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Universidad Politcnica Salesiana. Aguirre, Freire y Proao. ME I P5.

ResumenEn esta prctica determinaremos elcomportamiento de transformadores monofsicos en susdiferentes tipos de conexin para formar un transformadortrifsico, ya sea estrella o delta y sus respectivas conexiones.

ndice de TrminosArmnica, devanado y ncleo.

I.INTRODUCCINEl campo de estudio de los transformadores monofsicos secomplementa ahora con el anlisis de transformadorestrifsicos. Ya entendido lo que son los transformadoresmonofsicos sin problema alguno podremos entender que lostransformadores trifsicos se componen de trestransformadores monofsicos y que estos tienen aplicacionesmuy importantes en el mundo real. Los conceptosmatemticos y las relaciones de voltajes y corrientes, sonsimilares para sistemas trifsicos, para no complicarnos en losclculos si nosotros queremos hallar la potencia de untransformador trifsico en cualquier lado (primario osecundario) de este, tendremos que analizar slo una fase yluego multiplicarla por tres (trifsica). Por otro lado existentambin los autotransformadores que tiene que se analizan demanera diferente que los transformadores trifsicos.

FABRICACIN DE LOS TRANSFORMADORESTRIFSICOS

Se fabrican de dos maneras. Una de ellas consistesimplemente en tomar tres transformadores monofsicos yconectarlos en un banco trifsico, como se muestra en la Fig.1.

Fig. 1 - Banco de transformador trifsico compuesto por trestransformadores independientes

Otra alternativa es construir transformadores trifsicos con tresgrupos de devanados enrollados en un ncleo comn, como semuestra en la Fig. 2.

Fig. 2 - Transformador trifsico construido sobre un ncleo detres columnas

Pero hoy en da se prefiere construir un transformador trifsicocomo tal por ser ms ligero, barato y un poco ms eficiente.En cambio el banco de transformadores por separado tiene laventaja de si presentase un falla pueda ser remplazada por ladefectuosa.

GRUPOS DE CONEXIN

En los sistemas polifsicos, cuando hablamos de conexinestamos hablando de enlazar entre s, los arrollamientos de lasdistintas fases. En las transformaciones trifsicas, losarrollamientos pueden estar montados de las siguientesformas:

a) Conexin abierta (III)

b) Conexin en tringulo (D)

c) Conexin en estrella (Y)

d) Conexin en zigzag (Z)

El convenio para usar las letras de manera abreviada es elsiguiente:

Conexin en tringulo: D (en el primario) d (en el secundario)

Conexin en estrella: Y (en el primario) y (en el secundario)

Conexin en zigzag: Z (en el primario) z (en el secundario)

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Actividad 11 - Transformadores Trifsicos,TRANSFORMACIONES ESTRELLA Y DELTA

AGUIRRE, Cristina, FREIRE, Santiago y PROAO, Jean [email protected], [email protected],[email protected]

Facultad de Ingeniera Electrnica

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mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]

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En la conexin en zigzag cada uno de los arrollamientos estdividido en dos partes, que se bobinan sobre dos columnasdiferentes del transformador, con inversin de las entradas yde las salidas al pasar de una columna a otra; es decir, que semontan en oposicin, siguiendo un orden de permutacincircular de ncleos, como se muestra en la Fig. 3. La fuerzaelectromotriz correspondiente a cada fase resulta de lacomposicin de dos fuerzas electromotrices desfasadas entre s

en 120, tal como muestra el diagrama vectorial de la Fig. 4.

Fig. 3 - Representacin esquemtica de la conexin zigzag

Fig. 4 - Diagrama vectorial de la conexin zigzag

Las conexiones usadas estn normalizadas en grupos deconexin, los que caracterizan a las conexiones de los dosarrollamientos sean primarios o secundarios.

Al ndice de conexin tambin se lo llama ndice horario, eldesfase del primario o secundario siempre es un mltiplo de30, se identifica con el ngulo formado por la aguja horaria yminutero del reloj, cuando marca la hora exacta, entonces secaracteriza el ngulo de desfase por la hora indicada, para ellose ha convenido:

Superponer el vector de la fuerza electromotrizprimaria E1 con la aguja minutero sobre la divisin 0.

Superponer el vector de la fuerza electromotrizsecundaria E2 con la aguja horaria.

La hora indicada por la aguja horaria constituye el ndicehorario del transformador.

El ndice horario depende notoriamente de las formas deconexin en el primario y secundario y tambin de lossentidos relativos de arrollamiento de los devanados primario

y secundario, sobre la misma columna; y se muestra en la Fig.5.

Fig. 5 - Determinacin del ndice horario de un transformadortrifsico en conexin tringulo - estrella

Para determinar el ndice horario se hace lo siguiente:

a) Adoptar con sentido positivo de un arrollamiento de lasfuerzas electromotrices que actan hacia el terminal exterior.

b) Representar las fuerzas electromotrices por arrollamientosimples primarios.

c) Representar las fuerzas electromotrices por arrollamientossimples secundarios recordando que stas tienen sobre lamisma columna, el mismo sentido que las fuerzaselectromotrices simples primarias, ya que el flujo magnticoes comn.

