DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

LABORATORIO No. 3

Realizado por: Jonathan Lara Yánez

Fecha: 26/11/2014

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TEMA: Transformador Monofásico regulación con carga R, L y C

1.- OBJETIVOS:

Analizar al transformador monofásico en carga Familiarizarse e identificar los bancos de carga resistiva, inductiva y capacitiva Observar la regulación del transformador a diversos niveles de carga R, L y C

MARCO TEÓRICO:

TRANSFORMADOR

El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción electromagnética. La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes. Un transformador elevador recibe la potencia eléctrica a un valor de voltaje y la entrega a un valor más elevado, en tanto que un transformador reductor recibe la potencia a un valor alto de voltaje y a la entrega a un valor bajo.

FUNCIONAMIENTO:

Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

TRANSFORMADOR MONOFÁSICO:

Los transformadores, como la mayoría de las máquinas eléctricas, disponen de un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Sobre el núcleo magnético, formado por chapas apiladas, van arrollados dos bobinados que se denominan primarios y secundarios.Al conectar el bobinado primario de N1 espiras a una tensión alterna, se crea un flujo magnético alterno. Este flujo magnético, que se establece en todo el circuito magnético, recorre el bobinado secundario de N2 espiras induciendo en él una fuerza electromotriz produciendo la tensión en bornes V2. A la relación de tensiones entre el primario y secundario se le llama relación de transformación, para un transformador ideal se cumple:

Dónde: m = relación de transformación V1 = tensión del primario (V) V2 = tensión del secundario (V) N1 = número de espiras del primario N2 = número de espiras del secundario

Potencia aparente

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La potencia aparente (también llamada compleja) de un circuito eléctrico de corriente alterna es la suma (vectorial) de la energía que disipa dicho circuito en cierto tiempo en forma de calor o trabajo y la energía utilizada para la formación de los campos eléctricos y magnéticos de sus componentes que fluctuara entre estos componentes y la fuente de energía.Esta potencia no es la realmente consumida "útil", salvo cuando el factor de potencia es la unidad (cos =1)φ , y señala que la red de alimentación de un circuito no sólo ha de satisfacer la energía consumida por los elementos resistivos, sino que también ha de contarse con la que van a "almacenar" bobinas y condensadores. Se la designa con la letra S y se mide en voltamperios (VA).Su fórmula es:

Potencia activa Es la potencia que representa la capacidad de un circuito para realizar un proceso de transformación de la energía eléctrica en trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la realmente consumida por los circuitos. Cuando se habla de demanda eléctrica, es esta potencia la que se utiliza para determinar dicha demanda.Se designa con la letra P y se mide en vatios (W). De acuerdo con su expresión, la ley de Ohm y el triángulo de impedancias:

Resultado que indica que la potencia activa es debido a los elementos resistivos.

Potencia reactiva

Esta potencia no tiene tampoco el carácter realmente de ser consumida y sólo aparecerá cuando existan bobinas o condensadores en los circuitos. La potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce trabajo útil. Por ello que se dice que es una potencia devastada (no produce vatios), se mide en voltamperios reactivos (VAR) y se designa con la letra Q.

Factor de PotenciaEs un indicador del correcto aprovecha-miento de la energía eléctrica. El Factor de Potencia puede tomar valores entre 0 y 1, lo que significa que:

0   1     Muy malo                            0,95     excelente

Por ejemplo, si el Factor de Potencia es 0,95 (valor mínimo exigido por la EPESF) indica que del total de la energía abastecida por la Distribuidora sólo el 95 % de la energía es utilizada por el Cliente mientras que el 5 % restante es energía que se desaprovecha. En los artefactos tales como lámparas incandescentes (focos), planchas, calefón y estufas eléctricas, toda la energía que requieren para su funcionamiento se transforma en energía lumínica o energía calórica, en estos casos el Factor de Potencia toma valor 1 (100 % energía activa).

