Lab #4 Conexion Trifasica

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR | FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA | ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA

Laboratorio #4: Conexiones Trifasicas De Transformadores Transformadores Conversión de Energía Electromecánica I Ciclo I 2016 NG. ARMANDO C ALDERÓN C ATEDRÁTICO: I NG

I NSTRUCTOR NSTRUCTOR: W ERNER ERNER RODRIGUEZ ALUMNOS: UELLAR C ALDERÓN C UELLAR , A , ALBERTO ALEXANDER

CC11066

ILLALTA , A NRIQUE M ARROQUÍN V ILLALTA , AMILCAR E NRIQUE

MV12003

SEGOVIA S ALAZAR , M ARIO ALEJANDRO

SS12008

C IUDAD IUDAD U NIVERSITARIA NIVERSITARIA , V IERNES IERNES 24 DE J UNIO UNIO DE 2016

Conversión de la Energía Electromecánica I (CEE-115)

Objetivos: 

Implementar y analizar diferentes tipos de conexiones trifásicas de transformadores y saber identificar en qué tipo de situaciones podemos utilizar cada una de ellas en una aplicación práctica.



Conocer los procedimientos de norma para las conexiones trifásicas de transformadores ya establecidas.



Aprender diferentes técnicas de conexión entre los transformadores para poder dar solución a diferentes problemáticas que se puedan presentar en la práctica laboral.



Interpretar correctamente las consecuencias del no seguimiento de las normas en las conexiones de transformadores trifásicos para poder así saber una posible solución a un desperfecto dentro de cualquier conexión trifásica de transformadores.

Laboratorio #4: CONEXIONES TRIFASICAS DE TRANSFORMADORES.

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

Banco de Transformadores.



Multímetros.



Analizador de redes.



Secuencimetro.

El banco de prueba de transformadores disponible en el laboratorio, simula tres transformadores monofásicos, en el que cada transformador tiene separada en dos partes la bobina del lado de alta, por lo cual lo primero que tenemos que hacer es unir estas dos bobinas como una sola bobina de cada transformador, de esta manera tenemos un banco de transformadores formado por tres transformadores monofásicos y cada uno con derivación central.

Utilizando el banco de transformadores disponible en el laboratorio se procedió a la conexión de Estrella-Delta tal como lo muestra la figura #1.

Figura #1: Conexión Estrella – Delta (Y-d).

De las figura #1, podemos observar que para el lado de alta tensión (Conectado en estrella) las terminales H1 de cada transformador van conectadas a cada fase (fase A, fase B y fase C


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respectivamente), cortocircuitando las terminales H2 de los mismos, de esta forma hemos finalizado la conexión del lado de alta del banco de transformadores. Para el lado de baja ( Conectado e delta) uniremos el final de cada transformador con el inicio del próximo transformador sucesivamente, dejando abierta la última conexión para poder medir el voltaje en esta antes de cerrar el circuito, ya que si existe un diferencial de potencial alto y la cerramos, estaríamos ante una posible conexión errónea y desencadenaríamos un cortocircuito. En el lado de alta se obtuvieron los siguientes voltajes de línea:

 = 202.5   = 203.0   = 203.3 

En el lado de baja se obtuvieron los siguientes voltajes de línea:

 = 62.28   = 63.97  _  = 29.7 

Dado que el voltaje entre las terminales del secundario de delta abierta son bastante mayores a 0V, esta conexión no puede llevarse a cabo, ya que estaríamos generando un cortocircuito, dañando el equipo y exponiendo nuestras vidas. Dicho fenómeno es ocasionado por tener un neutro flotante, por lo cual se procedió a aterrizar la conexión de la estrella en el primario, y esto nos generó un voltaje más estable en los extremos de la delta con un nuevo valor de:

 = 8.07  Con este voltajes, aunque se esperaba que fuera menor a 5V, la delta puede cerrarse, y se hiso en efecto.


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La conexión a realizar se muestra en la figura #2, nuevamente dejaremos la delta en el secundario abierta para poder tomar lectura de esta y así cerrar el circuito de una forma segura.

Figura #2: Conexión Delta – Delta (D-d).

El voltaje obtenido entre las terminales del delta abierto fue de:

 = 187.5  En efecto es un buen parámetro para determinar que se ha realizado una excelente conexión y que la delta se puede cerrar.

Esta conexión se muestra en la figura # 1, la cual es la primera conexión de este laboratorio, con la variante de que se conectó erróneamente una fase. Esta es una práctica que podría darse fácilmente al confundir alguna fase, o conectar al revés un transformador, creyendo que es adictivo cunado es realmente es sustractivo o viceversa. Los voltajes obtenidos en el lado de baja fueron:

 = 60.65   = 61.32   = 105.73  Del cual se puede observar que uno de los voltajes de línea es aproximadamente el doble, y que no se puede cerrar la delta.


