Universidad Politécnica Salesiana-Sede Cuenca.
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Eduardo Bapia Bapia 5sauro aramillo onnat"anCurillo Patricio %lerena ;redd! u#io etapiaFest.ups.edu.ec i0aramilloFest.ups i0aramill oFest.ups.edu.ec .edu.ec 0curillotFest 0curillotFest.ups.edu.ec .ups.edu.ec pllerenaFest.ups pllerenaFest.ups.edu.ec .edu.ecfru#ioz fru#ioz Fest.ups.edu.ec Universidad Politécnica Salesiana - Sede Cuenca %a#oratorio de 1aquinas Eléctricas 5
Practica <(,C=>E?5 <(,C=>E?5@> @> /E %=S /EA:>:/=S /EA:>:/=S /E U> B:>S;=1:/= B:>S;=1:/= B5;DS5C=.
El siguiente siguiente documento documento contiene contiene informaci información ón acerca de las distintas conexiones que se pueden realizar en un transformador trifásico para cada conexión se determina la relación de transformación correspondiente ! además se "a#la de las caract caracter$ er$sti sticas cas que presen presenta. ta. %as medici medicione oness en el la#o la#ora rato tori rioo qu quee fuer fueron on real realiz izad adas as con con el soft soft&a &are re son son presentadas mediante imágenes de la interfaz del mismo en donde don de se apreci apreciaa los paráme parámetro tross medid medidos os ! el diagra diagrama ma fasorial de cada conexión dic"as imágenes permite compro#ar lo esta#lecido en la teor$a. Resumen---
Palabras Claves— Conexiones trifásicas, Relación de transformación, desplazamiento de fase, características.
OBJETIVOS Objetivo General: Conectar los devanados del transformador trifásico feed#ac' ()-)*+ en las configuraciones, ! d /d ! /!.
Objetivos Específicos:
5ndependientemente del tipo de transformador que se dispongo de los mencionados anteriormente anteriormente los terminales tanto tanto en los terminales primarios primarios como los secundarios secundarios pueden conectarse de las formas siguientes, ). con oneexión xión -! 6. conexió xión /-d 7. conexió xión -d 8. conexió xión /-! 9. conexió xión -z : continuación a#ordaremos cada una de estas conexiones con el fin de identificar parámetros como lo son, relación de transformación relación entre volta0es volta0es de l$nea ! de fase relación entre corrientes de l$nea ! de fase. ;inalmente se "a#lará de las caracter$sticas de cada conexión resaltando sus venta0as ! desventa0as. Conexión Y-
En una conexión estrella los volta0es de l$nea difieren difieren de los volta0es de fase mientras que las corrientes son las mismas para l$nea como para fase. En la ;ig.) se muestra muestra como está constituida una conexión estrella- estrella.
/eterminar las relaciones de volta0e ! corriente en fuentes trifásicas conectadas en estrella ! delta. 1edir 1edir ! calcul calcular, ar, volta0 volta0es es de l$nea l$nea volta0 volta0es es de fase fase corr corrie ient ntes es de l$ne l$neaa ! corr corrie ient ntes es de fase fase en cada cada configuración de conexión del transformador. /eterminar la relación de transformación 2 α3 en cada configuración de conexión del transformador ;igu
I. INTROD!!I"N %os transform transformadore adoress trifásic trifásicos os son ampliame ampliamente nte utilizado utilizadoss tanto en la transmisión como distri#ución en los sistemas eléctricos de potencia es por esto que es de suma importancia conocer los distintos distintos tipos de conexión que pueden realizarse realizarse ! el comportamiento comportamiento de cada uno de ellos para de tal manera determinar la conexión más conveniente en un caso espec$fico. Cada conexión posee sus venta0as ! desventa0as provocando que algunas de ellas sean muc"o más utilizadas que otras. En el documento se descri#e el comportamiento de cada conexión ! se destacan las caracter$sticas principales de las mismas además se proporciona la relación de transformación estás "erramientas resultan de muc"a utilidad a la "ora de escoger la conexión adecuada para un caso espec$fico.