2.- EQUIPO:

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Equipo utilizado

FUENTE FIJA AC: TRANSFORMADOR MONOFASICO:

VATIMETRO CABLES CONECTORES

Amperímetro digital: Voltímetro analógico: Banco de resistencias trifásico. Banco de inductancias trifásico. Banco de capacitancias trifásico. Interruptor.

3.- PROCEDIMIENTO:

3.1. Verificar que el interruptor del circuito de carga esté en estado abierto

3.2. Realizar las conexiones del diagrama de la figura 3.1 manteniendo el circuito sin energía

3.3. Colocar el selector del Banco de Resistencias en su posición MÁXIMA R en terminales, equivalente a mínima corriente

3.4. Alimentar el Circuito Primario con una tensión nominal del transformador (V1), el mismo que se debe mantener constante a lo largo de todo el experimento. Cierre el interruptor T030

3.5. Cerrar el interruptor de la carga

3.6. Incrementar la Carga del transformador con el cursor del banco de resistencias de manera que se produzcan incrementos de corriente de 0.5 Amperios (I1), hasta un máximo de 4.5 Amperios

3.7. Tomar lecturas de V1, I1, V2 y I2

3.8. Apagar la fuente

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3.9. Abrir el interruptor de la carga y reemplace el banco de resistencias por uno de inductancias, con el selector en la posición cero (0), active la fuente y cierre el interruptor de la carga

3.10. Incrementar la carga del transformador con el selector de la inductancia utilizada desde la posición 0 hasta la 6, tome lecturas de V1, I1, V2 y I2. (Verifique en cada medición que la tensión de entrada sea constante).

3.- BIBLIOGRAFÍA

Teoría y análisis de las máquinas eléctricas A. E. Fitzgerald Máquinas eléctricas y transformadores Irving L. Kosow, PH.D Máquinas eléctricas Estifan Chapman Máquinas eléctricas M. P. Kostenko, LM Riotrouski

4. CUESTIONARIO

TABULACIÓN DE DATOS:

CARGA RESISTIVA

V1 [V] V2 [V] I1 [A] I2 [A] P1 [W]115 92 1 1.6 240115 92 1.3 1.9 270115 92 1.7 2.2 290115 92 2.05 2.5 310115 91 2.25 2.8 330115 90 2.5 3.1 365115 90 2.8 3.5 395

CARGA INDUCTIVA

V1 [V] V2 [V] I1 [A] I2 [A] P1 [W]117 95 1 0.9 100117 95 1.4 1.5 110117 94 1.7 2.15 115117 94 2.3 2.8 120117 93 2.8 3.4 130

CARGA CAPACITIVA

V1 [V] V2 [V] I1 [A] I2 [A] P1 [W]117 95 0 0.2 95117 95 0.5 1 95117 96 1.2 1.6 100117 96 1.4 1.8 100117 96 1.8 2.6 100117 96 2.2 3.1 100

Realizar un solo gráfico con las características de la regulación del transformador monofásico para las cargas Resistiva, Inductiva y Capacitiva

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CARGA RESISTIVA

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40

102030405060708090

100

Curva de Regulación V2=f(I2)

I2 [A]

V2 [V

]

Como se observa en la curva de regulación para una carga resistiva el voltaje conforme aumenta la

corriente, a pesar de ser constante al inicio, presenta un decaimiento en su valor a partir de 2.5 [A]

en la corriente, esto es producido dado que la carga resistiva conforme aumenta la corriente, pierde

características resistivas de a poco, además que a una corriente mayor presenta un calentamiento

por lo cual se pierde energía por efecto Joule, esto hace en consecuencia que el voltaje decaiga.

CARGA INDUCTIVA

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40

102030405060708090

100

Curva de Regulación V2=f(I2)

I2 [A]

V2 [V

]

Al igual que la curva de regulación para una curva resistiva, este curva para una carga inductiva, presentan un decaimiento a partir de 1.5 [A], dado que al igual que la resistiva esta carga inductiva genera efecto Joule y pierde energía, lo que por consecuencia genera una caída de tensión.

