Laboratorio 4 Maq 1 PDF

LAB.
DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA

DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS
PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELÉCTRICA CURSO:

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I GUIA DE LABORATORIO
DETERMINAR EL CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR

MEDIANTE LOS ENSAYOS DE VACÍO Y CORTOCIRCUITO
1.-OBJETIVO:
Determinar mediante los ensayos correspondientes, los parámetros del circuito

eléctrico equivalente de un transformador monofásico.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO:
Los parámetros del circuito equivalente de un transformador pueden determinarse

si se efectúan dos pruebas: la de circuito abierto o en vacío y la de cortocircuito.
Ensayo en vacío o ensayo de circuito abierto o evaluación de las pérdidas fijas en los
transformadores (Determinación de las pérdidas en el hierro).
Como su nombre lo dice supone dejar abierto un devanado del transformador,

mientras el otro se excita aplicando el voltaje nominal. Aunque no importa el lado que
se excite, es más seguro realizar la prueba en el lado de bajo voltaje. Otra razón
para realizar la prueba en este lado es la disponibilidad de fuentes de bajo voltaje
en cualquier instalación de pruebas. El ensayo consiste en aplicar al primario, la
tensión nominal, registrandose los valores de potencia y corriente.
Al no haber carga en el circuito secundario, la corriente de vacío resulta de un valor

muy pequeño y la potencia absorbida se debe entonces, fundamentalmente, a las
pérdidas en el hierro, ya que resultan despreciables las pérdidas en el cobre.
En la figura 1 se muestra el diagrama de conexión para la prueba de circuito abierto

con amperímetro, voltímetro y vatímetro.
Si se supone que la pérdida de potencia en el cobre en condiciones sin carga en el

lado de alto voltaje es despreciable, entonces el circuito equivalente aproximado
correspondiente como se observa desde el lado de alto voltaje es el que aparece en
la siguiente figura:
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Ensayo en cortocircuito o evaluación de las pérdidas variables de los

transformadores (Determinación de las pérdidas en el cobre)
Esta prueba se ha diseñado para determinar las resistencias del devanado y las
reactancias de dispersión. La prueba se realiza estableciendo un cortocircuito a
través de un devanado y excitando al otro con una fuente de voltaje. El voltaje
aplicado se ajusta con cuidado para que cada devanado o arrollamiento conduzca su
corriente nominal. El voltaje aplicado es una fracción pequeña del voltaje nominal.
Por tanto ha de tenerse cuidado extremo al ejecutar esta prueba. Nuevamente no
importa en cual lado se ejecute la prueba. Sin embargo la medición de la corriente
nominal indica que, para mayor seguridad, la prueba debe realizarse en el lado de
alto voltaje.
Dado que el valor de la tensión de cortocircuito resulta un valor muy pequeño, la

potencia absorbida se debe, fundamentalmente, a las pérdidas en el cobre, ya que
resultan despreciables las pérdidas en el hierro.
En la figura 2 se muestra el diagrama de conexión para la prueba de cortocircuito

con amperímetro, voltímetro y vatímetro colocados en el lado de alto voltaje, con un
cortocircuito en el lado de bajo voltaje. En este caso el vatímetro registra la pérdida
en el cobre a plena carga.
El circuito equivalente aproximado correspondiente a la prueba de cortocircuito es

el siguiente:
Si han de disgregarse las resistencias, se supondrá que el transformador ha sido

diseñado para que la pérdida de potencia en el lado de alto voltaje sea igual a la
que ocurre el lado de bajo voltaje. Esto recibe el nombre de Criterio de diseño
óptimo, según el cual:
0.5 Re1 = R1 = a2R2 0.5 Xe1 = X1 = a2X2
3.ELEMENTOS A UTILIZAR: Completar características de los elementos que se

utilizaron en el desarrollo.
 01 Transformador monofásico de 500 VA, 220/110 V

 01 Multimetro digital
 01 Amperímetro 0-5 A
 01 Voltimetro de 0-300 V
 01 Watimetro monofásico
 Conductores eléctricos varios
 01 Variac monofásico
4.PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN:
I. Armar el siguiente circuito:

a) Registrar los valores de los instrumentos, cuando la tensión en V2 es la

nominal (110V).
Io (A) Vo (V) Wo (W) Rpf (ohm) Xm (ohm) Zm (ohm)
0.24 220 20 2420 1746.38 2848.746
Cálculo de la resistencia de pérdidas en el núcleo:
Vn 2
RPFe 
Wo
2202
RPFe 
20
RPFe  2420
Cálculo de la potencia reactiva del transformador en circuito abierto:
Wo
cos( ) 
IoVn
.
20
cos( )  a cos(0.3787)  67.74
0.24* 220
cos( )  0.3787
Qo  Vn.Io.sen( )
Qo  220*0.24* sen(67.74)
Qo  48.86VAR
Cálculo de la reactancia de magnetización:
Vn 2
Xm 
Qo
2202
Xm 
48.86
Xm  1032.86
Cálculo de la impedancia de vacío:
Z  24202  1032.862
Z  2631.19
b) Armar el siguiente circuito.
Figura 2.- Ensayo de cortocircuito
c) Regular el autotransformador variable desde cero voltios hasta conseguir

