Ensayos Transformador Monofasico

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    16-Nov-2014

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Todos los ensayos realizados sobre un transformador monofsico

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<p>MAQUINAS ELECTRICAS KREDER ALBERTO, MORENO MARTIN, RECALDE GONZALOPgina 1 de 140Universidad Nacional del SurDepartamento de Ingeniera Elctrica y de ComputadorasMAQUINAS ELECTRICASPRIMER CUATRIMESTRE DE 2009Informe de Laboratorio N 1: El Transformador Alumnos: Kreder Alberto Luis 82669Moreno Mario Martn 82632Recalde Gonzalo Federico 81674Profesor: Gabriel Garca Asistente: Santiago AmodeoFecha: 05/05/2009MAQUINAS ELECTRICAS KREDER ALBERTO, MORENO MARTIN, RECALDE GONZALOPgina 2 de 140Objetivos- Monofsico- Verificar el grupo de conexin y los bornes homlogos del transformador.- Realizar el ensayo de vaco a uno de los transformadores de un banco de transformadores trifsicos. Luego estimar la resistencia y la reactancia de magnetizacin en el punto de operacin y dinmica.- Realizar un ensayo de cortocircuito con objeto de estimar las resistencias e inductancias por fase y en valores por unidad.- Observar la corriente de inrush y de magnetizacin en el osciloscopio. Sacar conclusiones de porque tiene esa forma y que problemas puede causar.- Trifsico- Analizar los armnicos de las conexiones Estrella-Triangulo, con y sin neutro y el triangulo abierto y cerrado.- Obtener las impedancias de secuencia cero, positiva y negativa.- Analizar la conexin Estrella-Triangulo con y sin neutro.- Analizar la conexin Estrella-Estrella, con y sin neutro y carga en fase y en lnea.IntroduccinEl transformador, es un dispositivo que no tiene partes mviles, el cual transfiere la energa elctrica de un circuito u otro bajo el principio de induccin electromagntica. La transferencia de energa la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes.Casi todos los sistemas importantes de generacin y distribucin de potencia del mundo son, hoy en da, sistemas de corriente alterna trifsicos. Puesto que los sistemas trifsicos desempean un papel tan importante en la vida moderna, es necesario entender la forma como los transformadores se utilizan en ella.Considerables ventajas son las que ganan con el uso de un solo transformador trifsico en lugar de tres unidades monofsicas de la misma capacidad total. Las ventajas son rendimiento incrementado, tamao reducido, peso reducido y menor costo. Una reduccin del espacio es una ventaja desde el punto de vista estructural en estaciones generadoras o bien subestaciones.En este laboratorio ensaya un transformador a travs de los ensayos de cortocircuito y de vaco para un transformador, se obtiene los parmetros, luego se explica el modelo simulink obtenido de las ecuaciones:11 1 1 1 122 2 2 2 2( ) ( )( ) ( )mLmLd div t ri t L Ndt dtd div t r i t L Ndt dt= + += + +Tambin se grafican diferentes curvas obtenidas en el laboratorio por el multmetro modelo fluke 41 y el osciloscopio de la corriente de inrush y magnetizacin, como tambin de las simulaciones obtenidas.A medida que se muestren las diferentes graficas se explican sus formas y sus implicancias en el funcionamiento de la maquinaDesarrolloSe tomo el transformador y se lo alimento con una tensin de 229 Volt en sus bornes de alta. El transformador que se tiene 3 bornes de entrada y 5 bornes del lado de baja. MAQUINAS ELECTRICAS KREDER ALBERTO, MORENO MARTIN, RECALDE GONZALOPgina 3 de 140Se trato de utilizar la mayor cantidad de bobinados para que el clculo de los parmetros que se calcularon este laboratorio