Laboratorio de Máquinas Eléctricas I
Laboratorio 09
Ing. Luis Chirinos
Ruiz Alejo, Ricardo Ricardo Denis
MARCO TEORICO Conexión Delta Abierto o V-V Es una conexión delta-delta a la que se anula un transformador. Se emplean solo dos transformadores y cuando la carga aumenta, se emplea el otro transformador. No se emplean conexiones V en paralelo, porque resulta más sencillo completar el triángulo en uno de ellos y tampoco deben adaptarse como aplicación de instalaciones ya existentes normales, puesto que la asimetría de impedancias internas daría origen a distribuciones muy irregulares de la carga entre varios sistemas acoplados. La cuestión de los ángulos entre las f.e.m.s. primarias y secundarias, aunque pudiera estudiarse como lo hemos hecho en los otros ot ros casos, carece prácticamente de interés. Inconvenientes: Se desaprovecha capacidad instalada. CAP. INST.:
Capacidad de cada transformador.= 2 x Vf x If
CAP. UTILIZABLE:
3 VL IL =
CAP.UTILIZABLE UTILIZABLE
3 Vf If
3
CAP CAP.INST INST .
Esquemáticamente:
2
0.866 Factor de Servicio.
Conexión Física:
El sistema de tensiones del secundario es trifásico. Su respectivo Diagrama Fasorial de corrientes será:
Ic
( Ia Ic)
En ciertas situaciones no puede utilizarse un banco de transformadores tr ansformadores 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. La situación resultante se muestra en la siguiente figura, si dos voltajes secundarios
120 0V , entonces el voltaje que pasa a través que permanecen son VA V 0 y VB V 12 de la abertura que dejó el tercer transformador está dado por:
VC
VA VB
VC V 0 V 120 VC V VC
(0.5V 0.866V )
0.5V
j 0.866V
VC V 120 Éste es el mismo voltaje que estaría presente si el tercer transformador siguiera ahí. A menudo, a la fase C se le llama fase fantasma. Entonces, la conexión delta abierta posibilita que un banco de transformadores siga funcionando con sólo dos de sus transformadores. Permitiendo que fluya cierta potencia aun cuando se haya removido una fase dañada.
Conexión de un transformador en abierta o V-V. Muestra el banco de transformadores en operación normal conectado a una carga resistiva. Si el voltaje nominal de un transformador en el banco es V y la corriente corriente nominal es I entonces la potencia potencia máxima que puede puede suministrar a la carga es: P 3V I cos( )
El ángulo entre el voltaje V, Y la corriente l, en cada fase es 0°, por lo que la potencia total suministrada por el transformador es: P 3V I
cos( )
P 3V I En la siguiente figura se muestra un transformador con delta abierta. Debido a que falta una de las fases del transformador, la corriente de línea de transmisión es igual a la corriente de fase en cada transformador y las corrientes y voltajes en el banco del transformador tienen un ángulo que difiere por 30°. Para el transformador 1 el voltaje tiene un ángulo de 150° y la corriente tiene un ángulo de 120°, por lo que la expresión para la potencia máxima en el transformador es:
P 3V I
cos(150 120)
P 3V I
cos(30)
P
3 2
V I
a) Voltajes y corrientes en un banco de transformador banco de V-V. Transformador
. b) Voltajes y corrientes en un
abierta.
