Grupo de conexiones de transformadores trifásicos
Resumen La energía eléctrica es un suministro muy indispensable para la vida de las personas es por ello que las empresas generadoras de este recurso deben garantizar la calidad y transporte desde su generación hasta sus acometidas; pues, para lograr esto se necesitan transformadores trifásicos ,a ello se suman su naturaleza de construcción sus formas de conexión en devanados ,y sobre todo sus aplicaciones ante las diferentes eventualidades que se nos presente ,así es entonces que en este ensayo se brinda un detallado conocimiento sobre los transformadores trifásicos y sus aplicaciones ventajas y desventajas
Nomenclatura Los nombres que se adoptarán al tratar el tema serán: trifásicos, devanados, estrella, triangulo, zeta, ANSI Introducción Hoy en día toda la generación de potencia eléctrica y la mayoría de la transformación de potencia en el mundo se hace en la forma de circuitos CA trifásicos .Un sistema de este tipo consta de generadores, líneas de transmisión y cargas trifásicos. Los sistemas de potencia de CA tienen una gran ventaja por sobre los sistemas de CD: pueden cambiar los voltajes con transformadores para reducir las pérdidas de transmisión de una manera ya antes estudiada.
Los sistemas de potencia trifásica tiene dos grandes ventajas sobre los sistemas de potencia de CA.[2]
Es posible obtener más potencia por kilogramo de metal de una máquina trifásica. La potencia suministrada a una carga trifásica es constante en todo momento, en lugar de oscilar como lo hacen los sistemas monofásicos.
Tipos de transformadores [3]La tensión trifásica, es esencialmente un sistema de tres tensiones alternas, acopladas, (se producen simultáneamente las 3 en un generador), y desfasadas 120º entre si (o sea un tercio del Periodo). Estas tensiones se transportan por un sistema de 3 conductores (3 fases), o de cuatro (tres fases + un neutro). Por convención las fases se denominan R, S, T, y N para el conductor neutro si existe. Cuando haya la necesidad de clasificar los tipos de transformadores tenemos que tomar en cuenta en qué situación se les irá a utilizar, por ello tenemos los siguientes: Dependiendo la relación de transformación: Transformador de potencia: [1] Se utilizan para substransmisión y transmisión de energía eléctrica en alta y media tensión. Son de aplicación en subestaciones transformadoras, centrales de generación y en grandes usuarios. Características generales: Se construyen en potencias normalizadas desde 1.25 hasta 20 MVA, en tensiones de 13.2, 33, 66 y 132 kV. y frecuencias de 50 y 60 Hz.
Fig 1 Transformador de potencia de Subestación (reductor) Transformador de distribución. [1]Se denomina transformadores de distribución, generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos. Las aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales. Características generales: Se fabrican en potencias normalizadas desde 25 hasta 1000 kVA y tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV. Se construyen en otras tensiones primarias según especificaciones particulares del cliente. Se proveen en frecuencias de 50-60 Hz.
Fig 2 Transformador de distribución para una ciudad Transformadores Rurales Están diseñados para instalación mono poste en redes de electrificación suburbanas monofilares, bifilares y trifilares, de 7.6, 13.2 y 15 Kv. En redes trifilares se pueden utilizar transformadores trifásicos o como alternativa 3 monofásicos.
Fig 3 Transformador rural, muy común en nuestras ciudadelas Según el sistema de refrigeración "El calor producido por las pérdidas se transmite a través de un medio al exterior, este medio puede ser aire o bien líquido. La transmisión de calor se hace por un medio en forma más o menos eficiente, dependiendo de los siguientes valores:"4
La masa volumétrica. El coeficiente de dilatación térmica. La viscosidad. El calor específico. La conductividad térmica. Según estos valores tenemos los siguientes tipos de refrigeración: TIPO OA Sumergido en aceite, con enfriamiento natural. Este es el enfriamiento más comúnmente usado y el que frecuentemente resulta el más económico y adaptable a la generalidad de las aplicaciones. Transformadores Secos Encapsulados en Resina Epoxi [4]Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislación clase F, utilizándose resina epoxi como medio de protección de los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.
