LABORATORIO Nº 4 CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN RED TRIFASICA I.
OBJETIVOS
-
Realizar correctamente las conexiones Υ/∆, ∆/Υ, ∆/Υ, ∆/∆.
-
Calcular la potencia de entrada y de salida en las conexiones con carga y sin carga.
II.
MARCO TEORICO Los principales sistemas de generación y distribución de potencia en el mundo
son sistemas trifásicos de corriente alterna (ca), debido a las
grandes ventajas que presentan. Los transformadores son una parte principal en sistemas trifásicos de ca. 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: a=
V1 N1 = V2 N2 -
V1 es la tensión del primario V2 es la tensión en el secundario N1 es la relación de vueltas del secundario N2 es la relación de vueltas del secundario TIPOS DE CONEXIÓN EN UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO
Los primarios y secundarios de cualquier transformador trifásico se pueden conectar independientemente en ye (Y) o en delta (∆), de lo cual se obtienen cuatro tipos de conexiones en transformadores trifásicos, los cuales son: 1. 2. 3. 4.
Delta – Delta Delta – Ye Ye – Delta Ye – Ye
(∆ - ∆) (∆ - Y) (Y - ∆) (Y – Y)
Conexión Delta – Delta (∆ - ∆) Esta conexión también se denomina triangulo – triangulo, donde la relación de voltajes entre primario y secundario viene dada por a=
V L1 V L2
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/
√ 3 ) de la capacidad nominal total disponible con tres transformadores en
servicio. Conexión Delta – Estrella (∆ - Y) 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. a V L1 = √ 3 V L2 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 Estrella – 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: V a∗√ 3= L1 V L2 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:
a=
V L1 V L2
Esta
conexión
poco
usada debido
a
es
las dificultades
que presenta: -
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. Los voltajes de terceros armónicos son grandes.
Estos problemas son resueltos utilizando estas dos técnicas. - Conectando sólidamente a tierra los neutros de los transformadores, en especial el neutro del devanado primario, permite que los componentes aditivos de terceros armónicos causen un flujo de corriente en el neutro en lugar de acumular grandes voltajes, el neutro suministra un camino -
de regreso para cualquier desequilibrio de corriente en la carga. 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.
III.
MATERIALES Y HERRAMIENTAS -
IV.
3 transformadores monofásicos de 220v /60 v Multímetro Tres focos. Cables de conexión. Fuente de alimentación en AC.
PROCEDIMIENTO SIN CARGA: - Determinar la polaridad de cada transformador en el caso de que no se conociera.
-
Realizar las conexiones que se muestran a continuación sin carga. Completar el siguiente cuadro para cada caso Estrella - Estrella
Estrella – Delta
Delta – Delta
Delta – Estrella
CON CARGA:
Realizar las conexiones que se muestran a continuación sin carga. Completar el siguiente cuadro para cada caso. Estrella - Estrella
Delta – Estrella
Tabla de datos de conexiones sin carga: Conexión
V lp
V fp
V ls
V fs
a3 Φ
Estrella-estrella Estrella –Delta Delta- estrella Delta -delta
221.6 127.5 218.1 227.6
131.5 227.6 227.5 227.5
62.7 36.1 62.5 128.6
36.7 36.2 63.7 63.4
6.12 6.11 6.04 3.06
V lp =Tensión de línea del primario V fp =Tensión de fase del primario V ls =Tensión de línea del secundario V fs =Tensión de fase del secundario a3 Φ =Relacion de transformación trifásico
Tabla de datos de conexiones con carga: Conexión
V lp
V fp
V ls
V fs
I primario
V carga
I carga
Estrella-estrella Delta- estrella
227.6 225.6
133.5 108
64.1 110.3
37.2 62.7
0.18 0.43
64.1 110.3
0.36 0.50
I carga=Intensidad de la carga Pentrada=Potencia de entrada Pcarga=Potencia en la carga
V.
CUESTIONARIO 1- Con el cuadro de mediciones con carga calcular la potencia de entrada y la potencia que se consume en la carga .para cada caso, adicionarlo al cuadro anterior Recuerde que P3 Φ =√3∗V l I l cosΦ Como Φ=0 entonces cosΦ=1 Conexión estrella – estrella: Pentrada= √ 3 ×227.6 × 018× cosΦ Pentrada=70.9 w Pcarga= √ 3 × 64.1× 0.36× cosΦ Pcarga=39.9 w Conexión delta – estrella: Pentrada= √3 ×225.6 × 0.43× cosΦ Pentrada=168 w
Pcarga= √ 3 ×110.3 ×0.50 ×cosΦ Pcarga=95.5 w PENTRADA 70.9 w
PCARGA 39.9 w
168 w
95.5 w
2- ¿Es igual la potencia que ingresa y la potencia que se consume en la carga? Diga a que se debe esta diferencia.
La potencia que ingresa y la potencia que consume la carga son diferentes. Esto se debe a la perdida de hierro (Ph) (lo hayamos por prueba del vacío), estas pérdidas son causadas por el fenómeno de histéresis y por las corrientes de foucoult. Perdidas en el cobre (Pcu): Es la suma de las potencias pérdidas en los bobinados de un transformador, funcionando bajo carga nominal. (Prueba de cortocircuito), se trabajara con las corrientes Pcu = I12 x r1 + I22 x r2 I1: corriente primaria r1: resistencia primaria
I2: corriente secundaria r2: resistencia secundaria Pérdidas totales = Ph + Pcu
VI.
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES - Para realizar las conexiones es necesario tener en cuenta la polaridad del transformador monofásico, la relación a “de cada transformador monofásico y sus valores nominales. -
Al realizar las conexiones en delta se conservan los valores nominales es decir valores de línea = valores de fase.
