GUÍAS DE LABORATORIO CONVERSIÓN ELECTROMAGNÉTICA 72492 AUTORES

GUÍAS DE LABORATORIO

CONVERSIÓN ELECTROMAGNÉTICA 72492

AUTORES:

ING. HELMUTH EDGARDO ORTIZ SUÁREZ ING. CARLOS ALBERTO AVENDAÑO AVENDAÑO

ING. HENRY FELIPE IBÁÑEZ OLAYA

UNIVERSIDAD DISTRITAL “FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS” FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD 2002


Tecnología en Electricidad

Guías de Conversión Electromagnética

1 LABORATORIO 1

CURVAS DE MAGNETIZACIÓN INICIAL E HISTÉRESIS MAGNÉTICA

1.1 OBJETIVO GENERAL Al finalizar el desarrollo de este laboratorio se tendrá como resultado la curva de magnetización inicial y la curva de histéresis magnética del material ferromagnético que conforma el núcleo de alguno de los transformadores del laboratorio.

1.2 ELEMENTOS NECESARIOS

• Banco de ensayos. • Transformador monofásico. • Circuito Integrador. • Resistencia Shunt. • Amperímetro. • Voltímetro. • Osciloscopio. • Accesorios

1.3 EXPLICACIÓN DE LA PRÁCTICA

1.3.1 Curva de Magnetización Inicial Se debe construir la curva de magnetización inicial (densidad de flujo magnético – B contra intensidad de campo magnético – H) del material que compone el núcleo de uno de los transformadores del laboratorio. Esto a partir de la creación de la curva magnitud de voltaje contra magnitud de corriente para el transformador en vacío y de las características eléctricas y geométricas del transformador.

1.3.2 Curva de Histéresis Magnética Se obtendrá la curva de histéresis magnética (densidad de flujo magnético – B contra intensidad de campo magnético – H) del material que compone el núcleo de uno de los transformadores del laboratorio. Esto a partir de la creación de la curva de la integral de voltaje contra corriente para el transformador en vacío y de las características eléctricas y geométricas del transformador. Esta curva mencionada anteriormente, se visualizara y registrara en un osciloscopio mediante la utilización de un integrador (con el cual se obtendrá la integran del voltaje) y de una resistencia Shunt ó la pinza amperímetrica con salida al osciloscopio (con la cual se medirá la corriente) A continuación se propone una metodología breve para el diseño del integrador y de la resistencia Shunt.




1.4 DISEÑO DE ELEMENTOS

1.4.1 Circuito Integrador Para esta práctica se utilizará un integrador discreto, conformado por un circuito RC serie, como se muestra en la siguiente figura:

Para obtener un integrador a partir de este circuito se debe cumplir la siguiente condición:

R >> Xc, así para ondas senoidales,

∫∗= dttviktvo )()(

siendo RC

k 1=

1.4.2 Resistencia Shunt Uno de los métodos para poder registrar, en un osciloscopio, una señal proporcional a la corriente de un circuito, teniendo en cuenta que en osciloscopio solo se pueden registrar señales de voltaje, es utilizar una resistencia Shunt. Como se muestra en la siguiente figura:

Para que la resistencia Shunt no modifique las condiciones del circuito en el cual se registrará la corriente, se debe cumplir que:

R shunt << X carga

con lo cual, i(t) = vo(t) / R shunt

1.5 DIAGRAMAS DE LOS ENSAYOS

1.5.1 Curva de Magnetización Inicial En esta prueba se debe medir la amplitud de la corriente a la entrada y la amplitud del voltaje a la salida del transformador.

vi(t) vo(t) R

C

A

V

R shunt vi(t)

vo(t)

Carga

i(t)




1.5.2 Curva de Histéresis Magnética En esta prueba el osciloscopio debe estar configurado de tal forma que se pueda registrar la entrada del canal 1 contra la del canal 2. Se conecta el osciloscopio para que en el eje X se registre la corriente de entrada y en el eje Y la integral del voltaje a la salida de transformador.

1.6 PROCEDIMIENTO GENERAL DE LA PRÁCTICA Se debe utilizar un transformador monofásico y a su núcleo tomarle previamente las medidas mostradas en la figura siguiente: Con lo cual se obtiene:

ecA ∗=1 12 AA = 123 AeaA ⋅=∗= dbal ++= 221 12 ll = dcl +=3

por lo cual:

3311

Alleq +

=ℜµ

3,,31 AAeqyllleq =+=

1.6.1 Curva de Magnetización Inicial a. Realizar el montaje mostrado en la figura del ítem 1.5.1. b. Tomar diferentes medidas de amplitud de voltaje y amplitud de corriente ubicadas entre el 0% y

el 110% del voltaje nominal.

