UNIVERSIDAD DE PIURA FACULTAD DE INGENIERÍA
Programa Académico de Ingeniería Mecánico Eléctrica Informe de Laboratorio Curso: Maquinas Eléctricas (ME) Profesor: Dr. Ing. Justo Ernesto Oquelis Cabredo. Alumno: Parrilla Prado, Luis Daniel Jefe de Laboratorio: César Zapata Casariego Tema: Transformadores Trifásicos
Piura, 17 de abril de 2017
Introducción En este segundo laboratorio llamado “Transformadores trifásicos” vamos a
conocer tanto el funcionamiento como las formas de conexión de estas máquinas eléctricas, las cuales las obtendremos a partir de tres transformadores monofásicos, con el fin de complementar los conocimientos vistos en el curso de Maquinas Eléctricas, también interpretar los valores obtenidos en cada uno de los ensayos obtenidos en los terminales de los transformadores, así como su uso en la industria.
El Transformador: Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético, el
cual nos permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna, siendo así podemos dar una primera clasificación, ya que si un transformador aumenta el voltaje, disminuye la corriente será un transformador de Aumento, caso contrario será un transformador reductor, o transformador de distribución, llamado así ya que estos son usados para la distribución de energía eléctrica desde las grandes centrales de generación.
Los transformadores están basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, por dos bobinas devanadas de forma continua sobre un núcleo cerrado de un material ferromagnético (mayormente hierro dulce) el cual permite el flujo magnético en su interior para inducir la corriente en cada uno de sus devanados, la relación de voltajes de un transformador está directamente relacionado a la relación de vueltas de un transformador ( O al menos en un estado ideal), esto quiere decir que si tenemos un transformador de 1000 vueltas en un lado, y 2000 vueltas en el otro lado, el transformador duplicara el voltaje entregado, y por lo tanto disminuirá a la mitad la corriente.
Figura 1: Transformador Monofásico
Transformador
trifásico: Tendrán la misma funcionalidad que un transformador
monofásico, pero con la diferencia que tendrán tres señales de salida desfasadas 120º entre sí.
Conexiones en Transformadores Trifásicos: a. Conexión Estrella-Estrella: Empleado cuando se desee disponer de neutro en baja
y cuando no se prevean grandes corrientes de desequilibrio (fase neutra). Útil para transformadores con potencias pequeñas o moderadas a tensiones elevadas. b. Conexión Estrella-Delta: Adecuado en un transformador reductor (cuando no se
requiere puesta a tierra en el secundario). Se recomienda mayormente para tensiones secundarias relativamente bajas que motiva corrientes elevadas. No genera armónicas de tensión. c.
Conexión Delta-Estrella: Empleado como transformador elevador. No motiva flujos
por el aire en caso de cargas desequilibradas (c.c.) ni traslados de neutros (sobretensiones). Admite cargas desequilibradas y posibilidad de sacar neutro en baja tensión. Además, no genera terceras armónicas de tensión. d. Conexión
Delta-Delta:
Este tipo de conexiones se utiliza mucho en
autotransformadores, cuando se quiere recuperar la caída de tensión por longitud de los alimentadores, debido a cierta distancia del circuito alimentador se tiene una caída en el voltaje de suministro por lo que es necesario transformar esa energía para recuperar de alguna manera esas pérdidas para lo cual se utilizan estos transformadores con conexión delta-delta. e. Conexión zig-zag: Esta conexión se emplea cuando se tienen cargas fuertemente
asimétricas, por ejemplo, rectificadores, o para evitar la presencia de armónicos en las tensiones de fase cuando el otro lado del transformador está conectado en estrella sin neutro.
Figura 2: Tipos de Conexiones en Transformadores Trifásicos
2.1.
Métodos y Materiales:
Tres Transformadores Monofásicos 220-110 V
2 Pinzas Amperimétricas
1 Osciloscopio
Cables
Fuente de Voltaje variable
Vatímetro Figura 3: Pinza Amperimétrica
2.2.
Procedimiento:
Teniendo todos nuestros materiales y equipos en la mesa de trabajo, procedemos a hacer las conexiones respectivas y ensayos de vacío y cortocircuito por cada tipo de conexión hecha en el transformador trifásico, no olvidar hacer el ensayo de continuidad en los cables para así prever cualquier error en el cálculo de los parámetros. Por cada tipo de conexión entre los transformadores monofásicos conectaremos dos vatímetros en dos fases distintas con respecto a una tercera común, mejor dicho, aplicando el método de Aron, y mediremos la potencia (KVA), factor de potencia (fp), y corriente (I) de cada vatímetro, realizaremos esto tanto para vacío como para corto circuito.
