Practica 2

Práctica No. 2: Conexión de Transformadores Trifásicos

S. E. P. D.G.E.S.T.

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA

ELÉCTRICA-ELECTRÓNICA

(ÁREA ELECTRÓNICA)

LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS

PRÁCTICA No. 02

Conexión de Transformadores Trifásicos

EQUIPO No.: 2

INTEGRANTES:

Ángel Iván Santiago Romero

Isaac Téllez Jaime

_________________________________________

Vo. Bo. Nombre del maestro

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Maquinas Eléctricas

Practica No. 2

Conexión de Transformadores Trifásicos

Objetivo(s):

1) Conectar Transformadores en configuraciones delta y estrella.

2) Estudiar las relaciones existentes entre voltajes y corrientes.

1. Desarrollo Teórico.

1.1 Marco Teórico.

Los principales sistemas de generación y distribución de energía eléctrica en el mundo son

sistemas trifásicos de corriente alterna, debido a las grandes ventajas que presentan. Tales

sistemas trifásicos tienen las siguientes ventajas sobre los sistemas monofásicos:

1) Para un tamaño y voltaje dado, un alternador trifásico ocupa menos espacio y es

menos costoso que los monofásicos del mismo tamaño.

2) Para transmisión y distribución, los sistemas trifásicos necesitan menos material

conductor que un sistema monofásico

3) Es posible producir campos magnéticos rotatorios con bobinados estacionarios

usando el sistema trifásico. Por ello los motores trifásicos son de autoarranque.

4) En un sistema monofásico, la potencia instantánea es una función del tiempo, por

ello el rendimiento de los sistemas monofásicos es pobre. Sin embargo, la potencia

instantánea en los sistemas trifásicos es constante.

5) El factor de potencia de los motores monofásicos es pobre en relación a los motores

trifásicos equivalentes.

Los transformadores son una parte principal en sistemas trifásicos de CA. Para su

utilización en estos sistemas, se pueden considerar dos configuraciones, la primera consiste en

una sola unidad, denominada transformador trifásico, o tres transformadores monofásicos con sus

devanados conectados en delta o estrella. Esta última configuración presenta la desventaja de ser

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más costosa que la primera, y tiene como ventaja que cualquier unidad del banco puede ser

reemplazada individualmente.

Como se ya se menciono, los primarios y secundarios de cualquier transformador trifásico

se pueden conectar independientemente en Y (estrella) o en ∆ (delta), de lo cual se obtienen

cuatro tipos diferentes de conexiones:

1. Devanados primarios en delta, devanados secundarios en delta, o delta-delta (∆−∆ )

.

Conexión ∆−∆

2. Devanados primarios en estrella, devanados secundarios en estrella, o estrella-

estrella (Y−Y ).

Conexión Y−Y

3. Devanados primarios en estrella, devanados secundarios en delta, estrella-delta

(Y−∆ ).

Conexión Y−∆

4. Devanados primarios conectados en delta, devanados secundarios en estrella, delta-

estrella (∆−Y ).

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Conexión ∆−Y

Independientemente de la conexión que se escoja los devanados de cada transformador

deben estar correctamente conectados a las relaciones de fase. Par determinar esto, cuando los

secundarios están conectados en estrellase mide el voltaje entre los devanados como en

figura1−1. El voltaje entre A y B deberá ser igual a √3 el voltaje entre los terminales de cada

bobina, si el voltaje medido es igual al de una de las bobinas entonces uno de los devanados debe

ser invertido.

figura1−1

Como se ilustra en la figura1−2, después del procedimiento anterior se conecta el tercer

devanado, c . Entonces el voltaje de C a A ó B deberá ser igual a √3 veces el voltaje de cada una

de las bobinas individuales, en caso de no cumplirse la bobina c deberá ser invertida.

figura1−2

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Par determinar la correcta conexión de fases cuando los secundarios están conectados en

delta, se mide el voltaje entre los terminales de dos bobinas como se muestra en la figura1−3. El

voltaje entre A y C deberá ser igual al voltaje de cada uno de los devanados, en caso de no ser así

uno de los devanados de ser invertido.

figura1−3

El devanado c se conecta entonces como lo muestra la figura1−4, al medir el volataje de los tres

devanados entre C1 y C deberá ser igual a cero, de no ser así el devanado c deberá ser invertido.

Las terminales C1 y C deberán ser unidas cuando las relaciones de fase sean correctas.

figura1−4

1.2 Análisis.

Para analizar el comportamiento de los transformadores trifásicos es necesario seguir la

seguir esta premisa: “Cuando el sistema trifásico está constituido por tres transformadores

monofásicos independientes cada uno de estos puede ser analizado individualmente por medio de

las formulas y procedimientos que aplican a un transformador monofásico aislado”. Guiándonos

por el enunciado anterior podemos establecer las relaciones de voltaje entre los devanados

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primario y secundario de un transformador trifásico según la conexión que exista entre ellos,

delta o estrella.