R shunt R

C

Osciloscopio Eje X

Osciloscopio Eje Y

c b a b c

l

c d c

h

e

a = 2c




c. Hacer la gráfica de la función amplitud de voltaje (eje Y) contra amplitud de corriente (eje X). d. Calcular la curva, de magnetización inicial, densidad de flujo magnético (B) contra intensidad

de campo magnético (H), esto sabiendo que:

VsVpRT =

ileqn

H pp = ,y, vs

AeqnRTBp

p ⋅⋅=

ϖ

1.6.2 Curva de Histéresis Magnética a. Realizar el montaje mostrado en la figura del ítem 1.5.2. b. Registrar, con la ayuda del osciloscopio, la curva voltaje en el condensador (eje Y) contra

voltaje en la resistencia shunt (eje X) Se debe tener especial cuidado en solo utilizar un punto de referencia para la medición con el osciloscopio.

c. Calcular la curva, de histéresis, densidad de flujo magnético (B) contra intensidad de campo magnético (H), esto sabiendo que:

VsVpRT =

)(tvleqRshunt

nH Rshunt

pp ⋅= ,y, )(tv

AeqnCRRTB c

pp ⋅

⋅⋅=

1.7 EJERCICIOS a. Comprobar el resultado obtenido para eqℜ en el ítem 1.6. b. Comprobar las ecuaciones de pp ByH dadas en los ítem 1.6.1 y 1.6.2.




2 LABORATORIO 2 MEDICIÓN DE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Y POLARIDAD EN

TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS

2.1 OBJETIVO GENERAL Determinar la relación de transformación y la polaridad de los devanados de un transformador monofásico, por medio de métodos normalizados.


• Banco de ensayos. • Transformador monofásico. • Amperímetro. • Voltímetros. • Accesorios


2.3.1 Medición de la relación de transformación Por medio de mediciones de voltaje en cada uno de los devanados, se encontrará la relación entre espiras o relación de transformación de un transformador monofásico.

2.3.2 Verificación de la polaridad de los devanados Se utilizará el método diferencial de corriente alterna, especificado por la norma NTC – 471 (Transformadores – Verificación de polaridad y relación de fase), para determinar la polaridad de los devanados de un transformador.


2.4.1 Medición de la relación de transformación Se debe medir la tensión en cada uno de los devanados del transformador.

V1

V2




2.4.2 Verificación de polaridad de los devanados

Se debe realizar la medición de polaridad con cada uno de los devanados del transformador.

2.5 PROCEDIMIENTO GENERAL DE LA PRÁCTICA

2.5.1 Medición de relación de transformación a. Realizar el montaje mostrado en la figura del ítem 2.4.1. b. La señal de voltaje aplicada al devanado primario (V1) debe ser completamente senoidal, sin

componentes DC y tener la frecuencia nominal del transformador bajo prueba. c. Se alimenta el devanado primario con una señal de voltaje (V1) de valor igual a la tensión

nominal del devanado y se registra el valor del voltaje en cada uno de los devanados secundarios (V2)

d. Se repite el procedimiento del punto anterior, por lo menos cuatro veces más, alimentando el transformador con diferentes voltajes, inferiores al voltaje nominal del devanado primario.

e. Se encuentra la media aritmética de la relación entre los voltajes de los diferentes devanados (primario / secundario) y se registra este valor como relación de transformación.

2.5.2 Verificación de la polaridad de los devanados a. Realizar el montaje mostrado en la figura del ítem 2.4.2. b. La señal de voltaje aplicada al devanado primario (V1) debe ser completamente senoidal, sin

componentes DC y tener la frecuencia nominal del transformador bajo prueba. c. Se alimenta el devanado primario con una señal de voltaje (V1) de valor inferior a la tensión

nominal del devanado y se registran los valores de los otros voltajes (V2 y V3) d. Si el voltaje medido entre los devanados (V3) es igual a la suma de los valores individuales de

voltajes en cada devanado (V1 + V2), los devanados están conectados en polaridad aditiva; si es igual a la diferencia de los valores individuales de voltajes en cada devanado (V1 – V2), los devanados están conectados en polaridad sustractiva.

