transformador trifásico

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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRÁCTICA No 4 ALEXANDRA PÉREZ PRADO NRC: 2633 09/01/2015

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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

PRÁCTICA No 4

ALEXANDRA PÉREZ PRADO

NRC: 2633

09/01/2015

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TEMA:

Transformador trifásico

1. OBJETIVO GENERAL Analizar las características de cada configuración. Identificar las diferentes conexiones Δ-Y, Y-Δ, Y-Y, Δ-Δ. Determinar las relaciones de transformación para las diversas

configuraciones.

2. MARCO TEÓRICO

Transformador trifásico

Entendemos por transformador trifásico aquel que es utilizado para transformar un sistema trifásico equilibrado de tensiones en otro sistema equilibrado de tensiones trifásico pero con diferentes valores de tensiones e intensidades

Para conseguir ese propósito, podemos utilizar tres transformadores monofásicos, de manera que tendremos tres núcleos magnéticos independientes y conexionados como indica la figura inferior. Cada núcleo tendrá sus pérdidas de flujo.

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 φ que, en cada instante, es la suma de tres flujos sinusoidales, iguales y desfasados 120º. El flujo φ 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.

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Todos los razonamientos que hemos ido realizando con un transformador monofásico son de aplicación con uno trifásico, pues no hay más que ver una sola de las columnas para observar que la similitud es total. Al aplicar al primario una tensión V1, obtenemos en el secundario una tensión desfasada 180º V2 tal y como ocurría en el transformador monofásico. Si se conecta una carga equilibrada, es decir si las tres impedancias son iguales, en el secundario, las intensidades de ambos arrollamientos también estarán equilibradas y tendrán sus correspondientes desfases.

La representación vectorial de tensiones e intensidades será la que se indica en la imagen inferior. Hay que señalar que para el ejemplo se ha utilizado la conexión denominada estrella-estrella (Y-Y) en la que la tensión en los devanados no es la compuesta sino la simple de cada sistema trifásico.

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Parámetros de un transformador trifásico

Tensión nominal primaria   V p: Es aquella para la que ha sido construido el transformador y es la tensión de línea resultante de la tensión de fase; también se denomina tensión compuesta porque depende del tipo de conexionado del transformador.

Tensión nominal secundaria   V s: Es la tensión de línea o compuesta que obtenemos en vacío en los bornes del secundario, cuando aplicamos al primario la tensión nominal.

Intensidad nominal primaria   I 1n: Resulta de multiplicar la intensidad nominal secundaria por la relación de transformación. Esta intensidad puede ser igual que la que atraviesa los arrollamientos (estrella) o √3 veces mayor (triángulo).

I 1n=I 2n∗V p

V s

Intensidad nominal secundaria   I 2n: Es la intensidad del circuito secundario que hace circular por los arrollamientos secundarios la intensidad para la que han sido construidos. El mismo razonamiento que hemos hecho para la intensidad nominal primaria vale para la secundaria.

Potencia nominal   S n Es el triple producto de la tensión de fase de los devanados secundarios V2 por la intensidad nominal que los atravesará. Como multiplicamos tensión por intensidad será una potencia aparente y se mide en VA o kVA y surge la ecuación 2:

Sn=3∗V 2∗I

Secundario en estrella

Sn=3∗V 2∗I2n=3∗V s√3

∗I 2n=√3∗V s∗I 2n

Secundario en triángulo

Sn=3∗V 2∗I=3∗V s∗I 2n

√3=√3∗V s∗I 2n

En ambos casos se llega a la misma conclusión: que la potencia es el producto de la tensión del secundario por la intensidad del secundario por √3.

Potencia en vacío   P 0

Es la potencia activa que se pierde en el núcleo como consecuencia de las pérdidas por corrientes de Foucault y por Histéresis (pérdidas en el hierro PFe). Esto provoca, como ya se estudió, que la intensidad de vacío que recorre los devanados no esté adelantada 90º respecto a la tensión sino algo menos.

Intensidad de vacío   I 0

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Es la que circula por la línea primaria cuando el secundario está abierto.

Tensión de cortocircuito   V cc

Es la que aplicada al primario, cuando el secundario está cortocircuitado, hace que circulen las intensidades nominales.

Conexionado en estrellaV cc=√3∗V ccf

Conexionado en triánguloV cc=V ccf

Conexiones

Estrella / Estrella (Y-Y): Robusta, sencilla, neutra y accesible, pero inadecuada en régimen desequilibrado y con corrientes muy fuertes.

