ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITODEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y

MECÁNICALaboratorio de MAQUINAS ELECTRICAS

INTEGRANTE: Jimmy Flores FECHA: 16/05/2012 ID.: L00290582

TEMA: “CARACTERISTICAS EN VACIO DE UN TRANSFORMADOR TRIFASICO”

OBJETIVO GENERAL:

Conocer el funcionamiento y el comportamiento de un transformador trifásico, de que está compuesto y su funcionamiento.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Medir los voltajes de fase y de línea en el transformador trifasico.

Ver las ventajas y desventajas que existe en cada una de las conexiones. Medir los diferentes voltajes de regulación del transformador trifásico en

diferentes conexiones. MARCO TEORICO:

Transformador Trifásico

Los transformadores son una parte principal en sistemas trifásicos de AC. Por lo que para su utilización en estos sistemas, se pueden considerar dos configuraciones, la primera consiste en tomar tres transformadores monofásicos y conectarlos en un banco trifásico, es decir, tres transformadores por  separados, unidos mediante algún tipo de conexión, esta configuración presenta la desventaja de ser más caro que utilizar un solo transformador trifásico,  y tiene como ventaja que cualquier unidad del  banco puede ser reemplazada individualmente.

En un sistema trifásico las tensiones están desplazadas 120 grados eléctricos, además la relación de transformación “a” de cualquier transformador viene dada por:

Un sistema trifásico se puede transformar empleando 3 transformadores monofásicos. Los circuitos magnéticos son completamente independientes, sin que se produzca reacción o interferencia alguna entre los flujos respectivos.

Otra posibilidad es la de utilizar un solo transformador trifásico compuesto de un único núcleo magnético en el que se han dispuesto tres columnas sobre las que sitúan los arrollamientos primario y secundario de cada una de las fases, constituyendo esto un transformador trifásico como vemos a continuación.

Si la transformación se hace mediante un transformador trifásico, con un núcleo común, podemos ver que la columna central (fig. A) está recorrida por un flujo F que, en cada instante, es la suma de tres flujos sinusoidales, iguales y desfasados 120º. El flujo F será pues siempre nulo. En consecuencia, se puede suprimir la columna central (fig. B). Como esta disposición (fig. b) hace difícil su construcción, los transformadores se construyen con las tres columnas en un mismo plano (fig. C). Esta disposición crea cierta asimetría en los flujos y por lo tanto en las corrientes en vació. En carga la desigualdad de la corriente es insignificante, y además se hace más pequeña aumentando la sección de las culatas con relación al núcleo central.

En un transformador trifásico cada columna está formada por un transformador monofásico, entonces toda la teoría explicada en la sección de los transformadores monofásicos es válida para los trifásicos, teniendo en cuenta que las magnitudes que allí aparecen hace referencia ahora a los valores por fase.

TIPOS DE CONEXIONES

Conexión Delta – Delta (Δ -Δ )

Esta conexión también se denomina triangulo – triangulo, donde la relación de voltajes entre primario y secundario viene dada por:

Esta conexión no tiene desplazamiento de fase, y tiene la ventaja que no tiene problemas con cargas desequilibrada o armónicos, además se puede quitar un transformador para mantenimiento o reparaciones y queda funcionando con dos transformadores pero como banco trifásico, este tipo de configuración se llama triangulo abierto, delta abierta o configuración en V, en esta configuración entrega voltajes y corrientes de fase con las relaciones correctas, pero la capacidad del banco representa el 57,74% (1/) de la capacidad nominal total disponible con tres transformadores en servicio.

Conexión Delta – Ye (D - Y).

También denominado grupo de conexión triangulo – estrella.Donde el voltaje de línea de secundario es igual al voltaje de línea del primario multiplicado por

el factor    y el inverso de la relación de transformación.

En esta conexión el voltaje secundario se desplaza 30° en retraso con respecto al voltaje primario del transformador, y no presenta problemas con las componentes en sus voltajes de terceros armónicos. Esta conexión se utiliza normalmente para elevar el voltaje a un valor alto.

