Informe3 Final

LL ABORATORIOABORATORIO D D EE M M ÁQUINASÁQUINAS EE LÉCTRICASLÉCTRICAS

TT RANSFORMADORRANSFORMADOR T T RIFÁSICORIFÁSICO

“Carga Monofásica”

AA UTOTRANSFORMADORUTOTRANSFORMADOR T T RIFÁSICORIFÁSICO

“Ensayo de Vacío”

INFORME 3INFORME 3

Alumnos:

Cristian Cortés 9904012 - 2

Álvaro Maluenda

9923008 - 8

Laboratorio de Máquinas Eléctricas 2/20

Javier Ríos 9904592 - 2

Profesor:

Jörg Müller

Fecha: 17/8/2005

Cortés/Maluenda/Ríos U.T.F.S.M. Transformador Trifásico/Inf.3


11 ÍÍNDICENDICE

1 Índice------------------------------------------------------------------------22 OBJETIVOS-------------------------------------------------------------------3

2.1 Objetivos Generales-----------------------------------------------32.2 Objetivos Específicos----------------------------------------------3

3 TEORÍA-----------------------------------------------------------------------43.1 General-----------------------------¡Error! Marcador no definido.3.2 Ensayo de Cortocircuito (COCI)--------------------------------53.3 Ensayo a Secuencia Cero-----------------------------------------5

4 MÉTODO Y DESARROLLO---------------------------------------------------64.1 Ensayo de Cortocircuito-------¡Error! Marcador no definido.4.2 Ensayo de Secuencia Cero----¡Error! Marcador no definido.

5 ENSAYO----------------------------------------------------------------------75.1 Datos del Transformador----------------------------------------75.2 Esquemas de conexiones-----------------------------------------95.2.1 Esquema para el Ensayo de Cortocircuito------------95.2.2 Esquema para realizar el Ensayo a Secuencia Cero95.3 Listado de Instrumentos----------------------------------------115.4 Tabla de valores Medidos y Calculados--------------------125.5 Gráficos--------------------------------------------------------------155.6 Cálculo de Parámetros------------------------------------------17

6 CRÍTICA Y COMENTARIOS------------------------------------------------17

7 BIBLIOGRAFÍA-------------------------------------------------------------18



22 OOBJETIVOSBJETIVOS

2.12.1 OOBJETIVOSBJETIVOS G GENERALESENERALES

Conectar una carga monofásica al transformador trifásico. Realizar las mediciones necesarias para determinar su comportamiento.

Realizar las mediciones necesarias para determinar los parámetros del circuito equivalente por fase del Autotransformador Trifásico a secuencia positiva, negativa y cero.

2.22.2 OOBJETIVOSBJETIVOS E ESPECÍFICOSSPECÍFICOS

Conectar al Transformador Trifásico seleccionado en el Informe 1 una carga monofásica entre línea y neutro. Primero se medirá con carga resistiva pura y luego con carga inductiva pura.

Posterior al Laboratorio corroborar los resultados obtenidos con el modelo de la carga monofásica como carga asimétrica, aplicando mallas de secuencia cuyos parámetros se determinan gracias a mediciones hechas en informes 1 y 2.

Seleccionar un Autotransformador Trifásico (Variac) para ser ensayado.

Ajustar el tap del Variac a una relación de transformación similar a la del Transformador ensayado anteriormente.

Realizar el ensayo de Vacío al Autotransformador separando en dos casos: con neutros conectados y con neutros desconectados.



33 TTEORÍAEORÍA

3.13.1 GGENERALENERAL

De acuerdo a lo descrito en los dos informes anteriores y dados los objetivos presentes para esta experiencia podemos decir en síntesis que:El transformador trifásico se puede modelar a partir de su circuito equivalente por fase a secuencia positiva y negativa, figura 3.1, donde cada elemento del circuito equivalente constituye un efecto físico del transformador.

