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OPERACIÓN DE TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES MONOFASICOS E N PARALELO

1. OBJETIVO: Verificar el reparto de carga y funcionamiento entre dos transformadores monofásicos funcionando en paralelo.

2. MARCO TEORICO 2.1. CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS EN PARALELO La conexión en paralelo de dos transformadores monofásicos se realiza de la siguiente forma: Los primarios se conectan a la red suministro eléctrico y sus secundarios se conectan a la red que alimenta la carga tal como se muestra en la figura 2.60.a.

Antes de hacer estas conexiones se debe tener presente que los dos transformadores monofásicos deben estar diseñados para las mismas tensiones nominales en el primario y las mismas tensiones nominales en el secundario, por consiguiente sus relaciones de transformación transformación deben ser iguales. En la figura 2.60.b. se han sustituido los dos transformadores por sus circuitos equivalentes aproximados referidos al primario (despreciando la impedancia de magnetización), cabe destacar que ahora la tensión en la carg a es “aV2” y no “V2” como en la figura 2.60.a. Entonces se observa que los dos transformadores se comportan como dos impedancias que quedan en paralelo siempre y cuando sus relaciones de transformación sean iguales, porque de no ser así, se produciría la circulación de corriente en los secundarios de los transformadores que originarían a Figura 2.60.a. Transformadores monofásicos conectados en paralelo. Figura 2.60.b. Circuitos equivalentes referido al primario de dos transformadores en paralelo. A su vez corrientes primarias estando en vacío, lo cual representaría representaría una condición indeseada. Además si tuvieran relaciones de transformación transformación distintas no se puede representar representar como en la figura 2.60.b., ya que, este modelo no acepta la circulación de corrientes secundarias sin carga conectada a la red, en este caso se representaría con una fuente de tensión adicional que produciría la corriente indeseada.

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Otro punto importante es que para poder conectar en paralelo a dos transformadores se debe tomar en cuenta las polaridades, conectando los primarios según sus puntos correspondientes, igualmente con los secundarios para así asegurar que las tensiones queden en fase y no se produzca un cortocircuito. Con la puesta en paralelo de transformadores se obtiene una mayor potencia que se puede suministrar a la carga. Normalmente se usan dos o tres transformadores en paralelo lo cual permite la continuidad del servicio prestado en caso de que uno falle.

2.2. CONEXIÓN CON LA CARGA Con la conexión de transformadores en paralelo se desea que por cada uno de ellos circule su corriente nominal, logrando que la potencia disponible del banco sea la suma algebraica de las potencias individuales, esto se logra si todos los transformadores a conectar tienen la misma tensión de cortocircuito. cortocircuito. Como las impedancias equivalentes de los transformadores quedan en paralelo, entonces tienen la misma tensión en bornes, resultando la siguiente ecuación:

Entonces para que los transformadores conectados en paralelo trabajen con sus respectivas corrientes nominales es necesario que tengan las mismas tensiones de cortocircuito cortocircuito (Vcc). Para entender mejor esto se supone que los transformadores cumplen con la siguiente condición: Vcc1‹ Vcc2 Si se asume que la corriente de carga (Icarga) va aumentando de valor, lo que origina a su vez que la tensión aplicada a las impedancias equivalentes (VAa) aumente, hasta que llegue un momento que esta tensión se iguale a la tensión de cortocircuito del transformador #1 (Vcc1), en este momento por el mismo circula su corriente nominal, mientras el transformador #2 será inferior a la nominal. Si se sigue aumentando la corriente de carga, el transformador #1 se sobrecargará. sobrecargará. Entonces se concluye que cuando las tensiones de cortocircuito de los transformadores





En la industria con el transcurrir del tiempo, muchas veces con el incremento de la potencia eléctrica instalada es insuficiente el abastecimiento de energía del transformador principal, esto trae como consecuencia optar por dos alternativas, comprar otro transformador de mayor potencia o comprar uno de menor potencia para conectarlo en paralelo con el inicial, por supuesto la segunda alternativa es más económica, pero ello trae como consecuencia conocer las pautas de conectar en paralelo transformadores monofásicos., siendo una de las principales que la polaridad de ambos transformadores esté conectado de la misma forma, ya sea aditiva o sustractiva, así como también verificar la Tensión de Corto Circuito de los Transformadores y la Relación de transformación de los transformadores.