ra ). Conexión -! /el /el esqu esquem emaa ante anteri rior or se pu pued edee dedu deduci cirr la rela relaci ción ón de transformación de dic"a conexión tras el análisis de relación tanto tanto de volta0es volta0es como como corrien corrientes tes de l$nea l$nea ! fase fase en el primario ! secundario secundario del transformador transformador como sigue,
I L 1 I f 1 ;
V L 1 √ 3 V f 1 1
I L 2 I f 2 ;
V L 2 √ 3 V f 2 2
=
=
α
=
II. #$R!O TE"RI!O %os transformadores trifásicos pueden estar constituidos por un #anco de transformadores transformadores monofásicos o #ien por un solo n4cleo so#re el cual estén dispuestos los tres #o#inados.
V L 1 V L 2
=
=
=
V f 1 1 √ 3 V f 1 1 → α V f 2 2 √ 3 V f 2 2 =
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Esta conexión no es mu! utilizada de#ido a los pro#lemas que presenta por un lado si las cargas en el circuito del transformador no están equili#radas entonces los volta0es en las fases del transformador pueden llegar a desequili#rarse en forma mu! severa. =tra pro#lema es que los volta0es de la tercera armónica pueden ser grandes tan grandes que en ocasiones superan al volta0e fundamental. Para los pro#lemas mencionados existen soluciones tales como, conectar sólidamente a tierra los neutros de los transformadores 2 no constitu!e una solución del todo de#ido a que se permite que circulen los armónicos de la corriente de vac$o3 o aGadir un devanado terciario conectado en delta.
6 Conexión Y-d
: continuación se muestra el esquema de conexión para este caso 2;ig.73. En esta configuración al no tener la misma conexión por primario ! secundario se va a dar un desplazamiento de fase lo cual no resulta conveniente como veremos más adelante.
Una de las venta0as que presenta esta conexión es los volta0es en primario como en secundario están en fase. Conexión D-d
En este tipo de conexión las tres fases de am#os #o#inados están conectadas en triángulo siendo la tensión de l$nea del primario ! secundario igual a la tensión de fase del primario ! secundario respectivamente. Una conexión en delta consiste en conectar la terminal de uno de los #o#inados con el inicio del siguiente como lo indica la ;ig.6.
;igura 7. Conexión -d %a relación de transformación en esta conexión es la siguiente, I L 1 I f 1 ; I L 2 √ 3 I f 2 =
=
V L 1 √ 3 V f 1 ; =
α
=
;igura 6. Conexión /-d : diferencia de la conexión en estrella en una conexión delta las corrientes son las que están relacionadas por un factor de
√ 3 ! los volta0es son los mismos para fase como para l$nea. %a relación de transformación para este caso se determina como sigue, I L 1 √ 3 I f 1 ; I L 2 √ 3 I f 2 =
=
V L 1 V f 1 ; =
α
=
V L 1 V L 2
=
V f 1 V f 2
→ α
=
V L 2 V f 2 =
V f 1 V f 2
Entre las caracter$sticas de esta conexión destaca que se comporta #ien ante cargas desequili#radas además de no tener un desplazamiento de fase asociado.
V L 1 V L 2
=
√ 3 V f 1 V f 2
V L 2 V f 2 =
→ α √ 3 =
V f 1 V f 2
Entre la caracter$sticas de esta conexión tenemos que , no presenta pro#lemas con los componentes de tercer armónica puesto que se consumen en una corriente circulante en el lado conectado en delta o triángulo es más esta#le con respecto a las cargas desequili#radas. Sin em#argo presenta como pro#lema que de#ido a la conexión el volta0e secundario se desplaza 7* grados con respecto al volta0e del primario del transformador. Este "ec"o del desplazamiento angular puede causar pro#lemas en la puesta en paralelo de los secundarios de los transformadores. Conexión !-
:l igual que en la conexión anterior tenemos el mismo desplazamiento en la fase la configuración de las conexiones tanto en primario como secundario se aprecian en la ;ig.8
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;igura 8. Conexión /-! %a relación de transformación para este caso es, I L 1 √ 3 I f 1 ; I L 2 I f 2 =
=
V L 1 V f 1 ; =
α
=
V L 1 V L 2
=
V f 1
√ 3 V f 2
→ α
=
&. !one'i(n )*: %os devanados del transformador en el #anco de tra#a0o se conectan tal ! como se ve en la ;ig.(.