Figura 3.1.: Circuito equivalente por fase del Transformador Trifásico (Sec. +/-)

La determinación de los respectivos parámetros (secuencia positiva y negativa) se hizo a partir de los ensayos de vacío y de cortocircuito en informes 1 y 2.De igual forma, gracias al ensayo de secuencia cero se pudo determinar la impedancia respectivaPara el posterior análisis teórico de la carga monofásica a través de las mallas de secuencia se despreciaron los elementos en derivación de éstas, es decir se desprecia la reactancia de magnetización y las perdidas en el fierro.



3.23.2 CCARGAARGA M MONOFÁSICAONOFÁSICA

El ensayo del Transformador Trifásico con carga monofásica realizado en el laboratorio se representa circuitalmente como se indica en la figura 3.2.1.

Figura 3.2.1: Transformador Trifásico con Carga monofásica

Del análisis con mallas de secuencia se desprende que:

(3.2.1)

(3.2.2)

Por lo cual sólo circulará corriente por la fase donde se conectó la carga cuyo retorno será por el neutro.

3.33.3 EENSAYONSAYO DEDE V VACÍOACÍO DELDEL A AUTOTRANSFORMADORUTOTRANSFORMADOR

Como el Autotransformador trifásico, es un banco de 3 transformadores monofásico, se puede realizar el ensayo a uno solo, pero en este caso se realizó el ensayo al banco total, midiendo tensión, corriente y potencia para distintos niveles de voltaje.



Con los valores obtenidos se obtuvo la característica de vacío del Autotransformador.



44 MMÉTODOÉTODO YY D DESARROLLOESARROLLO

4.14.1 CCARGAARGA M MONOFÁSICAONOFÁSICA

De acuerdo a la teoría, las mediciones que se harán son: tensión entre líneas, corriente en las tres fases y potencia activa aguas arriba del transformador, de acuerdo a la disposición mostrada en el esquema, figura 5.3.1.1 y figura 5.3.1.2.Además se medirá la tensión y corriente en la carga.La carga se monofásicas se conectarán entre fase y neutro, ésta carga será en un caso un a reactancia inductiva y en otro una resistencia.

4.24.2 EENSAYONSAYO DEDE V VACÍOACÍO DELDEL A AUTOTRANSFORMADORUTOTRANSFORMADOR

Para este ensayo se utilizó el circuito de la figura 5.xx, para tener una comparación con lo realizado en el ensayo de vació del transformador (Informe 1) se ajustó el tap del Autotransformador (Variac) de modo que presentara la misma relación de transformación con sus tensiones de líneaDebido a la poca diferencia entre el número de vueltas del devanado primario y secundario, se optó por energizar el transformador lado de baja tensión, que presentó mayor comodidad en la medición de variables, dada por el rango de los instrumentos.En este ensayo se midió corriente, tensión y potencia para diferentes niveles de tensión aplicadas a la entrada, valores que van de 0 a 1,1 p.u. de los valores nominales lo que nos permite un análisis en cuanto a sobrecarga.Se destaca el punto correspondiente a alimentación con tensión nominal con el cual se calculan los parámetros respectivos al circuito equivalente (ensayo de vació propiamente tal).

Este ensayo se hizo con neutros conectados, registrando la corriente por el neutro.



55 EENSAYONSAYO

5.15.1 DDATOSATOS DELDEL T TRANSFORMADORRANSFORMADOR

Datos de Placa

Marca Rhona

Potencia Nominal 15 [kVA]

Tensión Nominal 380/220 [V]

Corriente Nominal 23/39 [A]

Frecuencia Nominal 50 [Hz]Impedancia de Cortocircuito

2,4%

Conexión Nominal Dy1

Tabla 5.1.1 Datos de placa del Transformador Trifásico de tres columnas

De los datos de placa del Transformador se infieren los siguientes valores base:

Variable Base

Valor Unidad

Sb 15 [kVA]Vb Prim 380 [Vf]Ib Sec 22.8 [AL]Vb Prim 220 [Vf]Ib Sec 39.4 [AL]Zb_Prim 13,16 []Zb Sec 22,73 []