3. ELEMENTOS A UTILIZAR - 02 Transformadores de potencia monofásico; 220/ 110 V 60 Hz.-350VA - 01 Autotransformador variable 0 – 240 V. - 02 Voltímetros de C.A. 0 – 150 V y 0 – 300 V. - 02 Amperímetros de C.A. 0 – 1 A y 0 – 5 A. - 01 Vatímetro digital - 01 Multímetro digital. - 01 Pinza Amperimétrica. - 03 Resistencias variables de 44 Ω de 5 A. 4. ACTIVIDADES: a) Verificación de la polaridad de los transformadores: conectar el circuito como se muestra en la figura 1 y la tensión que nos indica el voltímetro puede ser aditiva o sustractiva. Sí. X, Y conectados y el voltímetro indica: U1 – U2; (son de la misma polaridad) Si X, Y conectados y el voltímetro indicara: U 1 + U2; (son de polaridad opuesta).





b) Verificación y determinación de las condiciones para la puesta en paralelo de transformadores:

Impedancia de Corto Circuito Circuito de Transformadores: α y β : Realizamos la prueba de corto circuito tomando un solo valor de corriente corriente nominal y podemos calcular la impedancia de corto circuito para cada transformador según la , tomar los datos del laboratorio de ensayos de transformadores.

PCC

VCC

α

12.4W

9.9V

α

ICCα

2.73A

ZCCα ZCCα

4.36Ω 4.36Ω

PCCβ 12.4W

VCCβ 9.9V

ICCβ 2.73A

ZCCβ ZCCβ

4.36Ω 4.36 Ω

¿Calcular en qué proporción debe repartir la carga? 2 resistencias en paralelo de 220Ω 2 resistencias en paralelo de 44Ω

Relación de transformación de los transformadores α y β: Armar el circuito seguido de la figura 3 (Prueba al vacío sin vatímetro, ni amperímetro). Verificar para los dos transformadores que se han de conectar en paralelo su relación de transformación.





V1

V2

α

223.5

a

α

110.5

V1β

α

2.02

223

V2β

aβ

110.4

2.01

c) Conectar los transformadores en paralelo de acuerdo a la figura 4. “Cuidar de hacerlo con la misma polaridad”. Calcular Calcular y conectar las resistencia de carga RL de tal forma que los transformadores entreguen su potencia nominal; usando la pinza amperimétrica en esta condición medir las corrientes del primario y secundario de ambos transformadores y de la carga..

Colocando la resistencia variable R en el lado de baja tensión, variar la corriente de carga desde 1 A hasta lograr la corriente total del banco, cuidando que ninguno de los transformadores se sobrecargue. Tabular los diferentes valores de las

I1α; I1β; I2α;

I2β; IL , incrementando la corriente de carga de 1 en 1 A IENTRADA

A1T1

A1T2

A2T1

A2T2

ISALIDA

(A)

(mA)

(mA)

(mA)

(mA)

(A)

0.86

360

512

0

0

0

1.16

0.54

0.61

0.54

0.47

1

1.6

0.76

0.78

1.07

0.96

2

2.04

0.98

0.95

1.58

1.4

3

a t1

a t2

I.CIRCLUANTE

0.7

0.7

83mA

1

1.3

0.7

0.8

0.6

0.7





5. CUESTIONARIO 1) Demostrar que la repartición de carga es proporcional a la impedancia de cortocircuito del transformador. Cuando se conecta a los transformadores una carga, es deseable que la carga se reparta entre los dos transformadores proporcionalmente a su potencia, esto es, que el grado de carga sea el mismo en ambos, pues si no fuera así, cuando se aplique al transformador una carga de potencia igual a la suma de las potencias nominales de los transformadores uno quedaría sobrecargado y otro infrautilizado. infrautilizado.







