LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

PRÁCTICA N°3

NOMBRE: David Orbea Jerez.

FECHA: 21 de Mayo de 2014

Tema: Transformador Monofásico regulación con carga R, L y C.

OBJETIVOS

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

EQUIPO

Equipo de Medición Fuente de poder TF-123 Fuente de poder PS-12 Voltímetro analógico 120/220 AC Amperímetro AC de 6 A Transformador monofásico TT91 Transformador monofásico TR-13 Bancos de Resistencias TB-40 y 3 PHASE RHEOSTAT Bancos de Inductancias TB-41 Y LI 22 Vatímetro 150W Interruptor TO30

PROCEDIMIENTO

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

Ilustración 1.- Circuito guía para las mediciones para la regulación del transformador con carga

Realizar las conexiones del diagrama de la figura 8. manteniendo el circuito sin energía.

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

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.

Cerrar el interruptor de la carga. Incrementar la carga del transformador con el cursor del banco de resistencias de

manera que se produzcan cambios de corriente de 0,5 Amperios (I1), hasta un máximo de 4.5 Amperios.

Tomar lecturas V1, I1, V2, I2, P1. Apagar la fuente. 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.

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

Apagar la fuente. Abrir el interruptor de la carga y reemplace el banco de inductancias por el banco

de capacitancias con el selector en la posición cero (0), active la fuente y cierre el interruptor de la carga

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

VALORES MEDIDOS

DATOS INICIALES:

V1=121 v, V2=94 V.

CARGA RESISTIVA

V2 (V) I1 (A) V2 [V] I2 (A) P1 (W)

94 1,6 90 1,2 150

94 1,68 88 1,5 175

94 1,85 88 2 200

94 2,12 88 2,5 235

94 2,5 88 3 280

94 2,93 88 3,5 330Tabla 1.- Valores de voltaje y corriente medidos con carga resistiva, incrementando la corriente

CARGA CAPACITIVA

Paso I1 (A) V2 (V) I2 (A) P1 (W)

1 0,8 95 0 0

2 1 96 1,15 0

3 1,34 96 1,6 0

4 1,48 96 1,85 0

5 1,85 96 2,38 5

6 2,3 96 3 5,5

7 2,6 96 3,45 10Tabla 2.- Valores de voltaje y corriente medidos con carga capacitiva, variando la capacitancia

CARGA INDUCTIVA

Pasos I1[A] V2 [V] I2 [A] P1 (W)

1 1 93 0,2 02 1,27 93 1,2 03 1,75 93 1,8 204 2,24 93 2,5 255 2,75 92 3,3 35

6 3,35 93 4,1 45Tabla 3.- Valores de voltaje y corriente medidos con carga inductiva, variando la inductancia

CUESTIONARIO

Realizar un solo gráfico con las características de regulación del transformador monofásico para las cargas resistiva, inductiva y capacitiva.

0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 590

91

92

93

94

95

96

97

Regulación transformador monofásicoCarga Resistiva Carga Capacitiva Carga Inductiva

I2

V2

Figura 1.- Gráfica comparativa de la regulación de voltaje en cada uno de los tipos de carga

La regulación general indica una variación de aproximadamente 8V en el transformador, variando desde 88 a 96 V, correspondiente aproximadamente a un

error entre 2% y 6.4%, por lo que es recomendable revisar las condiciones del transformador, pues se encuentra en un rango mayor al 5%, considerado admisible.

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

CARGA RESISTIVA

I1 (A) V2 (V) I2 (A) P1 (W) % Regulación

1,6 90 1,2 150 4,255319149

1,68 88 1,5 175 6,382978723

1,85 88 2 200 6,382978723

2,12 88 2,5 235 6,382978723

2,5 88 3 280 6,382978723

2,93 88 3,5 330 6,382978723Tabla 4.- Tabla de regulación de voltaje con carga resistiva

1 1.5 2 2.5 3 3.5 450

60

70

80

90

100

V2 vs I2

I2

V2

Ilustración 2.- Regulación de Voltaje con carga resistiva

Considerando como valor ideal a la salida del transformador a las condiciones iniciales, es decir, V2=94V, la regulación con carga resistiva tiene un alto porcentaje caracterizado por el decrecimiento en el voltaje nominal de salida, lo que indica pérdidas altas por la presencia de cargas resistivas.

CARGA CAPACITIVA

I1 (A) V2 (V) I2 (A) P1 (W) % Regulación

0,8 95 0 0 1,063829787

1 96 1,15 0 2,127659574

1,34 96 1,6 0 2,127659574

1,48 96 1,85 0 2,127659574

1,85 96 2,38 5 2,127659574

2,3 96 3 5,5 2,127659574

2,6 96 3,45 10 2,127659574Tabla 5.- Tabla de regulación de voltaje con carga capacitiva

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 450

60

70

80

90

100

110

V2 vs I2

I2

V2

Ilustración 3.- Regulación de Voltaje con carga capacitiva

Al analizar el voltaje V2 con carga capacitiva, el voltaje tiene un porcentaje de regulación muy bajo, pues la carga capacitiva tiende a nivelar la variación de corriente en sistemas de corriente alterna, por lo que se puede ver un gráfico con valores que permanecen estables.