Tabla 5.1.2 Valores Base del Transformador



Distribución de los Devanados

Figura 5.1.1 Distribución de los devanados del Transformador Trifásico (Tensiones nominales por fase)

5.25.2 DDATOSATOS DELDEL A AUTOTRANSFORMADORUTOTRANSFORMADOR

Datos de Placa

Marca Powerstat

Potencia Nominal 14.5 [kVA]

Input 480 [V]

Output 0 – 560 [V]

Frecuencia Nominal 50 [Hz]

Corriente Nominal 15 [A]

Tabla 5.2.1 Datos de placa del Autotransformador Trifásico


H1 H3H2

J1 J3J2

Z1 Z3Z2

X1 X3X2

I1 I3I2

Y1 Y3Y2

483[V]

380[V]

254[V]

220[V]

DEVANADO DE ALTA

DEVANADO DE BAJA


5.35.3 EESQUEMASSQUEMAS DEDE CONEXIONESCONEXIONES

5.3.1 Esquema para la Carga Monofásica

Figura 5.3.1.1 Esquema para el Ensayo con Carga monofásica conexión Dyn1Transformador de 3 columnas marca Rhona

Figura 5.3.1.2 Esquema para el Ensayo con Carga monofásica conexión YNyn1Transformador de 3 columnas marca Rhona



5.3.2 Esquema General de conexiones para ensayos del Autotransformador

Con el siguiente esquema de conexiones podemos realizar ensayos de vacío, cortocircuito, cargabilidad monofásica con y sin neutro conectado a la red.

Figura 5.3.2.1 Esquema general de conexiones para los ensayos



5.45.4 LLISTADOISTADO DEDE I INSTRUMENTOSNSTRUMENTOS

Simbología

Elemento RangoNº

InventarioV1 Vólmetro 150-300-600 [V] L7V104V2 Vólmetro 150-300-600 [V] L7V85V3 Vólmetro 150-300-600 [V] L7V99V0 Vólmetro 150-300-600 [V] L7V89A1 Ampermetro 1-5 [A] L7A100A2 Ampermetro 1,2-3 [A] L7A173A3 Ampermetro 1,2-3 [A] L7A176A4 Ampermetro 6-12 [A] L7A208

A5N Ampermetro 6-12 [A] L7A202

W1 Vatímetro48/120/240/480[V], 5[A],cos L7W59

W2 Vatímetro48/120/240/480[V], 5[A],cos L7W57

TC1Transformador de corriente

2.5-10-25 / 5[A] L7T15


2.5-10-25 / 5[A] L7T14


2.5-10-25 / 5[A] L7T16


100-50-20 / 5[A] L7Tx

Variac Trifásico14,5[kVA], 15 [A], 0-560[V]

N1

Variac Trifásico14,5[kVA], 15 [A], 0-560[V]

N12

Osciloscopio de 2 canales

TectronikTHS710-B031582

Transductor de corriente

100/10 (mV/A), 70 (Amáx)

Interruptor de dos posiciones

Tabla 5.4.1 Listado de Instrumentos empleados en las mediciones



5.55.5 TTABLAABLA DEDE VALORESVALORES M MEDIDOSEDIDOS YY C CALCULADOSALCULADOS

5.5.1 Carga Monofásica

Los Valores medidos directamente desde instrumentos se presentan a continuación:

V1 [V] V2 [V] V3 [V] A1 [A] A2 [A] A3 [A] W1 [W] W2 [W] V4 [V] A4 [A] V51 205 205 205 3.3 0 0 65 0 65 3 2002 300 300 300 5 0 0 75 0 98 4.5 3003 175 175 175 2.4 0 0 44 0 120 5.5 350

V1 [V] V2 [V] V3 [V] A1 [A] A2 [A] A3 [A] W1 [W] W2 [W] V4 [V] A4 [A] V54 182 185 182 4.5 0 0 3 6 121 2.2 180

5 225 225 225 2.9 0 0 2 6 147 2.6 200

V1 [V] V2 [V] V3 [V] A1 [A] A2 [A] A3 [A] W1 [W] W2 [W] V4 [V] A4 [A] V5 A5 [A]6 200 200 200 6 0 6 50 60 110 5 200 11.6

V1 [V] V2 [V] V3 [V] A1 [A] A2 [A] A3 [A] W1 [W] W2 [W] V4 [V] A4 [A] V5 A5 [A]7 150 150 150 3.5 0 3.5 21 33 165 3 180 6.8

