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I.C.A.I. LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS Hoja nº: 1Práctica: T1

I.C.A.I.LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

CURSO: 2014-2015

ENSAYO: S2

TÍTULO: LA MÁQUINA SÍNCRONA SOBRE CARGA AISLADA

ALUMNO: Jaime Pizarroso, Marta Menéndez, Carlo de Paolis, Pablo Reaño

FECHA: 24 de Noviembre de 2015

CUESTIONARIO: -Interpretar la hoja de características constructivas y de diseño de un transformador. -Obtención del esquema monofásico equivalente a la temperatura de referencia. -Calcular los valores nominales de un banco trifásico a partir de los ensayos de un transformador monofásico. -Diseñar las conexiones del transformador trifásico con una conexión definida. -Calcular los parámetros nominales y los ensayos de vacío y cortocircuito a partir de una unidad monofásica. -Realizar los ensayos de carga sobre un transformador trifásico. -Representación y estudio del rendimiento y caída de tensión

EMPLAZAMIENTO DE LA MÁQUINA A ENSAYAR: A4

CARACTERÍSTICAS DE LA MÁQUINA A ENSAYAR:

MARCA: ICAI

POTENCIA: 3KVA

TENSIÓN: DEVANADO DE MAYOR TENSIÓN: 440-220-110

DEVANADO DE MENOR TENSIÓN: 127-63,5

CORRIENTE: DEVANADO DE MAYOR TENSIÓN: 6,82-13,65-27,3

DEVANADO DE MENOR TENSIÓN: 23,6-47,2

FRECUENCIA:

REFRIGERACIÓN:

50 Hz

ONAN (Oil Natural circulation and Air


AISLAMIENTO:

CIRCUITO MAGNÉTICO:

ARROLLAMIENTOS:

RESISTENCIA TEÓRICA:

Natural circulation)

DEVANADO-MASA: Cartón 3mm

ENTRE DEVANADOS: Aire 5mm

CLASE Y (aislamiento de cartón)

Tmax = 90º (clase Y)

Tºref= 75º (norma IEC)

CLASE SERVICIO: Continuo

SECCIÓN ÚTIL: 32,4 cm2

FACTOR DE APILAMIENTO = 0,9 (espesor de las chapas=0,35mm)

SECCIÓN REAL: 36 cm2 = 32,4/0,9

DENSIDAD DE CORRIENTE: 3 A/mm2

Arrollamiento de alta tensión:

4 bobinas de 154 espiras

Sección=2,27mm2

Dext=159mm; Dint=135mm

Longitud (cada bobina)=71,12m =

( Dext−Dint2

+Dint )∗π∗154

Arrollamiento de baja tensión:

2 bobinas de 89 espiras

Sección=3,04mm2

Dext=120mm; Dint=95mm

Longitud (cada bobina)=30,06 m =

( Dext−Dint2

+Dint )∗π∗89

R=ρ*lS

*(1+α*ΔT)*n

ρ=1,71e-8 Ωm (cobre)


RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN

α=3,9e-3 K-1 (cobre)

ΔT=(75ºC-20ºC)

n=nº de bobinas en cada arrollamiento (alta/baja)

RESISTENCIA ALTA 220V (75ºC): 1,409 Ω

RESISTENCIA BAJA 127V (75ºC): 0,608Ω

N 1

√3∗N 2=1

N1=308

N2=178

ESQUEMAS DE INSTALACIÓN

LISTADO DE EQUIPOS DE MEDIDA EMPLEADOS

DESIGNACIÓN ESQUEMA

APARATO MARCA Y Nº DE FÁBRICA CALIBRES

A2 Amperímetro analógico 71 5ACarga óhmica Resistencias de carga 704-705 2x7000W

Maleta de Medidas

Multímetro digital DIRIS A40

633 V:125-250-500VI:5-15-50A

Banco trifásico de

transformación

TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS (3x)

ICAI 220/1273KVA 50hZ

Transformador Transformador de - L 50-5 (10)


de intensidad intensidad Ip=50-5 A Is=5 - 0,5 A

Polímetro Polímetro digital - -OSCILOSCOPIO Osciloscopio - -


DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

1-.INFORME DEL BANCO TRIFÁSICO

Conexiones de los arrollamientos: Dy11

Valores nominales del banco trifásico:

Primario SecundarioSN 9KVA 9KVAUN 3x220V (vacío) 3x220V (vacío)IN 23,6 A 23,6 A

ENSAYOS DE CORTOCIRCUITO Y VACÍO EN EL TRIFÁSICO:

El ensayo de vacío se realiza poniendo la carga óhmica a 0, los datos obtenidos en el laboratorio son:

- P0 del monofásico = 0,04kW y por tanto la potencia estimada en el trifásico sería(3x) 0,12kw - U0 debido a la configuración Dy11, U0 en el secundario es la tensión compuesta, que tiene el mismo valor

que la trifásica: 220V- U0 en el primario es 220V (también compuesta)- Como el lado de baja está en estrella, la base monofásica equivalente (con la que se realizarán los

cálculos) tiene tensión base=127 V

- Bases del monofásico equivalente: Bases del trifásico:

PRIMARIO SECUNDARIO PRIMARIO SECUNDARIOSB (VA) 3000 3000 9000 9000UB (V) 127 127 220 220

− Los datos del ensayo de vacío son:o Uo=219.5 V =1 puo Io=1,493A = 0,0632 pu (IB=23,6 A)o Po=120 W = 0,0133 pu

− Rm=Uo^2/Po= 222,171 pu =1165,742 Ω− Xm=Uo^2/Qo ; Qo=√(Uo∗Io)2−Po2; Xm= 3,035 pu = 49,01 Ω


− RB=220^2/9000=5,38 Ω

Los resultados son independientes de utilizar las bases monofásicas o las trifásicas; si se utilizaran las trifásicas habría que tomar P0=120/3=40 W y U0=219.5/raíz(3)=127V.

Ensayo de cortocircuito:

Este ensayo no se realiza en el laboratorio sino que con los valores de la tabla se calcula la resistencia de cortocircuito y con ella, suponiendo intensidad nominal el resto de datos.

Para calcular el valor de la impedancia de cortocircuito, se utilizan los datos de la carpeta de características del transformador (longitud, área de la sección y resistividad del cobre); y corrigiendo a la temperatura de trabajo (75ºC). R=rho*L/A.

Los cálculos (realizados anteriormente), y teniendo en cuenta el número de bobinas conectadas en serie según el tipo de conexión empleado dan:

− R1=0,522 Ω− R2=0,1702 Ω

Se obtiene rcc=0,1539 pu. Es un valor elevado para un transformador (rcc≈0,01pu)Si se supone que xcc es aproximadamente 10 veces el valor de rcc (como en la mayoría de los casos).

Diagrama vectorial de las tensiones trifásicas del devanado primario y secundario

El esquema y los valores de resistencias, intensidades y potencias son equivalentes cuando se usan magnitudes pu. Cuando se quiere pasar a magnitudes reales se debe usar el raíz de tres y la potencia como el triple de la monofásica.

2- Verificación del grupo de conexión.


El ensayo con el osciloscopio consiste en medir las fases de los lados de alta y baja tensión (la tensión de baja es la que pasa por el origen), como se aprecia el desfase es de 1,600ms que en grados es: 28,8º, un valor muy aproximado a los 30º teóricos.

Desfase (º)=desfase(s)*w(eléctrica)*180/π


3- Ensayo de carga

puntoprimario

secundario caida tensión rendimiento

u1 I1 p1 (kW) u2 i2 p2ensayo(%

) teóricoensayo

(%)teórico

(%)vacío 219,50 1,49 0,04 218,70 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1 218,60 3,17 1,10 216,20 2,50 936,17 1,14 1,63 85,11 94,542 218,60 5,62 2,43 212,90 6,53 2407,96 2,65 4,26 99,09 94,753 218,30 8,19 3,54 211,80 9,56 3507,07 3,16 6,23 99,07 93,614 217,80 10,59 4,21 210,50 11,24 4098,07 3,75 7,33 97,34 92,855 218,10 13,10 4,89 209,60 12,50 4537,97 4,16 8,15 92,82 92,266 217,70 15,48 5,81 208,00 14,83 5342,75 4,89 9,67 92,01 91,147 217,20 17,82 6,67 205,30 17,15 6098,37 6,13 11,18 91,40 89,968 217,30 20,20 7,59 204,70 19,48 6906,65 6,40 12,70 91,03 88,859 217,20 22,45 8,42 202,20 21,30 7459,70 7,54 13,89 88,64 87,89

Tanto para el cálculo del rendimiento como de la caída de tensión se convierten las magnitudes a pu:− Para calcular la caída de tensión teórica se utiliza la fórmula: Δu=i2*rcc*cos(fii2)- i2*xcc*sen(fii2).− Para el rendimiento teórico: (u2*i2)/(u2*i2+i2^2*rcc+u1^2/rm) (en esta carga cos(fi)=1).

La caída de tensión teórica es menor que la que se mide en el ensayo, ya que en teoría se desprecia la intensidad que circula por la rama del hierro.Se puede apreciar además que hay caída de tensión en el ensayo de vacío cuando debería ser cero, debido a la caída de tensión en la resistencia R1 que no se tiene en cuenta en el modelo en L del transformador.

El rendimiento teórico sale mayor que el del ensayo también como es de esperar, y aumenta a medida que se aumenta la carga ya que crece el valor cos(φ).


0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.000.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00Rendimiento

Ensayo

Teórico

I2(A)

Ren

dim

ient

o (%

)

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.000.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

Caida de Tensión

Ensayo

Teórico

I2 (A)

Caid

a de

tens

ión

(%)

Las gráficas no nos salen creemos como deberían por lo que tenemos que tener algún error en algún sitio que no hemos sabido encontrar y modificar.

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