TIPOS DE CONEXIN

Conexin Delta delta (D - d)

Esta conexin tambin se denomina triangulo triangulo,como se muestra en la Fig. 6, donde la relacin de voltajesentre primario y secundario viene dada por:

(1)

Fig. 6 Conexin Delta delta

Esta conexin no tiene desplazamiento de fase, y tiene laventaja que no tiene problemas con cargas desequilibrada oarmnicos, adems se puede quitar un transformador paramantenimiento o reparaciones y queda funcionando con dostransformadores pero como banco trifsico, este tipo deconfiguracin se llama triangulo abierto, delta abierta o

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configuracin en V, en esta configuracin entrega voltajes ycorrientes de fase con las relaciones correctas, pero lacapacidad del banco representa el 57,74%

de la capacidad nominal total disponible con trestransformadores en servicio.

Conexin Delta Ye (D - Y).

Tambin denominado grupo de conexin triangulo estrella.Donde el voltaje de lnea de secundario es igual al voltaje delnea del primario multiplicado por el factor

y el inverso de la relacin de transformacin.

(2)

(3)En esta conexin el voltaje secundario se desplaza 30 enretraso con respecto al voltaje primario del transformador, yno presenta problemas con las componentes en sus voltajes deterceros armnicos. Esta conexin se utiliza normalmente paraelevar el voltaje a un valor alto, como se muestra en la Fig. 7.

Fig 7 - Conexin Delta ye.

(El devanado de la izquierda es el primario y el devanado de laderecha es el secundario)

Conexin Ye Delta (Y - D).

La conexin estrella delta o estrella triangulo, se usageneralmente para bajar de un voltaje alto a uno medio o bajo.Una razn de ello es que se tiene un neutro para aterrizar ellado de alto voltaje lo cual es conveniente y tiene grandesventajas; el diagrama se puede ver en la Fig. 8.

Fig. 8 Conexin Ye delta.


La relacin de tensiones entre primario y secundario vienedada por:

(4)

(5)

Esta conexin no presenta problemas con los componentes ensus voltajes de terceros armnicos, puesto que se consume unacorriente circulante en el lado de la delta (triangulo). Estaconexin es estable con respecto a cargas desequilibradas,debido a que la delta redistribuye cualquier desequilibrio quese presente.

Esta conexin tiene como desventaja que el voltaje secundario

se desplaza en retraso 30 con respecto al voltaje primario deltransformador, lo cual ocasiona problemas en los secundariossi se desea conectar en paralelo con otro transformador, siendouno de los requisitos para conectar en paralelo, que losngulos de fase de los secundarios del transformador deben seriguales.

Conexin Ye Ye (Y - Y).

La conexin ye ye o estrella estrella al igual que latriangulo triangulo el voltaje de lnea secundario es igual alvoltaje de lnea primario multiplicado por el inverso de larelacin de transformacin; el diagrama se puede apreciar en

la Fig. 9.

Fig. 9 Conexin Ye ye


La relacin primario a secundario viene dada por:

(6)

Esta conexin es poco usada debido a las dificultades quepresenta:

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1. Si las cargas en el circuito del transformador no estnequilibradas (es lo que comnmente ocurre), entonces losvoltajes en las fases del transformador pueden llegar adesequilibrarse severamente.

2. Los voltajes de terceros armnicos son grandes.

Estos problemas son resueltos utilizando estas dos tcnicas.

1. Conectando slidamente a tierra los neutros de lostransformadores, en especial el neutro del devanado primario,esta conexin permite que los componentes aditivos de losterceros armnicos causen un flujo de corriente en el neutro enlugar de acumular grandes voltajes, el neutro tambinsuministra un camino de regreso para cualquier desequilibriode corriente en la carga.

2. Aadir un tercer devanado conectado en delta al banco detransformadores. Con esto las componentes de voltaje de latercera armnica en delta se sumarn y causarn un flujo decorriente circulante dentro del devanado. Esto suprime loscomponentes de voltaje de la tercera armnica de la mismamanera que el hacer tierra con los neutros de lostransformadores.

II. DESARROLLODELAPRCTICA

A. Revisin de los equipos

Antes de proceder a conectar y poner en funcionamiento losequipos, nos corroboramos de que todo se encuentre en

perfecto estado, como son: fusibles, cables, etc.

B. Conexin de los equipos

Una vez revisado los equipos y sus respectivos manuales o

guas, procedemos a armar las conexiones que seanrequeridas.

Conexin Delta estrella

Fig. 10 Diagrama de conexin Delta estrella.

Fig. 11 Practica con conexin Delta estrella

Fig. 12 Datos obtenidos en la conexin Delta - estrella

Conexin Estrella estrella.

Fig. 13 Diagrama de conexin Estrella estrella.