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Asignaciones 1.

¿Por qué considera que es una conexión mala?

Se detectó que era una mala conexión puesto que al medir con el tester los extremos de una bobina como se muestra en la figura #3, el valor que se obtuvo era mucho mayor que cero (se espera un volate alrededor de los 5V o menos), esto dio la pauta que una de las bobinas habían sido conectada de manera errónea, dado este caso se procedió a des energizar el circuito y corregir el error (ocasionado intencionalmente), el cual radicaba en que se habían conectado uno de los trasformadores al revés. El valor obtenido entre los extremos de las bobinas al arreglar la conexión fue de 187.5 mV se procedió a cerrar la conexión exitosamente.

Figura #3: Lectura del voltaje de delta abierta en el secundario.

2.

¿Por qué no se cerró una de las conexiones delta? ¿porque debería dar cero este voltaje? Porque al medir la esquina de la delta el voltaje tiene que ser aproximadamente cero y nuestro valor marcado era aproximadamente 105V. Debe aclararse que el voltaje medido en los extremos de la conexión delta nunca será cero, pero sí muy próximo. Si analizamos fasorialemnte la conexión delta, veremos el inicio de cada bobina se conecta al final de la bobina del transformador adyacente, al unir estos puntos fasorialmente estamos interpretando que la diferencia de potencial en ese punto es aproximadamente cero. Como lo muestra la figura #4.


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Figura #4: Diagrama vectorial, Lectura del voltaje de delta abierta en el secundario.

3. Explique ¿Por qué difiere, los datos teóricos con los datos medidos? (adjuntar cálculos). Tomando una lectura del voltaje de línea del lado de alta, y el voltaje de línea del lado de baja, sacamos la relación de transformación del banco de tranformadores.

=

  .   = = .   .  

El voltaje de línea en el banco de transformadores de la primaria es de 203.3 V Para el voltaje de línea del primerio se tiene que:

  =

  =

 . √ 

. = .   √ 


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De la ecuación #1, calculamos el voltaje de fase el cual se muestra en la tabla #1, en contraparte con los voltajes de fase tomados en el laboratorio. El error se calculara de la siguiente forma:

 =

 −    % 

FASE Voltaje de fase teórico [V] Voltaje Medido [V] Error [%] A-B

116.8

115.4

1.20

B-C

116.8

116.5

0.26

C-A

116.8

116.3

0.43

Para el voltaje del secundario, el vol taje se calcula de línea se calcula de l a siguiente forma:

  =

 .  = = .    .

Consecutivamente para el voltaje de fase del secundario se utiliza la ecuación #1. En la tabla #2 comparamos los datos teóricos con los obtenidos.

Voltaje de

Voltaje de

Error

Voltaje de

Voltaje de

línea teórico

línea Medido

[%]

fase teórico

fase Medido

[V]

[V]

[V]

[V]

A-B

62.86

62.28

0.92

36.29

35.73

1.54

B-C

62.86

61.79

1.70

36.29

35.93

0.99

C-A

62.86

62.40

0.73

36.29

35.80

01.35

FASE

Error [%]

De la tabla podemos observar que el error de la medición es grande es de apenas 1.70%, y este se justifica, debido a que el transformador presenta perdidas por su bobinado, núcleo y corrientes parasitas, además habrá que sumarle el error de la calibración de los instrumentos.


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4. De existir cambios entre las mediciones con los circuitos de las figuras y los circuitos proporcionados por los instructores, explique ¿a qué se deben estos cambios? PARA LA CONEXIÓN Y-d: En el lado de alta se obtuvieron los siguientes voltajes de línea:

 = 202.5   = 203.0   = 203.3 

En el lado de baja se obtuvieron los siguientes voltajes de línea:

 = 62.28   = 63.97  Y en la delta abierta se obtuvo:

′ = 29.7  El único valor que cambia respecto al esperado es el voltaje de la delta abierta (′

= 29.7).

Dicho valor se esperaba que fuera cercano a cero para poder cerrar al delta, esto no fue así debido a que en el lado de alta tenemos una conexión estrella no aterrizada, lo que hace que el neutro fluctué en la delta. Al aterrizar la estrella se corrigió este valor teniendo una de:

′ = 8.07  Por lo que se procede a cerrar la delta, y tomar lectura del voltaje de línea faltante el cual fue de:

 = 62.07  Por lo cual los voltajes obtenidos son aproximadamente igual a los teóricos, estas pequeñas variaciones, se deben a la calibración de los instrumentos utilizados.


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PARA LA CONEXIÓN D-d: En esta conexión los datos obtenidos fueron bastante aproximados a los teóricos brindados por el instructor y no se obtuvo inconveniente alguno con el voltaje de la delta abierta el cual fue bastante cercano a cero (187.5 mV).