que en ambos arrollamientos circule la corriente nominal del transformador.
d) Registrar los valores de los instrumentos para esta corriente nominal:
Icc (A) Vcc (V) Wcc (w) Rcc (ohm) Xcc (ohm) Zcc (ohm)
2.27 10.4 17 3.29 3.18 4.58
Cálculo de la resistencia de corto circuito:
Wcc
R eq 
In 2
17
R eq 
2.27 2
R eq  3.29
Cálculo de la impedancia en corto circuito:
Vcc
Zeq 
In
10.4
Zeq 
2.27
Zeq  4.58
Cálculo de la reactancia de corto circuito:
Xeq  4.582  3.292

Xeq  3.18
5. CUESTIONARIO:
5.1 ¿Qué es la relación de transformación y cómo puede determinarse

experimentalmente?
En un transformador, la relación de transformación es el número de vueltas del

devanado primario dividido por el número de vueltas de la bobina secundaria; la
relación de transformación proporciona el funcionamiento esperado del
transformador y la tensión correspondiente requerida en el devanado secundario.
Si se requiere una tensión secundaria menor que la tensión primaria – transformador
reductor- el número de vueltas en el secundario debe ser menor que en primario, y
para transformadores elevadores es al revés; cuando la relación de transformación
reduce la tensión, eleva la corriente y viceversa, de manera que la relación de
transformación de corriente y tensión en un transformador ideal está directamente
relacionada con la relación de vueltas o espiras.
La prueba de relación de transformación ayuda a identificar problemas tales como

espiras abiertas, espiras cortocircuitadas, conexiones incorrectas, problemas
internos del núcleo magnético o del cambiador de tomas, etc; los diferentes equipos
de pruebas de relación de transformación están diseñados específicamente para
dicha aplicación en función del tipo de transformador y la relación a medir.
En los transformadores de potencia, la relación de transformación se hace por

inyección de tensión, fase a fase y toma por toma, midiendo la correspondiente
relación de tensiones de los devanados relacionados, que se comparan con la relación
de la placa de características; ya que en los transformadores de potencia trifásicos
es necesario tener en cuenta el grupo de conexión, en algunas configuraciones la
relación de transformación debe calcularse con fórmulas de conversión a partir de
la relación de tensiones medida; la corriente de magnetización debe también
mantenerse al mínimo, mediante la inyección de bajas tensiones, reduciendo así la
caída de tensión en la impedancia del devanado primario, la cual puede ser una fuente
principal de error; en resumen, el equipo para probar la relación de transformación
debe tener un diseño específico, con especiales características de funcionamiento y
exactitud, para el procedimiento y rango requerido, y con ajustes especiales para
facilitar este tipo de prueba en los transformadores trifásicos.
5.2 Haga la definición correcta de: la corriente de vacío, la corriente por

pérdidas en el fierro del núcleo y la corriente de magnetización, dibuje el diagrama
fasorial de estas corrientes.
Corriente de Vacío: La corriente que absorbe el bobinado primario es análoga a la

corriente de excitación de la rama de magnetización, debido a que, en comparación
a las impedancias que existen en el núcleo, los componentes de la resistencia del
cobre y la inductancia de dispersión en el lado primario son despreciables en esta
prueba.
Entonces esta corriente será la total para excitar el núcleo del transformador.
Corriente de pérdidas en el fierro del núcleo: Es el valor activo de la corriente de

Vacío, es la corriente que genera pérdidas en el núcleo del transformador, debido a
que no es un modelo de inductancia pura, sino que se toma un modelo real para hallar
los cálculos.
Esta corriente es la producida por el ciclo de histéresis del material ferromagnético
y las corrientes parásitas de este.
Corriente de magnetización: Es la corriente necesaria para que se produzca un flujo

magnético en el núcleo, el cual induzca un voltaje proporcional al número de espiras
en el bobinado secundario. Esta corriente esta 90° atrasada con respecto al voltaje
aplicado al bobinado primario.
5.3 ¿Cuál es la ventaja de realizar la prueba de circuito abierto en el lado de bajo

voltaje?
La ventaja de realizar la prueba de circuito abierto en el lado de bajo voltaje, es que

podemos trabajar con voltajes bajos de manera más fácil, además que podemos
ofrecer seguridad a la fuente con la que trabajaremos para la prueba ya que esta se
verá más segura al no ingresar un alto voltaje de prueba al transformador.
5.4 ¿Por qué se prefiere ejecutar la prueba de cortocircuito en el lado de alto

voltaje?, analizar por qué en sistemas de potencia esta prueba es importante.
Se prefiere realizar la prueba de corto circuito en el lado de alto voltaje debido a

que en este lado la corriente que ingrese al bobinado es menor que en el lado de bajo
voltaje. Teniendo en cuenta que la potencia en el transformador es la misma en ambos
bobinados, vemos que, en el lado de alto voltaje, si es en transformadores de
potencia su valor será en kilovolt, entonces este lado poseerá una corriente mucha
más pequeña que en el lado de bajo voltaje.
Es por eso que para transformadores de potencia se realiza la prueba de