V L 2 √ 3 V f 2 =
( √ 3 )
1
−
V f 1 V f 2
%as venta0as en esta conexión son las mismas que presenta la conexión -d. Usualmente está conexión es usada como transformador elevador en redes de alta tensión ! por otro lado en redes de distri#ución el estrella se pone por #a0a tensión permitiendo alimentar cargas monofásicas ! trifásicas. El delta por alta tensión para este 4ltimo caso permite compensar los desequili#rios ocasionados por las cargas monofásicas.
III. DES$RRO%%O En la ;igura se muestra la configuración frontal del transformador trifásico feed#ac' necesaria para el desarrollo de la práctica,
;igura (. /evanados del transformador trifásico conectados en configuración !. Se procede a conectar los terminales :7 H7 ! C7 a la fuente de alimentación trifásica 2AI6)(A3.%os terminales a8 #8 ! c8 se de0an li#res. Una vez "ec"a la respectiva conexión se da paso a medir volta0es ! corrientes de l$nea ! de fase tanto del lado de alta tensión como en el de #a0a tensión. : continuación se muestra los resultados o#tenidos en dic"a conexión,
;igura 9. Configuración frontal del transformador trifásico feed#ac' ()-)*+ >ota importante, Para todas las conexiones de los devanados del trasformador trifásico se unirán los terminales a6 con a7 #6 con #7 ! c6 con c7 del lado de #a0o volta0e a manera de utilizar todo el devanado secundario del mismo.
+. !one'i(n ),: %os devanados del transformador en el #anco de tra#a0o se conectan como se ve en la ;ig.+.
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;igura +. /evanados del transformador trifásico conectados en configuración d.
;igura J. /evanados del transformador trifásico conectados en configuración /d.
Bras la fase de medición se o#tuvo los siguientes resultados,
Bras la fase de medición se o#tuvo los siguientes resultados,
-. !one'i(n D,: %os devanados del transformador en el #anco de tra#a0o se conectan como se ve en la ;ig.J.
. !one'i(n D*: %os devanados del transformador en el #anco de tra#a0o se conectan como se ve en la ;ig.K.
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;igura K. /evanados del transformador trifásico conectados en configuración /!. Bras la fase de medición se o#tuvo los siguientes resultados,
2. !one'i(n D01: En esta conexión los devanados por primario se conectan como se lo "izo para el caso 7 ! 8 mientras que las conexiones de los devanados por el secundario no sufre alteración alguna a lo que se "izo para el caso 9. El registro de resultados es el siguiente,
/. !one'i(n )01: Para está conexión estrella en el primario se conecta tal ! como se lo "izo en el caso ) ! 6 mientras que la conexión en el secundario es como se muestra en la ;ig. )*
;igura )*. /evanados del transformador trifásico conectados en configuración z. El registro de resultados es el siguiente,
IV. RE!RSOS 3$!!ESORIOS ) #$TERI$% 4NGIB%E5:
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Banco de máquinas eléctricas feedback: o
o
o
Fuente de tensión variable, 60-10 !ódulo de transformador monofásico, 61-106 "ables de cone#ión
!ult$metros %varios& Fluke %medidor de calidad& -o'cional
V. !ON!%SIONES ( Pat r i c i o%%erena3
En esta práctica se puede o#servar que varias de las conexiones no son esta#les !a sea por el desfase o distorsión por el tercer armónico dic"as desventa0as se pueden rectificar aplicando algunas técnicas dependiendo de la conexión esta#lecida por e0emplo en la conexión estrella L estrella se de#e conectar sólidamente a tierra los neutros de los transformadores esta conexión permite que los componentes aditivos de los terceros armónicos causen un flu0o de corriente en el neutro en lugar de acumular grandes volta0es. Se puede decir que la conexión más esta#le es delta L delta !a que no tiene desplazamiento de fase pro#lemas con cargas desequili#radas o armónicas los desequili#rios presentes por las cargas en el secundario se reparte igualmente entre fases del primario evitando los desequili#rios de flu0os magnéticos. 