PREINFORME 1 TRANSFORMADOR TRIFÁSICO

LABORATORIO DE CONVERSIÓN ELECTROMAGNÉTICA.

OBJETIVO.

La práctica a realizar tiene como objetivos la determinación de las bobinas que componen el transformador trifásico así como determinar la polaridad en cada una de estas.

TRANSFORMADOR TRIFÁSICO.

El transformador más utilizado actualmente es el trifásico. Esto se debe a que la producción, distribución y consumo de energía eléctrica se realizan en corriente alterna trifásica. 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.

Figura 1. Banco trifásico a base de tres transformadores monofásicos.

Podemos, sin embargo, colocar cada arrollamiento en una columna de un núcleo magnético común, de manera que las pérdidas de flujo se minimicen y la estructura del transformador gane en resistencia y simplicidad.

Figura 2. Transformador trifásico construido sobre un único núcleo.

Un banco de transformadores trifásicos también puede producir un desplazamiento de fase entre el voltaje de entrada trifásico y el voltaje de salida trifásico. La cantidad del desplazamiento de fase depende de la relación de vueltas de los transformadores y de cómo están interconectados los primarios y secundarios.

Al realizar las conexiones, es importante observar las polaridades del transformador. Un error en la polaridad puede ocasionar un cortocircuito o desbalancear los voltajes y corrientes de línea.

Además, cuando se conectan transformadores monofásicos para formar un sistema trifásico, retienen todas sus propiedades monofásicas, como la relación de corriente, la relación de voltaje y el flujo en el núcleo. Dadas las marcas de polaridad X1, X2 y H1, H2, el desplazamiento de fase entre el primario y el secundario es cero, en el sentido de que E(X1,X2) está en fase con E(H1,H2).

Conexión Y-Z

Se consigue la conexión zig zag descomponiendo cada fase del bobinado secundario en dos‐ mitades, las cuales se colocan en columnas sucesivas del núcleo magnético y arrolladas en sentido inverso, conectando los finales en estrella.

La conexión zig-zag se emplea únicamente en el lado de baja tensión. Este montaje se utiliza en redes de distribución, ya que permite el uso de un neutro en el secundario. Se comporta bien frente a desequilibrios de cargas.

Figura 3.

El índice horario es la diferencia de ángulo entre la tensión primaria y su correspondiente tensión secundaria. Se expresa según la posición de las agujas del reloj, en el cual la diferencia entre horas son 30º, y donde por convención la tensión primaria tomada como referencia se pone en la hora 12 y la secundaria en el múltiplo de 30 que corresponda. La hora que resulta indica el índice horario, es decir, el desfase entre las tensiones primarias y secundarias; Es decir, que si se tiene el número 11 el atraso en grados será de 330 grados.

Figura 4. Esquemas de conexiones para transformadores trifasicos.

TENSIONES HOMOPOLARES

Un sistema trifásico se considera balanceado si las tensiones y las corrientes presentan la misma amplitud y se encuentran desfasadas 120º una respecto a la otra. Otro factor importante a tener en cuenta es la secuencia, usando las representaciones vectoriales de la figura 5 y suponiendo una dirección de rotación en sentido contrario a las manecillas del reloj, se considera una secuencia positiva si el orden de rotación es V a1, V b1 y V c 1 y una secuencia negativa si el orden es V a2, V c 2 y V b2. Por otro lado las tensiones homopolares son aquellas en las que las tensiones presentan la misma magnitud pero tienen la misma fase, es decir son paralelas entre si vectorialmente (figura 5 (c)).

Como afecten estas tensiones homopolares al transformador depende del tipo de conexión que haya tanto en el primario como en el secundario así como de la presencia o no de un neutro. Así por ejemplo si en el primario existe una conexión trifásica con neutro las corrientes producidas por tensiones homopolares podrán recorrer el neutro, si por el otro lado el embobinado presenta una conexión en delta estas mismas corrientes homopolares son transformadas en corrientes circulatorias (no tienen un neutro por donde circular) que producen calentamiento. Además el flujo magnético asociado a las corrientes producidas por tensiones homopolares puede llegar a pasar por otras partes del transformador, causando corrientes parasitas que se traducen en pérdidas.

Figura 5. Diagrama fasorial para tensiones en secuencia positiva (a), negativa (b) y homopolar o de secuencia cero (c).

PROCEDIMIENTO

Antes que todo lo primero que se debe probar son las conexiones entre los bornes para verificar cuales son las bobinas por cada fase en primario y secundario y poder hacer el esquemático completo del transformador o del banco de transformadores; para ello se debe usar un multímetro en el modo de continuidad para dejar una punta fija en un nodo y la otra irá cambiando por cada nodo marcado, y se repetirá el mismo procedimiento con la punta fija en cada borne hasta completarlos todos anotando las parejas de bornes que indiquen continuidad. También está la posibilidad de poner el multímetro en el modo de resistencia y realizar el mismo procedimiento pero como se pudo comprobar con la práctica del transformador monofásico, no era necesario porque con la prueba de continuidad bastaba.

Después de tener identificados los bornes correctamente, se procederá a encontrar la polaridad de los devanados primario y secundario ya que esto es muy importante a la hora de conectar transformadores en paralelo; para ello se puede usar los mismos métodos que se usaron para el transformador monofásico, pero en el caso de los trifásicos se deben comparar las tensiones entre las fases de uno y otro transformador, que pueden no corresponder a la misma polaridad y adicionalmente a los desfasamientos de las conexiones mismas.

Figura 6.

Para esta prueba existen algunos métodos como los siguientes:

Método diferencial de corriente alterna:

Figura 7. Esquema de conexión para el método diferencial de corriente alterna.

Para este se conectan entre sí los devanados de alta y de baja tensión contiguos del lado izquierdo del transformador (mirando desde el lado de baja). Se aplica cualquier tensión y se realizan las lecturas de la tensión aplicada y luego de la tensión entre los terminales contiguos del lado derecho de ambos devanados; si esta lectura es menor que la primera, la polaridad es sustractiva y si es de mayor valor que la primera, la polaridad es aditiva.

Método de la descarga inductiva:

Figura 8. Esquema de conexión para el método de descarga inductiva.

Se coloca el voltímetro analógico de corriente continua entre los terminales del devanado de alta tensión y se hace circular corriente por este devanado, de modo que se produzca una pequeña desviación positiva en el voltímetro al cerrar el circuito de excitación. Luego se transfieren los dos cables del voltímetro a los dos terminales del devanado de baja tensión directamente opuesto. Al abrir el circuito de excitación de corriente continua, se induce una tensión en el devanado de baja, lo cual produce una desviación de la aguja del instrumento. Si la aguja se mueve en la misma dirección anterior (positiva) la polaridad es aditiva y en caso contrario, la polaridad es sustractiva.

RESULTADOS ESPERADOS

Para la primera práctica con el transformador trifásico se espera obtener el diagrama esquemático completo incluyendo todos los devanados de acuerdo a las mediciones de continuidad entre los bornes marcados; además se espera hacer las mediciones de la polaridad usando los instrumentos propuestos y las metodologías planteadas a fin de tener un primer acercamiento al funcionamiento del transformador.

REFERENCIAS

[1] Jesús Frayle Mora, “Máquinas eléctricas”, 2nda edición.

[2] Andreas Sumper, Angelo Baggini: “Electrical energy efficiency: technologies and applications”.

[3] D. Das: “Electrical power system”

[4] Pedro Alonso Alarcón Cabra: “Pruebas eléctricas a transformadores de distribución”

[5] Viakon – Manual eléctrico, Capítulo 3: “Equipo eléctrico y su aplicación”.