CONEXIONES DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS EN PARALELO

I. OBJETIVO

Analizar experimentalmente el reparto de carga entre dos transformadores de distinta tensión de corto circuito, cuando trabajan en paralelo.

II. FUNDAMENTO TEORICO

De acuerdo a las definiciones usuales dos transformadores están en paralelo cuando están conectados a la misma red y alimentan a la misma carga, esta situación se muestra esquemáticamente en la figura

La razón más común por la que se conectan transformadores en paralelo es el crecimiento de la carga; cuando ésta supera la potencia del transformador instalado se suele optar por disponer otra unidad en paralelo con la existente. El disponer de unidades en paralelo tiene las siguientes ventajas:

• Frente a la falla de una unidad se puede seguir operando con la otra, aunque sea suministrando una potencia menor y atendiendo los servicios más importantes. En algunos servicios esenciales puede ser que, por razones de seguridad, los equipos se encuentren duplicados y hasta triplicados; ésta es una práctica muy común en aeronaves.

• En general es más económico agregar una unidad a la ya existente que poner una nueva de mayor tamaño.

• Si la demanda es muy variable y se dispone de varias unidades, se las puede ir agregando a medida de que la carga lo exige y reducir las pérdidas que resultan de operar una máquina de gran potencia a baja carga. Si la demanda tiene poca variación, siempre es más eficiente operar una unidad de gran potencia, que varias de menor potencia. Por otra parte, y para una dada potencia, siempre la instalación de varias unidades en más costosa, su operación es más compleja, y ocupa más espacio que una sola unidad. También debe considerarse que si se dispone de unidades en paralelo y se desea la continuidad del servicio, parcial o total, ante la falla de una de ellas, es necesario instalar el equipamiento de maniobra y protección adecuado.

CONDICIONES PARA LA PUESTA EN PARALELO

Para la conexión en paralelo de dos transformadores, según el esquema de la figura, se deben cumplir condiciones, que, en orden de importancia son:

1º) Las tensiones secundarias deben estar en fase.

2º) Las relaciones de transformación deben ser iguales.

3º) Las tensiones de cortocircuito deben ser iguales.

4º) Las impedancias de cortocircuito deben tener el mismo ángulo de fase.

La primera de las condiciones enunciadas es sine cua non, es decir que si no se cumple, no se puede hacer el paralelo, porque se produciría un cortocircuito; las demás admiten diferencias: la segunda muy pequeñas y la cuarta es muy poco importante. La primera condición tiene que ver con la forma en que se deben conectar los transformadores, mientras que las restantes determinan el comportamiento de los transformadores ya conectados en paralelo. Si bien no es una condición necesaria, las potencias de los transformadores deben ser próximas entre sí: 2 ó 3 a 1 como máximo, si hay mucha diferencia entre las potencias, salvo algún caso muy especial, seguramente no resultará económico hacer el paralelo, especialmente si hay diferencias, aunque leves, entre las tensiones de cortocircuito.

Transformadores Monofásicos

En la figura se muestran dos transformadores monofásicos que para ser conectados en paralelo se debe cerrar el interruptor S.

Para que al cerrar el interruptor no circule corriente, o que lo haga en una forma no peligrosa, la diferencia de potencial ∆U20 entre sus contactos debe ser cero o muy pequeña comparada con la U2.

De las dos posibilidades se debe cumplir la primera. Si en lugar de restarse las tensiones, éstas se suman, al cerrar el interruptor de paralelo se produciría un cortocircuito. Para evitar esto y hacer que las tensiones se resten, simplemente hay que permutar las conexiones de alguno de los primarios o de alguno de los secundarios de los transformadores. Lo anterior está relacionado con los bornes homólogos de los transformadores, que dan como resultado la polaridad aditiva o sustractiva.

En los transformadores más que los bornes homólogos, se identifican los terminales con letras normalizadas y además se indica la polaridad, la que puede ser aditiva o sustractiva. Si ambos transformadores tienen la misma polaridad, para que resulten bien conectados, se deben unir entre sí, los terminales designados con las mismas letras, como se muestra en la figura.

Pero como el riesgo de un error significa hacer un cortocircuito, siempre conviene hacer la medición del ∆U20 y comprobar que es cero o muy pequeña.

III. EQUIPOS Y/O MATERIALES

Transformador monofásico (1KVA- 220V)

Auto

Transformador (0-220v, 6A)

Voltímetro C.A.

Amperímetro C.A.

Watimetro monofásico (0-150-300V, 2-4A)

Inductancia (0-0.01 H)

Pinza amperimetrica

Multímetro (0-0.02 H)

Llave monofásica

Conectores

Resistencias

IV. PROCEDIMIENTO

Armar el siguiente circuito N°1

1) Conectar la inductancia (L) en serie con el arrollamiento del transformador N1. Se trata de aumentar artificialmente su tensión de corto circuito para hacerlo distinto del otro transformador.

