Post on 24-Jan-2016
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ENSAYO DEL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO CONECTADO COMO AUTOTRANSFORMADOR
Objetivos
a) Determinar y comparar las pérdidas de vacío (rama de magnetización) del transformador y del auto transformador a través del ensayo de vacío a tensión y frecuencia nominal
b) Determinar y comparar las pérdidas del cobre (impedancia de cortocircuito) del transformador y del auto transformador a través del ensayo de cortocircuito
c) Verificar experimentalmente la potencia nominal de transformador y del autotransformador a través del ensayo con carga nominal
Introducción:
Los autotransformadores son una alternativa que se considera al momento de un diseño; poseen ventajas y desventajas con respecto al transformador cotidiano, pero cumplen con la misma función.
Autotransformador.
El autotransformador se podría considerar como un caso algo particular en la familia de transformadores, posee las mismas cualidades de un transformador, pero la diferencia es que el autotransformador tiene un solo devanado (bobinado) el cual hace de bobinado primario y secundario, que se encuentra envuelto al núcleo, este autotransformador tiene 4 bornes los cuales constan en el primario y secundario, la conexión del terminal depende de la necesidad de voltaje que se necesita a la salida, ya que puede conectarse en cualquier espira obteniendo la tensión requerida, pudiéndose deducir que si el voltaje de ingreso es menor al cual se tendrá de salida se llamara un autotransformador elevador, caso contrario será un autotransformador reductor
Funcionamiento
El transformador común y corriente deja fluir el campo magnético desde la entrada hasta la salida, en cambio el autotransformador, su funcionamiento o parte de este funcionamiento es por inducción y la otra parte del funcionamiento es de forma eléctrica.
La relación de transformación de un autotransformador de un transformador normal entre las tensiones, corrientes, número de vueltas, del primario con las del secundario. En un autotransformador, la porción común (llamada por ello "devanado común") del devanado único actúa como parte tanto del devanado "primario" como del "secundario". La porción restante del
devanado recibe el nombre de "devanado serie" y es la que proporciona la diferencia de tensión entre ambos circuitos, mediante la adición en serie (de allí su nombre) con la tensión del devanado común
V 1V 2
=N 1+N 2N 2
=aA
ILI I
=N 1+N 2N 2
=a A
a A=N 1+N 2N 2
=a+1
Ventajas de los autotransformadores
Dimensin mas reducida Costoas mas bajos Eficinecia alta Corriente de excitación mas reducida Mejor regulacion
Desventajas frente al transformador
Mayores corrientes de cortocircuitopor disminuir su impedancia de cortocircuito Conexionelectrica entre el primario y secundario
Materiales:
Regulador de tension monofasica 220 V,5 A Transformador de potencia monofasica:220 V, 110V, 60 Hz; 350 VA Amperimetro de c.a. de 20 A, 5 A Voltimetro de c.a. 150V, 300 V Vatimetro 1ª, 120;5ª 240 V; 5ª 120V Frecuencimetro de 220 V Microohmimetro MPK Reostatos o resistencias de 5ª Multitester para verificaion Termometros de mercurio
Procedimiento:
Completar el siguiente cuadro para las diferentes cargas