cortocircuito así, de tal manera que se asegura también que se regule el voltaje, para
no incurrir en un daño irreversible a los bobinados al no exceder la corriente nominal
del transformador.
5.5. Dibuje el circuito equivalente del transformador ensayado en laboratorio con

sus respectivos valores (R1, R2, X1, X2, Xm y Rpf).
5.6. ¿Qué significa “criterio de diseño óptimo” en transformadores?
Las resistencias y reactancias equivalentes del lado primario (R1, X1) y del lado
secundario (R2, X2), se obtuvieron dividiendo en partes iguales las equivalentes
referidas a un mismo lado (alto o bajo voltaje). Esto se hizo considerando el criterio
de diseño óptimo, el cual señala que en transformadores de alta eficiencia, las
pérdidas en el lado de alto voltaje son las mismas que en el lado de bajo voltaje .
6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
 El ensayo en vacío proporciona a través de los datos medidos, los valores

directos de la potencia perdida en el hierro que es medido por el vatímetro y
recibe el nombre de perdidas constantes.
 El objetivo de realiza el ensayo de cortocircuito es para hallar las perdidas
de potencia en el cobre y recibe el nombre de perdidas variables.
 Es importante conocer estos ensayos ya que en la práctica si no se c onoce
los parámetros de nuestra maquina será necesario aplicarlos.
 Existen tres diferentes perdidas en los transformadores; una es en el cobre,
por histéresis o corrientes parasitarias
 En el ensayo en vacío se supone que las perdidas por el cobre son cero; pues
no hay I2 al estar abierto el circuito no pasa ninguna corriente.
 Una vez que la intensidad máxima de flujo alcanza el punto de saturación en
el núcleo, un pequeño aumento en la intensidad pico de flujo requiere un
aumento muy grande en la corriente de magnetización máxima.
7.BIBLIOGRAFIA
 http://www.sapiensman.com/tecnoficio/electricidad/transformadores_1.ph
‘ Transformadores’
 http://www.inducor.com.ar/academicos/calculo-de-maquinas-
electricas/maquinas-electricas-capitulo1.html ‘el transformador y sus partes’
 ‘teoria y análisis de maquinas electricas’-‘UNI’

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DETERMINAR EL CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR

Determinar mediante los ensayos correspondientes, los parámetros del circuito

Los parámetros del circuito equivalente de un transformador pueden determinarse

Como su nombre lo dice supone dejar abierto un devanado del transformador,

Al no haber carga en el circuito secundario, la corriente de vacío resulta de un valor

En la figura 1 se muestra el diagrama de conexión para la prueba de circuito abierto

Si se supone que la pérdida de potencia en el cobre en condiciones sin carga en el

Ensayo en cortocircuito o evaluación de las pérdidas variables de los

Dado que el valor de la tensión de cortocircuito resulta un valor muy pequeño, la

En la figura 2 se muestra el diagrama de conexión para la prueba de cortocircuito

El circuito equivalente aproximado correspondiente a la prueba de cortocircuito es

Si han de disgregarse las resistencias, se supondrá que el transformador ha sido

3.ELEMENTOS A UTILIZAR: Completar características de los elementos que se

 01 Transformador monofásico de 500 VA, 220/110 V

I. Armar el siguiente circuito:

a) Registrar los valores de los instrumentos, cuando la tensión en V2 es la

Io (A) Vo (V) Wo (W) Rpf (ohm) Xm (ohm) Zm (ohm)

0.24 220 20 2420 1746.38 2848.746

Cálculo de la resistencia de pérdidas en el núcleo:

Cálculo de la potencia reactiva del transformador en circuito abierto:

Cálculo de la reactancia de magnetización:

Cálculo de la impedancia de vacío:

b) Armar el siguiente circuito.

Figura 2.- Ensayo de cortocircuito

c) Regular el autotransformador variable desde cero voltios hasta conseguir

d) Registrar los valores de los instrumentos para esta corriente nominal:

2.27 10.4 17 3.29 3.18 4.58

Cálculo de la resistencia de corto circuito:

Cálculo de la impedancia en corto circuito:

Cálculo de la reactancia de corto circuito:

Xeq  4.582  3.292

5.1 ¿Qué es la relación de transformación y cómo puede determinarse

En un transformador, la relación de transformación es el número de vueltas del

La prueba de relación de transformación ayuda a identificar problemas tales como

En los transformadores de potencia, la relación de transformación se hace por

5.2 Haga la definición correcta de: la corriente de vacío, la corriente por

Corriente de Vacío: La corriente que absorbe el bobinado primario es análoga a la

Corriente de pérdidas en el fierro del núcleo: Es el valor activo de la corriente de

Corriente de magnetización: Es la corriente necesaria para que se produzca un flujo

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Se prefiere realizar la prueba de corto circuito en el lado de alto voltaje debido a

Es por eso que para transformadores de potencia se realiza la prueba de

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 El ensayo en vacío proporciona a través de los datos medidos, los valores

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