Para el transformador 2, el voltaje tiene un ángulo de 30° y la corriente tiene un ángulo de 60°, por lo que la potencia máxima es:
P2 3V I
cos(30 60)
P2 3V I
cos( 30)
P2
3 2
V I
La corriente nominal es la misma en cada transformador, sin importar si son dos o tres, y el voltaje es el mismo en cada transformador; por lo que la razón entre la potencia de salida disponible del banco delta abierta y la potencia disponible del banco trifásico normal es:
Pabierta Pabierta P3 fase
3V I 3V I
1 3
0.577
La potencia disponible que sale del banco delta abierta es sólo 57.7% del valor nominal del banco original. ¿Qué pasa con el resto del valor nominal del banco delta abierta? Después de todo, la potencia total que los dos generadores juntos pueden producir equivale a dos tercios del valor nominal del banco original. Para encontrar la respuesta se debe examinar la potencia reactiva del banco delta abierta. La potencia reactiva del transformador 1 es:
Q1
3V I sen(150 120)
Q1
3V I sen(30)
Q1
1 2
V I
La potencia reactiva del transformador 2 es:
Q2
3V I sen(30 60)
Q2
3V I
Q2
1 2
cos(30)
V I
Entonces, un transformador produce potencia reactiva que consume el otro. Este intercambio de energía entre los dos transformadores es lo que limita la potencia de salida a 57.7% del valor nominal del banco original en lugar del esperado 66.7%. Otra manera de ver el valor nominal de la conexión delta abierta es que se puede utilizar 86.6% del valor nominal de los dos transformadores restantes. Las conexiones delta abierta se utilizan ocasionalmente cuando se desea suministrar una pequeña cantidad de potencia trifásica a una carga monofásica. En tal caso, se puede utilizar la conexión de esta figura, donde el transformador T2es mucho más grande que el transformador TI.
La utilización de una conexión de transformador en A abierta para suministrar una pequeña cantidad de potencia trifásica y mucha potencia monofásica. El transformador T2, es mucho mayor que el transformador T1, La conexión ye abierta-delta abierta.
ACTIVIDADES La conexión delta abierta es una conexión especial que se utiliza en circunstancia circunstanciass de falla, o cuando la instalación tiene proyección de crecimiento por etapas, en su dimensionado tiene que estimarse el crecimiento de la demanda para hacer la inversión de implementación de la subestación Para verificar la operación trifásica del banco instalar un motor de inducción trifásico, verificar su funcionamiento registrando las corrientes de línea y las tensiones de línea que se tabularán en el siguiente cuadro:
Conexión
.
Conexión
Si n Carga
Con Carga
con carga.
VAB
VBC
VCA
Vab
V bc
Vca
IA
IB
233 V
236 V
236 V
116 V
117 V
118 V
0.39 A
V AB
VBC
VCA
Vab
Vbc
Vca
IA
236 V
232 V
236 V
117 V
116 V
117 V
0.83 A
IC
Io
0.42 A 0.31 A 0.06 A
IB
IC
Ia
Ib
Ic
0.82 A 0.66 .66 A 0.86 .86 A 0.77 .77 A 0.48 .48 A
Conexión V-V con carga
V-V Sin Carga
V-V Con Carga
VAB
VBC
VCA
Vab
Vbc
Vca
IA
234 V
238 V
238 V
117 V
119 V
119 V
0.29 A
VAB
V BC
VCA
237 V
238 V
234 V
V ab
V bc
Vca
117.7 V 116.5 V 118.8 V
IA 0.67 A
IB
IB
IC
Io
0.44 A 0.18 A 0.29 A
IC
Ia
Ib
Ic
0.88 A 0.52 A 0.71 A 0.87 A 0.71 A
Especificaciones Especificaciones de la carga(Motor)
CUESTIONARIO
1. Indicar como se puede hacer la prueba de vacío en un banco de transformadores monofásicos operando en conexión trifásica, y elaborar el diagrama equivalente aproximado
Conexión
Si vemos el diagrama fasorial de cada lado de los transformadores:
Utilizaremos watimetros para hallar la potencia en cada fase del banco de transformadores y con los datos experimentales de voltajes y corrientes podemos hallar los parámetros de la prueba de vacío que será diferente para cada transformador, esta es en una conexión deltadelta. El método de los dos vatímetros (conocido también como Método ARÓN) se utiliza para medir la potencia activa consumida por una carga equilibrada o desequilibrada sin hilo neutro. Las conexiones de los dos vatímetros a la red están representadas en la fig. 1. Las bobinas amperimétricas se introducen en dos fases cualesquiera de la red, y las bobinas voltimétricas se conexionan entre la fase que tiene la bobina amperimétrica correspondiente correspondiente y la fase restante.