Conexión Y−Y

En esta conexión el voltaje primario de cada fase del transformador está dada por la formula:

V ∅ P=V LP

√3

La misma fórmula puede aplicarse para determinar el voltaje secundario de cada fase:

V ∅ S=V LS

√3

La relación de vueltas del transformador es:V LP

V LS

=√3V ∅ P

√3V ∅ S

=a

Conexión ∆−∆

En esta conexión los voltajes de línea y fase en el primario y secundario se rigen por las

siguientes igualdades:

V LP=V ∅ P y V LS=V ∅ S

La relación entre los voltajes de línea primario y secundario es:

V LP

V LS

=V ∅ P

V ∅ S

=a

Conexión Y−∆

En esta conexión, el voltaje primario de línea está relacionado con el voltaje primario de fase por:

V LP=√3V ∅ P

El voltaje secundario de línea es igual al voltaje secundario de fase:

V LS=V ∅ S

La relación de voltajes en cada fase es:

V ∅ P

V ∅ S

=a

La relación entre el voltaje de línea del lado primario y el voltaje de línea en el lado secundario

es:

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V LP

V LS

=√3 a

Conexión ∆−Y

En esta conexión, el voltaje primario de línea es igual al voltaje primario de fase:

V LP=V ∅ P

Los voltajes secundarios están relacionados por:

V LS=√3 V ∅ S

La relación de voltajes línea a línea en esta conexión es:

V LP

V LS

=√3a

1.3 Prereporte.

Durante el desarrollo de la práctica se conectaron y analizaron 5 circuitos diferentes, para

verificar que las conexiones fueron correctas, se efectuó la simulación de cada uno de ellos

utilizando el software Multisim de National Instrumens, A continuación se presentan dichas

simulaciones.

Conexión Y−Y

Simulación de Conexión Y−Y utilizando transformadores monofásicos

Como se puede apreciar en la imagen los voltajes de línea y fase obtenidos en la simulación

coinciden razonablemente con los calculados en el paso anterior.

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Conexión ∆−Y

Simulación de Conexión ∆−Y utilizando transformadores monofásicos



Conexión Δ−Δ

Simulación de Conexión ∆−∆ utilizando transformadores monofásicos



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Conexión Y−Δ

Simulación de Conexión Y−∆ utilizando transformadores monofásicos



Conexión Δ abierta

Simulación de Conexión Δ abierta utilizando transformadores monofásicos



2. Desarrollo Práctico.

2.1 Material y equipo a utilizar.

Modulo de fuente de potencia (0−120/208 V 3Φ )

Modulo de medida Ac (250 /250 /250V )

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Modulo de transformadores (3)

Cables de conexión

2.2 Procedimiento y resultados.

1.

a) El circuito de la figura1−5 posee transformadores conectados en configuración: Estrella-

Estrella.

figura1−5

b) Calcular los voltajes esperados y escribirlos en los espacios previstos.

Valores Calculados

E1=207.846V E2=207.846 V E3=207.846 V

E4=120 V E5=120V E5=120V

E7=207.846 V E8=207.846 V E9=207.846 V

E10=120 V E11=120 V E12=120 V

c) Conectar el circuito mostrado.

d) Conecte la energía e incremente suavemente el voltaje de fase a neutro hasta 120 V CA

e) Medir los voltajes indicados y escribirlos en los espacios previstos.

Valores Medidos

E1=210V E2=208V E3=208V

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E4=114 V E5=114V E5=109V

E7=210 V E8=208 V E9=209 V

E10=114 V E11=109 V E12=114 V

f) Regrese el voltaje de salida a 0 y apague la fuente de potencia. Repetir (d), (e) y (f) hasta

que la lista de voltajes este completa.

2.

a) El circuito de la figura1−6 posee tres transformadores conectados en configuración:

Delta-Estrella.

figura1−6


Valores Calculados

E1=155.884 V E2=155.884 V E3=155.884 V

E4=155.884 V E5=155.88V E5=155.88V

E7=90 V E8=90 V E9=90 V


d) Conecte la energía e incremente suavemente el voltaje de fase a neutro hasta 90V CA

e) Medir los voltajes indicados y escribirlos en los espacios previstos.

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Valores Medidos

E1=159.6 V E2=157.6V E3=158.4 V

E4=158.2 V E5=159.8V E5=157.7 V

E7=89.7 V E8=90.1 V E9=90.5 V

f) Regrese el voltaje de salida a 0 y apague la fuente de potencia. Repetir (d), (e) y (f) hasta


3.


Delta-Estrella.

figura1−7


Valores Calculados

E1=207.846V E2=207.846 V E3=207.846 V

E4=120 V E5=120V E5=120V

E7=120V E8=120 V E9=120 V

c) Conectar el circuito mostrado, abrir el secundario conectado en delta en el punto “A” y

colocar un voltímetro en el lazo abierto.

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d) Conecte la fuente de energía y aumente lentamente el voltaje de salida. El voltímetro no

deberá registrar voltaje apreciable si la conexión delta esta correctamente conectada a las

fases. Podría registrar un pequeño voltaje ya que la fuente trifásica puede estar

desbalanceada o los tres transformadores tener pequeñas diferencias.

e) Regrese el voltaje a cero y apague la fuente de energía.

f) Remueva el voltímetro y cierre la conexión delta conectando el punto “A”.

g) Conecte la energía e incremente suavemente el voltaje de fase a neutro hasta 120 V CA

h) Medir los voltajes indicados y escribirlos en los espacios previstos.

