UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS

ARMADAS ESPE

MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Docente:

Ing. Washington Rodrigo Freire Llerena

Integrantes: Charco Luz

Lascano Christian Vargas Carlos

Nivel: Quinto

NRC:3167

Tema: Regulación del Transformador

Objetivos

Estudiar la regulación de voltaje del transformador con cargas variables. Estudiar la regulación del transformador con cargas inductivas y capacitivas.

Exposición

La carga de un transformador de potencia, en una subestación, usualmente varía desde un valor muy pequeño en las primeras horas de la mañana, hasta valores muy elevados durante los períodos de mayor actividad industrial y comercial. El voltaje secundario del transformador variará un poco con la carga y, puesto que los motores, las lámparas incandescentes y los dispositivos de calefacción son muy sensibles a los cambios en el voltaje, la regulación del transformador tiene una importancia vital. El voltaje secundario depende también de si el factor de potencia de la carga es adelantado, atrasado o es la unidad. Por lo tanto, se debe conocer la forma en que el transformador se comportará cuando se le somete una carga capacitiva, inductiva o resistiva.

Si el transformador fuera perfecto (ideal), sus devanados no tendrían ninguna resistencia. Es más, no requeriría ninguna potencia reactiva (vars) para establecer el campo magnético en su interior. Este transformador tendría una regulación perfecta en todas las condiciones de carga y el voltaje del secundario se mantendría absolutamente constante. Sin embargo, los transformadores reales tienen cierta resistencia de devanado y requieren una potencia reactiva para producir sus campos magnéticos. En consecuencia, los devanados primarios y secundarios poseen una resistencia general R y una resistencia general X. El circuito equivalente de un transformador de potencia que tiene una relación de vueltas 1 a 1, se puede representar aproximadamente por medio del circuito que aparece en la fig. 41-1. Las terminales reales del transformador son P1 P2 en el lado del primario y S1 S2 en el secundario.

Se supone que el transformador mostrado entre estas terminales, es un transformador perfecto (ideal) en serie el cual tiene una impedancia R y otras imperfecciones representadas por X. Es evidente que, si el voltaje del primario se mantiene constante, el voltaje del secundario variará con la carga debido a R y X. Cuando la carga es capacitiva, se presenta una característica interesante, ya que se establece una resonancia parcial entre la capacitancia y la reactancia X, de modo que el voltaje secundario E2, incluso tiende a aumentar conforme se incrementa el valor de la carga capacitiva.

Instrumentos y Equipo

Módulo de transformador EMS 8341

Módulo de fuente de alimentación (0−120 V c .a ) EMS 8821

Módulo de medición de c.a (250 /250 V ) EMS 8426

Módulo de medición de c.a (0.5 /0.5 A ) EMS 8425 Módulo de resistencia EMS 8311 Módulo de inductancia EMS 8321 Módulo de capacitancia EMS 8331

Cables de conexión EMS 8941

Procedimiento experimental

Advertencia: ¡En este experimento de laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe conectarse después de hacer cada medición!

Figura 1

1) Conecte el circuito ilustrado en la figura 41-2 utilizando los Módulos EMS de transformador, fuente de alimentación, resistencia y medición de C.A

2) a) Abra todos los interruptores del Módulo de Resistencia para tener una corriente de carga igual a cero. b) Conecte la fuente de alimentación y ajústela exactamente a 120V c-a, tomando esta lectura en el voltímetro E1. c) Mida y anote en la tabla 41-1, la corriente de salida I2 y el voltaje de salida E2. d) Ajuste la resistencia de carga ZL a 1200 ohms. Cerciórese de que el voltaje de entrada se mantiene exactamente a 120V c-a. Mida y anote I1, I2 y E2. e) Repita el procedimiento (d) para cada valor indicado en la tabla 41-1. f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación.