2.6 EJERCICIOS a. Describir tres procedimientos, diferentes al descrito en este laboratorio, para verificar la

polaridad de los devanados de un transformador.

A

V2 V1

V3




3 LABORATORIO 3 ENSAYOS DE CIRCUITO ABIERTO Y CORTOCIRCUITO EN

TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS

3.1 OBJETIVO GENERAL Determinar el modelo de circuitos de baja frecuencia de un transformador monofásico por medio de los ensayos de circuito abierto y corto circuito.


• Banco de ensayos. • Transformador monofásico. • Amperímetro. • Voltímetro. • Vatímetro. • Fecuencímetro. • Accesorios.


3.3.1 Ensayo de circuito abierto Utilizando los procedimientos descritos en la norma NTC – 1031 y midiendo los parámetros eléctricos (voltaje, corriente y potencia de entrada), de un transformador en vacío, se encontrará el modelo de circuitos de su núcleo.

3.3.2 Ensayo de cortocircuito Utilizando los procedimientos descritos en la norma NTC – 1005 y midiendo los parámetros eléctricos (voltaje, corriente y potencia de entrada), de un transformador en cortocircuito, se encontrará el modelo de circuitos de sus devanados.


3.4.1 Ensayo de circuito abierto

Se debe medir: • Voltaje eficaz de alimentación – V1 (Vo) • Voltaje medio de alimentación – Vp • Potencia activa de entrada al transformador– W (Po) • Corriente eficaz de entrada al transformador – A (Io)

A

V1 WVp BT AT




3.4.2 Ensayo de cortocircuito

Se debe medir: • Voltaje eficaz a la entrada del transformador – V1 (Vcc) • Potencia activa de entrada al transformador – W (Pcc) • Corriente eficaz de entrada al transformador – A (Icc)

3.5 PROCEDIMIENTO GENERAL DE LA PRÁCTICA Al finalizar el laboratorio se deben encontrar los parámetros del modelo de un transformador monofásico, descritos en la siguiente figura.

3.5.1 Ensayo de circuito abierto a. Realizar el montaje descrito en la figura del ítem 3.4.1. b. La determinación de las pérdidas en vacío debe hacerse con base en una onda senoidal. c. La característica distorsionada de la corriente de vacío de un transformador, puede hacer que la

tensión del generador presente una forma distorsionada (no senoidal – factor de forma diferente a 1.11) y pérdidas diferentes a las que corresponden a un a onda senoidal (para factores de forma mayores a 1.11 las pérdidas disminuyen y para factores menores a 1.11 aumentan), por lo cual se debe medir el valor eficaz y el valor medio para poder corregir las pérdidas sin carga..

VpV

VmedioVrmsformaF 1==

d. Se debe medir la frecuencia de la fuente de alimentación y verificar que su valor este entre el 95% y el 105% del valor nominal del transformador bajo prueba.

e. Se debe energizar el transformador sin carga (en vacío) a la tensión nominal del devanado primario.

f. Se toman los valores de voltaje, corriente y potencia expresados en la figura indicada. g. Se corrige el valor de las pérdidas totales sin carga, por medio de la siguiente ecuación:

21

2

PKPPoPc

⋅+= ,

siendo: 2

1

=VpV

K , P1 = Pérdidas por histéresis, y, P2 = Pérdidas por corrientes parásitas.

AT BT

A

V1 W

Rp Xp Rs

Rm

Xs

Xm

a : 1




h. Con este valor corregido se calculan los parámetros del transformador, de la siguiente forma:

IoVoSo •=

22 PoSoQo −=

22 QoPcSc +=

= −

ScPco 1cosθ

VoScIc /=

JBmGmYmoVoIcYm −=→= θ̂

BmXmy

GmRm 11

==

3.5.2 Ensayo de circuito abierto a. Realizar el montaje descrito en la figura del ítem 3.4.2. b. La determinación de las pérdidas en cortocircuito debe hacerse con base en una onda senoidal. c. Se debe medir la frecuencia de la fuente de alimentación y verificar que su valor este entre el

95% y el 105% del valor nominal del transformador bajo prueba. d. Se coloca en cortocircuito el devanado secundario del transformador (con un conductor corto

y de calibre mayor al del alambre del devanado secundario) e. Se aumenta (desde cero) lentamente el voltaje hasta obtener en el amperímetro una medición

igual a la de la corriente nominal del devanado primario. El valor de la tensión de cortocircuito está generalmente entre 1% y 15% de la tensión nominal del devanado primario.