PARA LA CONEXIÓN Y-d (errónea): Al realizar esta conexión con una de sus fases conectadas erróneamente, se obtuvieron los siguientes valores de voltajes.

 = 60.65   = 61.32   = 105.73  Se esperaba un voltaje ( ) aproximadamente igual a los otros voltejes de línea, esto no fue así debido a la conexión errónea de una de sus fases, lo cual provocó que este voltaje se elevara casi al dable.

5. Dibuje los circuitos magnéticos de los transformadores usados. Las conexiones realizadas en el laboratorio son:

Figura #5: Circuito magnético conexión Estrella- Delta (Y-d)


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Figura #6: Circuito magnético conexión Delta- Delta (D-d)

Otras posibles conexiones son:

Figura #7: Circuito magnético conexión Estrella- Estrella (Y-y)

Figura #8: Circuito magnético conexión Delta- Estrella (D-y)


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6.

Explique de manera vectorial que pasa si invertimos la alimentación en las fases del primario de manera vectorial y las consecuencias que tiene realizar dichos cambios en cada conexión. El diagrama fasorial cuando se tiene una secuencia positiva alimentada a cada una de las conexiones se muestra en la figura #9:





 



 Figura #9: Diagrama fasorial secuencia positiva Si las fases las intercambiamos, resultara una alteración de la secuencia del sistema; fasorialmente vemos este hecho en la figura #10.





 





 Figura #10: Diagrama fasorial secuencia negativa


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Por lo tanto, al cambiar el orden de secuencia resultara un desfasamiento de 180°, tal como se observan en las figuras anteriores. Entonces, si por ejemplo a la conexión estrella-delta con secuencia positiva, las tensiones tanto en el primario y secundario serán:

Secundario

Primario (ABC)

Secundario

Figura #11: Conexión estrella delta con secuencia positiva.

Pero, si alimentamos el primario con secuencia negativa; tendremos en el secundario el siguiente diagrama fasorial.

Primario (CBA)

Secundario

Figura #12: Conexión estrella-delta secuencia negativa.


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Lo mismo pasara con la conexión delta-delta:

Primario (ABC)

Secundario

Figura #13: Conexión delta-delta secuencia positiva.

Al intercambiar las fases, es decir un cambio en la secuencia el secundario se verá afectado de la siguiente forma:

Primario (CBA)

Secundario

Figura #14: Conexión delta-delta secuencia negativa.

7. Explique porque es importante conocer las secuencias de la alimentación en el transformador. En la conexión de bancos trifásicos en paralelo, tenemos que estar seguro de conectar los bancos bajo la misma secuencia de fase, el mismo desfase entre ellos, la misma frecuencia e igual vol ate. Es importante determinar la secuencia de fases (positiva o negativa), dado que al tener cargas como motores, al cambiar la secuencia de fases este invierte su giro, lo cual podría provocar un efecto no deseado en una maquina eléctrica y dañarla.


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Conclusiones: 

Antes de cerrar una conexión en delta debamos de medir la tensión en esta, y verificar que el voltaje entre en uno de sus extremos antes de cerrarla sea lo bastante cercano a cero, de lo contrario tendremos un cortocircuito al cerrar esta conexión.



las conexiones trifásicas implementadas en la sesión de laboratorio presentan características esenciales, una conexión en el secundario en estrella es altamente recomendada cuando tenemos el manejo de cargas monofásicas (para un edificio).



Una conexión delta en el secundario se utiliza cuando se tienen cargas mayormente trifásicas balanceadas como motores.



si se decide conectar en estrella el primario y delta en el secundario en un sistema de transformadores se debe de colocar un neutro para que las corrientes múltiplos de tres de la frecuencia fundamental del sistema circulen por medio de ese conductor, y evitar también un neutro flotante y poder cerrar la delta. el problema radica en que las distribuidoras eléctricas de nuestra región no permiten aterrizar el lado primario, por lo cual aún que es una buena configuración no es viable realizarla en nuestra región.



Para evitar problemas de armónicos, se recomienda una conexión Delta- Estrella aterrizada, esta evita que los armónicos se vayan al lado de alta tensión, y es viable para manejar cargas monofásicas.



Si se necesita una configuración delta en el secundario, lo más viable es realizar una conexión Delta-Delta, debido a que una Estrella (No aterrizada)- Delta no se podrá llevar a cabo por que existirá un neutro flotante que dará un alto diferencial de potencial en los extremos de la delta, y al cerrarla así se corre el riesgo de generar un corto circuito, dañar los transformadores y demás equipos, y exponer la vida del operario.


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Lab #4 Conexion Trifasica

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