Estrella / Triángulo (Y-Δ): Buen comportamiento en régimen desequilibrado y ausencia de armónicos de tercer orden, pero no es posible la distribución BT con cuatro hilos (no hay neutro en el secundario).

Triángulo / Estrella (Δ-Y): Sin neutro en el primario pero con posibilidad de neutro en el secundario (puesta a tierra y distribución con 4 hilos).

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Triángulo / Triángulo (Δ-Δ): Se utiliza esta conexión cuando se desean mínimas interferencias en el sistema. Además, si se tiene cargas desequilibradas, se compensa dicho desequilibrio, ya que las corrientes de la carga se distribuyen uniformemente en cada uno de los devanados.

Estrella / Zigzag (Y-z): Primario adecuado para AT (alta tensión), posibilidad de punto neutro puesto a tierra, ausencia de armónicos de tercer orden, buen comportamiento en régimen desequilibrado, caídas de tensión interna pequeñas pero mayor costo y volumen, y realización más delicada.

3. MATERIALES UTILIZADOS

Fuente de poder TF-123 Fuente de poder PS-12 Voltímetro AC Transformador trifásico TT222 Transformador trifásico TR-33

4. PROCEDIMIENTO

1. Con el diagrama de la figura 1 complementado con el trabajo preparatorio arme el circuito de manera que el transformador mantenga una conexión Δ-Δ.

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2. Con la fuente sin energía, arme el circuito de manera que mantenga la configuración Δ-Δ.

3. Energizar el circuito activando la fuente de poder trifásica fija.4. Leer y registrar los valores de tensión de línea y de fase, tanto en el primario

como en el secundario.5. Apague la fuente de poder.6. Armar el circuito con el transformador en conexión Δ-Y, Y-Y, Y-Δ y repetir el

procedimiento anterior para cada una de las configuraciones.

5. Resultados

Conexión ΔΔ

Voltaje de línea del primario

Voltaje de línea del secundario

VAB=205V Vab=120VVCB=205V Vbc=120VVCA=205V Vca=115V

Conexión YΔ

Voltaje de línea del primario

Voltaje de línea del secundario

Voltaje de fase del primario

VAC=207.5V Vab=30V Van=115VVBC=205V Vbc=30V Vbn=115V

VCA=207.5V Vca=30V Vcn=115V

Conexión ΔY

Voltaje de línea del primario

Voltaje de linea del secundario

Voltaje de fase del secundario

Vab=210V Vab=210V Van=120VVbc=210V Vbc=210V Vbn=120V

Vca=207.5V Vca=210V Vcn=120V

Conexión Y-Y

6. CUESTIONARIO

Voltaje de línea del primario

Voltaje de línea del secundario

Voltaje de fase del primario

Voltaje de fase del secundario

VAB=205V Vab=117.5V VAN=115V Van=30VVBC=205V Vbc=120V VBN=115V Vbn=30VVCA=205V Vca=120V VCN=115V Vcn=30V

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Determinar la relación de voltajes de fase y de línea de todas las conexiones

Conexión Y-Y

Conexión Δ-Δ

Voltajes de Línea

Primario SecundarioVAB=205 Vab=120VAC=205 Vac=115VBC=205 Vbc=120

Conexión Y-Δ

Primario SecundarioV. Fase V. Línea V. LíneaVAN=115 VAB=207.5 Vab=30VBN=115 VAC=205 Vac=30VCN=115 VBC=207.5 Vbc=30

Conexión Δ-Y

Primario SecundarioV. Línea V. Fase V. LíneaVAB=207.5 Van=120 Vab=210VAC=210 Vbn=120 Vac=210VBC=210 Vcn=120 Vbc=210

Realizar los gráficos de los circuitos eléctricos, diagramas de los devanados, esquemas fasoriales de todas las conexiones

CONEXIÓN DELTA-DELTA

Esta conexión se utiliza frecuentemente para alimentar sistemas de alumbrado monofásicos y carga de potencia trifásica simultáneamente, presenta la ventaja de

a=V LPV LS

= 205119.16

=1.720

a=√3V FP

√3V FS=

11530

=3.833

a=V LPV LS

=20730

=6.272

a=√3V FP

V LS

=√3∗¿11530

=6.639¿

a=V LPV LS

=20921 0

=0.995

a=V LP

√3V FS

= 209√3∗120

=1.005

a=V LPV LS

= 205118.33

=1.724

Voltajes Primario Secundario

FaseVAN=115 Van=30VBN=115 Vbn=30VCN=115 Vcn=30

LíneaVAB=205 Vab=117.5VAC=205 Vac=120VBC=205 Vbc=120

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poder conectar los devanados primario y secundario sin desfasamiento, y no tiene problemas de cargas desbalanceadas o armónicas.