Conexión Ye – Delta (Y - ).

La conexión estrella – delta o estrella – triangulo, se usa generalmente para bajar de un voltaje alto a uno medio o bajo. Una razón de ello es que se tiene un neutro para aterrizar el lado de alto voltaje lo cual es conveniente y tiene grandes ventajas.

La relación de tensiones entre primario y secundario viene dada por:

Esta conexión no presenta problemas con los componentes en sus voltajes de terceros armónicos, puesto que se consume una corriente circulante en el lado de la delta (triangulo). Esta conexión es estable con respecto a cargas desequilibradas, debido a que la delta redistribuye cualquier desequilibrio que se presente.

Esta conexión tiene como desventaja que el voltaje secundario se desplaza en retraso 30° con respecto al voltaje primario del transformador, lo cual ocasiona problemas en los secundarios si se desea conectar en paralelo con otro transformador, siendo uno de los requisitos para conectar en paralelo, que los ángulos de fase de los secundarios del transformador deben ser iguales.

Conexión Ye – Ye (Y - Y).

La conexión ye – ye o estrella – estrella al igual que la triangulo – triangulo el voltaje de línea secundario es igual al voltaje de línea primario multiplicado por el inverso de la relación de transformación.

La relación primario a secundario viene dada por:

Esta conexión es poco usada debido a las dificultades que presenta:

1.    Si las cargas en el circuito del transformador no están equilibradas (es lo que comúnmente ocurre), entonces los voltajes en las fases del transformador pueden llegar a desequilibrarse severamente.

2.    Los voltajes de terceros armónicos son grandes.

Estos problemas son resueltos utilizando estas dos técnicas.

1.    Conectando sólidamente a tierra los neutros de los transformadores, en especial el neutro del devanado primario, esta conexión permite que los componentes aditivos de los terceros armónicos causen un flujo de corriente en el neutro en lugar de acumular grandes voltajes, el neutro también suministra un camino de regreso para cualquier desequilibrio de corriente en la carga.

2.    Añadir un tercer devanado conectado en delta al banco de transformadores. Con esto las componentes de voltaje de la tercera armónica en delta se sumarán y causarán un flujo de corriente circulante dentro del devanado. Esto suprime los componentes de voltaje de la tercera armónica de la misma manera que el hacer tierra con los neutros de los transformadores.

Conexión Ye – Z (Y - Z).

La conexión zig-zag se emplea únicamente en el lado de baja tensión. Este montaje se utiliza en redes de distribución, ya que permite el uso de un neutro en el secundario. Se comporta bien frente a desequilibrios de carga. Debido a la composición de tensiones del lado secundario, se requiere un 15% más de espiras que una conexión estrella convencional.

VFP / VFS = m

VLP / VLS = 3 VFP / (3 3 VFS/2)

VLP / VLS = 2 m /3

EQUIPO UTILIZADO:

Fuente de Poder TF-123 Fuente de Poder PS12 Voltímetro analógico 120/220 AC Transformador Trifásico TT222 Transformador Trifásico Cables de conexión.

PROCEDIMIENTO:

1. En el transformador trifásico armamos un circuito Y – Y tal como dio las instrucciones el ingeniero.

2. Alimentamos el primario con la fuente de poder fija alterna, y medimos los voltajes de línea y de fase tanto en el primario como en el secundario del transformador y anotamos los datos.

3. En el transformador trifásico armamos un circuito Δ – Δ tal como dio las instrucciones el ingeniero.

4. Alimentamos el primario con la fuente de poder fija alterna, y medimos los voltajes de línea tanto en el primario como en el secundario del transformador y anotamos los datos.

5. En el transformador trifásico armamos un circuito Y – Δ tal como dio las instrucciones el ingeniero.

6. Alimentamos el primario con la fuente de poder fija alterna, y medimos los voltajes de línea y fase en el primario y voltajes de línea en el secundario del transformador y anotamos los datos.

