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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
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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.
3LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICASBanco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd
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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.
4LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICASBanco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd
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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
5LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICASBanco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd
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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:
6LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICASBanco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd
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Req1=req1
Xeq1=xeq1
aT=a
y para la experiencia :
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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:
8LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICASBanco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd
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9LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICASBanco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd
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III. MATERIALES
3 transformadores monofásicos 1KVA 220/110 V
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Multímetro digital
1 Analizador monofásico
1Analizador trifásico
1 Autotransformador monofásico
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3 resistencias (Focos incandescentes)
3 condensadores
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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)
13LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICASBanco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd
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Determinación de los puntos homólogos (polaridad). Según la guía de laboratorio.
14LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICASBanco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd
Icc aprox. 4.52
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Conectamos los diversos circuitos (Dd, Yy) y tomamos datos del analizador trifásico. Aquí podremos notar la potencia activa, reactiva y el fdp.
15LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICASBanco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd
Polaridad
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conexión Yy : COMPROBANDO LAS CORIENTES DE LINEA Y TOMA DE DATOS
16LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICASBanco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd
CONEXIÓN nDd
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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:
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Conexión Yd:
Conexión Dy:
Conexión Dd:
Conexión Yz:
18LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICASBanco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd
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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
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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?.
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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.
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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:
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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.
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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.
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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
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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
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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
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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
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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.
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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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