Fig 4 Transformador con refrigeración en resina epoxi TIPO OA/FA [4]Sumergido en aceite con enfriamiento propio y con enfriamiento de aire forzado. Este tipo de transformadores es básicamente una unidad OA a la cual se le han agregado ventiladores para aumentar la disipación del calor en las superficies de enfriamiento y por lo tanto, aumentar los kVA de salida.
TIPO FOA [4]Sumergidos en aceite, con enfriamiento por aceite forzado con enfriadores de aire forzado. El aceite de estos transformadores es enfriado al hacerlo pasar por cambiadores de calor o radiadores de aire y aceite colocados fuera del tanque. Su diseño está destinado a usarse únicamente con los ventiladores y las bombas de aceite trabajando continuamente. TIPO OW [4]Sumergidos en aceite, con enfriamiento por agua. Este tipo de transformador está equipado con un cambiador de calor tubular colocado fuera del tanque, el agua de enfriamiento circula en el interior de los tubos y se drena por gravedad o por medio de una bomba independiente. El aceite fluye, estando en contacto con la superficie exterior de los tubos. Transformadores Herméticos de Llenado Integral Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles en lugares donde los espacios son reducidos. Su principal característica es que al no llevar tanque de expansión de aceite no necesita mantenimiento, siendo esta construcción más compacta que la tradicional. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 1000 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.
Fig 5 Transformador hermético de llenado integral
Según el diseño de su núcleo: Tipo núcleo: tipo acorazado [6]Puede considerarse como tres transformadores monofásicos de tipo acorazado, colocados uno junto a otro, tal como se muestra en la Figura 1 a). La única diferencia entre esta disposición y la de la Figura2 b), que corresponde a un transformador trifásico, es que las láminas del núcleo de este último están entrelazadas, es decir, las tres partes del núcleo no están separadas. Esto hace que los flujos en el núcleo, correspondientes a fases diferentes, se superpongan en las partes indicadas por D-E-F y G.
Fig 6 Acorazado: Con tres transformadores monofásicos
Fig 7 Acorazado: Trifásico con un solo núcleo
Fig 8 Diagrama fasorial para tensiones de Fase Equilibrada.
Fig 9 Sentidos positivos de los flujos para devanados conectados simétricamente.
Fig 10 Sentidos positivos de los flujos cuando se invierten las conexiones de la fase central.
Transformadores auto protegidos [5]El transformador incorpora elementos para protección del sistema de distribución contra sobrecargas y cortocircuitos en la red secundaria y fallas internas en el transformador, conteniendo en su interior fusibles de alta tensión y interruptor de baja tensión. Potencia: 45 a 150KVA Alta Tensión: 15 o 24,2KV Baja Tensión: 380/220 o 220/127V
Fig 11 Transformador auto protegido Según los devanados o bobinados: [6]Hay dos formas típicas de bobinados para transformadores los cilíndricos y planos. Los núcleos, con su forma, son los que determinan la elección de uno u otro tipo, salvo que se requieran propiedades especiales, como ser baja capacidad distribuida, para uso en telecomunicaciones u otros. Bobinado cilíndrico Este tipo se usa cuando el núcleo del transformador es del tipo cilíndrico. Bobinado plano Este tipo se usa cuando el núcleo del transformador es del tipo acorazado. Los dos bobinados primario y secundario, rara vez se apartan en dos simples grupos de espiras, encimándolas; generalmente se apartan en dos partes o más envueltas uno encima del otro.
Los materiales aislantes para el bobinado, Para colocar entre capas, son: papel barnizado, fibra, micanita, cinta impregnada, algodón impregnado, etc., para transformadores con bobinados al aire, y para los sumergidos en baños de aceite, se utilizan los mismos materiales sin impregnarse; debe evitarse el uso del caucho en los transformadores en baño de aceite, pues este lo ataca, y tiene efectos nocivos también sobre la micanita y aun sobre los barnices.
Grupos de conexiones GENERADORES: [3]Los generadores constan esencialmente de tres devanados (fases) , o sea disponen de 6 bornes , dos por cada fase, y las bornes activas de salida se denominan U , V, W, y van conectados a los conductores activos R, S, T
Fig 12 Generador Trifásicos con tres devanados estatóricos
Fig 13 Conexión de un alternador trifásico
[3]Según se observa en la figura, las conexiones del generador pueden efectuarse en estrella (mayor tensión entre fases) o en triangulo (menor tensión entre fases). Cuanto mayor es la tensión en los conductores activos, menor es la intensidad para igualdad de potencia transportada por la línea, y menor por tanto la sección necesaria de los conductores.
