teoria

1. ENSAYODEL TRANSFORMADOR TRIFÁSICO EN CORTOCIRCUITO
LABORATORIO N° 6

2. 1. Objetivos.- Los objetivos del presente laboratorio son:
 Obtener el diagrama vectorial en cortocircuito del transformador.
 Determinar las corrientes de cortocircuito.
 Determinar las pérdidas en el cobre.
 Calcular los parámetros del circuito eléctrico.
 Calcular el valor relativo de la tensión de cortocircuito.
2. Marco teórico.-
2.1. Transformador trifásico en cortocircuito.-
Un cortocircuito en un transformador implica una condición límite de funcionamiento en que el secundario
(puede ser también el primario en función a la conexión del transformador, si es elevador o reductor) está
cerrado sobre sí mismo y por consiguiente la tensión U2 en bornes del secundario es igual a cero.
Cuando es alimentado un transformador en cortocircuito por una tensión nominal aplicada en sus bornes, las
corrientes de cortocircuito en los arrollamientos alcanzan una magnitud que excede de las corrientes nominales,
alcanzando valores de 10 a 20 veces mayores, ya que la resistencia de los arrollamientos es relativamente
pequeña. Es muy posible que se produzca tal cortocircuito en condiciones de servicio por lo que se llama
cortocircuito en servicio o en operación. Constituye un gran peligro para el transformador debido a las
considerables fuerzas mecánicas que en él se producen y al posible excesivo aumento de temperatura en el
arrollamiento. Por consiguiente, el transformador debe tener las resistencias mecánica y térmica necesarias y su
circuito debe estar provisto de un dispositivo capaz de desconectarlo después de un período de tiempo
estipulado muy corto. Si el dispositivo protector no funciona correctamente, el transformador resultará
seriamente dañado.

3. Otra clase de cortocircuito en el transformador es el ensayo en condiciones de cortocircuito, que se realiza con
una tensión baja que es necesaria para obtener los datos de cortocircuito.
La prueba de cortocircuito de un transformador trifásico, se la realiza alimentando con tensión nominal un lado
del transformador (puede ser el lado de alta tensión) y dejando el otro lado en cortocircuito. Con este ensayo
se determina:
 La tensión de cortocircuito de transformador.
 Las pérdidas en el cobre.
 Las corrientes de cortocircuito.
 Se determina los parámetros del circuito eléctrico del transformador.
2.2. Diagrama vectorial del transformador en cortocircuito.-
Para representar el diagrama vectorial, en principio se realiza un análisis tomando en cuenta las ecuaciones del
transformador, las mismas son:

4. Ú1 = −É1 + ĺ1𝑍1
É2
,
= Ú2
,
+ ĺ2
,
𝑍2
,
ĺ1 + ĺ2
,
= ĺ0
Para las condiciones de cortocircuito
del transformador, Ú2
,
= 0 , por lo
tanto las ecuaciones anteriores se
transforman en:
Cuando el transformador, se encuentra en
cortocircuito la 𝑓𝑚𝑚𝑜 = 𝐼0 𝑁1 es muy
pequeña, ya que 𝐼0 ≅ 0 y el flujo principal ∅𝑐𝑡
es muy pequeño. Por lo cual el transformador
opera en la región lineal de la curva de
magnetización y el circuito magnético no está
saturado, teniendo las siguientes relaciones:
Ú1𝑐𝑡 = −É1𝑐𝑡 + ĺ1𝑍1
É2𝑐𝑡
,
= ĺ2
,
𝑍2
,
ĺ1 + ĺ2
,
= 0
É1𝑐𝑡
,
= É2𝑐𝑡
,
En función a estas ecuaciones, se tiene el siguiente
diagrama vectorial para el transformador en cortocircuito:

