ENSAYO N° 5

PRUEBAS DE CORTOCIRCUITO Y DE VACIO DE UN TRANSFORMADOR

1. OBJETIVOS.

determinar los parámetros de resistencia, reactancia e impedancia del devanado(s) y núcleo de un transformador, así como pérdidas y eficiencia del mismo.Analizar y determinar en forma práctica y experimental del circuito equivalente del transformador de núcleo de hierro.

2. MATERIAL UTILIZADO.

01 autotransformador de 0 – 260 V.01 transformador de 11KVA, 220/110 V.02 voltímetro de 0 – 750 V C.A.01 amperímetro de 0 – 10 A C.A01 amperímetro de 0 – 500 mA. C.A01 voltímetro de 0 – 120 W.01 inductometro.01multimetro.Conductores y conectores

3. RESUMEN TEORICO.

En el estudio completo de teoría de los transformadores debemos de tener en cuenta los efectos de las resistencias de los devanados, el flujo magnético de dispersión, las perdidas por histéresis y de Foucault en el núcleo.

Los transformadores en vacío, necesitan una cantidad de corriente llamada de excitación, la cual estas compuesta de dos componentes. Una para producir la fuerza magneto motriz y la otra debido a la energía perdida en forma de calor en el núcleo de hierro (per4didas por histéresis o de Foucault)

Para simular estas per4didas en núcleo y la existencia de la fuerza magneto motriz de magnetización, debe incrementarse el circuito de un transformador ideal una resistencia (Rfe) y una reactancia de magnetización (Xm), ambas en paralelo a la fuente.

En los parámetros de circuito equivalente del transformador, es necesario considerar las resistencias óhmicas de los arrollamientos del primario y secundario del transformador, las

cuales representan las pérdidas de joule en el cobre de los devanados. Esas pérdidas son directamente proporcional les a la corriente total que circula por los arrollamientos.

Las resistencias R1 y R2 deben ser colocados en serie al circuito equivalente y para contrarrestar el efecto de la dispersión de flujo magnético, se justifica la ligación con las inductancias X1 y X2 en serie con esos arrollamientos.

Para obtener los parámetros del transformador es necesario dos ensayos, el ensayo de vacío y el de cortocircuito.

El ensayo de vacío consiste en alimentar, generalmente, el lado de baja del transformador con tensión (Vo) a frecuencias nominales; manteniéndose la tensión de vacío se mide la corriente (Io) y la potencia (Po) consumida en el transformador. Con este ensayo se determina los parámetros Rfe Y Xm usando las siguientes ecuaciones.

Rp = Vo2

Po e Xm =

Vo

√Io2−(PoVo

)2

el ensayo del corto circuito consiste en alimentar, generalmente, en lado de alta tensión del transformador de corriente (Icc) y a frecuencias nominales, manteniendose4 el lado de baja tensión en corto circuito, se mide la tensión (Vcc) y la potencia (P cc)consumida por el transformador. Con esta prueba se determina los parámetros R1, R2, X1 yX2 usando las siguientes ecuaciones.

Req = Pcc

Icc2 →Req=R1+R2

Zeq = VccIcc

→Xeq = √Zeq2−Req2 →Xeq=X 1+X 2

Es importante tener en cuenta que, cuando se ensaya un transformador, para obtener los parámetros, los valores obtenidos estarán referidos para lado del ensayo, por lo tanto el circuito equivalente del transformador, estará referido de la siguiente manera.

FIG: circuito equivalente del transformador

El acoplamiento magnético de las bobinas también es importante, pues , dependiendo de forma como estén montadas, se obtendrá un mejor o pero acoplamiento magnético, lo que significa menor u mayor flujo de dispersión.

4. PROCEDEMIENTO EXPERIMENTAL.

ENSAYO EN VACIO .