Fig 14 Conexión en estrella
Fig 15 Conexión en triángulo del generador [3]Las tensiones normalizadas para la distribución a los usuarios finales para aplicaciones generales, son de 220V y 380V. ( la tensión de 125 V está a extinguir) Ambas dos tensiones, se pueden transportar utilizando las 3 fases y el neutro, conectando el generador en estrella.
Secuencia de fase [2]La secuencia de fase de un sistema polifásico trifásico es el orden en el que los voltajes de las fases individuales llegan a su pico .Se dice que el sistema de potencia trifásico .A si entonces decimos que el sistema trifásico siguiente tiene secuencia de fase a-b-c También se puede conectar las tres fases de un sistema de potencia de tal manera que los voltajes en las fases lleguen a su pico en el orden a-c-b
Fig 16 Secuencia a-c-b (izquierdo), secuencia a-b-c (derecho)
A la secuencia de fase a-b-c otros autores también la llaman secuencia positiva mientras que a la secuencia a-c-b le llaman secuencia negativa. CONEXIONES DE TRANSFORMADORES TRIFASICOS [2]Un transformador trifásico consta de tres transformadores, ya sea separados o combinados sobre un solo núcleo. Los primarios y secundarios de cualquier transformador trifásico se pueden conectar independiente en ye, también conocida como estrella (Y) o en delta, también conocida como triángulo (D). Esto nos da un total de cuatro conexiones posibles para el banco de transformadores trifásicos.
1.-YE –ye (Y-Y) 2.-Ye-delta (Y-d) 3.-Delta-ye (D-y) 4.-Delta-delta (D-d) Conexión YE -YE: [2]La conexión Y-Y de transformadores trifásicos se muestra a continuación .En esta conexión, el voltaje del primario en cada fase del transformador esta dado por :
La conexión Y-Y tiene dos problemas graves: 1.-Si las cargas en el circuito del transformador no están equilibradas, entonces los voltajes en las fases del transformador pueden llegar a desequilibrarse severamente 2.- Los voltajes de terceras armónicas pueden ser grandes.
Fig 17 Conexión YE-YE Los dos problemas mencionados con anterioridad se pueden solucionar como sigue: a) Conectando sólidamente a tierra los neutros de los transformadores. b) Añadir un tercer devanado terciario conectando en al banco de transformadores. Conexión Ye- DELTA: [2]En esta conexión, el voltaje de línea del primario está relacionado con el voltaje de fase del primario por:
Entonces se llega a determinar que el voltaje de línea tanto para el primario como para el secundario es de:
Esta conexión es más estable con respecto a las caras desequilibradas, debido a que redistribuye parcialmente cualquier desequilibrio que se presente.
El problema que presenta es que el voltaje secundario se desplaza 30º CON RESPECTO AL VOLATE DEL PRIMARIO .El hecho que se desplace una fase puede causar problemas en la puesta en paralelo, lo que quiere decir que se tiene que poner atención a la dirección de los desplazamiento de fase de 30º en cada banco del transformador para ponerlos en paralelo
Fig 18 Conexión YE-delta Conexión Delta- Ye [2]En una conexión Delta Ye, el voltaje de línea primario es igual al voltaje de fase primario
Esta conexión tiene las mismas ventajas y el mismo desplazamiento de fase que la conexión YE-delata. La conexión que se muestra en la figura siguiente ocasiona que el voltaje secundario este, en retraso con respecto al voltaje primario.
Fig 19 Conexión DELTA - ye Conexión DELTA-DELTA [2]En una conexión Delta- delta se tiene que el voltaje de línea del primario es igual a voltaje de fase del primario y el voltaje de línea del secundario es igual al voltaje de fase del secundario, por lo que los voltajes de línea entre primario y secundario es:
Esta conexión no tiene un desplazamiento de fase asociado y no tiene problemas con cargas desequilibradas o armónicos.
