Laboatorio N 4 Bancada Trifasica Docx

Índice

I. OBJETIVOS.............................................................................................................................3

II. FUNDAMENTO TEORICO.....................................................................................................3

III. MATERIALES.....................................................................................................................11

IV. PROCEDIMIENTO............................................................................................................14

V. CUESTIONARIO...................................................................................................................18

VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES........................................................................30

VII. RECOMENDACIONES.....................................................................................................30

VIII. BIBLIOGRAFIA..................................................................................................................31

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

I. OBJETIVOS

Analizar y evaluar el comportamiento en forma experimental de

las conexiones tipo Yy y Dd de dos bancos trifásicos.

Realizar el ensayo de cortocircuito y de circuito abierto de un

banco trifásico y calcular el valor de sus parámetros

respectivamente.

Determinar el circuito equivalente y verificar el reparto de carga

trifásica.

II. FUNDAMENTO TEORICOBANCO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN CONEXIÓN TRIFASICA Dd Yy

Un sistema trifásico se puede transformar empleando 3 transformadores

monofásicos. Los circuitos magnéticos son completamente independientes, sin

que se produzca reacción o interferencia alguna entre los flujos respectivos. 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.

ELEMENTOS DE UNA CONEXIÓN TRIFÁSICA

2LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICASBanco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd


Una transformación trifásica-trifásica consta de un primario, en conexión trifásica

equilibrada, que alimenta un sistema trifásico. Para abreviar, a este tipo de

transformación le llamaremos simplemente transformación trifásica.

Una transformación trifásica puede efectuarse de dos formas:

a) mediante tres transformadores monofásicos independientes, unidos entre si en

conexión trifásica.

b) mediante un solo transformador trifásico que, en cierto modo, reúne a tres

transformadores monofásicos.

En este caso, la interconexión magnética de los núcleos puede adoptar diversas

disposiciones, que examinaremos más adelante.

Transformación Trifásica mediante tres Transformadores Monofásicos.

Para esta transformación, se utiliza tres transformadores monofásicos de igual

relación de transformación. Los primarios se conectan a la red trifásica de donde

toman la energía y los secundarios alimentan el sistema trifásico de utilización.

Los transformadores son completamente independientes entre si, por lo que los

circuitos magnéticos también lo son, no produciéndose, por lo tanto, ninguna

interferencia o interacción entre los flujos magnéticos producidos.



Cada transformador lleva dos bornes de lata y dos de baja que se conectan

entre si de forma que pueda obtenerse la transformación trifásica deseada, para

obtener una transformación estrella-estrella, con neutro.

FORMAS MÁS FRECUENTES DE CONEXIÓN DE LOS DEVANADOS

Conexión estrella

En la conexión estrella se unen en un mismo punto los tres extremos de los

devanados que poseen la misma polaridad, existiendo dos formas básicas según

se unan, (U, V, W) o bien (U', V', W').

Conexión triángulo

En la conexión en triángulo se unen sucesivamente los extremos de polaridad

opuesta de cada dos devanados hasta cerrar el circuito. Según sea el orden de

sucesión se obtienen dos configuraciones.

Conexión zig-zag

La conexión zig-zag en la práctica sólo se emplea en el lado de menor tensión.

Consiste en subdividir en dos partes iguales los devanados secundarios, una parte

se conecta en estrella y luego cada rama se une en serie con las bobinas

invertidas de las fases adyacentes, siguiendo un determinado orden cíclico.



Conexiones de los transformadores

Las conexiones básicas de los transformadores trifásicos son: Y‐y; Y‐d; D‐y; D‐d;

Y‐z. En este laboratorio vamos a analizar las ventajas e inconvenientes de los

tipos conexión Dd y Yy.

Dependiendo de los tipos de conexión, pueden aparecer diferencias de fase entre

las tensiones compuestas del primario y secundario. Se denomina grupo al

desplazamiento o desfasaje entre las estrellas equivalentes del primario y

secundario. En lugar de considerar el valor del desplazamiento en grados se

utiliza un número que se obtiene de la siguiente relación:

N° Grupo = Desplazamiento angular en grados / 30°

Este número debe tenerse en cuenta para conectar en paralelo dos o más

transformadores trifásicos, además de la misma relación de

transformación, impedancia relativa de cortocircuito, secuencia de fase y

frecuencia de diseño



CONEXIÓN Yy: En la figura se muestra el transformador trifásico ó de tres

transformadores monofásicos formando un banco trifásico en conexión estrella

tanto para el primario como para el secundario.

Se puede apreciar que para obtener el circuito equivalente “por fase”, basta con

considerar una de las tres fases, ya que existe un punto común (neutro).