Sin embargo, circulan altas corrientes a menos que todos los transformadores sean conectados con el misma razón de tensión

CONEXIÓN DELTA-ESTRELLA

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 ESTRELLA-DELTA

Se usa en los sistemas de transmisión de las subestaciones receptoras cuya función es reducir el voltaje. En sistemas de distribución es poco usual (no tiene neutro) se emplea en algunos ocasiones para distribución rural a 20 KV.

CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA

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Se emplea en sistemas con tensiones muy elevadas, ya que disminuye la capacidad de aislamiento

Indicar las ventajas y desventajas de las diferentes conexiones del transformador

CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA

DESVENTAJAS

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

Si el transformador sólo dispone de neutro en el secundario, todavía es mayor el desequilibrio, puesto que una sobrecarga en el secundario provoca otra en el primario, que al carecer de neutro, hace que circule por las otras dos fases , sin que hayan variado las corrientes del secundario de estas fases.

Así el transformador estrella-estrella, con neutro en ambos devanados, al sobrecargar una fase en el secundario, aumentará proporcionalmente la corriente en la fase del devanado de la misma columna del primario y por tanto, provocará un caída de tensión mayor en un conductor de línea que en los otros dos.

VENTAJAS

Una ventaja que presenta este transformador es la posibilidad de sacar neutro, tanto en el lado de baja tensión como en el lado de alta tensión. El neutro permite obtener dos tensiones, como es el caso de líneas de distribución o bien de conectarle a tierra como medida de seguridad en cierto tipo de instalaciones.

En general, puede afirmarse que este tipo de transformadores es más utilizado para pequeñas potencias, ya que, además de las ventajas citadas, son más económicos. Por aplicarse un tensión a cada fase VL/3 y por consiguiente, disminuir el número de espiras aunque ha de aumentarse la sección de los conductores, por circular la corriente de línea por cada fase. Por otra parte, el aumento de sección de conductores favorece la resistencia mecánica a los esfuerzos de cortocircuito.

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CONEXIÓN DELTA-DELTA

La corriente de línea que toma la conexión delta-delta es √3 veces mayor que la conexión estrella-delta por lo que tendríamos un desequilibrio y el transformador puede desbalancearse.

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 ESTRELLA-DELTA

DESVENTAJA

No dispone de salida de neutro y por tanto, no tendrá utilidad en redes de distribución a dos tensiones. Por el mismo motivo, tampoco podrá conectarse a tierra el secundario. Cualquier interrupción en alguna fase del secundario deja fuera de funcionamiento el transformador

La conexión estrella-delta produce una disminución de voltaje que presenta

1/√3 . Una conexión estrella-delta produce voltajes de fase menores.

VENTAJA

En el funcionamiento con cargas desequilibradas, como sucede en el transformador

CONEXIÓN DELTA - ESTRELLA

La conexión delta-estrella, de las más empleadas, se utiliza en los sistemas de potencia para elevar voltajes de generación o de transmisión, en los sistemas de distribución (a 4 hilos) para alimentación de fuerza y alumbrado.

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.

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Al trabajar con un transformador trifásico nos daremos cuenta que es la unión de tres transformadores monofásicos, lo que hará que cada transformador monofásico no pierda sus características de funcionamiento.

La relación de transformación depende directamente del tipo de configuración del transformador.

Se obtiene una mayor relación de transformación en una conexión Y-Δ. Se obtiene la menor relación de transformación en una conexión Δ-Y.

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El circuito correspondiente de un transformador trifásico representa un equivalente por fase del transformador, así para el investigación de los fenómenos por medio de circuitos equivalentes debe analizarse cada fase según su circuito equivalente y de ellos obtener una indagación global que incluya el efecto de la conexión trifásica.

8. BIBLIOGRAFÍA http://www.scribd.com/doc/12600443/Relacion-de-ConexiOn-de-Transform-

Ad-Or-Trifasico http://inggilberto.com/TRANSFORMADORESTRIFASICOS.htm http://www.nichese.com/tri-genera.html Circuitos Eléctricos E. Sadiku