Valores Medidos

E1=211V E2=211V E3=212V

E4=121 V E5=121V E5=122V

E7=117V E8=119V E9=119V

i) Regrese el voltaje de salida a 0 y apague la fuente de potencia. Repetir (d), (e) y (f) hasta


4.


Delta-Delta.

figura1−8

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Valores Calculados

E1=207.846V E2=207.846 V E3=207.846 V

E4=207.846 V E5=207.846 V E6=207.846 V

c) Conectar el circuito mostrado, abrir el secundario conectado en delta en el punto “A” y

colocar un voltímetro en el lazo abierto.

d) Conecte la fuente de energía y aumente lentamente el voltaje de salida. El voltímetro no

deberá registrar voltaje apreciable si la conexión delta esta correctamente conectada a las

fases. Podría registrar un pequeño voltaje ya que la fuente trifásica puede estar

desbalanceada o los tres transformadores tener pequeñas diferencias.

e) Regrese el voltaje a cero y apague la fuente de energía.

f) Remueva el voltímetro y cierre la conexión delta conectando el punto “A”.

g) Conecte la energía e incremente suavemente el voltaje de fase a neutro hasta 120 V CA

h) Medir los voltajes indicados y escribirlos en los espacios previstos.

Valores Medidos

E1=210V E2=209V E3=211V

E4=210 V E5=208V E6=211V

i) Regrese el voltaje de salida a 0 y apague la fuente de potencia. Repetir (d), (e) y (f) hasta


5.

a) El circuito mostrado en la figura1−9 tiene dos transformadores conectados en

configuración de delta abierta.

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figura1−9

b) Calcular los valores de voltajes esperados y anotarlos en los espacios previstos.

Valores calculados

E1=207.846V E2=207.846 V E3=207.846 V

E4=207.846 V E5=207.846 V E6=207.846 V


d) Conecte la fuente de potencia y aumente lentamente el voltaje de salida hasta tener un

voltaje de línea igual a 207.846 V .

e) Mida los voltajes indicados y apúntelos en los espacios previstos.

Valores Medidos

E1=210V E2=209V E3=211V

E4=210 V E5=208V E6=211V

f) Regrese el voltaje de la fuente a cero y apáguela. Repita (d), (e) y (f) hasta completar

todas la medidas solicitadas.

Cuestionario.

1. Compare los resultados de los procedimientos 4 y 5.

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a) ¿Existen diferencias entre los voltajes de las configuraciones delta-delta y delta

abierta? Respuesta: No

b) ¿Los VA de la configuración delta-delta son los mismos de la configuración delta

abierta? Respuesta: No. Explicación: Puesto que cada transformador en delta

abierta entrega voltaje de línea y no de fase, los VA que proporciona esta conexión

en comparación con la conexión trifásica completa es:

VA por tranformadorPotencia Trifasica total

=V L I L

√3 V L I L

= 1√3

=0.577

Es decir, 57% del total si la conexión estuviera completa.

c) Si las corrientes nominales de los secundarios de la delta abierta se aumentaran,

¿podría la delta abierta funcionar igual que la configuración delta-delta?

Respuesta: No. Explicación: la corriente nominal nunca puede superar el 57% de

lo que era en la conexión delta-delta.

2. Si cada transformador tiene una capacidad de 60kVA ¿Cuál será la capacidad total

trifásica que se obtiene en cada una de las cinco configuraciones?

a) Estrella-estrella: 60kVA

b) Estrella-delta: 60kVA

c) Delta- estrella: 60kVA

d) Delta- delta: 60kVA

e) Delta abierta: 34 kVA

3. Si la polaridad de uno de los devanados esta invertido, en el procedimiento 1:

a) ¿Existirá un corto inactivo? No

b) ¿El transformador se calentara? Si

c) Se presentara desbalanceo de los voltajes primarios? Si

d) ¿Se desbalancearan los voltajes secundarios? Si

4. Si la polaridad de uno de los devanados esta invertida, en el procedimiento 4:

a) ¿Existirá un corto inactivo? Si

b) ¿El transformador se calentara? Si

c) ¿Se presentara desbalanceo de los voltajes primarios? No

d) ¿Se desbalancearan los voltajes secundarios? Si

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Conclusiones y recomendaciones.

Esta práctica nos permitió conocer y entender el funcionamiento de los transformadores

trifásicos. Simulamos y conectamos 5 diferentes configuraciones de transformadores

monofásicos que dan como resultado sistemas trifásicos. Analizamos el modo correcto de realizar

las conexiones, las formulas asociadas a cada conexión así como las ventajas y desventajas de

cada configuración.

Bibliografía y Software.

o Boylestad, Robert, Introducción al análisis de circuitos, Prentice Hall, México, 2010

o Chapman, Stephen, Maquinas Electricas, Mc Graw Hill, México, 2000

o Multisim 11.0

o Proteus 8 Profesional

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