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Fig. 14 Prctica con conexin Estrella estrella

Fig. 15 Datos obtenidos (Voltaje de Fase) en la conexinEstrella estrella

Fig. 16 Datos obtenidos (Voltaje de Linea) en la conexinEstrella estrella

Conexin Estrella delta

Fig. 17 Diagrama de conexin Estrella delta

Fig. 18 Prctica con conexin Estrella delta

Fig. 19 Datos obtenidos en la conexin Estrella delta

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Conexin Delta delta

Fig 20 Diagrama de conexin Delta delta

Fig. 21 Prctica con conexin Delta delta

Fig. 22 - Datos obtenidos en la conexin Delta delta

C. Manejo de los equipos

Una vez conectado los equipos, procedemos a tomarmediciones con todas las normas requeridas como elencendido y apagado de la fuente, el enceramiento inicial de la

perilla giratoria de voltaje, entre otros.

D. Recoleccin de datos

Procedemos a tomar valores de voltaje y corriente,dependiendo del caso.

III. EJERCICIOSYPREGUNTAS

A. Ejercicios

Ejercicio 11.1Calcule la relacin.

Estos valores nos basamos en la Fig. 12.

Ejercicio 11.2Empleando los fundamentos especificados en la seccin deteora de esta prctica, dibuje el diagrama de fasores para elsecundario conectado en estrella, a partir de los resultadosobtenidos.

Fig. 23 Diagrama Fasorial para el secundario en estrella

Ejercicio 11.3Usando la ecuacin que relaciona el voltaje de lnea con elvoltaje de fase, dada en la teora, para un sistema conectado enestrella.

Calcule el voltaje de fase del primario conectado en estrella.

Cmo el voltaje de fase del primario para el sistemaconectado en estrella se compara con el voltaje de fase

primario para un sistema conectado en delta?

El voltaje de fase del primario para el sistema conectado enestrella, es aproximadamente el voltaje de fase del primario endelta por el factor de la raz cuadrada de 3.

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Ejercicio 11.4Calcule el voltaje a travs de cada fase en el bobinado

primario.

B. Tablas

Nota: Refirase a la Pgina 4-11-16 del manual anexada aldocumento.

C. Diagramas fasoriales

Fig. 24 Diagrama fasorial Delta estrella

Fig. 25 Diagrama fasorial Estrella estrella (Voltaje deFase)

Fig. 26 Diagrama fasorial Estrella estrella (Voltaje deLnea)

Fig. 27 - Diagrama fasorial Estrella delta

Fig. 28 Diagrama fasorial Delta delta

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IV. CONCLUSIONES

El transformador trifsico es una mquina muy til ycon un campo de aplicacin bastante grande; ya quetiene una amplia gama de configuraciones en suconexin y diferentes mtodos de disposicin en laconstruccin de la parte fsica.

Los sistemas de potencia trifsicos tienen una gran

ventaja frente a los sistemas monofsicos, debido aque se puede obtener ms potencia de una mquinaelctrica trifsica.

V. RECOMENDACIONES

Tener todos lo materiales para proceder a larealizacin de la practica, ya que no se puede trabajarsi no se tiene todos los implementos necesarios en ellaboratorio de maquinas.

Colocar muy bien los valores en las hojas de datos yaque esto conlleva a errores y por ende a una malarealizacin de la prctica sin cumplir el objetivodeseado.

Trabajar siempre con la maquina desconectada paraevitar accidentes elctricos y que la misma pueda

producirle algn dao.

REFERENCIAS[1] CHAPMAN, Stephen J. Mquinas Elctricas, 3era

Edicin, Pgs. 117 127.[2] Manual Transformers POWERFRAMES.

[3] Transformadores Trifsicos, Enlace:http://www.monografias.com/trabajos93/analisis-de-transformadores-trifasicos/analisis-de-transformadores-trifasicos.shtml

[4] Transformadores para Circuitos Trifsicos, Enlace:http://inggilberto.com/TRANSFORMADORESTRIFASICOS.htm

Autores

Cristina Aguirre

EstudianteUniversidad Politcnica Salesiana2013

Jean Carlos Proao


Santiago Freire


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http://www.monografias.com/trabajos93/analisis-de-transformadores-trifasicos/analisis-de-transformadores-trifasicos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos93/analisis-de-transformadores-trifasicos/analisis-de-transformadores-trifasicos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos93/analisis-de-transformadores-trifasicos/analisis-de-transformadores-trifasicos.shtmlhttp://inggilberto.com/TRANSFORMADORESTRIFASICOS.htmhttp://inggilberto.com/TRANSFORMADORESTRIFASICOS.htmhttp://www.monografias.com/trabajos93/analisis-de-transformadores-trifasicos/analisis-de-transformadores-trifasicos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos93/analisis-de-transformadores-trifasicos/analisis-de-transformadores-trifasicos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos93/analisis-de-transformadores-trifasicos/analisis-de-transformadores-trifasicos.shtmlhttp://inggilberto.com/TRANSFORMADORESTRIFASICOS.htmhttp://inggilberto.com/TRANSFORMADORESTRIFASICOS.htm

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