1. Montar el circuito de la figura 1.

2. Variando la tensión de alimentación y midiendo Vo, V2, Po, Io, construya la tabla 1.

3. Aplicar la tensión nominal (Vnom) y medir los valores de corriente y de potencia.

4. Calcular los valores de Rp y Xm.

N°Vo V2 Io Po Pji Pfe Vo

(Volt) (volt) (m.Amp) (watt) (watt) (watt) (Volt)

1 10 19 44 0 2104.43 -2104.43 10

2 20 38.1 59 0 3783.85 -3783.85 20

3 30.2 57.3 72 0 5635.01 -5635.01 30.2

4 40.43 76.5 84 0 7669.87 -7669.87 40.43

5 50.5 95.6 95 0 9810.18 -9810.18 50.5

6 60.2 115.3 106 0 12213.53 -12213.53 60.2

7 70.6 133.6 117 0 14879.94 -14879.94 70.6

8 80.9 151.2 129 0 18088.77 -18088.77 80.9

9 90.4 171.3 144 0 22540.03 -22540.03 90.4

10 100.7 192 162 0 28527.23 -28527.23 100.7

Pji = R1 X Io2 donde: R1 =

Pfe = Po – Pji Po = Vo X Io X cosφ

despues de realizar las operaciones se tiene la siguiente tabla

ENSAYO DE CORTO CIRCUITO

1. montar el circuito de la figura 2.

2. variando la tensión de alimentación y midiendo Pcc, Vcc, Icc, if construya la tabla 2.3. Aplicar la corriente nominal (Inom) y medir los valores de tensión y de potencia.4. Calcular los valores de R1, R2, X1 y X2.5. Medir los valores de las resistencias de los devanados.

N° Icc Vcc Pcc If

Cosφcc If/IccRcc Xcc

(Amp) (volt) (watt) (Amp) (ohm) (ohm)1 4.4 3 0 2.2 0.000 0.500 0.000 0.6822 8.45 6 0 4.3 0.000 0.509 0.000 0.7103 13.3 9.3 4.6 6.5 0.037 0.489 0.026 0.6984 17.5 12 7.5 8.6 0.036 0.491 0.024 0.6855 20 14 8.2 10.4 0.029 0.520 0.021 0.699

Cosφcc = Pcc / VccIcc

Rcc = Vcc Cosφcc /Icc Xcc = Vcc Senφcc / Icc

5. CUESTIONARIO:a) Grafique y explique los siguientes gráficos: Vo x Io; a x Vo; Pfe x Vo; COSφo x

Vo. (a relación de transformación)

Vo Io

(Volt) (m.Amp)

10 44

0 20 40 60 80 100 1200

20

40

60

80

100

120

140

160

180GRAFICO DE V0 VS Io

20 59

30.2 72

40.43 84

50.5 95

60.2 106

70.6 117

80.9 129

90.4 144

100.7 162

N° Pfe Vo(watt) (Volt)

1 -2104.43 102 -3783.85 203 -5635.01 30.24 -7669.87 40.435 -9810.18 50.56 -12213.53 60.27 -14879.94 70.68 -18088.77 80.99 -22540.03 90.4

10 -28527.23 100.7

Vo

(Volt)

0 10

0 20

0 30.2

0 40.43

0 50.5

0 60.2

0 20 40 60 80 100 1200

20

40

60

80

100

120

140

160

180GRAFICO DE V0 VS Io

-30000.00 -25000.00 -20000.00 -15000.00 -10000.00 -5000.00 0.000

20

40

60

80

100

120

GRAFICA DE Pfe vs V0

cos φO

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

20

40

60

80

100

120GRAFICO DE cos 〖𝜑 _ 𝑂 〗 VS Io

0 70.6

0 80.9

0 90.4

aVo

(Volt)

0.526 10

0.525 20

0.527 30.2

0.528 40.43

0.528 50.5

0.522 60.2

0.528 70.6

0.535 80.9

0.528 90.4

b) Grafique y explique los siguientes gráficos: Vcc x Icc; Pcc x Icc; cosφcc x Icc

Vcc Icc

(volt) (Amp)3 4.46 8.45

9.3 13.312 17.514 20

Pcc Icc

(watt) (Amp)

