ENSAYOS AL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO
“ENSAYOS AL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO”
I. OBJETIVOS:
Con los ensayos a un transformador monofásico se pretende determinar las pérdidas en el hierro mediante el ensayo de vacío, las pérdidas en el cobre (o devanado) mediante el ensayo de cortocircuito, asimismo realizar el circuito de cada ensayo.
Además medir el aislamiento que existe en los circuitos eléctricos
del transformador.
II.
FUNDAMENTO TEORICO:
Un transformador posee dos bobinados: uno primario y otro secundario que se
arrollan sobre un núcleo magnético común, formado por chapas magnéticas
apiladas. Por el bobinado primario se conecta la tensión de entrada y por el
bobinado secundario obtenemos la tensión de salida.
N1 = Nº de espiras del primario
N2 = Nº de espiras del secundario
U1 = Tensión del primario
U2 = Tensión del secundario
Figura 1: Transformador elemental.
En general, se cumple con gran
aproximación que:
Donde a “m” es la “relación de
transformación”.
En la operación de transformadores,
es necesario conocer las pérdidas que se originan en los devanados y en el
núcleo, además, la regulación, eficiencia y temperatura del transformador bajo
diferentes condiciones de carga, voltaje y frecuencia.
Las pruebas que se efectúan para obtener estos datos deseados
son:
a.
Determinación de las marcas de polaridad.
b.
Medición de la resistencia de los devanados
c.
Medición de la relación de transformación
d.
Prueba de vacío.
e.
Prueba de corto circuito.
I.
Ensayo
de Vacío de un transformador Monofásico
Mediante esta experiencia se determina:
• La
relación de transformación (m)
• La
corriente de vacío (I0)
• Las
perdidas en el hierro (PFe) (pérdidas por Foucault + histéresis)
• Otros
parámetros
Para llevar a cabo este ensayo se deja abierto el circuito del secundario y se conecta un voltímetro (V1) en el primario y otro en el secundario (V2). Además, se intercala un amperímetro y un vatímetro en el circuito primario.
Figura 2: Ensayo de Vacío de un Transformador.
ENSAYO DE TRANSFORMADORES
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Tipo de ensayo
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Ensayo en vacío
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Características del transformador
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S1 50 (VA)
V1 220 (V)
I1 0.23 (A)
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S2 50 (VA)
V2 110 (V)
I2 0.46 (A)
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F 60 (Hz)
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Objetivos del ensayo
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Determinar las pérdidas en el hierro
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Esquema del montaje
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Equipos y materiales
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·
Transformador monofásico
·
Vatímetro
·
Multímetro
·
Foco ahorrador 20W
·
Foco 100W
·
Cables de conexión tipo banana
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Parámetros medidos
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V1
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I1
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W1
|
V2
|
I2
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m
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55 V
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0.4 A
|
0.35 W
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27.95 V
|
0 A
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1.97
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110 V
|
0.05 A
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1.20 W
|
55.84 V
|
0 A
|
1.96
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165 V
|
0.06 A
|
2.43 W
|
83.3 V
|
0 A
|
1.98
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|||
217.6 V
|
0.09 A
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4.30 W
|
110.6 V
|
0 A
|
1.97
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Algunos
cálculos
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La impedancia (Z)
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La potencia aparente en vacío(S0)
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Factor de potencia de vacío
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Pérdidas en el núcleo (Fe).
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PFe = V1n * I0 * Cos PFe = 4.30 w
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Mediante esta experiencia se determinará los componentes de
cortocircuito, es decir:
• Los
parámetros RCC, XCC y ZCC
• La
tensión de cortocircuito
• Las
perdidas en el cobre (PCU)
Para llevar a cabo este ensayo se
cortocircuita el secundario mediante un amperímetro A2, tal como se muestra en
la figura. El primario se alimenta a través de una fuente de tensión alterna
regulable. En el primario se conecta un amperímetro A1, un voltímetro VCC y un
vatímetro W.
Se comienza el ensayo aplicando cero
voltios en el primario y se va subiendo poco a poco la tensión hasta conseguir
que el amperímetro A1 indique un valor de corriente igual a la intensidad
nominal primaria correspondiente al transformador a ensayar.
Cuando el amperímetro A1 indique su valor nominal I1n, el
amperímetro A2 indicará la intensidad nominal secundaria I2n.
Cuando circula corriente por el
primario y por el secundario, se produce pérdidas de potencia en las resistencias
del primario y del secundario, que se transforman en calor y que para la
intensidad nominal serán igual a:
1.1.
Prueba en vacío:
·
Esta
prueba o ensayo es muy importante en el momento de determinar la eficiencia de
un transformador ya que permite estimar las pérdidas de potencia que se dan en núcleo.
·
En el
laboratorio se realizó este ensayo comprobando si la tensión cae en el
secundario del transformador (220/110V), para ello se conectó un foco de 100W –
220V; se verificó que la tensión cae a 105.3V. De la misma manera se conectó otro
foco de menor potencia (20W - 220V) y este no encendió, se debe a que necesita
mayor tensión para excitar el gas de su interior, por lo tanto, no hay flujo de
corriente en secundario y el vatímetro indicó las pérdidas correspondientes a PFe = 4.30 w.
·
Durante el
ensayo la relación de transformación se mantiene en cada variación de voltaje y
es muy aproximado a su valor teórico, lo que indica que el transformador
trabaja bien con cualquier valor de voltaje menor a la nominal.
·
El ensayo
en vació a un transformador se realiza con tensión nominal.
1.2.
Prueba en cortocircuito:
·
Con este ensayo se ha logrado medir las pérdidas
en los bobinados del transformador; la potencia perdida es:
·
La tensión aplicada es muy reducida, por lo
tanto, las pérdidas en el cobre son aproximadas a la potencia de cortocircuito
indicada en el vatímetro, además se debe a que las bobinas al ser inductivas
casi no producen pérdidas.
·
Las pérdidas calculadas se deben a que los
bobinados presentan resistencia como todo material conductor; las pérdidas se
dan por el efecto Joule y son mínimas.
·
Se calculó
la resistencia, reactancia e impedancia de cortocircuito.
·
El ensayo
en cortocircuito a un transformador se realiza con corriente nominal.
I.
CUESTIONARIO
1) ¿La relación de transformación “m” obtenida
de manera experimental del transformador coincide con el valor teórico?
Comente.
2) ¿Por qué es importante hacer los ensayos de
vacío y corto a un transformador?
Realizar
ensayos a un transformador permite comprobar si es viable o no su eficiencia en
el trabajo que desempeña. Es así que,
los ensayos de vacío y cortocircuito permiten determinar la potencia que se
pierde en el núcleo y en los devanados por corrientes parásitas – histéresis.
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