2Eduardo Bapia 3 %uego de realizar esta práctica vemos que cada tipo de conexión tiene sus venta0as ! desventa0as viendo esto se de#e considerar que aplicación va a tener el transformador para seg4n eso elegir la conexión más conveniente para nuestro tra#a0o es decir se de#e realizar #ien los cálculos para sa#er que transformador utilizar !a que los transformadores vienen conectados internamente "aciendo que sea imposi#le cam#iar su configuración de fá#rica. 25sauro aramillo3 Bras el desarrollo de esta práctica "a sido posi#le determinar la relación de transformación para cada conexión mediante el análisis inicialmente de las relaciones de fase ! l$nea de volta0es ! corrientes en el primario como en el secundario del transformador. Por otra parte se determinó que dependiendo de la secuencia de conexión de fase vamos a tener distintos desplazamientos de fase esto se puede apreciar mediante los diagramas fasoriales de cada conexión 2>o es lo mismo conectar un -! en donde se tenga una misma secuencia de conexión en el primario ! secundario ! el desplazamiento de la fase es *M que "acer una misma
( conexión en donde la secuencia del primario ! secundario difiere ! vamos a tener un desplazamiento en la fase3 . ;inalmente es importante mencionar que cada conexión presenta sus caracter$sticas espec$ficas algunas conexiones son ampliamente más utilizadas que otras pues su comportamiento es óptimo para los distintos casos que generalmente se presentan. 2onnat"an Curillo3 1ediante el soft&are del la#oratorio se o#servar que se lo suced$a tanto con la tensión corriente ! ángulo de fase en las distintas conexiones que nos ped$a en los o#0etivos espec$ficos. %osángulos de desfasesvaria#an de acuerdo al tipo de grupo de conexión que insertá#amos al transformador trifásico además pudimos darnos cuenta que no es lo mismo una conexión triangulo estrella que una conexión triangulo estrella invertida !a que los ángulos de desfase entre estos cam#ia el uno con un ángulo de 7* ! el otro con )9* grados respectivamente además de la relación de transformación entre estos lo cual es de tener mu! en cuenta al momento de "acer estas conexiones !a que se pueden o#viar este tipo de consideraciones. En los transformadores trifásicos las conexiones son importantes cada uno tiene distintas venta0as ! desventa0as las cuales de#en ser puestas en una #alanza para que al rato de elegir optemos por la me0or opción. Bam#ién "a! que tener en cuenta que muc"os de los transformadores 0unto con sus conexiones están construidos para aplicaciones espec$ficas en alta ! #a0a tensión por lo que de#emos tener mu! en cuenta al momento de elegir !a sea por las venta0as de las conexiones o definitivamente por las necesidades de aplicación en las necesidades eléctricas del medio. %as conexiones que van a ser en armar estos circuitos de#en ser analizadas con el ma!or cuidado posi#le para de esta manera garantizar el funcionamiento a toda capacidad del circuito ! as$ podremos tener un conocimiento claro so#re el tema ! de esta forma o#tener los valores correctos con sus respectivos ángulos desfasados por cada entrada ! salida del transformador claro si existieran los mismos. Para manipular estos circuitos ! armarlos se de#e tener muc"o cuidado para cuando se conecte cada elemento es decir realizar las conexiones sin corriente ni volta0e en el circuito de esta manera conservaremos los equipos que se mane0an ! nuestra seguridad.
VI. RE4EREN!I$S N)O S. . C"apman 1otores s$ncronos en 1áquinas eléctricas 8M Ed. 1éxico, 1c. Qra&Rill 6**9 Cap. ( pp.78(-7+K N6O . ;. 1ora 1áquinas S$ncronas 1áquinas Eléctricas 9M Ed. 1éxico, Qra& Rill 6**7 Cap. 9.