La Figura muestra el circuito equivalente por fase correspondiente, donde:



Req1=req1

Xeq1=xeq1

aT=a

y para la experiencia :



CONEXIÓN Dd: La Figura muestra un transformador ó banco trifásico en

conexión delta-delta. Como se observa, no es posible considerar una sola fase

ya que no existe un punto común.

Si se cortocircuita el secundario; desde el primario se ve el circuito de la Figura

a), el que puede transformarse en una estrella equivalente, tal como el de la

Figura b), donde se puede obtener un “punto común” o “punto neutro”. Este

punto no es real; sin embargo, permite considerar una sola fase del

transformador trifásico.

Y para la experiencia:



III. MATERIALES

3 transformadores monofásicos 1KVA 220/110 V



Multímetro digital

1 Analizador monofásico

1Analizador trifásico

1 Autotransformador monofásico



3 resistencias (Focos incandescentes)

3 condensadores



IV. PROCEDIMIENTO

Medimos la resistencia del bobinado tanto de alta como de baja (Rcc).

Calculamos el valor de la relación de transformación de los tres transformadores con ayuda del multímetro y del autotransformador.

Realizamos la prueba de cortocircuito con ayuda del autotransformador, para alcanzar la corriente nominal, y luego tomamos datos del analizador monofásico. (Los datos son similares puesto que los 3 transformadores son iguales 1 KVA 220/110v)



Determinación de los puntos homólogos (polaridad). Según la guía de laboratorio.


Icc aprox. 4.52


Conectamos los diversos circuitos (Dd, Yy) y tomamos datos del analizador trifásico. Aquí podremos notar la potencia activa, reactiva y el fdp.


Polaridad


conexión Yy : COMPROBANDO LAS CORIENTES DE LINEA Y TOMA DE DATOS


CONEXIÓN nDd


V. CUESTIONARIO

1. ¿Qué tipos de conexiones trifásicas de transformadores monofásicos existen? ¿Para qué sirven?

Tipos de conexiones

Simétricas: Yy Yd,Dy Dd Yz

Asimétricas Vv (triangulo abierto)

Del tipo de conexión dependerá la relación entre las tensiones y corrientes de línea y fase.

A través del tipo de conexión determinamos el sistema de tensiones, si es de secuencia

directa o inversa.

Conexión Yy:



Conexión Yd:

Conexión Dy:

Conexión Dd:

Conexión Yz:



Conexión delta abierto:

2. ¿A qué es debido el ruido que genera un transformador?

El bloque metálico del transformador no es macizo sino que está formado por una serie de

láminas metálicas o placas pegadas unas a otras e impregnadas con un barniz aislante.

Estas placas tienden a vibrar a 50 Hz por el efecto de la corriente alterna provocando el

ruido.

3. ¿Se pueden obtener diferentes relaciones de transformación con un transformador trifásico? ¿Y con un monofásico? Explícalo.

Las relaciones de transformación en fase no cambia, pero dependiendo del tipo de

conexión puede cambian la relación entre línea y fase; por lo tanto en un transformador

trifásico podemos tener diferentes relaciones de transformación.19

LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICASBanco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd


En un transformador monofásico solo tenemos un devanado primario y secundario con lo

que no es posible hacer combinaciones

4. ¿Qué requisitos deben cumplir los transformadores monofásicos para formar la conexión trifásica?

Las relaciones nominales de transformación deben ser iguales.

Deben tener igual potencia aparente nominal.

Las tensiones porcentuales de cortocircuito deben ser iguales para un reparto de

carga adecuado.

5.¿Por qué existe una asimetría en las corrientes de vacío?

Según el circuito mostrado el flujo que pasa por la columna central tiene menos recorrido,

lo que da lugar una asimetría en dicha columna.

Esto produce un desequilibrio en las corrientes de vacío de las tres fases

6. Si formamos un transformador trifásico a partir de tres transformadores monofásicos iguales y lo alimentamos con un sistema trifásico equilibrado de secuencia directa, ¿obtendremos a la salida siempre un sistema equilibrado de tensiones de secuencia directa?.



No necesariamente; por ejemplo si alimentamos una carga desequilibrada, hay tipos de

conexiones que no responden adecuadamente. Además si cambiamos el tipo de conexión

podemos cambiar de secuencia directa a inversa y viceversa. Por lo tanto, la salida

depende fundamentalmente del tipo de conexión a realizarse.

7. Indique las ventajas y desventajas de los bancos monofásicos en conexión trifásica respecto a los transformadores trifásicos.