5. 2.3. Parámetros del circuito eléctrico.-
Con el ensayo en cortocircuito del transformador, se obtienen los parámetros del circuito eléctrico (considerando
el transformador trifásico que se tiene en laboratorio, cuyo grupo de conexión es Yy0), tomando en cuenta las
siguientes relaciones:
PRIMER MÉTODO,
A PARTIR DE LAS IMPEDANCIAS:
𝑐𝑜𝑠 𝜑𝑐𝑐 =
𝑃𝑐𝑐
3 . 𝑈. 𝐼𝐶𝐶
𝑍𝑐𝑐 =
𝑈𝑐𝑐
𝐼𝑐𝑐
=
𝑈𝑐𝑐
3
𝐼𝑐𝑐
𝑅𝑐𝑐 = 𝑍𝑐𝑐 cos 𝜑𝑐𝑐
𝑋𝑐𝑐 = 𝑍𝑐𝑐 𝑠𝑒𝑛𝜑𝑐𝑐
SEGUNDO MÉTODO,
A PARTIR DE LAS TENSIONES:
TERCER MÉTODO,
A PARTIR DE LAS POTENCIAS:
𝑈𝑅𝑐𝑐 = 𝑈𝑐𝑐 cos 𝜑𝑐𝑐 =
𝑈𝑐𝑐
3
cos 𝜑𝑐𝑐
𝑈𝑋𝑐𝑐 = 𝑈𝑐𝑐 sen 𝜑𝑐𝑐 =
𝑈𝑐𝑐
3
sen 𝜑𝑐𝑐
𝑅𝑐𝑐 =
𝑈𝑅𝑐𝑐
𝐼𝑐𝑐
𝑋𝑐𝑐 =
𝑈𝑋𝑐𝑐
𝐼𝑐𝑐
𝑅𝑐𝑐 =
𝑃𝑐𝑐
3 𝐼𝑐𝑐
2
𝑄𝑐𝑐 = 𝑃𝑐𝑐 𝑡𝑔 𝜑𝑐𝑐
𝑋𝑐𝑐 =
𝑄𝑐𝑐
3 𝐼𝑐𝑐
2

6. 3. Equipo e instrumental para laboratorio.-
Para el presente laboratorio, se utilizara el siguiente equipo, instrumental y material:
 Un transformador trifásico, que tiene las siguientes características:
o Tensión nominal: Vn = 400 – 230 (V)
o Corriente nominal: In = 5,05 – 8,8 (A)
o Potencia nominal: S = 3,5 kVA
o Frecuencia nominal: f = 50 (Hz)
o Grupo de conexión: Yy0
 Alimentación de tensión trifásica (variable)
 Instrumentos de medición: voltímetros, amperímetros, vatímetros.
 Cables para conexión.
4. Circuito para el laboratorio.- 5. Descripción del laboratorio.-
 Realizar el circuito de laboratorio, como
se indica en el punto 4.
 Se debe iniciar el laboratorio con una
tensión reducida, cortocircuitando uno
de los lados del transformador (en el
caso de nuestro laboratorio, se
cortocircuita el secundario).
 Realizar el laboratorio con el cuidado
respectivo.

8. 6. Lecturas obtenidas en el laboratorios.-
7. Cálculos y Gráficos.-
𝑐𝑜𝑠 𝜑𝑐𝑐 =
𝑃𝑐𝑐
3 . 𝑈. 𝐼𝐶𝐶
=
𝜑𝑐𝑐 =
𝑍𝑐𝑐 =
𝑈𝑐𝑐
𝐼𝑐𝑐
=
𝑈𝑐𝑐
3
𝐼𝑐𝑐
=
𝑅𝑐𝑐 = 𝑍𝑐𝑐 cos 𝜑𝑐𝑐 =
𝑋𝑐𝑐 = 𝑍𝑐𝑐 𝑠𝑒𝑛𝜑𝑐𝑐 =
Valor relativo de la tensión de cortocircuito: 𝑢𝑐𝑡 % =
𝑈1𝑐𝑡
𝑈1𝑛
100 =
Potencia de pérdidas en el cobre:
𝑐𝑜𝑠𝜑𝑐𝑐 =
𝑃𝑛
𝑆
=
Pn =
%𝑃𝑐𝑢 =
𝑃𝑐𝑢
𝑃𝑛
𝑥100 =
%𝑷𝒄𝒖 =

9. 8. Análisis de Resultados.-
1. Desarrollar con gráficos, ecuaciones y teoría, que es el valor relativo de la tensión de cortocircuito.
2. Que característica existe con el factor de potencia en el ensayo de cortocircuito de transformadores trifásicos
(desarrollo)
3. Qué opina del desfase entre la resistencia y reactancia de cortocircuito, además realizar un análisis del
diagrama vectorial en cortocircuito del transformador.
4. Como se realiza la prueba de resistencia óhmica de los devanados de transformadores trifásicos.
5. Como se realiza la prueba de resistencia de aislamiento de transformadores trifásicos.
6. Perdidas en el cobre en transformadores trifásicos (teoría ecuaciones y gráficos)
9. Documentos de referencia.-
Guía de laboratorio de Máquinas Eléctricas II. Ing. Victor Hugo Flores A.