En este caso, supondremos que los transformadores tienen los mismos parámetros en cuanto a lo que se refiere a sus ramas de magnetización, por lo tanto, tendremos como resultado medidas de potencia trifásica en vacío.
2. Describir como se debe efectuar la prueba de cortocircuito de un banco de transformadores monofásicos que operan en conexión trifásica, las precauciones que deben considerarse y elaborar el diagrama equivalente.
En este caso alimentaremos al transformador transformador trifásico por el lado de baja, ya que en el lado de alta podremos obtener una corriente más pequeña la cual nos asegure que los aislamientos de los bobinados no sufran daño alguno, si en Vcaso se superase la corriente nominal a obtener en este lado del transformador. En el ensayo de corto circuito hay que tener cuidado en la conexión que se encuentra los transformadores transformadores monofásicos" por qué debido a su conexión la corriente de línea cambiara su valor por lo cual tenemos que conocer que corriente pueden soportar (corriente nominal+ los bobinados en los transformadores monofásicos dependiendo de su conexión. 3. Enumerar y sustentar las ventajas y desventajas de la operación de bancos de transformadores transformador es monofásicos que operan en conexión trifásica delta abierta. Ventajas:
La potencia disponible que sale del banco delta abierta es sólo 57.7% del valor nominal del banco original. Se puede utilizar 86.6% del valor nominal de los dos transformadores restantes. Se aumenta por lo tanto la eficiencia de los transformadores monofásicos, solo para una carga limitada. En este tipo de conexión no es necesario que las impedancias de los transformadores sean iguales. Por lo tanto, tomará valores más reales que los que manejaríamos suponiendo parámetros iguales en los transformadores monofásicos.
La conexión delta abierta posibilita que un banco de transformadores siga funcionando con sólo dos de sus transformadores. Permitiendo que fluya cierta potencia aun cuando se haya removido una fase dañada.
Desventajas:
Las conexiones delta abierta se utilizan ocasionalmente cuando se desea suministrar una pequeña cantidad de potencia trifásica a una carga monofásica. Una desventaja es la potencia la cual puede suministrar a la carga, ya que esta se redujo al 58% de la potencia nominal, cuando la carga necesite más potencia, el generador conectado al estrella abierto se sobrecargará y saldrá del sincronismo si es una maquina síncrona la que este alimentando la red, o si es una red externa se activaran las protecciones y se dejara de suministrar a la red.
4. Explique qué sucede en un transformador trifásico en conexión delta abierto sí la carga que alimenta es extremadamente desbalanceada. Esta conexión no tiene desplazamiento de fase, y tiene la ventaja que no tiene problemas con cargas desequilibrada o armónicos, además se puede quitar un transformador para mantenimiento o reparaciones y queda funcionando con dos transformadores.
Esta conexión es estable con respecto a cargas desequilibradas, debido a que la delta redistribuye cualquier desequilibrio que se presente. Esta conexión tiene como desventaja que el voltaje secundario se desplaza en retraso 30° con respecto al voltaje primario del transformador, lo cual ocasiona problemas en los secundarios si se desea conectar en paralelo con otro transformador, siendo uno de los requisitos para conectar en paralelo, que los ángulos de fase de los secundarios del transformador deben ser iguales.
CONCLUSIONES
Luego de leer el marco teórico y después de la parte experimental podemos concluir que la conexión delta abierto es una solución rápida en los casos de falla o de mantenimiento en un banco de transformadores. Comparando los valores experimentales de la conexión delta-delta y delta-abierto podemos concluir que la corriente circulante de la conexión delta-abierto es menor que la corriente de la conexión delta-delta. Siempre existirá una corriente circulante si los valores de los bobinados del banco de transformadores. En este laboratorio aprendimos la conexión delta abierto, su funcionamiento, su conexionado, sus ventas y desventajas y en los casos donde se puede aplicar rápidamente. La carga que utilizamos fue un motor trifásico que lo alimentamos con 110 v trifásico, pero no tuvo problemas debido a que lo trabajamos en vació y la conexión delta-delta era la más cercana a 110 V.
