UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

DEPARTAMENTO DE POTENCIA

LABORATORIO DE MAQUINAS I

PROFESORA

Patricia Snchez

ALUMNOS

Ranier Garcia, C.I: 21.368.741

2 de junio de 2015

PRACTICA #6

TRANSFORMADOR MONOFSICO

RENDIMIENTO

1. INTRODUCCIN

La eficiencia de un transformador, expresada en por unidad, es la relacin entre la potencia real de

salida y la de entrada:

E f iciencia=POUTPIN

= 1 PPerdidasPentrada

(1)

Donde:

POUT : Potencia de salida o transformada

PIN : Potencia de entrada o an no transformada

PPerdidas : Prdidas totales

Las prdidas totales son la suma de las prdidas sin carga o vaco y las prdidas con carga. Las

prdidas sin carga incluyen las prdidas por corriente de Eddy, prdidas por hysteresis, las prdidas I2 Rcausadas por la corriente de excitacin y las prdidas dielctricas; esto es, todas las prdidas que inciden

en la magnetizacin a plena tensin con el secundario abierto. Con carga, por otro lado, se incluyen las

prdidas I2 R causadas por la corriente de carga, prdidas por corrientes de Eddy inducidas por el flujode dispersin dentro de la estructura del transformador y prdidas similares que varan con la corriente

de carga.

Separando en dos grupos: las prdidas en los arrollados (I2 RCU ) y las prdidas en el ncleoferromagntico (Pfe), el rendimiento queda como:

= 1 Pfe+ I2 RCU

U1 I1 cos (2)

Donde:

U1 : Tensin aplicada en el primario del transformador en Voltio.

I1 : Corriente que circula por el primario del transformador, en Ampre.

cos : factor de potencia o cociente entre la potencia activa y la potencia aparente.

1

RCU : Resistencia hmica del arrollado, referido al lado primario.

Considerando que la tensin de alimentacin y el factor de potencia permanecen ambos constantes,

se puede concluir que el rendimiento mximo se alcanza en:

ddI1

=Pf eI12RCU = 0 Pfe = I12 RCU (3)

2. OBJETIVOS

Observar el comportamiento del rendimiento de un transformador.

Establecer las condiciones que deben tomarse en cuenta para realizar los montajes, conforme a la

normativa recomendada.

3. INSTRUMENTOS

Voltmetro de hierro mvil Yokogawa

Ampermetro de hierro mvil Yokogawa

Vatmetro de hierro mvil Yokogawa

Transformador monofsico 120/240Vde 2kVA

Transformador de corriente

Carro de carga resistiva

Carga inductiva

Variac

2

4. DIAGRAMA DE CONEXIN

Figura 1: Diagrama circuital de la carga resistiva e inductiva

Figura 2: Diagrama de conexiones de la carga resistiva e inductiva

5. PREDETERMINACIONES

Figura 3: Circuito equivalente del transformador

5.1. Para carga resistiva

Con la Figura 3 se puede obtener las perdidas que produce el ncleo para variaciones de la carga.

Se debe mantener una tension constante.

3

Psalida =Vcarga Icarga fp (4)

fp=1

Q=0 (carga resistiva pura)

S=P

Pcu = I2CC RCC =Pcarga240

21,52 = 1000

240

21,52 = 4,172 1,52 = 26,38W (5)

Pf e =V 2

Rfe=

1202

480= 30W (6)

Entonces el rendimiento para variaciones de la carga es igual a:

=Psalida

Psalida+PCU +Pfe=

Pcarga

Pcarga+Pcarga240

2 1,52+30W(7)

Tabla 1: Variacin de la la eficiencia y la corriente para carga resistiva de diferentes potencias.

Terica

Potencia en la carga (W) Eficiencia (%) Corriente en la carga (A)

0 0 0

200 86.55 0.83

400 92.11 1.66

600 93.82 2.50

800 94.46 3.33

1000 94.66 4.16

4

Figura 4: Curva terica del rendimiento del transformador en funcin de la potencia de la carga resistiva

5.2. Para carga inductiva

Una carga inductiva que no supera los 3Ay con un factor de potencia del 0.8.

Pcu = I2CC RCC = I2CC 1,52 = I2CC 1,52 = 32 1,52 = 13,68W (8)

Pf e =V 2

Rfe=

1202

480= 30W (9)

Entonces el rendimiento para variaciones de la carga es igual a:

=Psalida

Psalida+PCU +Pfe=

PcargaPcarga+ I2CC 1,52+30W

(10)

5

Tabla 2: Variacin de la la eficiencia y la corriente para carga inductiva de diferentes potencias.

