PRACTICA N°7

ENSAYO CON CARGA PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA EN EL TRANFORMADOR DE POTENCIA MONOFASICO

1.OBJETIVOS

Verificar el comportamiento del transformador bajo carga y determinación de las características de regulación

2.MARCO TEORICO

LA EFICIENCIA EN LOS TRANSFORMADORES.

En general la eficiencia de un transformador de calcula como:

En virtud de que la capacidad de un transformador está basada en su potencia de salida, esta ecuación se puede escribir como:

REGULACIÓN EN LOS TRANSFORMADORES

La regulación se define como una expresión matemática que relaciona la tensión de vacio y la tensión de una determinada carga expresado como una fracción de la tensión nominal y puede darse también en porcentajes.

La regulación y la eficiencia son las dos características de mayor importancia en el funcionamiento de los transformadores. Los cuales son usados en sistemas de potencia para la transmisión y distribución de energía.

Factor de Regulación:

pág. 1

La regulación de voltaje es una medida de la variación de tensión de salida de un transformador, cuando la corriente de carga con un factor de potencia constante varia de cero a un valor nominal. Considérese los dos embobinados del transformador mostrado en la figura 4-a. La carga está conectada al lado2 y la fuente de voltaje al lado 1.Supongamos que el transformador está entregando a la carga una corriente nominal a un voltaje nominal y con un factor de potencia específico. La fuente de voltaje es ajustada para obtener voltaje constante a este valor y la carga es desconectada del transformador, el voltaje de salida del transformador cambiará; la diferencia entre los valores del voltaje de salida cuando está sin carga, y el nominal a plena carga, expresada como una fracción del valor nominal, es definida como la regulación del voltaje nominal del transformador a un factor de potencia específico. La ecuación 9 representa el factor de regulación en porcentaje.

; (Ec.9)

Como generalmente, la corriente de excitación será pequeña comparada con la corriente nominal de un transformador de núcleo de hierro, la rama en derivación consiste de Rm y Xm puede no considerarse para cálculos de regulación de voltaje. Este circuito equivalente simplificado referido al lado 2 se muestra en la siguiente Figura 3-b.

Como el transformador está entregando la corriente nominal IL2 a un factor de potencia COS (L), el voltaje de carga es V2. El correspondiente voltaje de entrada es V1 / a referido al lado 2. Cuando la carga se remueve, manteniendo el voltaje de entrada constante se observara en la figura 4.b que el voltaje en los terminales de carga, cuando IL2 = 0, es V1 / a, luego la ecuación 10 representa el factor de regulación de voltaje, en porcentaje, no considerando la rama de magnetización.

; (Ec.10)

Donde:

; (Ec.11)

Los términos V2, IL2 son los valores nominales

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Figura 3-a: Transformador de núcleo de hierro de dos enrollados alimentando una carga inductiva (ZL2).

Figura 3-b: Circuito equivalente aproximado referido al lado 2 del transformador ilustrado en 3a.

RENDIMIENTO

Supongamos el transformador de núcleo de hierro exhibido en la figura 3-a. Supóngase que el voltaje de la salida se mantiene constante al valor nominal y el transformador formado con factor de potencia COS (L), está entregando a la carga, una corriente IL2 (no es necesariamente el valor nominal). Las pérdidas en el transformador son los que se tienen en el núcleo debido a la histéresis, a las corrientes parásitas y las óhmicas en las resistencias de los enrollamientos. Por Pc se presentan las pérdidas en el núcleo; como las pérdidas en el núcleo son dependientes de la densidad de flujo y la frecuencia puede considerarse que Pc permanece constante en el tiempo si el voltaje de salida y la frecuencia se mantienen constantes en el tiempo. Las pérdidas óhmicas en los enrollamientos, están en función de la corriente. A cualquier corriente IL2, kas pérdidas óhmicas totales en el transformador son I2L2 Req2; estas pérdidas son llamadas pérdidas en el cobre, luego ka ecuación 12, representa el rendimiento del transformador.