CARGA INDUCTIVA

I1 (A) V2 (V) I2 (A) P1 (W) % Regulación 1 93 0,2 0 1,063829787

1,27 93 1,2 0 1,0638297871,75 93 1,8 20 1,0638297872,24 93 2,5 25 1,0638297872,75 92 3,3 35 2,1276595743,35 93 4,1 45 1,063829787Tabla 6.- Tabla de regulación de voltaje con carga inductiva

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.550

60

70

80

90

100

V2 vs I2

I2

V2

Ilustración 4.- Regulación de Voltaje con carga inductiva

El voltaje nominal permanece casi constante, además de decrecer mínimamente por efecto del comportamiento de la bobina, que tiende a generar una potencia reactiva en el circuito del transformador. Sin embargo, el porcentaje de variación se encuentra bajo el 5%, por lo que se considera admisible.

Determinar y graficar la potencia reactiva y el factor de potencia con los datos obtenidos en cada medición.

Sea V1=120 V.

CARGA RESISTIVA

En un caso ideal, para carga resistiva, el fp=1, por lo que la mayoría de puntos deberían tener una Q=0 y una P igual a S, sin embargo, debido a que se trata de transformadores reales, esto varía.

I1 (A) P1 (W) S (VA) fp Q (VAR)

1,6 150 192 0,78125 119,8499061,68 175 201,6 0,86805556 100,0877611,85 200 222 0,9009009 96,35351582,12 235 254,4 0,92374214 97,4390066

2,5 280 300 0,93333333 107,7032962,93 330 351,6 0,93856655 121,336557

140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 3400

50100150200250300350

Q vs P

P

Q

Ilustración 5.- Gráfica del rango de la potencia reactiva y la potencia activa

CARGA CAPACITIVA

Para la carga capacitiva, el fp=0 en condiciones ideales, por lo que la Q debería estar en -90° debido a que la corriente está adelantada con respecto al voltaje.

I1 (A) P1 (W) S (VA) fp Q (VAR)0,8 0 96 0 -96

1 0 120 0 -1201,34 0 160,8 0 -160,81,48 0 177,6 0 -177,61,85 5 222 0,02252252 -221,943687

2,3 5,5 276 0,01992754 -275,9451942,6 10 312 0,03205128 -311,839702

0 50 100 150 200 250 300 350

-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

Q vs P

P

Q

Ilustración 6.- Gráfica del rango de la potencia reactiva y la potencia activa

CARGA INDUCTIVA

Para la carga inductiva, el fp=0 en condiciones ideales, por lo que la Q debería estar en 90° debido a que la corriente está en retraso con respecto al voltaje.

I1 (A) P1 (W) S (VA) fp Q (VAR)1 0 120 0 120

1,27 0 152,4 0 152,41,75 20 210 0,0952381 209,045452,24 25 268,8 0,09300595 267,6349012,75 35 330 0,10606061 328,138693,35 45 402 0,1119403 399,473403

0 50 100 150 200 250 300 3500

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Q vs P

P

Q

Ilustración 7.- Gráfica del rango de la potencia reactiva y la potencia activa

CONCLUSIONES

El transformador monofásico tiene un comportamiento distinto cuando se encuentra en vacío y cuando se le aplica una carga a su lado secundario.

El voltaje desciende debido a un factor de regulación propio de cada transformador, dado por las características internas del mismo.

Las pérdidas en el cobre y en el hierro en un transformador real causan un decremento en el voltaje nominal que entrega el transformador a cierto nivel de corriente.

Un transformador real tiene una respuesta diferente para cada tipo de carga.

RECOMENDACIONES

Comprobar el funcionamiento correcto de los equipos en nuestro puestos de trabajo antes de empezar con la práctica.

Se debe trabajar cuidadosamente en el laboratorio, ya que se manipula voltajes y corrientes elevadas, priorizando la seguridad de los estudiantes que realizan la práctica.

Desconectar el circuito de la fuente o apagarla después de terminar cada sección de la práctica.

BIBLIOGRAFÍA

Teoría y análisis de las máquinas eléctricas, A.E. Fitzgerald 1975. Máquinas eléctricas y transformadores, Irving L. Kosow, PH.D 1976. Máquinas eléctricas Estifan Chapman 1976. Máquinas eléctricas M.P. Kostenko, LM Riotrouski 1975. Charles K. Alexander & Matthew N.O. Sadiku – Fundamentos de Circuitos Eléctricos

3era Edición

ANEXOS

Ilustración 8.- Carga aplicada en el secundario del transformador. Inductiva (izq. Superior), Capacitiva (izq. Inferior) y Resistiva (derecha).