Fig 20 Conexión DELTA – delta
Banco de transformadores Los bancos de transformadores monofásicos son utilizados en sistemas eléctricos trifásicos como sustitución de un transformador trifásico. Por ejemplo, en el transporte a largas distancias de la energía eléctrica. Asimismo, el banco de transformadores monofásicos 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. Por lo que respecta a las bobinas primarias y secundarias, las podemos conectar de varias formas, teniendo cuatro posibles casos: Y/Y, Y/D, D/Y, D/D. 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.
Deducción de algunas conexiones: Conexión YY0 o YY12: [6]Según lo indicado, significa que el primario y el secundario están en estrella y que el desfase entre ellos es de 0º (ó 360º)
Fig 21 Conexión YY0: a) Diagrama fasorial b) Conexión de los enrollados Conexión DY5: Significa que el primario está conectado en delta o triángulo y el secundario en estrella y que el secundario atrasa al primario en 150º.
Fig 22 Conexión DY5: a) Diagrama fasorial b) Conexión de los enrollados
Conexión YZ11 [6]La conexión Z, llamada Zig-Zag, requiere que cada fase tenga dos secundarios iguales, los que se interconectan por pares en serie, teniendo presente que la serie esté formada por enrollados de distinta fase. Uno de los objetivos de esta conexión, es que las corrientes de secuencia cero, que circulan por todas las fases con igual dirección y sentido, que producen fuerzas magneto motrices (fmm) iguales y opuestas en cada fase, se compensen entre si.
Fig 23 Conexión YZ11: a) Diagrama fasorial b) Conexión de los enrollados
Determinación experimental del desplazamiento angular de la conexión o del diagrama fasorial. [7]Se utiliza un método de corriente alterna, que permite determinar directamente el diagrama fasorial, efectuando una serie de medidas de voltaje en los bornes del transformador. Este consiste en lo siguiente: [7]Se conectan juntos un borne primario con uno secundario (H1 y X1, por lo general) y se excita el transformador con un voltaje igual o inferior al nominal y de secuencia conocida, efectuándose medidas de tensión entre todos los otros terminales. Con los valores obtenidos se dibuja el diagrama fasorial a escala, lo que permite determinar el desplazamiento angular de la conexión.
A manera de ejemplo, consideremos la Figura siguiente, que muestra la conexión DY5 ya vista.
Fig 24 Diagrama fasorial obtenido para la conexión DY5 En la figura se aprecia que:
Transformación trifásica utilizando dos transformadores Además de las conexiones trifásicas conocidas, existen la posibilidad de llevar a cabo (utilizando sólo dos transformadores) la transformación trifásica. En este tema veremos las cuatro conexiones más importantes utilizadas para con dos transformadores:
1. Conexión DELTA ABIERTA [2]En ciertas ocasiones no puede utilizarse un banco de transformadores completo para realizar una transformación trifásica .Por ejemplo supóngase que un banco de transformadores que consta de transformadores separados tiene una fase dañada que se debe retirar para su reparación como se ve a continuación:
Fig 12 Conexión de un transformador en delta abierto o V-V
Este es el mismo voltaje que estaría presente si el tercer transformador siguiera ahí. A la fase C a veces de le denomina fase fantasma. ¿Qué potencia aparente puede suministrar el banco con dos transformadores? Para ello nos valdremos de la siguiente figura que es una conexión en mención para una carga puramente resistiva:
Fig 12 Conexión de un transformador en delta abierto o V-V
Debido a que falta una fase , la corriente de línea de transmisión es igual a la corriente de fase en cada transformador y las corrientes y voltajes en el banco de transformadores tienen un ángulo que difiere por 30º .Ya que los ángulos de la corriente y el voltaje difieren en cada uno de los transformadores , es necesario examinar cada uno individualmente para determinar la potencia máxima que pueda suministrar .Para el transformador 1 el voltaje tiene un ángulo de 150º y la corriente de 120º , por lo que la expresión para la potencia máxima es:
Así entonces la potencia disponible que sale del transformador en delta abierta en solo 57.77% del valor nominal del banco original.