f. Se toman los valores de voltaje, corriente y potencia expresados en la figura indicada. g. Cuando se desea determinar la potencia de cortocircuito (Pcc) a una temperatura diferente a la

del ensayo, se convierte así:

TTTTPccPcc++

=1

*1*

Pcc = Pérdidas medidas a la temperatura T. T = Temperatura de los devanados durante el momento del ensayo (ºC) Pcc* = Pérdidas calculadas a la temperatura T*. T* = Temperatura a la cual se desea calcular las pérdidas (ºC) – generalmente 85ºC. T1 = 234.5ºC para el cobre.

225ºC para el aluminio. h. Con este valor corregido se calculan los parámetros del transformador, de la siguiente forma:

IccVccScc •=

22 PccSccQcc −=




22** QccPccScc +=

= −

**cos 1Scc

Pccccθ

IccSccVcc /** =

JXeqqZccIccVccZ +=→= Reˆ* θ

3.6 EJERCICIOS a. Describir cómo funciona un voltímetro de valores promedio (medios) b. Describir cómo determinar las pérdidas individuales por histéresis (P1) y por corrientes

parásitas (P2) c. Teniendo los factores de Req y Xeq cómo se calculan los parámetros Rp, Rs, Xp y Xs.




4 LABORATORIO 4 REGULACIÓN DE VOLTAJE Y EFICIENCIA EN TRANSFORMADORES

MONOFÁSICOS

4.1 OBJETIVO GENERAL Para los transformadores monofásicos del laboratorio, determinar siguientes curvas las curvas características:

• Eficiencia contra potencia. • Regulación de voltaje contra potencia. • Eficiencia contra factor de potencia. • Regulación de voltaje contra factor de potencia.


• Banco de ensayos. • Transformador monofásico. • Amperímetro. • Voltímetro. • Vatímetro. • Accesorios.


4.3.1 Regulación de voltaje Se deben construir las curvas de regulación de voltaje contra potencia y contra factor de potencia utilizando tres puntos para cada curva. Los puntos a utilizar son: - Contra potencia: aproximadamente 100%, 60% y 20% de la potencia nominal para un factor de

potencia de 0.95 en atraso. - Contra factor de potencia: aproximadamente 0.6 (-), 0.95 (-) y 0.7 (+) para la potencia nominal.

4.3.2 Eficiencia Se deben construir las curvas de eficiencia contra potencia y contra factor de potencia utilizando tres puntos para cada curva. Los puntos a utilizar son: - Contra potencia: aproximadamente 100%, 60% y 20% de la potencia nominal para un factor de

potencia de 0.95 en atraso. - Contra factor de potencia: aproximadamente 0.6 (-), 0.95 (-) y 0.7 (+) para la potencia nominal.

4.4 DIAGRAMAS DE LOS ENSAYOS Para la medición de la regulación de voltaje y la eficiencia en un transformador se utiliza el mismo montaje; en el cual se debe medir:

• Voltaje de entrada al transformador y, • Voltaje de salida del transformador (el cual debe ser constante). • Potencia activa de entrada al transformador y, • Potencia activa de salida del transformador.




O en su defecto, • Corriente de entrada al transformador y, • Corriente de salida del transformador. Esto último para poder calcular potencia aparente de entrada y salida del transformador.

Previo al ensayo se deben calcular las impedancias (cargas) que se conectarán al devanado secundario del transformador, para que estas consuman cada una de las potencias a los factores de potencia indicados en los ítem 4.1.1 y 4.1.2.

4.5 PROCEDIMIENTO GENERAL DE LA PRÁCTICA Se debe tener en cuenta que los dos procedimientos que se describen a continuación, 4.5.1 y 4.5.2, se deben ejecutar de forma paralela.

4.5.1 Regulación de voltaje a. Realizar el montaje descrito en la figura del ítem 4.4. b. La determinación de la regulación de voltaje debe hacerse con base en una onda senoidal. c. Para obtener la curva de regulación de voltaje contra potencia, se colocan, una a una, las

cargas calculadas para que el transformador entregue las potencias indicadas en el ítem 4.1.1 al factor de potencia determinado.

d. Para obtener la curva de regulación de voltaje contra factor potencia, se colocan, una a una, las cargas calculadas para que estas consuman la potencia determinada a los factores de potencia indicadas en el ítem 4.1.1.

e. Se ajusta la tensión del transformador de tal forma que se obtenga la tensión nominal en su devanado secundario.

f. Con cada carga conectada al voltaje nominal se mide: Voltaje en el devanado primario y voltaje en el devanado secundario.

g. Con las cinco parejas de datos obtenidas se calcula la regulación de voltaje para cada carga de la siguiente forma:

100(%) ×⋅⋅−

=∆aVsaVsVpV

h. Con estas cinco regulaciones de voltaje se realizan las curvas mencionadas.

