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• juan carlos revilla

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE MAQUINAS 1 Laboratorio N° 6

ENSAYO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN CONEXIONES TRIFASICOS 1. OBJETIVOS a) Realizar conexiones trifásicas en un banco de transformadores trifásicos. b) Determinar las relaciones de tensiones entre fases y fase a neutro y las relaciones de corrientes de línea y de fases. c) Determinar el desfase de tensión primaria y secundaria de los grupos de conexión más utilizados en los sistemas de potencia. d) Desarrollar habilidades para elaborar diagramas fasoriales, a partir de datos medidos.

2. INTRIDUCCION Habiéndose estudiado el transformador monofásico en forma simplificada, ahora se estudiará en forma más compleja, es decir, en un arreglo trifásico, o banco de transformadores monofásicos. Aunque esto no siempre es de esta forma en la realidad, ya que existen transformadores trifásicos individuales, construidos en la misma carcasa, y donde su aplicación depende de la tensión de trabajo y la capacidad en voltamperios de diseño; que generalmente son altas en estos casos. El circuito equivalente del transformador trifásico es igual al equivalente monofásico, excepto que ahora existen 3 arreglos por cada fase, y siempre habrá simplicidad para el análisis. Al igual que los transformadores monofásicos, es recomendable conocer la polaridad cuando se desean conectar en paralelo, evitando los desastres por cortocircuitos. En la vida real generalmente se debe especificar si es aditivo ó sustractivo, además de todos los arreglos posibles a voltaje nominal. La relación de transformación del transformador trifásico, está íntimamente ligado con las conexiones del lado primario y secundario, donde esta relación viene dada en función de los voltajes de línea y voltajes de fase.

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Fig. Conexión Yz1

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Diagrama vectorial del zig-zag 3. MATERIALES, INSTRUMENTOS DE MEDICION Y EQUIPOS Los siguientes dispositivos, equipos, instrumentos y materiales sean necesarios para la realización de la práctica: Ítem 1 2

Cantida d 1 3

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

2 2 1 1 1 1 1 1 1 1

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Descripción Regulador de tensión trifásica (variac) 220 V, 25 A Transformadores de potencia monofásico: 220 V, 110 V, 60Hz. ó 500 VA ó 1000 VA, Amperímetro de c.a. 5 A, 1 A Voltímetro de c.a. de 150 V, 300V Vatímetro 1A, 120; 5 A, 240 V, ó 5A, 120V;25 A, 240 Frecuencímetro de 220 V Microohmímetro MPK5 (o puente Wheastone) Reostato o resistencia de 11 Ω, 8 A. Multitester para verificación de circuitos Kit de cables flexibles AWG 14 ó 2.5 mm2 Termómetro de mercurio o digital Resistencia de carga según potencia del autotransformador Osciloscopio digital de 2 canales y 2 terminales

4. PROCEDIMIENTO

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a) Determinar, verificar y marcar la polaridad de los devanados de cada uno de los transformadores monofásicos con las letras A, B, C, a, b y c. b) Armar la conexión trifásica y verificar y determinar su relación de transformación experimentalmente. # 1 2 3

CONEXIO N Yyn-0 Dyn-1 Dyn-5

Sn [VA] 1050 1050 1050

V1n [V] 190 190 190

Vf1 [V] V2n [V] A B C A 380 244 247 229 122.6 220 220.3 219.5 218.8 110.1 220 109.7 109.8 108.9 219.3

Vf2 [V] a B C 124.2 119.6 0.5 110.2 109.4 0.49 219.7 218.4 0.49

c) Montar el circuito de la figura 1 para realizar los ensayos de rutina del transformador trifásico: ensayo de vacío y corto circuito de acuerdo a la normatividad vigente.

N° 1 2 3 4 5 6

Amp1 A

Volt1 V

Vatímetro W

Amp2 A

5. CUESTIONARIO PARA LA DISCUSION DE RESULTADOS

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Volt2 V

f Hz

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5.1. Dibujar y trazar los diagramas vectoriales para verificar los respectivos configuraciones y grupo de conexión de la tabla en el punto a.

5.2. Determine las relaciones de transformación monofásica y trifásica de cada configuración.

Yyn-0 V 1 √3 ×V 1 n V 1 n 190 n= = = = =0.5 V 2 √3 ×V 2 n V 2 n 380 Dyn-1 V1 V 1n V 1n 190 n= = = = =0.49 V 2 √3 ×V 2 n √3 ×V 2 n √ 3× 220

Dy-5 n=

V1 V 1n V 1n 220 = = = =0.49 V 2 √ 3 ×V 2 n √ 3 ×V 2 n √ 3× 110

Dz-11 V1 V 1n V 1n 220 n= = = = =1.15 V 2 √ 3 ×V 2 n √ 3 ×V 2 n √ 3× 110 5.3.



Cuáles son las configuraciones más usadas y porque?

Yd5 y el Yd11. El empleo más frecuente y eficaz de este tipo de conexión es en los transformadores reductores para centrales, estaciones transformadoras y finales de línea conectando en estrella el lado de alta tensión y en triángulo el lado de baja tensión. 7

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

Dy5 y el Dy11. Este sistema de conexión es el más utilizado en los transformadores elevadores de principio de línea, es decir en los transformadores de central. En el caso de cargas desequilibradas no provoca la circulación de flujos magnéticos por el aire, ya que el desequilibrio se compensa magnéticamente en las tres columnas. Como se puede disponer de neutro en el secundario, es posible aplicar este sistema de conexión a transformadores de distribución para alimentación de redes de media y baja tensión con cuatro conductores.



Yz5 y el Yz11. Este tipo de conexión se emplea para transformadores reductores de distribución, de potencia hasta 400KVA; para mayores potencias resulta más favorable el transformador conectado en triángulo estrella.