2) Cómo se reparte la carga si los dos transformadores además tienen relación de transformación distinta. Si bien se supone que las relaciones de transformación son diferentes, como se verá enseguida, las diferencias deben ser muy pequeñas. El circuito equivalente de la figura 9 se debe modificar para tener en cuenta que las tensiones primarias referidas, no son iguales. Una forma de presentarlo es como se muestra en la figura 13.





Se trata de un clásico circuito de dos mallas, tres impedancias y una fuente en cada malla, que para resolverlo y obtener las corrientes en cada transformador, se puede seguir cualquiera de los métodos estudiados en Análisis de Circuitos Circuitos 1

3) ¿A qué se denomina corriente circulatoria y cuál es el motivo de su aparición y cómo se podría corregirla? Es la corriente de corto circuito cuando dos transformadores se encuentran conectados en paralelo. Como la tensión de cortocircuito es tan baja durante el ensayo entonces fluye una corriente muy baja a través de la rama de magnetización que hace a las perdidas en el núcleo despreciables en comparación con las pérdidas por efecto Joule,

4) ¿Qué ocurriría si dos transformadores cumplen las condiciones para la puesta en paralelo pero son de diferentes dif erentes potencias nominales? Si bien no es una condición necesaria, las potencias de los transformadores deben ser próximas entre sí: 2 ó 3 a 1 como máximo, si hay mucha diferencia entre las potencias, salvo algún caso muy especial, seguramente no resultará económico hacer el paralelo, especialmente sihay diferencias, aunque leves, entre las tensiones de cortocircuito.

5) Explicar por qué las corrientes de salida en los secundarios de los transformadores puestos en paralelo no son iguales No son iguales ya que las relaciones de transformación halladas anteriormente no son iguales esto debido al bobinado propio de cada transformador transformador

6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: 



Cuando varios transformadores se conectan en paralelo se unen entre sí todos los primarios, por una parte, y todos los secundarios por otra. Esto obliga a que todos los transformadores en paralelo tengan las mismas tensiones (tanto en módulo como en argumento) primaria y secundaria. De esto se deduce que una condición que se debe exigir siempre para que varios transformadores puedan conectarse en paralelo es que tengan las mismas tensiones asignadas en el primario y en el secundario; es decir, la misma relación de transformación. transformación. Otro punto importante es que para poder conectar en paralelo a dos transformadores se debe tomar en cuenta las polaridades, conectando los primarios según sus puntos correspondientes, igualmente con los secundarios para así asegurar que las tensiones queden en fase y no se produzca un cortocircuito.











Si bien no es una condición necesaria, las potencias de los transformadores deben ser próximas entre sí: 2 ó 3 a 1(relación de transformación) como máximo, si hay mucha diferencia entre las potencias, salvo algún caso muy especial, seguramente no resultará económico hacer el paralelo, especialmente si hay diferencias, aunque leves, entre las tensiones de cortocircuito. El número de transformadores en paralelo debe ser limitado en función de las elevadas corrientes de cortocircuito que obligarían a dimensionar los equipos de interrupción con gran capacidad de ruptura, lo que en consecuencia provocaría un elevado costo de la instalación. La conexión y desconexión de transformadores que prestan servicio en paralelo no se debe efectuar únicamente de acuerdo con la potencia demandada por la carga, sino tomando como base principalmente la mínima potencia de pérdida de todos ellos.

7. BIBLIOGRAFÍA:



www.frba.utn.edu.ar/htm www.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/arc l/Electrica/archivos/maq_e hivos/maq_elec1/transf_re lec1/transf_real.pdf al.pdf www.buenastareas.com

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www.monografias.com



   

books.google.com.pe books.google.com.pe Máquinas Eléctricas. Stephen J. Chapman

personales.unican.es/rodrigma/PDFs/Trafos_ Paralelo Paralelo.pdf www4.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/maq_elec1/ paralelo .pdf





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