2. Conexión ye abierta -delta abierta [2]La conexión ye abierta delta abierta es muy parecida a la conexión delta abierta excepto en que los voltajes primarios se derivan de dos fases y el neutro .Se utiliza para dar servicio a pequeños clientes comerciales que necesitan servicio trifásico en áreas rurales donde no están disponibles las tres fases .Con esta conexión un cliente puede obtener servicio trifásico provisional hasta que la demanda haga necesaria la instalación de la tercera fase .
Fig 12 Diagrama cableado Y abierta Delta abierta Una gran desventaja es que debe fluir una corriente de retorno muy grande por el neutro.
La conexión Scott -T [2]La conexión Scott T es una manera de obtener dos fases separadas 90º a partir de un suministro de potencia trifásica .En los comienzos de la transmisión de potencia de ca los sistemas de potencia bifásicos y trifásicos eran muy comunes .Puesto que por aquellas épocas era necesariamente rutinario conectar sistemas de potencia bifásicos con sistemas de potencia trifásicos .Con este propósito apareció la denominada conexión Scott T. Hoy en día la potencia bifásica está limitada a aplicaciones de control, pero aún se usa la Scott para producir la potencia necesaria para operarla. La conexión Scott consta de dos transformadores monofásicos con idéntica capacidad; uno tiene una toma en su devanado primario a 86.5% de su voltaje a plena carga. Están conectados como se indica:
Fig 12 Diagrama de cableado La toma del 86.5% del transformador está conectada a la toma central del transformador T1. Los voltajes aplicados al devanado primario se muestran así:
Fig 12 Voltajes de entrada trifásicos
Y los voltajes resultantes aplicados a los primarios de los dos transformadores se muestran en la siguiente figura
Fig 12 Voltajes en los devanados primarios del transformador Debido a que estos voltajes se encuentran desfasados 90º, ocasionan una salida bifásica: Esta conexión también permite convertir bifásica en trifásica, pero debido a que hay muy pocos generadores en uso , no se hace comúnmente 3. Conexión T trifásica [2]La conexión Scott-T utiliza dos transformadores para convertir potencia trifásica en potencia bifásica con un nivel diferente de voltaje. Mediante una sencilla modificación de esta conexión, los mismos dos transformadores pueden convertir potencia trifásica en potencia trifásica con otro nivel de voltaje .A continuación se muestra:
Fig 12 Diagrama de cableado conexión T [2]En este caso, tanto el devanado primario como el secundario del transformador T2, TIENE UNA TOMA Al 86.66% y las tomas están conectados a las tomas centrales de los devanados correspondientes del transformador T1. En esta conexión a T1 se le llama transformador principal y a T2, transformador de conexión en T (TEASER TRANSFORMER ). [2]Al igual que en la Scott T, el voltaje de entrada trifásico produce dos voltajes desfasados por 90º en los devanados primarios de los transformadores. Estos voltajes primarios producen voltajes secundarios que también están desplazados en 90º. A diferencia de la Scott T los voltajes secundarios se vuelven a combinar en una salida trifásica.
[2]Una de las mayores ventajas de la conexión T trifásica sobre las otras conexiones trifásicas de dos transformadores (la delta abierta y la ye delta abierta) es que se pueden conectar un neutro tanto al lado primario como al lado secundario del banco de transformadores. Esta conexión se utiliza en la distribución de trifásicos autónomos, puestos que sus costos de producción son menores que los de un banco de distribución trifásicos completos. [2]Debido a que las partes más bajas de los devanados del transformador de conexión en T no se usan ni en lado primario ni en lado secundario. se pueden quitar sin alterar los resultados de salida.
Fig 12 Voltajes de entrada trifásica y voltajes devanados primarios
Fig 12 Voltajes devanados secundarios y voltajes secundarios trifásicos resultantes
Normas internacionales para los transformadores trifásicos Normas americanas: Designan los bornes como H1, H2 y H3 para el lado de alta tensión y x1, x2 y x3 para el lado de baja tensión. En cuanto al desplazamiento angular, aceptan sólo dos grupos de conexiones: GRUPO 1: Con un desplazamiento angular de cero grados, obtenido con transformadores conectados en estrella-estrella ó delta-delta. GRUPO2: Con un desplazamiento angular de 30º, en que el lado de baja tensión atrasa 30º al lado de alta. Este se obtiene con conexiones estrella-delta ó delta-estrella. Esta clasificación pone en evidencia el hecho de que sólo se acepta polaridad sustractiva. Normas alemanas: Designan los bornes con las letras U, V y W para el lado de alta tensión y u, v y w para el de baja tensión. Admiten las conexiones tanto de polaridad aditiva como sustractiva.