sean reutilizables en el laboratorio de transformadores trifsicos.Lo primero que se hizo fue verificar los bornes homlogos y medir la resistencia en continua para tener una idea del orden de magnitud de las resistencias, con el Puente de Kelvin.Luego se realizo el ensayo en vaco; Este se realizo desde una tensin de 250 Volt bajando hasta 0 con un variac, tomando los valores de: potencia activa, reactiva, aparente, cos Fi, tensin secundaria, corriente del primario (magnetizacin) y flujo (aproximado por la integral de v2).Con estos valores se levanto las curvas de Magnetizacin, Histresis, Tensin V2, Corriente I1, perdidas &amp; tensin y inductancia dinmica.Luego se realizo el ensayo de cortocircuito, a tensin reducida, para obtener la impedancia de cortocircuito que es fundamental para el modelo del transformador en por unidad.MAQUINAS ELECTRICAS KREDER ALBERTO, MORENO MARTIN, RECALDE GONZALOPgina 4 de 140Por ultimo, se realizaron varios ensayos midiendo la corriente de arranque con el osciloscopio (se realizo un divisor de tensin porque el rango de medida de osciloscopio no alcazaba para las mediciones) para poder ver el efecto de la corriente de inrush.El ensayo se realizo sin variac al principio, puesto no se estaba tratando de tener magnetismo remanente. Se trato de logra que la corriente tuviera un pico hacia abajo, otra hacia arriba y luego una sin picos. Por una casualidad en el instante de disparo de la llave se logro encontrar una corriente donde el magnetismo remanente era cero sin necesidad del variac.Datos de la chapa del transformadorDatos PlacaPotencia [VA] 3000Tensin [Volt] 230Corriente [Amp.] 7.9Frecuencia [Hz] 50/60Valores por unidad3000230 13.04230230 17.6317.63 0.05613.04 2 50base basebase baseVAV v I AvvZ L HyA = = =O= = O = =MAQUINAS ELECTRICAS KREDER ALBERTO, MORENO MARTIN, RECALDE GONZALOPgina 5 de 1401-Ensayo de Cortocircuito1.1-Medida de Resistencias en DCAntes de realizar el ensayo de cortocircuitos medimos, con un puente de Kelvin, las resistencias en continua de cada devanado, con el propsito de encontrar la relacin entre ambas, para luego poder separar las resistencias de la Zcc obtenida en el ensayo de corto circuito.De las mediciones con el puente de Kelvin obtuvimos la siguiente relacin:12cdcdRKR= [1]Luego supusimos que esta relacin se mantiene en alterna, por lo que1 12 2dc acdc acR RKR R= = [2]Por otro lado consideramos que:21 2 ac ac eqR a R R + = [3]Donde eqR es la parte real de la ZccCombinando 2 y 3 obtuvimos que1 2*ac acR K R = y 2 2eqac RRK a=+ [4]Estas ecuaciones nos permitirn determinar las impedancias de los devanados del Primario y del Secundario del transformador Para el caso de las inductancias, supusimos que la relacin entre ambas es la mitad por lo que12eqac XX = y 2 22*eqac XXa= [5]Donde eqX es la parte imaginaria de Zcc1.2-Ensayo en CortocircuitoEn el ensayo en cortocircuito un devanado del transformador, generalmente el del lado de baja tensin, se cortocircuita. En el otro extremo se aplica una tensin inferior a la nominal, tal que haga pasar por el devanado en cortocircuito la corriente nominal del mismo.La tensin que se aplica al devanado correspondiente, que ser generalmente el de baja tensin, es del orden del 2 al 15 por ciento de la tensin nominal del transformador. Los porcentajes inferiores corresponden a los transformadores de mayor potencia. Dicha tensin recibe el nombre de tensin de cortocircuito, siendo un valor caracterstico del transformador de tensin proporcionado por el fabricante y que se expresa en porcentaje respecto a la tensin nominal.Si se tiene