Carga S(VA) V2(V) I2n(A) RL
100% 1050 330 3.18 103.77
75% 787.5 330 2.38 138.65
50% 525 330 1.59 207.55
25% 202.5 330 0.79 417.72
Montar el circuito de la figura
Amp 2 Volt 1 Vatimetro Amp 1 V2 f# div C1 A A Cv V div Cw W div C1 A V Hz1 100 0.1 1.2 150 2 220 120 1 280 100 0.1 0.8 325 602 100 0.1 2.4 150 2 220 120 1 530 100 0.1 1.6 321 593 100 0.1 3.7 150 2 218 120 1 800 100 0.1 2.4 317 59
4 100 0.1 4.8 150 2 220 120 1 1045 100 0.1 3.2 315 59
Con un programa realizar el procesamiento de datos tomados en la experiencia y dar elos resultados en la tabala
clear all;clcS=350;Vb=220;V2=110;a=Vb/V2;Va=Vb+V2;disp('en vacio')Pva=16;Iva=0.1;Rpdf=Vb^2/Pva*a^2Qva=sqrt((Vb*0.1)^2-Pva^2);Xm=Vb^2/Qvadisp('en corto')Req=2.0047;Xeq=1.1472;Am1=[0.8 1.6 2.1 3.15];Pcu=Am1.^2*ReqV=[325 321 317 315];Irfe=V/Rpdf;Pfe=Irfe.^2*RpdfPt=[202.5 525 787.5 1050];P2c=Pt-Pfe-PcuPex=[280 530 800 1045];n=Pt./PexVU2=330-VI1=[1.2 2.4 3.7 4.8];co_fi=Pt./(Vb*I1)
P2c Pcu Pfe Ptot n ∆U2 Cos (Ǿ)W W W W - V -192.5 1.2830 8.7293 202.5 0.7232 5 0.7670511.4 5.1320 8.5158 525 0.9906 9 0.9943770.4 8.8407 8.3049 787.5 0.9844 13 0.96741021.9 19.8916 8.2004 1051 1.0048 15 0.9943
Cuestionario
1.- En forma tabulada presente los datos de ensayo de vacio a tension nominal y de corto circuito con los parametros del circuito equivalente del autotransformador
clear all;clcS=350;Vb=220;V2=110;a=Vb/V2;Va=Vb+V2;disp('en vacio referido allado de alta')Pva=16;Iva=0.1;Rpdf=Vb^2/Pva*a^2Qva=sqrt((Vb*0.1)^2-Pva^2);Xm=Vb^2/Qvadisp('en corto referido al lado de alta')Icc=3.18;Pcc=13;Vcc=4.8;Zeq=Vcc/Icc;Req=Pcc/Icc^2Xeq=sqrt(Zeq^2-Req^2)
Prueba de vacio ResulatdosVe(V) A1(A) Vs(V) Pot(W) Rpfe=12100220 0.1 330 16 Xm=3205.4
Prueba de corto circuito ResulatadosVe(V) A1(A) A2(A) Pot(W) Req=1.2856
4.8 3.2 4.8 12.8 Xeq=0.7910
2.- Presente dibuje el circuito exacto del autotransformador y normalice a 75 ªC
Rx=Kt∗Ra
Kt=234 .5+75234 .5+19
=1 .2209
Rxeq=1 .2209∗1 .2856=1 .5696Xmeq=1.2209∗0.7410=0 .9047Rpfe=1 .2209∗12100=14772 .89Xm=1 .2209∗3205 .4=3913 .47
3.-Determine la regulacion o caida del transformador con los parametros del circuito equivalente para cargas de 0 a plena carga con un factor de potencia unitario
clear all;clcSn=1049.4;Vva=330;Vb=220;Zeq=1.2856+j*0.7410;Rpfe=12100;Xm=j*3205.4;Zmag=Rpfe*Xm/(Rpfe+Xm);Sc=Sn*[0 0.5 1]Ic=Sc/Vb;Iba=350/220*[0 0.5 1];I110=Ic-Iba;Vpa=abs(I110*Zeq)+VvaReg=(Vpa(3)-Vpa(1))/Vpa(1)*100
Sc =1.0e+003 * 0 0.5247 1.0494Vpa = 330.0000 332.3587 334.7173Reg = 1.4295
4.- Determine las perdidas del nucleo y electricas a travez del circuito equivalente exacto. Determine la potencia de carga resistiva en la cual se producela maxima eficiencia del autotransformador
clear all;clcSn=1049.4;
Vva=330;Vb=220;Zeq=1.2856+j*0.7410;Rpfe=12000;Xm=j*3205.4;Zmag=Rpfe*Xm/(Rpfe+Xm);Sc=Sn*[0 0.5 1];Ic=Sc/Vb;Iba=350/220*[0 0.5 1];I110=Ic-Iba;Per_electricas=I110.^2*real(Zeq)Irpfe=Vva/Rpfe;Per_nucleo=Irpfe^2*Rpfe
Per_electricas =
12.9931
Per_nucleo = 9.0750
La potencia de carga para la maxima eficiencia es
n=Pc arg aPdev+Pfe+Pcu
para→n=1Pc arg a=Pdev+Pfe+Pcu=1573 .06
5.- Con los datos del ensayo graficar la regulacion experimental comparar con los de simulacion
0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7regulacion vs Pcarga
potencia de carga
Reg