Ventajas y desventajas de transformadores monofásicos versus los transformadores trifásicos en bancos de transformadores [8]Una máquina trifásica puede generar hasta un 95.5% de una máquina ideal con infinito número de fases. Potencia trifásica puede ser transmitida a largas distancias con un calibre de conductor pequeño. Las ventajas de usar un transformador trifásico en lugar de un banco de transformadores monofásicos se han reportado y son: 1. Reducción de costos 2. Menor masa 3. Menor necesidad de espacio
Fig 12 Masa de transformador Vs Capacidad en kVA[8]
Fig 12 Costo monetario Vs Capacidad en kVA[8]
Conclusiones Los sistemas trifásicos nos ayudan a hacer la utilización de los motores de inducción más sencilla, permitiéndoles arrancar sin devanados de arranque auxiliares especiales. En bajas capacidades los transformadores trifásicos son más pesados. El costo de los transformadores trifásicos siempre es más bajo (solo el 10% en bajas capacidades pero en altas capacidades llega a ser hasta el 25% menos en comparación con los transformadores monofásicos) Por estas razones la industria ha preferido usar los transformadores trifásicos ya que esta opción implica un ahorro significativo que conlleva a minimizar los costos de producción.
Cuando analizábamos la conexión en delta abierto se nos vino una pregunta porque en vez de salir como potencia 66.7% que era lo que lógicamente tendría que salir, sale tan solo un 57,7% .La repuesta estaba que un transformador produce potencia reactiva que consumía el otro, por ello el intercambio de energía entre los dos transformadores es lo que limita la potencia de salida. Debido a eso se recalca que sólo cuando se deba suministrar una pequeña cantidad de potencia trifásica a una carga monofásica se realiza la conexión delta abierta. Gracias a la conexión ye abierta y delta abierta se puede dar servicio a pequeños clientes comerciales que necesitan servicio trifásico en áreas rurales donde no están disponibles las tres fases. También se sabe ahora que los sistemas de potencia trifásicos le sacan ventaja a los sistemas monofásicos. Por ejemplo, se puede obtener más potencia por kilogramo de metal de una maquina trifásica. Así también otra gran ventaja que se logra ver es que la potencia suministrada a una carga trifásica es constante en todo momento, en lugar de oscilar como lo hacen los sistemas monofásicos. Técnicamente hablando, la potencia bifásica se la logra utilizar para funciones de control, como por ejemplo en el control de temperatura de quirófanos (Hospital do Rio) en donde con la lógica de control y potencia bifásica el grado de error es de +-2 º centígrados.
Práctica de conexiones de transformadores trifásicos 1. Exposición 2. Procedimientos 3. Prueba de conocimientos
Objetivos: 1.- Conectar transformadores en delta y en estrella 2.- Estudiar las relaciones de corriente y voltaje
Exposición El transformador trifásico puede ser solo un transformador o bien, tres transformadores monofásicos independientes conectados en delta o en estrella. En algunas ocasiones sólo se usan dos transformadores. El voltaje trifásico de las líneas de potencia, generalmente, es de 208 volts, y los valores normales de voltaje monofásico (120 volts) se pueden obtener, en la forma que se indica en la figura 48.1.
Los devanados a, b y c, representan los tres secundarios del transformador conectados en estrella. Las líneas trifásicas se identifican con las letras A, B ó C, al neutro ( tierra). Los transformadores trifásicos deben conectarse correctamente a las líneas, para que funcionen de modo adecuado. Los cuatro tipos de conexión más usados son los siguientes: (véase figura 48.2).
a) Devanados primarios en delta, devanados secundarios en delta, o bien, deltadelta(D-d) b) Devanados primarios en estrella, devanados secundarios en estrella, o bien estrella-estrella (Y-y) c) Devanados primarios en estrella, devanados secundarios en delta, o bien estrella-delta (Y-d) d) Devanados primarios en delta, devanados secundarios en estrella, o bien delta-estrella (D-y) De estas cuatro combinaciones, la que se utiliza con mayor frecuencia es la última, la delta-estrella.