VENTAJAS DEL BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFOSICOS

La ventaja más lógica es si una fase entra en circuito abierto, las otras dos fases siguen

funcionando dando energía a la carga. La carga que ahora podría suministrar seria

aproximadamente el 58% de la potencia nominal trifásica, teniendo cuidado porque

estaríamos sobrecargando corrientes en los conductores.

Se puede conectar neutro a los bobinados, ya que la configuración es externa muy al

contrario de un transformador trifásico que su configuración ya viene diseñada e indicada

en la placa. La opción de trabajar con 4 conductores en trifásicas es para obtener una

distribución más equilibrada. Por lo que respecta a las bobinas primarias y secundarias, las

podemos conectar de varias formas, teniendo cuatro posibles casos: Y/Y, Y/Δ, Δ/Y,

Δ/Δ. Es decir, podemos conectar las bobinas primarias en estrella o en triángulo al igual

que las bobinas secundarias. Dependiendo como lo hagamos tendremos unas

características técnicas u otras.

También sirve para poder cambiar el número de fases del sistema, es decir, un sistema

trifásico lo podemos convertir en un sistema bifásico, de 6 fases, de doce fases, etc.

DESVENTAJAS DEL BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS

Resulta un costo elevado para conversiones de tensiones. Además es importante el peso

para la instalación de una sub-estación aérea donde claramente el transformador trifásico

tiene una clara ventaja.



8. ¿En qué casos es conveniente usar la conexión Yy y Dd?

Conexión Yy: Con este tipo de conexión se tienen dos neutros, uno en las bobinas

primarias y otro en las bobinas secundarias. El problema surge cuando no se conectan

estos neutros a la masa o tierra, porque las señales u ondas senoidales salen por el

secundario distorsionadas. Solamente no es necesario conectar los neutros a tierra

cuando el sistema trifásico está muy equilibrado. Asimismo, debemos indicar que no hay

un desplazamiento de fase entre las tensiones de entrada y las tensiones de salida

Conexión Dd: Este tipo de conexión tiene la desventaja de no disponer de ningún neutro,

ni en el primario ni en el secundario. Otra desventaja es el aislamiento eléctrico que

resulta más caro que otro de conexión (Y), para las mismas especificaciones técnicas.

En este tipo de conexión las tensiones de entrada y salida se encuentran en fase.

Este sistema de conexión es utilizado en sistemas trifásicos donde la tensión no es muy

elevada.

La principal ventaja de este modo de conexión es que aunque las cargas no estén bien

equilibradas las tensiones mantienen un buen equilibrio, muy buena regulación.

9. ¿Qué diferencias relevantes se encontraron al trabajar con la conexión Yy0 y Yy6?

Las formas de conexiones fueron diferentes, se realizaron como se muestra en las

siguientes gráficas:



Como se puede ver en las características de desfase en Yy0 no hay desfase, en Yy6 hay un

desfase de 180º. Además es diferente la configuración en la polaridad.

10. ¿Qué diferencias relevantes se encontraron al trabajar con la conexión Dd0 y Dd6?

Las formas de conexiones fueron diferentes, se realizaron como se muestra en las

siguientes gráficas:

Como se puede ver en las características de desfase en Dd0 no hay desfase, en Yy6 hay un

desfase de 180º. Además es diferente la configuración en la polaridad.

11. Enumera algunas de las normas de seguridad a tener en cuenta en los ensayos de transformadores.



Las normas de seguridad los cuales pudimos experimentar son de corto circuito y circuito

abierto. En el ensayo de corto circuito debe ser necesariamente en el de AT y poner en

corto circuito el bobinado de BT para evitar corrientes altas en los conductores y producir

accidentes, así también podemos mencionar que debemos a empezar esta prueba con la

menor tensión posible. En el de circuito abierto no tuvimos complicación pero debemos

tener en cuenta la resistividad a la temperatura ambiente, acomodar este factor a la

temperatura de 75ºC que es lo normado para estos dos tipos de ensayos.

Las pruebas tipo o de diseño y recepción de los transformadores de corriente serán de

acuerdo con lo indicado en las normas IEC-60044 y ANSI/IEEE C57.13. El fabricante deberá

adjuntar con su oferta, las pruebas tipo IEC o ANSI/IEEE.

12. ¿En qué casos se utiliza la conexión Delta abierto?

Cuando en un banco de transformadores trifásico tienes avería en una fase y se retira el

transformador para reparación, los dos transformadores restantes se conectan en delta

abierto siendo este nombre por el espacio que quedó al retirar el transformador dañado,

esto permite que puedas utilizar parte de la potencia instalada aún cuando se haya

retirado el transformador. El siguiente dibujo representa a dos transformadores

monofásicos conectados entre sí en la manera denominada triángulo abierto o delta

abierta.