; (Ec.12)

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; (Ec.13)

Si IL2 es la corriente nominal, entonces se obtiene la eficiencia nominal del transformador.

3.ELEMENTOS A UTILIZAR

01 Transformador de potencia monofásico de 1000 VA, 220/110 V. 01 Multímetro digital. 02 Amperímetro 0- 10 A. 02 Voltímetro de 0-300 V. 01 Vatímetro monofásico. Conductores eléctricos varios. Resistencias variables. 01 Puente de Wheatstone.

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Amperímetro Voltímetro Transformador Monofásico

Resistencias Variables

VoltímetroVoltímetroVoltímetroVoltímetroVoltímetroVoltímetroVoltímetroVoltímetroVoltímetroVoltímetroVoltímetroVoltímetroAmperímetroAmperímetroAmperímetroAmperímetroAmperímetroAmperímetroAmperímetroAmperímetroAmperímetroAmperímetroAmperímetroAmperímetro Transformador MonofásicoTransformador MonofásicoTransformador MonofásicoTransformador MonofásicoTransformador MonofásicoTransformador MonofásicoTransformador MonofásicoTransformador MonofásicoTransformador MonofásicoTransformador MonofásicoTransformador MonofásicoTransformador Monofásico

Resistencias VariablesResistencias VariablesResistencias VariablesResistencias VariablesResistencias VariablesResistencias VariablesResistencias VariablesResistencias VariablesResistencias VariablesResistencias VariablesResistencias VariablesResistencias Variables

4.ACTIVIDADES

a) Armar el circuito de la figura adjunta, conectar las resistencias de carga

(previamente calculado para plena carga del transformador) por el lado

de A.T. y alimentar el transformador a tensión y frecuencia nominales.

Figura 1

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b) Variar la corriente de carga (I2) desde 0, 0.5A, 1A, 2.5A, 3,5A hasta 100%,

de su valor I nominal registrando las lecturas de todos los instrumentos.

A1 V1 W1 A2 V2 W2

0.63 225 45 0 110.9 00.26 225 120 0.5 110.5 88.4

0.69 226 140 1 110.4 110.4

0.92 225 198 1.5 109.8 164.7

1.16 226 255 2 109.4 218.8

1.41 225 310 2.5 108.9 274.4

1.66 225 375 3 107.7 323.1

Tabla 1

c) Des energizar el circuito y completar la tabla 2 con la información

registrada en la tabla 1, resaltando el punto donde se produce la mayor

eficiencia, analizar el comportamiento de la relación de transformación

calculado para tensión, corriente y regulación.

a (tensión) a (corriente) W carga Eficiencia Regulación

2.02 0 - 0 02.04 1.92 221 73.67 0.36

2.05 1.45 110.4 78.86 0.45

2.05 1.63 73.2 83.18 1.002

2.07 1.72 54.7 85.80 1.37

2.07 1.77 43.56 88.52 1.84

2.09 1.81 35.9 86.16 2.97

5.CUESTIONARIO

a) Con los datos del ensayo con carga de FP=1 graficar las curvas U2 vs I2.

eficiencia vs corriente y regulación vs tensión.

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b) Para las diversas cargas determinar la caída de tensión interna del

transformador en % (la regulación) según expresión, para todos los

datos:

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10107108109110111112113114115116

V2 vs I2

V2 vs I2

1 2 3 4 5 6 7 8 975.00

80.00

85.00

90.00

95.00

100.00

Eficiencia VS Corriente

Eficiencia VS Corriente

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-0.0050000-0.0040000-0.0030000-0.0020000-0.00100000.00000000.00100000.00200000.00300000.00400000.0050000

Regulacion VS Tension

Regulacion VS Tension

A2 ∆V %

0 0.00000

1 0.08696

2 0.52174

3 0.86957

c) De los datos tabulados en qué condiciones obtiene la mayor eficiencia

del transformador analizado. Analizar la curva graficada e indicar por

proyección cual sería la eficiencia si el transformador se sobrecarga al

120% y su regulación.