0.520 0.522 0.524 0.526 0.528 0.530 0.532 0.534 0.5360

20

40

60

80

100

120

GRAFICA DE a vs V0

2 4 6 8 10 12 14 1605

10152025

GRAFICO DE Vcc Vs Icc

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

5

10

15

20

25

GRAFICO DE Pcc vs Icc

0 4.4

0 8.45

4.6 13.3

7.5 17.5

8.2 20

Icc

(Amp)

0 4.4

0 8.45

0.037 13.3

0.036 17.5

0.029 20

c) ¿Qué vienen hacer Rcc Y Xcc?

Los parámetros Rcc y Xcc representan una pequeña característica no lineal, es este el motivo de la exigencia de las diferentes normas para que la corriente de cortocircuito se haga coincidir con la nominal o de plena carga.

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.040

5

10

15

20

25 GRAFICO DE cos 〖𝜑 _cc 〗 Vs Icc

d) Diseñar el circuito equivalente del transformador referido para los dos lados, con sus valores de sus respectivos parámetros.

 a) Parámetros en el lado primario. 

 b) Parámetros en el lado secundario.

e) ¿Qué vienen hacer las resistencias de pérdidas en el fierro?

Las pérdidas en el hierro son debidas a las variaciones de flujo en el motor y son la suma de dos tipos de pérdidas diferentes: las debidas a las corrientes de Foucault y las debidas a histéresis magnética del material. En las siguientes ecuaciones se pueden ver las expresiones utilizadas normalmente para calcular las pérdidas en el hierro en chapas magnéticas. En todas las expresiones que se van a exponer estas pérdidas están dadas en Watts por Kg. de material. La primera expresión da las debidas a corrientes de Foucault

f) Investigue Ud. Acerca de la corriente de In-Rush.

La corriente de magnetización Inrush es una condición transitoria que ocurre cuando se energiza un transformador.

El problema de esta corriente es que puede llegar a ser de 100 veces la corriente de vacío de régimen permanente del transformador, o si se considera que esta corriente es del 5 al 8% de la corriente nominal, se alcanzarán corrientes instantáneas de 5 a 8 veces la nominal.

Debido al valor no nulo de la resistencia del devanado primario, la corriente transitoria de conexión se amortigua rápidamente al cabo de unos pocos ciclos. Al tratarse de corrientes de corta duración se tienen que utilizar protecciones que no actúen rápidamente, evitando la desconexión del disyuntor o interruptor automático principal, al tomar esa corriente por un cortocircuito.

g) Efectuar la separación de pérdidas que indican los instrumentos

Las perdidas debidas a la carga realmente son debidas a dos tipos de pérdidas. Por un lado, están las pérdidas por efecto Joule en los arrollamientos (perdidas óhmicas) y, por otro lado, están las perdidas adicionales debidas a la circulación de corrientes de Foucault por los arrollamientos:

h) Realizar una comparación en base a los datos del transformador, que en este caso son teóricos con hallados en la prueba.

6. CONCLUSIONES:

Se determinó los parámetros tanto en corto circuito como en vacío de un transformador. Se obtuvo las constantes en vacío del transformador en dos tipos de conexiones de tensión y frecuencia nominal observando los datos obtenidos se concluye que las pérdidas de potencia en vacío son las pérdidas de potencia en el hierro.

7. OBSERVACIONES:El ensayo se debe realizar con mucha precaución, sobre todo a la hora de alimentar el lado primario del transformador, el cual debe mantenerse en niveles seguros de lo contrario los devanados del transformador pueden quemarse.

8. SUGERENCIASSe sugiere tener los equipos en buen estado, para una mejor medicion de datos y en conclusion tener un buen resultado del ensayo a realizar

9. BIBLIOGRAFIA.STEPHEN J. CHAPMAN maquinas eléctricas.IRVIN L. KOSOW maquinas eléctricas Y transformadores.

ENRIQUE RAS OLIVIA transformadores.