7. En el transformador trifásico armamos un circuito Δ – Y tal como dio las instrucciones el ingeniero.

8. Alimentamos el primario con la fuente de poder fija alterna, y medimos los voltajes de línea en el primario y voltajes de línea y fase en el secundario del transformador y anotamos los datos.

9. En el transformador trifásico TT222 armamos un circuito Δ – Z tal como dio las instrucciones el ingeniero.

10. Alimentamos el primario con la fuente de poder fija alterna, y medimos los voltajes de línea del primario y los voltajes de línea y fase del secundario del transformador y anotamos los datos.

11. En el transformador trifásico TT222 armamos un circuito Y – Z tal como dio las instrucciones el ingeniero.

12. Alimentamos el primario con la fuente de poder fija alterna, y medimos los voltajes de línea y fase del primario y los voltajes de línea y fase del secundario del transformador y anotamos los datos.

DATOS DE LA PRÁCTICA:

Conexión Y-YPrimario Secundario

RN 122 [V] RN 68 [V]SN 122 [V] SN 68 [V]TN 123 [V] TN 69 [V]RS 208 [V] RS 122 [V]ST 214 [V] ST 125 [V]TR 210 [V] TR 124 [V]

Conexión Δ-ΔPrimario Secundario

RS 210 [V] RS 68 [V]ST 212 [V] ST 69 [V]TR 212 [V] TR 70 [V]

Conexión Y-ΔPrimario Secundario

RN 122 [V]RS 68 [V]

SN 122 [V]TN 123 [V]

ST 69 [V]RS 208 [V]ST 214 [V]

TR 70 [V]TR 210 [V]

Conexión Y-YPrimario Secundario

RS 210 [V]RN 121 [V]SN 124 [V]

ST 212 [V]TN 123 [V]RS 213 [V]

TR 212 [V]ST 216 [V]TR 213 [V]

Conexión Y-ZPrimario Secundario

AN 122 [V] aN 38 [V] ab 65.5 [V] bc 66 [V]BN 123 [V] bN 38.5 [V] ac 66 [V] bx 38 [V]CN 121 [V] cN 38.5 [V] ax 38 [V] by 75 [V]AB 211 [V] xN 38.5 [V] ay 38.5 [V] bz 38.5 [V]BC 210 [V] yN 38.5 [V] az 75 [V] cx 76 [V]CA 208 [V] zN 38 [V] xy 66.5 [V] cy 38 [V]

yz 65 [V] xz 66 [V] cz 38 [V]

Conexión Δ-ZPrimario Secundario

RS 212 [V] aN 65 [V] ab 114 [V] bc 120 [V]bN 66 [V] ac 112 [V] bx 66 [V]

ST 212 [V] cN 66 [V] ax 113 [V] by 114 [V]xN 66 [V] ay 112 [V] bz 66 [V]

TR 210 [V] yN 66 [V] az 114 [V] cx 112 [V]zN 65 [V] xy 112 [V] cy 65 [V]yz 121 [V] xz 113 [V] cz 65 [V]

PREGUNTAS

1.- Determinar la relación de voltaje de fase y línea de todas las conexiones.

Conexión estrella (Y) - estrella (Y)

La relación de voltaje de cada fase es

De tal manera que la relación total entre el voltaje de línea en el lado primario del grupo y el voltaje de línea en el lado secundario del grupo es

Conexión delta (Δ) - estrella (Y)

La relación de voltaje línea a línea de esta conexión es

Conexión estrella (Y) - delta (Δ)

La relación de voltaje de cada fase es

De tal manera que la relación total entre el voltaje de línea en el lado primario del grupo y el voltaje de línea en el lado secundario del grupo es

Conexión delta (Δ) - delta (Δ)

la relación entre los voltajes de línea primario y secundario es

2.- Realizar las gráficas de los circuitos, diagramas de los devanados y los esquemas fasoriales de las conexiones.