2) Medir la tensión de cortocircuito en los dos transformadores de acuerdo al esquena del circuito mostrado (el transformador N1 incluye la inductancia adicional).

3) Calcular en qué proporción debe repartirse la carga. ¿Cuáles serán las corrientes, cuando el transformador entrega su corriente nominal?Rpta: la proporción debe estar dada por de la siguiente manera: r=VL/Vp

VL/Vp= 28.74/1.22 =56.96/2.46 = 85.4/3.75 23≃

4) Conecte los transformadores en paralelo de acuerdo a la figura 2 cuidando de hacerlo con la misma polaridad. ¿Qué sucedería si se conecta los transformadores con la polaridad opuesta?Rpta: si se conecta con la polaridad incorrecta, se generaría un cortocircuito en la fuente.

5) Con R2 en cortocircuito, ajustar el valor de RL hasta lograr que cualquier transformador entregue su corriente nominal.Observación: Cuando el R2 está en cortocircuito, aun sin variar el valor de RL, solo variando el valor del voltaje (V) se logró llegar a la corriente nominal de cada transformador (4.5A)

V W I1 I2 VL Vp(cc)30 0 0.19 0.38 28.74 1.2260 3 0.4 0.78 56.96 2.4690 7 0.63 1.2 85.4 3.75120 13 0.86 1.63 113.8 5.08150 20 1.11 2.1 142.1 5.99180 29 1.37 2.58 170.8 7.35210 40 1.65 3.1 198.8 8.85240 54 1.98 3.7 226.1 10.67

CIRCUITO N°2

Con este experimento se observo

Cuando la resistencia R1 está en cortocircuito, las corrientes que pasan por cada transformador guardan la misma relación y a su vez dan como resultado la corriente que circula por la carga RL (I1n).

Cuando la resistencia R1 se conecta, las corrientes ya no guardan la misma relación, una es mayor que la otra debido al valor de dicha resistencia, pero siguen sumando la misma corriente de salida que circula a través de la carga RL (I1n).

Este tipo de conexión se realiza para poder aumentar la potencia admitida por el transformador, todo esto para que por la carga circule una mayor corriente (deseada) para diversos tipos de operaciones.

V. CUESTIONARIO Haga el fundamento teórico del experimento. (EN LA PRIMERA

PARTE DEL INFORME) ¿Cómo se reparte la carga de los transformadores?

En el caso muy frecuente de tener solamente dos transformadores en paralelo, se puede trabajar directamente con sus impedancias equivalentes serie, obtenidas de los ensayos en cortocircuito de cada uno de ellos. En este caso, de igual relación de transformación, el circuito equivalente de los dos transformadores en paralelo, referido al secundario, es el mostrado en la figura

Trabajando con las impedancias equivalentes de cada transformador, la expresión

Que son expresiones de un divisor de corriente de dos impedancias. La tensión de salida será:

Si se hace el cociente de las dos expresiones anteriores se llega al también conocido hecho de que las corrientes se reparten en función inversa a las impedancias de cada rama.

¿Con que aproximo el reparto de cargas? Explique las causas de discrepancias.

El transformador de menor potencia es el de menor tensión de cortocircuito, lo que en general ocurre a partir de los 5 kVA, y al tomar más carga limita la potencia del transformador más grande. Para evitar situaciones desventajosas, y para mejorar el reparto de la carga, en algunas oportunidades, se colocan reactancias en serie con el transformador de menor impedancia, lo mejor es usar transformadores con tensiones de cortocircuito iguales o muy próximas entre sí.

¿Se mantendrá el equilibrio entre las corrientes si se modifica el factor de potencia de la carga?

No, puesto que al cambiar las cargas se hacen variar la llegada de los voltajes que circulan por cada transformador, ocasionando que circulen diferentes corrientes.

VI. OBSERVACIONES Y/O CONCLUSIONES

Antes de realizar cualquier medición, debemos revisar que el circuito este bien conectado, esto para que al momento de conectar la corriente no suceda accidente alguno.

Calibrar los instrumentos que sean necesarios, para que al tomar las medidas sean las más exactas posibles.

Siempre apagar las fuentes cuando no se esté realizando la experiencia.

Cualquier duda sobre el tema consultar con el profesor, para evitar dañar los instrumentos.

De este experimento se observó que si se desea una mayor circulación de la corriente que pasa a través de la carga, sin afectar el normal funcionamiento del transformador, lo que se hace es conectarlo a otro transformador en paralelo para que aumente la potencia que puede entregar.

Se observó que sucede lo mismo al conectar un inductancia (sobre la cual recae la mayor tensión entregada por el circuito )en serie con un transformador, se obtiene una mayor salida de corriente por la carga.