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Practicas de Fundamentos de Electrotecnia ITI. Curso 2005/2006

Práctica 4 : Modelo equivalente de un transformador real. Medidas de potencia en vacío y cortocircuito.

OBJETIVO En primer lugar, el alumno se familiarizará con el uso de autotransformadores y

transformadores, aprendiendo a interpretar los datos característicos de un

transformador real.

A continuación, el alumno ha de familiarizarse con el experimento de vacío y

cortocircuito de un transformador real. Ha de ser capaz de realizar el montaje

adecuado para la realización de los mismos. Por último ha de ser capaz de

interpretar los datos obtenidos y sacar de ellos la información necesaria para

conocer y cuantificar las diferentes pérdidas de potencia en un transformador real.

Con estos datos debe construír el modelo equivalente de un transformador real.

OBJETIVOS CONCRETOS:

• Medida de potencias activa y reactiva. Utilidad de las mismas para obtener

el factor de potencia.

• Medida de los parámetros de un transformador real. Cuantificación de las

pérdidas del hierro, separando las pérdidas por corrientes parásitas e

histéresis de las debidas a la corriente de magnetización.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS Antes de realizar la práctica, el alumno debe conocer:

• el modelo equivalente de un transformador real

• el ensayo de vacío

• el ensayo de cortocircuito

MATERIAL: Equipo instrumental

• Multímetros.

• Osciloscopio.

• Vatímetro.

• Autotransformador. Variable (variac)

• Transformador reductor 230-40V

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REALIZACIÓN PRÁCTICA: Antes de realizar cualquier medida, observar los datos técnicos del transformador

que se encuentran escritos en la placa de características que proporciona el

fabricante, localizando los datos identificativos.

1. ENSAYO DE VACÍO Ralizar el montaje que se indica en el esquema siguiente:

Para asegurarse de que el secundario está en vacío (con resistencia casi infinita),

colocar los cables del multímetro del secundario conectados a los terminales de

voltaje.

Elevar la tensión de salida del variac de 20 en 20 V hasta obtener en el primario del

transformador una tensión lo más próxima posible a la nominal (230 V). En cada

caso, tomar los valores del voltaje en el primario y en el secundario, y calcular el

cociente entre ambos para cada medida que, al estar en vacío, debe ser la relación

de espiras.

Dibujar una gráfica de VS frente a VP. De la pendiente deducir la relación de

transformación.

Con el voltaje más próximo al nominal, medir la corriente que circula por el

primario ICA y las potencias activa PCA y reactiva QCA en vacío en el vatímetro.

Tomar como valor más fiable de la corriente el medido por el amperímetro. A

partir de estas dos, y utilizando el triángulo de potencias, es posible obtener el

valor de la potencia aparente en vacío como

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CACACA QPS +=

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Una forma simple de calcular los valores de Rc y Xm consiste en determinar, en

primer lugar, el desfase entre el voltaje entre los terminales de ambos elementos

(que es el voltaje del primario, VP) e ICA.

El coseno del ángulo de desfase, que es el ángulo de la impedancia, viene dado por

CA

CA

S

P=)cos( 1ϕ

Comparar el ángulo de desfase dado por el Watímetro con el que obtenemos

mediante el método que acabamos de describir.

El módulo de la impedancia viene dado por

CA

CA

eqI

VZ =

De la intensidad que entra en la rama de excitación, por la LKN en alterna, una

parte se irá por la resistencia y la otra por la reactancia. La parte de la corriente que

se va por la resistencia, IRc, estará en fase con el voltaje, y por tanto se puede

escribir como

IRc=ICA cos(ϕ)

Mientras, la corriente que se va por la reactancia, IXm, viene dada por:

IXm=ICA sen(ϕ)

Por tanto, los correspondientes valores de la resistencia y la reactancia se obtienen,

simplemente, como el cociente entre el VCA y las intensidades correspondientes.

Ahora bajar lentamente el voltaje del variac hasta 0 y apagar la regleta.

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2. ENSAYO DE CORTO CIRCUITO Ralizar el montaje que se indica en el esquema siguiente:

Antes de encencer el autotransformador comprobar se se encuentra en el mínimo de tensión que puede suministrar. Para poder realizar el ensayo de cortocircuito, tendremos que conectar el multímetro del

secundario en las entradas de corriente de 10 A (en serie). Cambiar también a estas entradas el

amperímetro del primario.

- Encender la regleta y elevar muy lentamente el voltaje en el variac, midiendo en

todo momento la corriente en el primario y en el secundario.

ES IMPORTANTE QUE LA CORRIENTE EN EL SECUNDARIO NO PASE NUNCA DE 9 A. - Medir la corriente en el primario para corrientes del secundario de 1, 2, ..., 9 A y

calcular el cociente entre IS e IP, dibujando la correspondiente gráfica.

- Tomar el último valor (IS=9 A) como corriente nominal (o de corto circuito). En

estas condiciones, medir el voltaje en el primario, VP, así como la corriente que

circula por el primario (ICC) y las potencias activa PCC y reactiva QCC en corto en el

vatímetro.

Tomar como valor más fiable de la corriente el medido por el amperímetro. A

partir de estas dos, y utilizando el triángulo de potencias, es posible obtener el

valor de la potencia aparente en cortocircuito como

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CCCCCC QPS +=

Una vez tomados los datos, bajar el voltaje en el primario lentamente hasta cero y

apagar la regleta.

Para calcular ahora los valores de Zeq,p se sigue la hipótesis vista en teoría, de que

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toda la corriente circula por ella. De esta manera el coseno del desfase entre

corriente e intensidad viene dado por

CC

CC

S

P=)cos( 2ϕ

Comparar el ángulo de desfase dado por el Watímetro con el que obtenemos

mediante la fórmula anterior.

El módulo de la impedancia viene dado por

CC

CC

peqI

VZ =,

Con esto podemos hallar la impedancia total, y a partir de ahí los valores de Req,p

y Xeq,p