5.4. Haga una lista de ventajas y desventajas del banco de transformadores monofásicos en conexión trifásica.

a) La conexión Y-Y Ventajas:  Con este tipo de conexión se tienen dos neutros, uno en las bobinas primarias y otro en las bobinas secundarias. Solamente no es necesario conectar los neutros a tierra cuando el sistema trifásico esta muy equilibrado. Asimismo, debemos indicar que no hay un desplazamiento de fase entre las tensiones de entrada y las tensiones de salida. Desventajas:  Si las cargas en el circuito del transformador no están equilibradas, entonces los voltajes en las fases del transformador pueden llegar a desequilibrarse severamente  Los voltajes de terceras armónicas pueden ser grandes. b) Conexión Delta – Delta (∆ -∆) Ventajas 8

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

Esta conexión no tiene desplazamiento de fase.



No tiene problemas con cargas desequilibradas o armónicas.



Se puede quedar trabajando con dos transformadores nada más en caso de reparaciones cuando hablamos de un banco de transformadores monofásicos y seria el 58% de su 100%.

Desventajas: 

Cuando trabaja con cargas desequilibradas los voltajes en las fases del transformador pueden desequilibrarse bastante.



Los voltajes de terceros armónicos son grandes

c) Conexión Ye – Delta (Y - Δ). Ventajas  Es bueno para bajar el alto voltaje por la ventaja de que se tiene un neutro para aterrizar el lado de alto voltaje.  Esta conexión es estable con respecto a cargas desequilibradas, debido a que la delta redistribuye cualquier desequilibrio que se presente. Desventajas:  Esta conexión tiene como desventaja que el voltaje secundario se desplaza en retraso 30º.  No se puede conectar en paralelo con otro transformador porque no se cumple que los ángulos de fase de lo secundarios sean iguales por el desfasamiento de los 30º. 5.5. Porque un transformador trifásico tipo columna los flujos magnéticos en sus columnas no son iguales. Porque se encuentra un desequilibrio debido a que cada una de las fases tiene corrientes magnetizantes distintas, estas corrientes magnetizantes distintas se debidas a que el ancho de las columnas del transformador no son iguales, por lo menos la columna del centro es más delgada que las columnas laterales, por lo tanto los flujos magnéticos son diferentes. 5.6.

Qué ocurre si una de dos fases de conexión trifásica se intercambian.

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Se cambiaría el sentido de giro ósea se invierte la secuencia de horario hacia anti horario. 5.7.

Donde tiene aplicación de una conexión en zig-zag.

Se utilizan para evitar el inconveniente de cargas desequilibradas se conecta el arrollamiento secundario en zigzag. Esta conexión consiste en hacer que la corriente circula por cada conductor activo del secundario, afecte siempre igual a dos fases primarias, estas corrientes se compensan mutuamente con las del secundario. Designando arbitrariamente los terminales del primario y con respecto a estas designaciones el secundario ofrece cuatro posibilidades distintas de conexión, dos de ellas que proceden del neutro. Estos grupos de conexión son: Desfase de 30º (Yz1). Desfase de 150º (Yz5). Desfase de -30º (Yz11). Desfase de -150º (Yz7). De estos grupos de conexión los más utilizados son el Yz5 y el Yz11. Este tipo de conexión se emplea para transformadores reductores de distribución, de potencia hasta 400KVA; para mayores potencias resulta más favorable el transformador conectado en triángulo estrella. 6. INVESTIGACION COMPLEMANTARIA

6.1. Investigue y calcule los parámetros del circuito equivalente a partir de los datos de un protocolo de pruebas de un transformador trifásico de distribución o de transmisión, presentar la copia del protocolo. Los siguientes documentos de referencia son indispensables para la aplicación de este documento. Para las referencias con fecha sólo se aplica la edición citada. Para las referencias referencias sin fecha se aplica la última edición de la publicación mencionada se aplica (incluyendo cualquierenmiendas).  IEC 60076-1:1993, Transformadores de fuerza - Parte 1: Generalidades Enmienda 1 (1999) 2 10

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 IEC 60076-3:2000, Transformadores de fuerza - Parte 3: Niveles aislamiento,las pruebas dieléctrico y espacios libres en el aire  IEC 60076-8:1997, transformadores de potencia - Parte 8: Orientación  IEC 60076-11:2004, transformadores de potencia - Parte 11: transformadores de tipo seco 7. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES CONCLUSIONES     



Los transformadores monofásicos en conexiones trifásicas son recomendables ya que si existe un problema en un transformador se puede reemplazar por otro. Se debe realizar las conexiones trifásicas con tres transformadores de las mismas características. Se determinó las relaciones de transformacion de tensiones entre las fases. Se puede concluir que las conexiones que se realizan en los transformadores son importantes, cada uno tiene distintas ventajas y desventajas Se tener en cuenta que muchos de los transformadores junto con sus conexiones están construidos para aplicaciones específicas en alta y baja tensión por lo que no tendremos que pensar mucho al momento de elegir. los transformadores son máquinas indispensables en nuestras vidas, que principalmente ayudan a la distribución eléctrica

OBSERVACIONES   

Vimos que las tensiones no eran realmente balanceadas ya que varia en algunas conexiones. Antes de realizar las conexiones trifásicas es necesario verificar los instrumentos ya que debemos ponerlos en la máxima escala. Todas las conexiones tiene su razón de ser ya que tratan de aprovechar de mejor manera las cuatro principales conexiones que se tienen ya nombradas al inicio de esta informe.

8. BIBLIOGRAFIA Jesús Fraile Mora, “Máquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra. edición, 2008. Fitzgerald A. E. Charles Kingsley Jr, Stephen D. Umans, “Máquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra. edición, 2003.

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