Sea cual fuere el método de conexión utilizado, los devanados deben conectarse en forma que tengan las debidas relaciones de fase. Para determinarlas en un secundario conectado en estrella, el voltaje se mide a través de los devanados, como se indica en a figura 48.3(a). El voltaje entre A y B debe ser igual a veces el voltaje que haya a través de cualquiera de los devanados. Si el voltaje entre A y B es igual al de cualquiera de los devanados, uno de los devanados debe invertirse. El tercer devanado (C) se conecta entonces como se señala en la figura 48.3 (b), y el voltaje entre C y A o entre C y B, también debe ser igual a veces el voltaje que haya a través de cualquiera de los devanados. Si no es así, habrá que invertir el devanado C.
Para determinar las relaciones de fase apropiadas en un secundario conectado en delta, el voltaje se mide en los dos devanados, como se ilustra en la figura 48.4 (a). El voltaje entre A y C debe ser igual al voltaje de cualquiera de los devanados. Entonces el devanado c se conecta como se indica en la figura 48.4 (b), y el voltaje a través de los tres devanados C" a C, debe ser igual a cero. De no ser así, el devanado c se debe invertir. Las terminales abiertas (C" y C) se conectan entonces y el transformador tiene las relaciones de fase adecuadas para una conexión en delta, como se indica en la figura 48.4 (c).
Advertencia: La delta nunca debe cerrarse antes de comprobar que el voltaje dentro de ella es cero. Si no es así, y la delta se cierra, la corriente resultante tendrá la magnitud de cortocircuito y dañará el transformador. Como una conexión estrella-estrella la relación de vueltas entre el devanado primario y el secundario es la misma que la que se tiene en un transformador monofásico independiente. El voltaje de salida de la conexión delta-delta depende también de la relación de vueltas entre los devanados primario y secundario. La conexión deltaestrella, tiene una relación más elevada de voltaje trifásico que cualquiera de las otras conexiones, la delta-delta o la estrella-estrella. Esto se debe a que el voltaje entre dos devanados, cualquiera del secundario en estrella, es igual a veces el voltaje de línea a neutro en ellos. La conexión estrella-delta es la opuesta a la conexión delta-estrella. Instrumentos y equipo
Procedimientos Advertencia: ¡En este experimento de laboratorio se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡La fuente debe desconectarse después de hacer cada medición! 1. a) el circuito que aparece en la figura 48.5 tiene tres transformadores conectados en la configuración Y-Y b) calcule los voltajes esperados y anote los valores en los espacios correspondientes c) Conecte el circuito tal como se indica d) Conecte la fuente de alimentación y aumente la salida a un voltaje de línea a un voltaje de línea a línea de 120V c-a e) Mida los voltajes indicados y anote los valores en los espacios correspondientes f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (d), (e) y (f), hasta que haya medido todos los valores indicados.
VALORES CALCULADOS E1
220
E2
E4
127.01 E5
E7
208
E10
120
220
E3
220
VALORES MEDIDOS E1
234
E2
231
E3
234
127.01 E6
127.01 E4
120
E5
120
E6
128
E8
208
E9
208
E7
204
E8
206
E9
201
E11
120
E12
120
E10
115
E11
120
E12
129
2. a) El circuito que aparece en la figura 48.6 tiene tres transformadores conectados en una configuración D- Y b) calcule los voltajes esperados y anote los valores en los espacios correspondientes c) Conecte el circuito tal como se indica g) Conecte la fuente de alimentación y aumente la salida a un voltaje de línea a un voltaje de línea a línea de 90V c-a h) Mida los voltajes indicados y anote los valores en los espacios correspondientes i) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (d), (e) y (f), hasta que haya medido todos los valores indicados.