ZL (Ω ) I 2 ( Ac. a ) E2 (V c .a ) I 1 (mA c. a )∞ 0 120 0.01

1200 0.08 119 0.12600 0.19 118 0.22400 0.28 117 0.31300 0.37 115 0.41240 0.43 110 0.50

Tabla 1

3) a) Calcule la regulación del transformador utilizando los voltajes de salida de vacío y a plena carga anotados en la tabla 3.1.

regulacion del voltaje=ENL−EFL

EFL

∗100

Donde

ENL=Voltaje enel secundario sin carga (V ) EFL=Voltaje enel secundarioa plena carga (V )

regulacion del voltaje∞=120−120120

∗100=0

regulacion del voltaje1200=120−119

119∗100=0.84

regulacion del voltaje600=120−118

118∗100=1.69

regulacion del voltaje400=120−117

117∗100=2.56

regulacion del voltaje300=120−115

115∗100=4.35

regulacion del voltaje240=120−110

110∗100=9.09

regulacion del voltaje promedio=120−116.5116.5

∗100=3

ZL (Ω ) % deregulacion del voltaje

∞ 01200 0.84600 1.69400 2.56300 4.35240 9.09

b) ¿Son equivalentes el valor de VA del devanado primario y el del devanado secundario para cada valor de resistencia de carga indicado en la tabla 3?1?

No esto se debe a las variaciones de carga resistiva que existe en el devanado secundario provocando que exista una caída de potencial.

4) a) Repita el procedimiento 2 utilizando módulos EMS 8321 de inductancia en un lugar de la carga de resistencia.

b) Anote las mediciones obtenidas en la tabla 2.

ZL (Ω ) I 2 ( Ac. a ) E2 (V c .a ) I 1 ( Ac. a )∞ 0.005 112 0.01

1200 0.1 120 0.13600 0.19 119 0.22400 0.28 117 0.32300 0.02 120 0.04240 0.1 119 0.13

Tabla 2

5) a) Repita el procedimiento 2 utilizando el Módulo EMS 8331, de capacitancia, en su lugar de la carga de resistencia.

b) Anote sus mediciones en la Tabla 3

ZL (Ω ) I 2 (mA c. a ) E2 (V c .a ) I 1 (mA c. a )∞ 0.01 120 0.02

1200 0.1 121 0.08600 0.21 128 0.19400 0.32 130 0.3300 0.38 131 0.39240 0.45 135 0.5

Tabla 3

6) A continuación, trazará la curva de regulación del voltaje de salida E2 en función de la corriente de salida I2 para cada tipo de carga del transformador.

a) En la gráfica de la figura 41-3, marque los valores de E2 obtenidos para cada valor de I2 en la Tabla 41-1.

b) Trace una curva continua que pase por los puntos marcados. Identifique esta curva como “carga resistiva”.

0 1 2 3 4 5 6 7104

106

108

110

112

114

116

118

120

122

Carga Resistiva

c) Repita el procedimiento (a) para las cargas inductivas (Tabla 41-2) y la capacitiva (Tabla 41-3). En esta curva deberá escribir “carga inductiva” y “carga capacitiva”

0 1 2 3 4 5 6 7108

110

112

114

116

118

120

122

Carga Inductiva

a) Curva de regulación de voltaje para una carga capacitiva.

0 1 2 3 4 5 6 7110

115

120

125

130

135

140

Chart Title

Prueba de conocimientos

1. Explique por qué el voltaje de salida aumenta cuando se utiliza carga capacitiva.

El capacitor almacena voltaje.

2. Un transformador tiene una impedancia muy baja (R y X pequeñas).a) ¿Qué efecto tiene esto en la regulación?

La regulación aumenta a medida que la impedancia baja.

b) ¿Qué efecto tiene esto en la corriente de cortocircuito?

Si trabajamos con voltajes nominales la corriente se dispara y genera daños en el transformador

3. A veces los transformadores de gran tamaño no poseen propiedades óptimas de regulación. Se diseñan así, a propósito, para que se pueda usar con ellos interruptores de tamaño razonable. Explíquelo.

Debido a su grande dimensión existen inestabilidad en la regulación del voltaje en el cual para poder proteger este dispositivo se colocan interruptores contra corriente de cortocircuito en el cual según la norma son de 400 y 630 A.

4. ¿Es aproximadamente igual el calentamiento de un transformador cuando la carga es resistiva, inductiva o capacitiva, para el mismo valor nominal de VA? ¿Por qué?

En cargas resistivas siempre va haber más calor puesto que hay más potencia disipada.

ConclusionesLas gráficas vistas desde un punto teórico de capacitancia e inductancia deberían tener desde nuestro punto de vista un incremento lineal, no polinómica, esto se debe posiblemente a problemas con los equipos o fallas en el momento de la medición.