Y-Y

Δ-Δ

Y-Δ

Δ-Y

Y-Z

3.- Investigar las ventajas y desventajas de las diferentes formas de conexión de los transformadores.

Conexión Y-Y

Se emplea en sistemas con tensiones muy elevadas, ya que disminuye la capacidad de aislamiento. Esta conexión tiene dos serias desventajas.

Si las cargas en el circuito del transformador están descompensadas, entonces los voltajes en las fases del transformador se descompensarán seriamente.

No presenta oposición a los armónicos impares (especialmente el tercero). Debido a esto la tensión del tercer armónico puede ser mayor que el mismo voltaje fundamental.

Conexión Y-Δ

La conexión U -D no tiene problema con los componentes del tercer armónico en sus voltajes, ya que ellos se consumen en la corriente circulatoria del lado triángulo (D). Está conexión también es más estable con relación a las cargas descompensadas, puesto que la triángulo (D ) redistribuye parcialmente cualquier descompensación que se presente.

Esta disposición tiene, sin embargo, un problema. En razón de la conexión triángulo (D ), el voltaje secundario se desplaza 30º con relación al voltaje primario del transformador. El hecho de que un desplazamiento de la fase haya ocurrido puede causar problemas al conectar en paralelo los secundarios de dos grupos de transformadores. Los ángulos de fase de los transformadores secundarios deben ser iguales si se supone que se van a conectar en paralelo, lo que significa que se debe poner mucha atención a la dirección de desplazamiento de 30º de la fase, que sucede en cada banco de transformadores que van a ser puestos en paralelo.

Conexión Δ-Y

Esta conexión tiene las mismas ventajas y el mismo desplazamiento de fase que el transformador U -D. Hace que el voltaje secundario atrase el primario en 30º.

Se usa en los sistemas de transmisión en los que es necesario elevar tensiones de generación. En sistemas de distribución industrial, su uso es conveniente debido a que se tiene acceso a dos tensiones distintas, de fase y línea.

Conexión Δ-Δ

Esta conexión se utiliza frecuentemente para alimentar sistemas de alumbrado monofásicos y carga de potencia trifásica simultáneamente, presenta la ventaja de poder conectar los devanados primario y secundario sin desfase, y no tiene problemas de cargas descompensadas o armónicas. Sin embargo, circulan altas corrientes a menos que todos los transformadores sean conectados con el mismo tap de regulación y tengan la misma razón de tensión.

CONCLUSIONES.

Observamos que los voltajes de líneas siempre son casi el doble de los voltajes desfase. Observamos que un transformador trifásico no es más que 3 transformadores

monofásicos conectados en sus diferentes configuraciones, la cual sirve para una cosa diferente.

Observamos que la conexión Δ-Δ se utiliza frecuentemente para la alimentación del sistema de alumbrado público y circulan altas corrientes de fase.

Observamos que la configuración Δ-Y Se usa frecuentemente en los sistemas de transmisión en los que es necesario elevar tensiones de generación.

RECOMENDACIONES. Verificar que las conexione para las distintas configuraciones se encuentre bien para

evitar cortocircuitos y daños en los transformadores. No jugar en el laboratorio ya que es potencialmente peligroso y se pone riesgo la vida. Ver que conexión es la más conveniente para el uso que le vayamos a dar. Tener más cuidado con los voltajes de línea a que son más altas que los voltajes de fase, y

la corriente es muy elevada en transmisión de voltaje de líneas.

BIBLIOGRAFÌA:

http://www.tuveras.com/eltrafotrifasico/eltrafotrifasico.htm

http://inggilberto.com/TRANSFORMADORESTRIFASICOS.htm

Transformadores de distribución, Teoria, calculo, construcción y pruebas, Pedro Avelino Pérez

A. E. FITZGERALD, CHARLES KINGSLEY, JR. STEPHEN D, UMANS. MÁQUINAS ELÉCTRICAS