Terica

Potencia en la carga (W) Eficiencia (%) Corriente en la carga (A)

0 0 0

120 79.79 0.5

240 88.39 1.0

360 91.50 1.5

480 93.00 2.0

600 93.82 2.5

720 94.28 3.0

Figura 5: Curva terica del rendimiento del transformador en funcin de la potencia de la carga inductiva

6. CONDICIONES DE ENSAYO

La unidad de transformacin monofsica a utilizar deber ser la misma que se utiliz en la realiza-

cin de la prctica anterior cuyos datos de placa son: 1kVA, 120/240V. Las corrientes nominales

de ambos devanados del transformador:

INba ja =S

VNba ja=

1kVA120V

= 8,33A (11)

INalta =S

VNalta=

1kVA240V

= 4,17A (12)

6

Con los valores anteriores se puede obtener el mnimo valor de carga en el devanado secundario:

Rcarga minima =S

INominal2=

1kVA4,17A2

= 57,50 (13)

La tensin de alimentacin deber ser constante a 120V.

Debido a que la corriente por el devanado de baja tensin es de 8.33A y la escala mxima de

medicin de los ampermetros disponibles en el laboratorio es de 5A, se requerir el uso de un

transformador de corriente para poder censar el valor de la corriente en dicho devanado.

7. TABLA Y RESULTADOS

7.1. Carga resistiva

El rendimiento se obtiene con la Ecuacin 1 y con los datos de la Tabla 3.

Tabla 3: Valores Experimentales para diferentes Cargas Resistiva.

Potencia en la

carga (W)

Potencia de

entrada (W)

Potencia de

Salida (W)

Tension en la

carga (V)

Corriente en

la carga (A)Eficiencia%

200 250 10 210 10 230 2 0.95 0.05 84.00 0.07400 470 10 430 10 228 2 1.85 0.05 91.48 0.04600 690 10 660 10 228 2 2.85 0.05 95.65 0.02800 900 10 840 10 226 2 3.40 0.05 93.33 0.02

7

Figura 6: Curva del rendimiento del transformador en funcin de la potencia de la carga resistiva

Con los valores de corriente y tension en la Tabla 3 podemos obtener las perdidas del sistema y con

estas obtener el rendimiento del transformador.

=Psalida

Psalida+PCU +Pfe=

Icarga VcargaIcarga Vcarga+ Icarga2 1,52+ V 2480

(14)

Tabla 4: Valores Experimentales de perdidas y eficiencia para diferentes Cargas Resistiva.

Potencia en la

carga (W)

Tension en la

carga (V)

Corriente en

la carga (A)PCU Pf e Eficiencia%

200 230 2 0.95 0.05 1.37 27.55 88.30 0.07400 228 2 1.85 0.05 5.20 27.07 92.89 0.04600 228 2 2.85 0.05 12.35 27.07 94.28 0.02800 226 2 3.40 0.05 83.23 26.60 93.83 0.02

8

Tabla 5: Comparacin de la eficiencia para diferentes Cargas Resistiva.

Potencia en la

carga (W)

Eficiencia

Terica%

Eficiencia

Tabla 3%

Eficiencia

Tabla 4%

200 86.55 84.00 0.07 88.30 0.07400 92.11 91.48 0.04 92.89 0.04600 93.82 95.65 0.02 94.28 0.02800 94.46 95.55 0.02 93.83 0.02

Tm = Rm Tr+TkRr Tk = 42,9475C+234,5C

48,4234,5C = 40,5 (15)

Entre todos los valores de potencia posibles hay uno que da las caractersticas de la mquina, es

la potencia nominal, que se define como la que puede suministrar sin que la temperatura llegue a los

lmites admitidos por los materiales aislantes empleados. Cuando la mquina trabaja en esta potencia se

dice que est a plena carga.

7.1.1. Anlisis de Resultado

En la Tabla 3, manteniendo fijo la entrada a 120Vla eficiencia del transformador va aumentado

conforme aumenta la potencia y la corriente en la tabla, siendo igual a lo predeterminado en la Tabla 1. La

Figura 6 obtenida de los valores de la Tabla 3, tiene la misma tendencia que la Figura 4, al ir aumentando

la potencia de la carga el rendimiento del transformador fue aumentado. La potencia en la carga no se

pudo llegar a la nominal del transformador debido a la limitacin de la corriente que puede pasar por el

transformador, la cual si es superada(esta en sobrecarga) puede ocasionarle daos. Al colocar el carro de

resistencia en 1000Wla corriente se hacia mayor a la nominal, esto se puede deber a que no se considera

el efecto de carga de los instrumento y que la carga resistiva puede no sea exactamente de 1000W.

