento.
Los valores calculados se ven en la siguiente tabla:
Valores de tensiones y corrientes
U(Run1)[V]
I(Run1)[A]
U(Run2)[V]
I(Run2)[A]
Temperatura
Ambiente
T[ºC]
21-22
6.1 Determinación de la resistencia de los arrollamientos
Utilizando los valores de la tabla se calcularon los valores de la resistencia a temperatura ambiente, dando
como resultado:
Run1 = m
Run2 = m
7. Ensayo en Corto Circuito
Realizado por Ing. Mario M. Flores
Profesor Asignatura Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – Año 2012
5
Instituto de Educación Técnica y Formación profesional
“13 de Julio”
Asignatura: Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – 5º B TT
Laboratorio Nº2: Ensayo Indirecto de Transformador Monofásico – Año 2012
Ensayo donde se alimenta el arrollamiento de alta tensión del transformador, encontrándose los bornes del
arrollamiento de baja tensión cortocircuitados, con tensión variable de frecuencia nominal hasta que la
corriente por el arrollamiento de baja tensión alcance su valor nominal y mediante el cual se pueden
determinar las pérdidas debidas a la carga y los parámetros longitudinales del circuito eléctrico equivalente
7.1 Objetivo
Consiste en medir, determinar y analizar los efectos de la interacción de las corrientes por los arrollamientos,
encontrándose los terminales de baja tensión conectados en cortocircuito, en:
Los parámetros de funcionamiento:
Potencia absorbida, tensión de cortocircuito, factor de potencia.
Los parámetros longitudinales:
Resistencia equivalente, reactancia equivalente e impedancia eqivalente.
7.2 Mediciones en el ensayo de cortocircuito
Se realizaran mediciones de la potencia, de la tensión y de las corriente del secundario (baja tensión), para
porcentajes de la corriente nominal primaria (baja tensión).
Los valores medidos se reflejan en la Tabla Nº 3:
Tensión
Potencia Medida
Corriente
Corriente
de cortocircuito
Perdidas en carga
Medida
Medida
U2cc[V]
Pcc[W]
I2cc[A]
I1cc[A]
0.5 I1N=
0.7 I1N=
I1N =
8. Determinaciones
8.1 Perdidas debidas a la carga (referidas a 75ºC)
Las peérdidas de funcionamiento en cortocircuito, pérdidas Joule y las suplementarias originadas por los
efectos del flujo de dispersión, deben ser referidas a la temperatura de 75 ºC.
Realizado por Ing. Mario M. Flores
Profesor Asignatura Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – Año 2012
6
Instituto de Educación Técnica y Formación profesional
“13 de Julio”
Asignatura: Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – 5º B TT
Laboratorio Nº2: Ensayo Indirecto de Transformador Monofásico – Año 2012
Las perdidas Joule a la temperatura ambiente se obtienen al multiplicar el valor eficaz de la corriente del
ensayo de corto circuito y el valor de la resistencia equivalente obtenida anteriormente.
PJ(Ta)=I2cc2.(RUN2(Ta) + a2.RUN1(Ta))
Donde
PJ(Ta) son las perdidas Joule a temperatura ambiente
Icc2 es la corriente del secundario en corto circuito
RUN1,2(Ta) son las resistencias del arrollamiento primario y secundario respectivamente
Ta es la temperatura ambiente
a es la relación de transformación
Se ha considerado la temperatura de cortocircuito y ambiente de igual valor (21ºC)
Las perdidas suplementarias en carga a la temperatura de los arrollamientos cuando se mide la potencia en
el ensayo de corto circuito se obtienen al restar esta última y las perdidas Joule referidas a la temperatura de
ensayo
PS(Tcc)=PCC(TCC) – PJ(Ta).[ (234.5 + TCC) / (234.5 + Ta)]
Donde
PS(Tcc) son las perdidas suplementarias a temperatura de los arrollamientos en el ensayo de
cortocircuito
PCC(TCC) son las perdidas en carga a temperatura de los arrollamientos en el ensayo de cortocircuito
Ta: Temperatura de los arrollamientos en el ensayo de cortocircuito
La expresión para calcular las pérdidas debidas a la carga referidas a la temperatura de 75 ºC se calculan
usando:
PCC(75ºC)= PJ(Ta) .[ (234.5 + 75) / (234.5 + Ta)] + PS(TCC) .[ (234.5 + TCC) / (234.5 + 75)]
Realizado por Ing. Mario M. Flores
Profesor Asignatura Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – Año 2012
7
Instituto de Educación Técnica y Formación profesional
“13 de Julio”
Asignatura: Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – 5º B TT
Laboratorio Nº2: Ensayo Indirecto de Transformador Monofásico – Año 2012
Los valores obtenidos se vuelcan en la Tabla Nº 4:
Tensión
de cortocircuito
U2cc[V]
Perdidas
a Temp..
Ambiente
[Joule]
Perdidas
Perdidas
Suplementarias
Referidas a 75ºC
8.2 Parámetros de funcionamiento en corto circuito
Factor de Potencia
cosCC= PCC(75ºC) / UCC . I2CC
Relación de corrientes n= I2cc / I1CC
Los valores calculados se vuelcan en la Tabla Nº 5
Corriente de
Corto Circuito
Factor de Potencia
cos cc [W]
Relacion
de corrientes
n
8.3 Parámetros Longitudinales del circuito eléctrico
El paso siguiente consiste en la determinación de los parámetros longitudinales del circuito eléctrico
equivalente. Esto es:
Ze2 = Ucc / Icc2
Impedancia equivalente
Realizado por Ing. Mario M. Flores
Profesor Asignatura Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – Año 2012
8
Instituto de Educación Técnica y Formación profesional
“13 de Julio”
Asignatura: Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – 5º B TT
Laboratorio Nº2: Ensayo Indirecto de Transformador Monofásico – Año 2012
Re2 = Pcc(75ºC)/I2CC2
Xe2 = (Z2e2 – R2e2)1/2
Resistencia equivalente
Reactancia de dispersión equivalente
Con los valores obtenidos completan la Tabla Nº 6
Icc2 [A]
Ze2 []
Re2 []
Xe2 []
9. Modelización del modelo equivalente
Se plantea a continuación el modelo eléctrico equivalente para la condición de tensión y corriente nominal.
Esto es de suma importancia ya que permite predecir estados de funcionamiento del dispositivo. El modelo
será válido para las condiciones en las cuales fueron determinados sus parámetros, tensión senoidal de
valor nominal y frecuencia industrial.
Este referido al secundario y al primario es:
Realizado por Ing. Mario M. Flores
Profesor Asignatura Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – Año 2012
9
Instituto de Educación Técnica y Formación profesional
“13 de Julio”
Asignatura: Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – 5º B TT
Laboratorio Nº2: Ensayo Indirecto de Transformador Monofásico – Año 2012
Donde Rp y X son los parámetros encontrados mediante el ensayo de vacío. Los parámetros Re y Xe son
los parámetros longitudinales encontrados mediante el ensayo de corto circuito referidos al secundario y al
primario respectivamente mediante la relación:
Re1= Re2 / a2 y
Xe1 = Xe2 / a2
10. Análisis y Conclusiones
Realizado por Ing. Mario M. Flores
Profesor Asignatura Laboratorio de Máquinas Eléctricas I – Año 2012
10