Figura 4: Medición de Parámetros usando el Método de Aron
2.3.
Resultados y Análisis:
Conexión Estrella-Estrella: o
o
Vacío: VOC= 100 V
Vatímetro 1 (W1)
Vatímetro 2 (W2)
Potencia Activa
P1=5.3W
P2=10.9W
Factor de Potencia
fp1=0.99
fp2=0.62
Corriente
I1=0.116
I2=0.116
VSC= 6 V
Vatímetro 1 (W1)
Vatímetro 2 (W2)
Potencia Activa
P1=32.8W
P2=21.6W
Factor de Potencia
fp1=0.95
fp2=0.7
Corriente
I1=2.95A
I2=2.86A
VOC= 100 V
Vatímetro 1 (W1)
Vatímetro 2 (W2)
Potencia Activa
P1=4.3W
P2=11W
Factor de Potencia
fp1=0.99
fp2=0.63
Corriente
I1=0.109A
I2=0.109A
Cortocircuito:
Conexión Estrella-Triangulo: o
Vacío:
o
Cortocircuito: VSC= 6 V
Vatímetro 1 (W1)
Vatímetro 2 (W2)
Potencia Activa
P1=30W
P2=20W
Factor de Potencia
fp1=0.94
fp2=0.7
Corriente
I1=2.84A
I2=2.64A
3. Calculo de Parámetros: 3.1. CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA:
Ensayo de Vacío:
Suponemos que el ensayo se hace en el lado de alta tensión:
= 100 Y = 0.116 = + = 16.2 = í √ 3 = 9.353 Luego procedemos a realizar los cálculos por fase:
. = 5.4 − = = . = 3.118 − = = − = = 0.116 Hallamos los parámetros de la parte activa:
( √ ) = ⁄ = 617.284 Ω = √ = 0.0935 Asimismo, hallamos los parámetros de la inductancia de magnetización:
= í = 0.0687
= √ = 840.393 Ω
Ensayo de Cortocircuito: Supondremos que los datos obtenidos están en alta
tensión.
= 2.905 = + = 54.4
Luego procedemos a realizar los cálculos por fase:
− = 3 = 18.13 − = 3 = 12.42 − = = 2.905 Por lo tanto la impedancia equivalente de cortocircuito del lado de alta tensión será:
= 2.148 Ω = − = 1.47 Ω = − = + = 2.6 Ω
3.2.
CONEXIÓN ESTRELLA-TRIANGULO:
Ensayo de Vacío:
Suponemos que el ensayo se hace en el lado de alta tensión:
= 100 Y = 0.109 = + = 15.3 = í √ 3 = 11.075 Luego procedemos a realizar los cálculos por fase:
− = 3 = 5.1 − = 3 = 3.692 − = = 0.109 Hallamos los parámetros de la parte activa:
(√ ) = ⁄ = 653.595 Ω
= √ = 0.088
Asimismo, hallamos los parámetros de la inductancia de magnetización:
= í = 0.0643
= √ = 897.9 Ω
Ensayo de Cortocircuito: Supondremos que los datos obtenidos están en alta
tensión.
= 2.74
= + = 50 = √ 3 = 34.91 Luego procedemos a realizar los cálculos por fase:
− = = 16.67 − = 3 = 11.64 − = = 2.74 Por lo tanto, la impedancia equivalente de cortocircuito del lado de alta tensión será:
= 6.66 Ω = − = 1.55 Ω = − = + = 6.84 Ω
4. CONCLUSIONES:
El índice horario es muy importante en la conexión de transformadores trifásicos, ya que no se podría instalar transformadores en paralelo con distintos índices horarios, por lo tanto, debemos de tener mucho cuidado al instalarlos, ya que existen muchas posibilidades de tener una falla y un consecuente error eléctrico.
Debemos de elegir correctamente la forma de conexión de los transformadores, ya sea en estrella o triangulo dependerá de la tensión o corriente requerida, con respecto a los de entrada. Debido a perdidas internas u otras fallas en los vatímetros obtenemos muchas veces mediciones erróneas las cuales tienen un margen de error del 1-2%. El índice horario de las conexiones antes realizadas se puede determinar de manera gráfica, por medio de vectores, y así determinar e desfase entre el primario y el segundario. Se puede obtener un transformador trifásico a través de tres transformadores monofásicos, así vistos en el laboratorio, pero en el ámbito de transporte de energía no es factible, pues el sistema es muy dependiente de cualquiera de los tres transformadores, aumentando el porcentaje de falla.