ulac
ion
clc
clear allE1=220; E2=110;Vn=E2;a=2;%implementando para el autotransformadorSc=1050.*[0,0.25,0.5,0.75,1,1.25];theta=acos(1)*(180/pi);disp('relacion de transformacion del autotransformador')at=a+1V2=at*E2 I2=(Sc/V2).*(cosd(theta)-sind(theta)*i);I2=I2./at;Ve=V2+(1.2856+0.741*i).*I2;Io=Ve./12100+Ve./(3205.4*i);Ie=Io+I2;Se=Ve.*conj(Ie);Sca=V2.*conj(I2);n=real(Sca)./real(Se)Rv=((abs(Ve)-abs(V2))./abs(Ve))*100 plot(real(Sca),Rv,'ro-')title('regulacion vs Pcarga')xlabel('potencia de carga')ylabel('Regulacion')grid
6.-Con los datos del ensayo graficar la curva de eficiencia para las diferentes cargas
0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1eficiencia vs Pcarga
potencia de carga
Efic
ienc
ia
clc clear allE1=220; E2=110;Vn=E2;a=2;%implementando para el autotransformador
Sc=1050.*[0,0.25,0.5,0.75,1,1.25];theta=acos(1)*(180/pi);disp('relacion de transformacion del autotransformador')at=a+1V2=at*E2 I2=(Sc/V2).*(cosd(theta)-sind(theta)*i);I2=I2./at;Ve=V2+(1.2856+0.741*i).*I2;Io=Ve./12100+Ve./(3205.4*i);Ie=Io+I2;Se=Ve.*conj(Ie);Sca=V2.*conj(I2);n=real(Sca)./real(Se)plot(real(Sca),n,'ro-')title('eficiencia vs Pcarga')xlabel('potencia de carga')ylabel('Eficiencia')grid
7.- Como cree usted que se realizan los ensayos de carga de autotransformadores de distribucion y subestaciones de transformadores grandes por ejemplo 500 MVA
Para estos casos donde la produccion no puede parar los que se realiza es una conexión delta abierto en sistemas trifasicos que trabajan con bancos de transformadores monofasicos para examinar cada transformador es un tiempo razonable
Investigue
1.- Investigue y calcule los parametros de un circuito equivalente a partir de los datos de un protocolo de pruebas de autotransformador de distribucion
2.- Investigue como es el preincipio de funcionamiento del sistema de regulacion de autotransformador de transmision condiciones de carga
Cuando trabaja con carga el secundario suministra una corriente, cuando tiene una conexión con carga. Entonces el primario absorbe de la red una corriente mayor que la de vacio manteniendose la relacion
Rt=N 1N 2
= I 2I 1
Conclusiones
Un transformador puede trabajar como autotransformador Un transformador tiene una mayor potencia trabajando como autotransformador Un autotransformador tiene conexión electrica en sus devanados haciendolo mas
peligroso en su manejo Las perdidas presentes en un autotransformador son las mismas que se apreciaron
en un transformador trabajando como autotransformador Es posible trabajar con dos conexiones en nuestro transformador como
autotransformador dependiendo de la potencia requerida
Observaciones
Fue muy importante localizar los puntos del trafo para conectarlo como autotransformador
La elecion adecuada de conectores permitira obtener un buen circuito sin el inconveniente que se se suelten dichos conductores
Aunque solo se trabajo con carga resistiva, la variacion a carga inductiva o capacitiva sigue el mismo procedimiento
Bibliografía:
http://www.ute.com.uy/Empresa/lineas/distribucion/normalizacion/docs/NO-DIS-MA-4505.pdf
http://es.slideshare.net/carlosyenglemendoza/laboratorio-3-autotransformador
Libros: Jesús Fraile Mora “Maquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra edición, 2008