4.5.2 Eficiencia a. Realizar el montaje descrito en la figura del ítem 4.4. b. La determinación de la regulación de voltaje debe hacerse con base en una onda senoidal.

A

Vp W

A

WVs




c. Para obtener la curva de eficiencia contra potencia, se colocan, una a una, las cargas

calculadas para que el transformador entregue las potencias indicadas en el ítem 4.1.2 al factor de potencia determinado.

d. Para obtener la curva eficiencia contra factor potencia, se colocan, una a una, las cargas calculadas para que estas consuman la potencia determinada a los factores de potencia indicadas en el ítem 4.1.2.

e. Se ajusta la tensión del transformador de tal forma que se obtenga la tensión nominal en su devanado secundario.

f. Con cada carga conectada al voltaje nominal se mide: Potencia activa de entrada y potencia activa de salida. Para disminuir la cantidad de vatímetros utilizados, se puede suponer que el factor de potencia a la entrada es igual que a la salida del transformador, por lo cual en lugar de medir potencias activas se pueden medir potencias aparentes.

i. Con las cinco parejas de datos obtenidas se calcula la eficiencia para cada carga de la siguiente forma:

SpSsó

PpPs

=×= (%),,100(%) ηη

j. Con estas cinco eficiencias se realizan las curvas mencionadas.




5 LABORATORIO 5 CONEXIÓN DE AUTOTRANSFORMADORES

5.1 OBJETIVO GENERAL Aprender a conectar transformadores monofásicos convencionales como autotransformadores, determinando como se produce la distribución de voltajes, corrientes y potencias en los devanados del transformador y en las cargas.

5.2 ELEMENTOS NECESARIOS • Banco de ensayos. • Transformador monofásico. • Amperímetro. • Voltímetro. • Accesorios.

5.3 EXPLICACIÓN DE LA PRÁCTICA Se conectará un transformador monofásico convencional como autotransformador (elevador y reductor) y por medio de mediciones de voltaje y corriente se determinará la distribución de voltajes, corrientes y potencias en los devanados del transformador y en la carga. El autotransformador se energizará a su voltaje nominal y la carga debe consumir la potencia nominal del autotransformador.

5.4 DIAGRAMAS DE LOS ENSAYOS Autotransformador Elevador.

Autotransformador Reductor.

V

A

V

A

Carga

A

V

A

V Carga




Se conectará el transformador convencional como autotransformardor (elevador y reductor) y se medirá:

• Voltaje de entrada al autotransformador. • Voltaje de salida del autotransformador. • Voltaje de cada uno de los devanados. • Corriente de entrada al autotransformador. • Corriente de salida del autotransformador. • Corriente que circula por cada uno de los devanados.

5.5 PROCEDIMIENTO GENERAL DE LA PRÁCTICA Para cada uno de los montajes descritos en las figuras del ítem 4.4: a. Ajustar la tensión de la fuente a la tensión nominal del devanado primario del

autotransformador. b. Hacer las mediciones indicadas en el ítem 4.4. c. Determinar la distribución de voltajes, corrientes y potencias en los devanados del

autotransformador, en la carga y en la fuente. d. Comparar estos resultados con los resultados teóricos obtenidos previamente.

5.6 EJERCICIOS a. ¿Cuál es la máxima relación de transformación que se tiene en autotransformadores utilizados

en los sistemas de potencia? b. ¿Por qué esta restricción? c. ¿Qué cuidados se deben tener con el aislamiento eléctrico de un transformador convencional

al conectarlo como autotransformador?




6 LABORATORIO 6 CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

6.1 OBJETIVO GENERAL Aprender a realizar y a identificar (mediante mediciones de voltaje) los diferentes tipos de conexiones de un transformador trifásico.


• Banco de ensayos. • Transformador trifásico. • Amperímetro. • Voltímetro. • Accesorios.