en cuenta que la tensin de cortocircuito suele ser pequea comparada con la nominal, el circuito equivalente puede simplificarse suponiendo despreciable la corriente de excitacin. As el circuito equivalente para el ensayo en cortocircuito ser el siguiente:MAQUINAS ELECTRICAS KREDER ALBERTO, MORENO MARTIN, RECALDE GONZALOPgina 6 de 140Figura N 1.2.1En el laboratorio realizamos dos mediciones una a corriente nominal en el secundario y la otra a una corriente del 120% de la nominal.Primero cortocircuitamos el devanado secundario y con un Variac alimentamos el primario hasta alcanzar la corriente nominal.Con las dos medidas del ensayo obtuvimos dos puntos de la curva de cortocircuito, los aproximamos por una recta y obtuvimos el siguiente grafico:Figura N 1.2.2La pendiente de esta recta es el modulo de la Zcc.| | 1.2705 Zcc = OEn valores por unidad obtenemos que 2.64% Zcc =Figura N 1.2.3Luego para obtener la fase de Zcc usamos la potencia activa medida en el transformador.cos cos( )A cc A ccP I V arc P I V = = [6]MAQUINAS ELECTRICAS KREDER ALBERTO, MORENO MARTIN, RECALDE GONZALOPgina 7 de 140Reemplazando los valores medidos en 6 obtenemos la fase de Zcc, lo que nos permite separar la Zcc en su parte real e imaginaria.| | 0.7954 rad =| || |R cos 0.88940.9073eq cceq ccZX Z sen= = O= = OUtilizando las ecuaciones 5 y 6 obtenemos que las impedancias de cada devanado son:| || |11X = 0.4537 R = 0.4160 OO | || |22X = 0.4537 R = 0.4734 OOFigura N 1.2.41.3-Potencia CortocircuitoEl ensayo en cortocircuito simula un funcionamiento a plena carga, con la ventaja de no manejar la potencia que en un ensayo a plena carga sera necesaria.La potencia involucrada en este ensayo es solo la de perdida en plena carga. As pues si medimos el consumo de potencia medimos las prdidas a plena carga.En siguiente grafico se muestra la potencia consumida por el transformador en cortocircuito en funcin del tiempo, que va a ser la potencia consumida a plena carga.Figura N1.3.1MAQUINAS ELECTRICAS KREDER ALBERTO, MORENO MARTIN, RECALDE GONZALOPgina 8 de 1401.4-Corriente de CortocircuitoLa corriente de cortocircuito por lo que se observa en el grafico es sinusoidal, con una importante componente de tercer armnico.Figura N 1.4.1MAQUINAS ELECTRICAS KREDER ALBERTO, MORENO MARTIN, RECALDE GONZALOPgina 9 de 1402-Ensayo en VacoSe le realizara el ensayo en vaco al transformador con el fin de poder calcular el brazo de magnetizacin, es decir calcular Lm y Rm de manera muy aproximada.El ensayo en vaco se alimenta al transformador desde su lado baja o alta tensin, sin conectar carga alguna al equipo en el otro lado; y se mide la corriente en vaco que suele estar entre 2 y 9 % de la nominal.Esa corriente de vacooI contiene a la corriente de perdidaspI, y a la de magnetizacinmI, compuesta esta a su vez por aquella debido al entrehierro ueIy a la de magnetizacin del ncleo propiamente dichoufeI. Es decir m ue ufeI I I = +y por supuesto 2 2( )o m pI I I = + ).Tambin se mide en este ensayo la perdida en vaco, que a la par de la corriente de vaco cuantifica la potencia activa (de perdidas) que toma el equipo para su magnetizacin (ciclo de histresis y corrientes de Foucault), y lo hace de manera permanente independientemente de su carga. Esa perdida es importante pues es determinan el valor de Rm.Figura N 2.0.1 Modelo Real del transformador.Para el clculo de los parmetros Rm y Lm utilizaremos el modelo aproximado:Figura N 2.0.2 Modelo aproximado en vaco del Transformador.MAQUINAS ELECTRICAS KREDER ALBERTO, MORENO MARTIN, RECALDE GONZALOPgina 10 de 1402.1-Relacin Tensin aplicada &amp; Flujo MutuoSe xito el transformador del lado de alta con una tensin sinusoidal de 220 Volt rms. Si fijamos la tensin a una sinusoide y tenemos en cuenta la ecuacin de Lenz, nos daremos cuenta que el flujo debe respetar de ser unaSinusoide.m md d die edt di dt = = Si tenemos en cuenta las ecuaciones que modelan al transformador podemos ver como calcular el Flujo de manera bastante exacta.11 1 1 1 122 2 2 2 2 2 2 2( ) ( )( ) ( ) ( ) 0 ( )mLm mLd div t ri t L Ndt dtd d div t r i t L N i t v t Ndt dt dt = + += + + = =Como estamos haciendo el ensayo de vaco la corriente del secundario es cero por lo que el flujo lo podemos aproximas como la integral de la tensin del secundario.Para esto medidos la tensin del secundario con el osciloscopio que nos permite integral esta seal y obtener directamente el flujo.Producir este flujo senoidal crea que la corriente no lo sea, ya que como el material ferromagntico del ncleo no es lineal y se satura produce una corriente totalmente distorsionada como se vera en la corriente de magnetizacin.Figura N 2.1.1 Tensin Secundaria. 2.1.1 Flujo Mutuo.MAQUINAS ELECTRICAS KREDER ALBERTO, MORENO MARTIN, RECALDE GONZALOPgina 11 de 1402.2-Corriente de magnetizacinUna vez que tenemos el flujo mutuo podemos medir la corriente de magnetizacin. Esta corriente es una corriente de perdida que circula cuando el transformador esta en vaco. Si el transformador fuera ideal no tendra perdidas del ncleo o en las resistencias de los devanados. Esta corriente no es para nada senoidal, esto ocurre puesto que el ncleo ferromagntico se satura y necesita ms corriente en algunos lugares para mantener una corriente sinusoidal.Es muy notorio la gran cantidad de armnicos de tercer orden (150 Hz) y el sexto (300 Hz). Se puede saber, a partir de la onda de la corriente (Si no se tiene la descomposicin armnica) , que los armnicos predominantes son impares ya que la onda sigue siendo simtrica con respecto a tiempo. Cuando se tiene una distorsin de armnicos pares (Como en el caso de la corriente de inrush) la onda es totalmente positiva (negativa).A medida que vamos cargando al transformado es lgico pensar, si se ve la onda de corriente, que la distorsin de la corriente de magnetizacin desaparece, sin embargo no es as. Al cargarlo, se le esta exigiendo mayor potencia (corriente) por lo cual la onda de la corriente comienza a tomar una forma de una senoidal, pero la corriente de magnetizacin sigue existiendo.Figura 2.2.1: I de Magnetizacin Figura 2.2.2 Armnicos de la I de Magnetizacin2.3-Parametrizacin del brazo de magnetizacinAhora bien, con los datos obtenidos en este ensayo por la pinza amperomtrica Fluke podemos calcular los parmetros del brazo de magnetizacin.Para esto graficamos la magnetizacin como la corriente del primario &amp; la tensin del secundario y calculamos las dos pendientes, es decir, Lm saturada y Lm no saturada. Derivando en los dos sectores podemos calcular:no saturadasaturadaLm = 8.9718e+002Lm = 75.224 HyHy Este valor de inductancias son calculado a plena carga, pero si utilizamos la curva de histresis podemos calcular una curva donde se vea claramente la la inductancia dinmica del transformador.MAQUINAS ELECTRICAS KREDER ALBERTO, MORENO MARTIN, RECALDE GONZALOPgina 12 de 140Figura N 2.3.1 Inductancia Dinmica de Magnetizacin.De la misma manera con la potencia activa se puede calcular Rm a cada tensin que se ensayo el Transformador obteniendo como varan las perdidas a medida que la tensin en bornes aumenta como tambin la Rm nominal. As las prdidas en el hierronominales las podemos modelar como una...</p>