Carga Monofásica en Transformador TrifásicoTransformador conexión Ynyn0

Carga Inductiva Pura

TC con relación 2 (reducción al instrumento)

Carga Resistiva Pura


Transformador conexión Dyn0Carga Inductiva Pura

Vólmetro, x escala 600[V] y lectura en esc 300[V] factor 2

Vólmetros entre lineas aguas arriba del TrafoAmpérmetros en las líneas aguas arriba del trafoVatímetros conexión Arón aguas arriba del trafo

TC con relación 4 (reducción al instrumento)TC con relación 5 (reducción al instrumento)Vatímetro, x bobina de tensión en rango 240[V] factor 10Vatímetro, x bobina de tensión en rango 480[V] factor 20

Vólmetro en la cargaAmpérmetro en la cargaAmpérmetro en le Delta del trafo

V123A123W12V4A4A5

Tabla 5.5.1.1 Medición en Ensayo de Carga Monofásica, (Transformador Rhona)



Los valores medidos corregidos se muestran a continuación:

V1 [V] V2 [V] V3 [V] A1 [A] A2 [A] A3 [A] W1 [W] W2 [W] V4 [V] A4 [A] V51 205 205 205 6.6 0 0 1300 0 65 12 2002 300 300 300 10 0 0 3000 0 98 18 3003 350 350 350 12 0 0 4400 0 120 22 350

V1 [V] V2 [V] V3 [V] A1 [A] A2 [A] A3 [A] W1 [W] W2 [W] V4 [V] A4 [A] V54 364 370 364 9 0 0 120 240 121 8.8 3605 450 450 450 5.8 0 0 80 240 147 10.4 400



Transformador conexión Dyn0Carga Inductiva Pura


Carga Monofásica en Transformador Trifásico (Valores corregidos con Factor de Escala)Transformador conexión Ynyn0

Carga Inductiva Pura


Tabla 5.5.1.2 Medición en Ensayo de Carga Monofásica, (Transformador Rhona)



5.5.2 Ensayo de Vacío en el Autotransformador

Los Valores medidos directamente desde instrumentos se presentan a continuación:

V1 [V] V2 [V] V3 [V] A1 [A] A2 [A] A3 [A] W1 [W] W2 [W] V4 [V] A4 [A]1 150 152 205 1 0.9 0.75 10 8 260 3.42 125 127 125 0.65 0.57 0.53 5 4.8 220 03 110 112 110 0.5 0.47 0.45 4 3.5 192 04 100 115 100 0.49 0.43 0.39 3.5 3 175 05 145 150 145 0.68 0.61 0.55 3 2 120 06 50 54 50 0.37 0.3 0.3 2 1 83 0

V123 A123 W12 V4 A4

Ampérmetro en el neutro

Ampérmetros en las líneas aguas arriba del autotrafo Lado bajaVatímetros conexión Arón aguas arriba del autotrafo lado de baja

Vólmetro lado de alta

Ensayo Vacío x baja en Autotranformador Trifásico tap en 48% en tensiones de línea: 384/ 220[V] con Neutro Conectado

TC con relación 2 (reducción al instrumento) Vólmetros entre lineas aguas arriba del autotrafo lado de baja

Vatímetro, x bobina de tensión en rango 480[V] factor 20

TC con relación 1/ 5 (reducción al instrumento)TC con relación 1/ 10 (reducción al instrumento)Vatímetro, x bobina de tensión en rango 120[V] factor 5Vatímetro, x bobina de tensión en rango 240[V] factor 10

Vólmetro, x escala 600[V] y lectura en esc 300[V] factor 2

Tabla 5.5.2.1 Medición en Ensayo de Vacío Lectura directa de los Instrumentos

Los Valores medidos corregidos se presentan a continuación:

V1 [V] V2 [V] V3 [V] A1 [A] A2 [A] A3 [A] W1 [W] W2 [W] V4 [V] A4 [A]1 300 304 410 2 1.8 1.5 400 320 520 3.42 250 254 250 0.13 0.114 0.106 20 19.2 440 03 220 224 220 0.1 0.094 0.09 8 7 384 04 200 230 200 0.098 0.086 0.078 7 6 350 05 145 150 145 0.068 0.061 0.055 3 2 240 06 50 54 50 0.037 0.03 0.03 1 0.5 83 0

Ensayo Vacío con corrección por factores de escala

Tabla 5.5.2.2 Medición en Ensayo de Vacío valores corregidos



5.65.6 GGRÁFICOSRÁFICOS

5.6.1 Carga MonofásicaEn el Ensayo de Carga Monofásica se obtuvo:Los Valores medidos corregidos se presentan a continuación:

V1 [V] V2 [V] V3 [V] A1 [A] A2 [A] A3 [A] W1 [W] W2 [W] V4 [V] A4 [A]1 300 304 410 2 1.8 1.5 400 320 520 3.42 250 254 250 0.13 0.114 0.106 20 19.2 440 03 220 224 220 0.1 0.094 0.09 8 7 384 04 200 230 200 0.098 0.086 0.078 7 6 350 05 145 150 145 0.068 0.061 0.055 3 2 240 06 50 54 50 0.037 0.03 0.03 1 0.5 83 0


Tabla 5.6.1.1 Medición en Ensayo de Vacío valores corregidos


V1 [V]

V2 [V]

V3 [V]

Vprom[V]

A1 [A]

A2 [A]

A3 [A]

Aprom [A]

W1 [W]

W2 [W]

Wtot [W]

V4 [V]

A4 [A]

1 300 304 410 338,0 2 1,8 1,5 1,77 400 320 720 520 3,4

2 250 254 250 251,30,1

30,114

0,106 0,12 20 19,2 39,2 440 0

3 220 224 220 221,3 0,10,094

0,09 0,09 8 7 15 384 0

4 200 230 200 210,00,098

0,086

0,078 0,09 7 6 13 350 0

5 145 150 145 146,70,068

0,061

0,055 0,06 3 2 5 240 0

6 50 54 50 51,30,037

0,03

0,03 0,03 1 0,5 1,5 83 0

7 0 0 0 0,0 0 0 0 0,00 0 0 0 0 0

Tabla 5.6.1.2 Medición en Ensayo de Vacío valores corregidos y con valores promedio para obtener característica



5.6.2 Ensayo de Vacio Autotransformador

En el Ensayo de vacio se obtiene la siguiente característica de tensión versus corriente, según datos de la tabla 5.6.1.1

Figura 5.6.2.1Característica V/I obtenida en el Ensayo de Cortocircuito (Transformador Rhona)1

1 Con programa computacional “CuerveExpert 1.3” re realizó regresión polinómica:

donde a = -0.838, b = 0.0045, c = 337.73, d =2.016



5.75.7 CCÁLCULOÁLCULO DEDE P PARÁMETROSARÁMETROS

66 CCRÍTICARÍTICA YY C COMENTARIOSOMENTARIOS

En general la experiencia que realizamos fue orientada al registro de los fenómenos que queríamos observar, si bien es cierto que se cumplieron los objetivos propuestos, hemos preferido realizar el cálculo de los parámetros del transformador cuando tengamos las demás mediciones necesarias y por ende el análisis de ésta experiencia será expuesto en el informe final.

Por ahora nos limitamos a observar los fenómenos de saturación que más adelante traerán consecuencias como la introducción de armónicos del triple de la frecuencia de la red en las formas de onda de la corriente y que veremos en detalle junto a un análisis de Fourier.



77 BB IBLIOGRAFÍAIBLIOGRAFÍA

[1] Apuntes de Conversión Electromecánica de Energía, “El Transformador”


Informe3 Final

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