Para la proyección de regulación

 Coeficiente

sIntercepción

0.25675855

Variable X 10.0013645

1

Proyectamos para una potencia en el transformador equivalente al 120% o

1008 Watts, asumiendo que el 100% equivale a 840 (potencia activa).

Al realizar la proyección:

W n r%30 0 0.902

150 74.01 0.648270 87.03 0.087380 92.31 0.306500 94.70 0.573620 95.52 1.106720 96.30 1.472840 96.90 1.749

1008 128.06 1.632

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Eficiencia: 128.06

R%:1.632

d) Explicar que se debe hacer con la información recogida durante el

ensayo para que se cumpla la relación de transformación de corriente.

Para poder hacer cumplir la verdadera relación de transformación se toman adecuadamente los datos, por ejemplo tomar 5 veces datos y tomar el promedio de ellos, luego trabajar con las fórmulas adecuadas con un numero de decimales adecuado ya que si estos son muchos luego al aproximar arrastra mucho error, estas fórmulas son las de eficiencia y la de regulación, en este caso se deberá considerar

todas las perdidas ya que allí está la razón por la cual la relación de conversión I 2I 1

no

es igual a la de voltaje V 1V 2

al sumar lasPfe y la Pcu.

e) Con la información obtenida en el laboratorio, tabular las pérdidas

variables del transformador y graficar Ppérd. vs I2, con los resultados

proyectar las pérdidas para 1.1 In.

A2 P pérdidas

0 45

0.8 31.6

1 29.6

pág. 9

0 1 2 3 4 5 6 7 80

10

20

30

40

50

60

70

80

POTENCIA DE PÉRDIDAS vs I2

I2

Pote

ncia

de

pérd

idas

1.5 33.3

2 36.2

2.5 35.6

3 51.9

6.OBSERVACIONES

- Mientras más se acerque la relación de transformación teórica de corrientes a la

relación de transformación teórica, mayor porcentaje de regulación se da en el

voltaje.

- A menor carga resistiva a la salida del transformador, menor valor en pérdidas de potencia se presentará.

- Se verificó que menor carga resistiva haya a la salida del transformador, mayor

potencia activa y aparente se presentará.

- La carga en la parte c, (W), se halla dividiendo V2/A2, pero como A2 es 0, al hacer la

división, sale que “no existe” por lo cual le ponemos una raya “-“.

- Las pérdidas son entre entre 30 y 52.

7.CONCLUSIONES

En transformadores mientras más grande sea la carga, aumenta el voltaje en el primario.

Se hizo la práctica con el comportamiento del transformador cuando trabaja con carga, y se apreciaron las variaciones que este sufre por medio de los instrumentos de medición.

Cuando al transformador se le conecta una carga con factor de potencia 1, se observa que al variar la carga, en este caso al ir aumentando hasta llegar a su valor nominal, la corriente en el primario y secundario aumentan, según la relación, a=I2/I1, aumentan las potencia y aumenta el factor de potencia del primario aproximadamente a 0.99.

Para el caso de transformadores se utiliza mucho los circuitos equivalentes para facilitar los cálculos correspondientes

La potencia de salida en un transformador, es igual a la diferencia de la potencia de entrada menos la potencia de perdidas, por ej. por histéresis.

Se verifico el comportamiento del transformador bajo carga y se determinó que presenta mayor eficiencia mientras menor carga resistiva y mayor amperaje de salida se presente.

8.BIBLIOGRAFIA

http://www.unicrom.com/Tut_transformador.asp

pág. 10

http://72.14.209.104/search?q=cache:3WMOiHGxp0wJ:www.alu.us http://ingenierias.uanl.mx/20/pdf/20aplicacionderna.PDF http://www.sapiensman.com/electrotecnia/transformador_electrico2.htm http://garaje.ya.com/migotera/autotransformador.htm

pág. 11