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CARGA CAPACITIVA

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50

20

40

60

80

100

120

Curva de Regulación V2=f(I2)

I2 [A]

V2 [V

]

Para este tipo de carga se observa lo contrario que las 2 curvas de regulación anteriores, pues en

esta el voltaje presenta un aumento en su valor, esto es dado ya que la carga capacitiva almacena

energía en forma de campo eléctrico, lo que genera un aumento de tensión.

Analizar la regulación general y con cada una de las cargas R, L y C

CARGA RESISTIVA:

Analizando las cargas resistivas se puede observar que el voltaje y la corriente se encuentran en fase.

Entonces: ∅=0

Por lo que, se tiene un factor de potencia unitario. f.p=1

CARGA INDUCTIVA:

En el análisis de cargas inductivas como pueden ser motores y transformadores, la corriente se encuentra retrasada 90 grados con respecto al voltaje.

Entonces: ∅<0

Por lo que, en este caso se tiene un factor de potencia retrasado.

CARGA CAPACITIVA:

Para cargas capacitivas, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje.

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Entonces: ∅>0

Por lo que, en este caso se tiene un factor de potencia adelantado.

Determinar y graficar la Potencia Reactiva y el factor de potencia con los datos obtenidos

en cada medición

Potencia Activa: P1=Pvatimetro [W]

Potencia Aparente: S1=I 1∗V 1 [VA ]

Potencia Reactiva: Q=√S12−P12 [VAr ]

Factor de Potencia: f . p .=P1S1

CARGA RESISTIVA

Para una carga resistiva se cumple que:

S [VA] Q [VAr] f.p.240 0,000 1270 0,000 1290 0,000 1310 0,000 1330 0,000 1

CARGA INDUCTIVA

Para una carga resistiva se cumple que:

S [VA] Q [VAr] f.p.117 60.74 0.855163.8 121.37 0.672198.9 162.28 0.578269.1 240.86 0.446327.6 300.7 0.397

CARGA CAPACITIVA

Para una carga resistiva se cumple que:

S [VA] Q [VAr] f.p.128.7 86.826 0.738140.4 98.55 0.712163.8 129.73 0.611210.6 185.34 0.475257.4 237.18 0.389

8

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.50

50

100

150

200

250

300

350

Potencia Reactiva

Carga ResistivaCarga InductivaCarga Capacitiva

Número de Pasos

Q [V

Ar]

Como se observa en la gráfica el valor de la potencia reactiva para una carga resistiva es cero, y esto es algo lógico puesto que para una carga resistiva todo el valor de su potencia activa (real) se trabaja como potencia aparente.

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.50

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Factor de Potencia

Carga ResistivaCarga InductivaCarga Capacitva

Como consecuencia del análisis de la gráfica anterior se observa que el factor de potencia de la carga resistiva es 1, puesto que toda su potencia activa (real) se convierte en aparente, es decir no existen pérdidas por potencias reactivas.

CONCLUSIONES

Como se observó en el análisis de las gráficas el valor del factor de potencia para una carga resistiva es uno puesto que no existe potencia reactiva, es decir que toda la potencia activa (real) se convierte en aparente.

La potencia reactiva en una carga resistiva es cero, todo el valor resistivo se convierte en calor (Efecto Joule)

Los elementos tienen tolerancias por lo cual los cálculos presentarán errores.ANEXOS:

9

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40

20

40

60

80

100

120

Curva de Regulación

Carga ResistivaCarga InductivaCarga Capacitiva

I2 [A]

V2 [V

]

Curva de regulación entre los tres tipos de cargas, como se observa en la gráfica la curva presenta una caída de tensión para una carga resistiva y una inductiva, mientras que para una carga capacitiva presenta una subida de tensión, en ambos casos no es muy considerable pero si representa pérdidas.

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