E1
VALORES CALCULADOS 155.8 E2 155.8 E3 155.8
E4
269.85 E5
269.85 E6
269.85 E4
259 E5
265 E6
261
E7
115.8
115.8
115.8
150 E8
151 E9
146
E8
E9
E1 E7
VALORES MEDIDOS 150 E2 152 E3 151
3. a) En el circuito mostrado en la figura 48.7 tiene tres transformadores conectados en la configuración Y-D b) calcule los voltajes esperados y anote los valores en los espacios correspondientes c) Conecte el circuito tal como se indica j) Conecte la fuente de alimentación y aumente la salida a un voltaje de línea a un voltaje de línea a línea de 120V c-a k) Mida los voltajes indicados y anote los valores en los espacios correspondientes l) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (d), (e) y (f), hasta que haya medido todos los valores indicados.
VALORES CALCULADOS
VALORES MEDIDOS
E1
207.84 E2
207.84 E3
207.84 E1
199 E2
201 E3
202
E4
119.99 E5
119.99 E6
119.99 E4
113 E5
113 E6
116
E7
119
119
119
112 E8
113 E9
112
E8
E9
E7
4. En el circuito mostrado en la figura 48.8 tiene tres transformadores conectados en la configuración D-D b) calcule los voltajes esperados y anote los valores en los espacios correspondientes c) Conecte el circuito tal como se indica e) Conecte la fuente de alimentación y aumente la salida a un voltaje de línea a un voltaje de línea a línea de 90V c-a
f) Mida los voltajes indicados y anote los valores en los espacios correspondientes g) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (d), (e) y (f), hasta que haya medido todos los valores indicados.
E1
VALORES CALCULADOS 115.8 E2 115.8 E3 115.8
E1
VALORES MEDIDOS 148 E2 150 E3 150
E4
155
E4
147 E5
E5
155
E6
155
149 E6
146
5. En el circuito mostrado en la figura 48.9 tiene tres transformadores conectados en la configuración V-V (delta abierta) b) calcule los voltajes esperados y anote los valores en los espacios correspondientes c) Conecte el circuito tal como se indica d) Conecte la fuente de alimentación y aumente la salida a un voltaje de línea a un voltaje de línea a línea de 120 V c-a e) Mida los voltajes indicados y anote los valores en los espacios correspondientes f) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de alimentación. Repita los procedimientos (d), (e) y (f), hasta que haya medido todos los valores indicados.
E1
VALORES CALCULADOS 207 E2 207 E3 207
E1
VALORES MEDIDOS 202 E2 204 E3 204
E4
207
E4
204 E5
E5
207
E6
207
201 E6
202
Prueba de conocimientos 1. Compare los resultados de los procedimientos 4 y 5. a) ¿Hay una diferencia de voltaje entre la configuración delta-delta y la configuración delta abierta? En si no hay diferencia de voltajes en las dos conexiones, ya que el voltaje en el devanado primario es relativamente igual o aproximado al voltaje del devanado secundario en los dos casos. b) ¿Se tiene el mismo valor nominal de VA en la configuración delta-delta y en la configuración delta abierta? ¿Por qué? En la configuración delta-delta las bobinas tiene una perdida por corrientes parasitas es por eso que el voltaje disminuye considerablemente mientras que en la configuración delta-abierta no varía porque hay una parte en la que el circuito se encuentra abierto por lo que las pérdidas son menos y la inducción es mucho mejor. c) Si se aumentarán los valores de corriente nominal de cada devanado, ¿podrían obtenerse tan buenos resultados con la configuración de delta abierta, como se tiene en la configuración delta-delta?, Explique por que Si ya que la configuración delta abierta no tenemos una parte de completa del transformador por lo que la eficiencia no es la misma a la delta-delta por lo que si ampliamos el valor nominal de corriente lo que obtendremos seria un aumento en la capacidad de transformación del delta abierta igualando así o aproximando los valores al delta-delta 2. Si una de las polaridades del devanado secundario se invirtiera, en el procedimiento 1: a) ¿Se tendría un cortocircuito directo? Si b) ¿Se calentaría el transformador? Si c) ¿Se desbalancearían los voltajes del primario? No d) ¿Se desbalancearían los voltajes del secundario? Si 3. Si una de las polaridades del devanado secundario se invirtiera, en el procedimiento 4: e) ¿Se tendría un cortocircuito directo? Si f) ¿Se calentaría el transformador? Si g) ¿Se desbalancearían los voltajes del primario? Si h) ¿Se desbalancearían los voltajes del secundario? Si.