6.3 EXPLICACIÓN DE LA PRÁCTICA Para la realización de estos ensayos, se debe conocer la polaridad de cada devanado de cada fase y la polaridad de las fases entre sí.

6.3.1 Conexión de transformadores trifásicos Cada grupo de trabajo debe conectar satisfactoriamente un transformador trifásico, con una conexión y secuencia determinada, las cuales serán asignadas por el profesor el día del laboratorio.

6.3.2 Identificación de la conexión de un transformador trifásico Cada grupo identificará la conexión de un transformador trifásico mediante mediciones de voltaje, conexión que será realizada por el profesor el día del laboratorio.


6.4.1 Conexión de transformadores trifásicos a. Preguntar al profesor la secuencia y el tipo de conexión a realizar. b. Realizar los diagramas fasorial y de conexiones de este transformador. c. Hacer la conexión del transformador trifásico, teniendo en cuenta la polaridad de los devanados

y los diagramas realizados en el punto anterior. d. El profesor determinará si la conexión realizada es la correcta.

6.4.2 Identificación de la conexión de un transformador trifásico a. El profesor conectará el transformador trifásico de alguna forma específica. b. Los estudiantes deben determinar la secuencia y el tipo de conexión mediante mediciones de

voltaje. Pueden utilizar cualquier método conocido para esta labor, por ejemplo, método gráfico (explicado en clase) o el método numérico (descrito en las normas ICONTEC).




6.5 EJERCICIOS e. Realizar los diagramas fasorial y de conexiones para los diferentes tipos de conexión de los

transformadores trifásicos. f. Averiguar como se aplica el método numérico y las ecuaciones necesarias para la identificación

de la conexión de transformadores trifásicos.




7 LABORATORIO 6 ENSAYOS DE CIRCUITO ABIERTO Y CORTOCIRCUITO EN

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

7.1 OBJETIVO GENERAL Determinar el modelo de circuitos de baja frecuencia de un transformador monofásico por medio de los ensayos de circuito abierto y corto circuito.


• Banco de ensayos. • Transformador trifásico. • Amperímetro. • Voltímetro. • Vatímetro. • Fecuencímetro. • Accesorios.


7.3.1 Ensayo de circuito abierto Utilizando los procedimientos descritos en la norma NTC – 1031 y midiendo los parámetros eléctricos (voltaje, corriente y potencia de entrada), de un transformador en vacío, se encontrará el modelo de circuitos de su núcleo.

7.3.2 Ensayo de cortocircuito Utilizando los procedimientos descritos en la norma NTC – 1005 y midiendo los parámetros eléctricos (voltaje, corriente y potencia de entrada), de un transformador en cortocircuito, se encontrará el modelo de circuitos de sus devanados.

7.4 DIAGRAMAS DE LOS ENSAYOS Al finalizar el laboratorio se deben encontrar los parámetros del modelo de un transformador monofásico, descritos en la siguiente figura.

A continuación se realizarán los diagramas de los ensayos de circuito abierto y cortocircuito, tomando como ejemplo un transformador con conexión D (AT) – Y (BT).

Rp Xp Rs

Rm

Xs

Xm

a : 1




7.4.1 Ensayo de circuito abierto Se debe medir:

• Voltaje eficaz de alimentación de cada una de las tres fases – V1F. • Voltaje medio de alimentación de cada una de las líneas – VPF . • Potencia activa trifásica de entrada al transformador – W (Po) • Corriente eficaz de entrada al transformador en cada una de las líneas – A (Io)

7.4.2 Ensayo de cortocircuito Se debe medir:

• Voltaje eficaz a la entrada del transformador de cada una de las tres líneas – V1L. • Potencia activa trifásica de entrada al transformador – W (Pcc) • Corriente eficaz de entrada al transformador en cada una de las líneas – A.

A

A

A

W

V1f VPf

BT AT

BT

BT

AT

AT

A

A

A

WV1L

V1L

AT BT

AT

AT

BT

BT





7.5.1 Ensayo de circuito abierto a. Realizar el montaje descrito en la figura del ítem 6.4.1. b. La determinación de las pérdidas en vacío debe hacerse con base en una onda trifásica

senoidal balanceada. c. La característica distorsionada de la corriente de vacío de un transformador, puede hacer que

la tensión del generador presente una forma distorsionada (no senoidal – factor de forma diferente a 1.11) y pérdidas diferentes a las que corresponden a un a onda senoidal (para factores de forma mayores a 1.11 las pérdidas disminuyen y para factores menores a 1.11 aumentan), por lo cual se debe medir el valor eficaz y el valor medio de las tensiones aplicadas a los devanados para poder corregir las pérdidas sin carga..