Esta forma de conectar dos transformadores monofásicos no es muy empleada. Solamente

se utiliza cuando se nos ha estropeado un transformador, es decir, en casos de emergencia.

El problema de esta conexión es que se pierde potencia en las líneas, en torno al 13.4%, por

ello no se utiliza. El funcionamiento es el mismo al de una conexión Δ/Δ.

13. Tomando como referencia los valores suministrados por la red, las corrientes medidas por el amperímetro y el circuito equivalente aproximado de cada transformador, plantear y resolver el circuito respectivo. Determinar las potencias consumidas por cada carga y su respectivo factor de potencia. Comparar los resultados obtenidos al resolver el circuito con los medidos por los respectivos instrumentos (vatímetro y cosfímetro), indicar el % de error y las posibles causas de los mismos

caracteristicas del transformador

IN(A) Vcc(V) Icc(A) Pcc(W)T1: 4.54 16.13 4.61 74T2: 4.54 15.52 4.55 70T3: 4.54 15.6 4.62 70

SE OBTIENE

Zeq Req Xeq

3.49891543.4820088

40.34354540

63.4109890

13.3812341

50.44955717

43.3766233

83.2795487

30.80383177

9



prom 3.42884263.3809305

70.53231145

3

Yy punto Yy6no punto Yy0

ALTAVRS(V) 228.9 VRN(V) 139.5VST(V) 227.9 VSN(V) 142.5VTR(V) 227.2 VTN(V) 135.4

RELAC TRANS

BAJA aVrn(V) 82.9 1.6827503Vsn(V) 74.1 1.92307692Vtn(V) 79 1.71392405

Dd punto Dd0no punto Dd6

RELAC TRANS

ALTA BAJA aVRS(V) 228.2 Vrs(V) 132 1.72878788VST(V) 227.9 Vst(V) 122.7 1.85737571VTR(V) 227.2 Vtr(V) 130 1.74769231

CONEXIÓN Dd

Caso 1: Lámparas incandescentes

a) Lámparas incandescentes conectadas en delta

con carga Dd

220:127Vrs(V) 130.8Vst(V) 121.5Vtr(v) 130.6

V(v) 127.6333333



fdp 1 P 135Z 120.66865

Pasando al circuito monofásico equivalente:

circuito monofásico eqivalenteVeq 73.68913936

zeq 1.142947532req 1.126976858xeq 0.177437151Ieq 0.632333333

Vz=Veq-Ieq(Zeq + Z)

Vz=107.81123<-46.6798

%r= (73.68−107.81123)/107.81123 => %r=31.6583

b) Lámparas con condensadores



Pasando al circuito equivalente:

Itr 1.96 vrs 131.4Its 1.86 vst 121.5Itt 1.84 vts 130.8

prom I 1.88666667 v 127.9

rz 125.833923 xz 41.5188071

Vz=Veq-Ieq(Zeq + Z)

Vz=213.9625<113.069

%r=40.22



VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

El transformador a cierto voltaje actúa como un transformador con cargas diferentes en

cada fase.

El tansformador en cada línea tiene diferente valor tanto de corriente como de voltaje.

Dependiendo de la aplicación se debe escoger la conexión que más se adapte a las

necesidades, ya que por ejemplo la conexión delta-Y entrega un voltaje alto pero

con baja corriente, mientras que la conexión Y-Delta entrega bajo voltaje a alta

corriente. Las conexiones Delta-Delta y Y-Y conservan la relación de

transformación de los transformadores individuales

Debido a que la corriente de excitación en la rama del núcleo de hierro es mínima

en comparación a la corriente de carga podemos despreciar esta rama en los

cálculos tal como se realizó anteriormente.

VII. RECOMENDACIONES

Se recomienda conectar con mucho cuidado el motor trifásico, ya que una mala conexión

podría dañar el mismo. A su vez al momento del encendido del motor, sujetarlo

fuertemente para que no salte y perjudique las conexiones hechas.

Seguir las especificaciones indicadas en el vatímetro y cosfímetro para su adecuado

funcionamiento.

Verificar el buen estado de los cables de conexión para evitar interrupciones en el

desarrollo del laboratorio.



VIII. BIBLIOGRAFIA Máquinas eléctricas, Fitzgerald, A. E., Editorial Mcgraw-Hill

Interamericana, 2005

Máquinas eléctricas, Fraile Mora Jesús, 5° Edicion, Editorial

McGraw-Hill / Interamericana, 2008


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