En la Tabla 4 la perdidas en el cobre aumentan conforme aumenta la potencia en la carga, cuando

la carga aumenta la corriente en el devanado secundario y el primario tambin aumenta, hace que la

perdidas en el cobre aumenten , la PCU dependen de la corriente que circula por el devanado. Las perdidas

en el hierro permanence igual, ellas depende de la tension en el transformador que permanence iguales en

la entrada, solo variado un poco por el efecto de regulacin debido a el aumento de la carga, la eficiencia

sigue teniendo la misma tendencia de ir aumentando con el aumento de la potencia en la carga.

9

La Tabla 5 comparamos el rendimiento obtenido por las dos mtodos, la diferencia entre los dos

mtodos y el terico no es mucha, siendo los dos mtodos muy efectivos.

7.2. Carga inductiva

El rendimiento se obtiene con la Ecuacin 1 y con los datos de la Tabla 6.

Tabla 6: Valores Experimentales para diferentes tensiones en la Carga inductivas.

Voltaje en el

primario (V)

Potencia de

entrada (W)

Potencia de

Salida (W)

Tension en la

carga (V)

Corriente en

la carga (A)Eficiencia%

53 30 10 15 10 102 2 1.65 0.05 75.70 0.2562 40 10 25 10 120 2 1.95 0.05 75.70 0.20

Con los valores de corriente y tension en la Tabla 6 podemos obtener las perdidas del sistema y con

estas obtener el rendimiento del transformador Ecuacin 14.

Tabla 7: Valores Experimentales de perdidas para diferentes valores de tension en la Carga Induc-

tiva.

Voltaje en el

primario (W)

Tension en la

carga (V)

Corriente en

la carga (A)PCU Pf e

53 102 2 1.65 0.05 4.13 5.4162 120 2 1.95 0.05 5.77 7.50

Tm = Rm Tr+TkRr Tk = 2,5775C+234,5C

3,74234,5C = 21,32 (16)

7.2.1. Anlisis de Resultado

La Tabla 6 el rendimiento del transformador se debe a que al ser una carga inductiva, la nica

potencia que mide el vatmetro es potencia activa y no considere la potencia reactiva que consume la

carga esto hace relacin entre la potencia activa y la aparente sea muy bajo. La potencia medida se debe

10

a la perdidas en el cobre. La eficiencia trata de la potencia activa pero esta carga inductiva consume

potencia reactiva, desaprovechando la potencia entregada. En la Tabla 7 la perdidas en el cobre y en

el hierro aumentaron con el aumento de voltaje en la entrada, las PCU aumenta con el incremento de

corriente y la Pf e aumentan con la tension.

8. CONCLUSIONES

Para obtener el rendimiento aproximado de un transformador solo hace falta medir la potencia de

entrada y salida. Con cargas resistiva se obtiene un mayor rendimiento que con cargas inductivas. Las

carga inductivas presentan perdidas de potencia, ya que consumen potencia reactiva. Como la obtencin

de la potencia depende de la medicin de la potencia activa las cargas puramente resistiva, tendrn un

rendimiento bastante alto.

El transformador tampoco es capaz de entregar todo su potencia de entrada al secundario debido a la

perdidas internas que estn presentes en el transformador. El transformador tiende a alcanzar su mximo

rendimiento cuando se encuentra a plena carga.

El rendimiento es funcin de la relacin entre la intensidad a una determinada carga y la intensidad

a plena carga. Es decir, el rendimiento mximo se produce cuando son iguales las prdidas en vaco y las

de los arrollamientos, cosa que prcticamente nunca ocurre a plena carga, puesto que las prdidas en va-

co son siempre menores que las de los arrollamientos para la corriente plena. El obtener el rendimiento

mximo a plena carga no es conveniente en la mayora de los casos debido a que el transformador puede

trabajar muchas horas con una pequea carga e incluso en vaco.

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INTRODUCCINOBJETIVOSINSTRUMENTOSDIAGRAMA DE CONEXINPREDETERMINACIONESPara carga resistivaPara carga inductiva

CONDICIONES DE ENSAYOTABLA Y RESULTADOSCarga resistivaAnlisis de Resultado

Carga inductivaAnlisis de Resultado

CONCLUSIONES