33*)( 111

1CBA VVV

V++

=

33*)( PCPBPA

PVVV

V++

=

VpV

VmedioVrmsformaF 1==

d. Se debe medir la frecuencia de la fuente de alimentación y verificar que su valor este entre el 95% y el 105% del valor nominal del transformador bajo prueba.

e. Se debe energizar el transformador sin carga (en vacío) a la tensión nominal del devanado primario.

f. Se toman los promedios de los valores de voltaje y corriente expresados en la figura indicada. 1VVo =

3OCOBOA III

Io++

=

g. En la práctica se debe medir la potencia trifásica por medio del método de los tres vatímetros pero, por limitaciones del laboratorio, se medirá la potencia de una fase y se multiplicará por tres (se asume sistema perfectamente balanceado).

h. Se corrige el valor de las pérdidas totales sin carga, por medio de la siguiente ecuación:

21

2

PKPPoPc

⋅+= ,

siendo: 2

1

=VpV

K , P1 = Pérdidas por histéresis, y, P2 = Pérdidas por corrientes parásitas.

i. Con este valor corregido se calculan los parámetros por fase del transformador, de la siguiente forma:

3/,,3/ PcPofIoIofVoVof ===

IofVofSof •=

22 PofSofQof −=

22 QofPcfScf +=




= −

ScfPcfof 1cosθ

VofScfIcf /=

JBmGmYmofVofIcfYm −=→= θ̂

BmXmy

GmRm 11

==

7.5.2 Ensayo de circuito abierto a. Realizar el montaje descrito en la figura del ítem 6.4.2. b. La determinación de las pérdidas en cortocircuito debe hacerse con base en una onda trifásica

senoidal balanceada. c. Se debe medir la frecuencia de la fuente de alimentación y verificar que su valor este entre el

95% y el 105% del valor nominal del transformador bajo prueba. d. Se coloca en cortocircuito el devanado secundario del transformador (con un conductor corto

y de calibre mayor al del alambre del devanado secundario) e. Se aumenta (desde cero) lentamente el voltaje hasta obtener en el amperímetro una medición

igual a la de la corriente nominal del devanado primario. El valor de la tensión de cortocircuito está generalmente entre 1% y 15% de la tensión nominal del devanado primario.

f. Se toman los valores promedios de voltaje y corriente expresados en la figura indicada.

3)( 111 CBA

CCVVV

V++

=

3CCCBCCACC III

Icc++

=

j. En la práctica se debe medir la potencia trifásica por medio del método de los tres vatímetros pero, por limitaciones del laboratorio, se medirá la potencia de una línea y se calculará la potencia trifásica (se asume sistema perfectamente balanceado – ver ejercicios).

g. Cuando se desea determinar la potencia de cortocircuito (Pcc) a una temperatura diferente a la del ensayo, se convierte así:

TTTTPccPcc++

=1

*1*

Pcc = Pérdidas medidas a la temperatura T. T = Temperatura de los devanados durante el momento del ensayo (ºC) Pcc* = Pérdidas calculadas a la temperatura T*. T* = Temperatura a la cual se desea calcular las pérdidas (ºC) – generalmente 85ºC. T1 = 234.5ºC para el cobre.

225ºC para el aluminio. i. Con este valor corregido se calculan los parámetros por fase transformador, de la siguiente

forma: 3/**,3/, PccPccfIccIccfVcVccf ===




IccfVccfSccf •=

22 PccfSccfQccf −=

22** QccfPccfSccf +=

= −

**cos 1

SccfPccfccfθ

IccfSccfVccf /** =

JXeqqZccfIccfVccfZ +=→= Reˆ* θ

7.6 EJERCICIOS a. A partir de la potencia que mide el vatímetro de la figura del ítem 6.4.2, ¿Cómo se calcula la

potencia trifásica consumida por el transformador en cortocircuito? (El sistema es balanceado). Ojo, no se multiplica por tres ya que el vatímetro no está midiendo la potencia de una fase.

GUÍAS DE LABORATORIO CONVERSIÓN ELECTROMAGNÉTICA 72492 AUTORES

Documents

Transcript of GUÍAS DE LABORATORIO CONVERSIÓN ELECTROMAGNÉTICA 72492 AUTORES