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Manuel HernandezHola soy instructor de electricidad muy buena informacion3 years ago Reply Are you sure you want to Yes NoYour message goes here

freelayMi error, ya esta la casilla de permitir descargas activa y la licencia bien puesta. Esto que esta publicado pretende precisamente eso, sacar de la universidad trabajos que normalmente acaban en el basurero de los despachos paraque puedan ser utilizados en otros ambitos o para otros estudiantes.3 years ago Reply Are you sure you want to Yes NoYour message goes here

JOSE ARMANDO BECERRA VARGAS , DOCENTE UNIVERSITARIO at UNIVERSIDADFRANCISCO DE PAULA SANTANDER Egoismo cientifico, cuando seremos como los Japoneses, todo lo comparten y son exitosos.3 years ago Reply Are you sure you want to Yes NoYour message goes here

Daniel Laferte Cubano at NASA community3 years ago

Cto Dominguez at I don't sleep enough because I stay up late for no reason3 years ago

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1. 1. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons. ENSAYOS DEL TRANSFORMADOR TRIFÁSICO. Práctica nº 62. 2. Objetivo: El objetivo de esta práctica es realizar un estudio del transformador trifásico mediante ensayos.

Hallaremos el circuito equivalente y podremos conocer su comportamiento en servicio para distintos regímenes decarga. Analizaremos también la relación de transformación y el índice horario en función de la conexión.ESTUDIO TEÓRICO Los transformadores trifásicos nos permiten modificar los niveles de tensión y corriente delos sistemas eléctricos trifásicos. Tienen tres devanados primarios (todos con igual N1) y tres devanadossecundarios (de N2 ) y su funcionamiento es igual que el de los trafos monofásicos. Al aplicar un conjunto detensiones trifásicas en los devanados primarios, la corriente que por ellos circula genera un conjunto de flujosalternos, desfasados entre sí 120º. Utilizaremos un transformador de Sn = 5000 VA Tipos de conexionado

Existen tres tipos diferentes de conexionado, de los que dependerá la relación existente entre las corrientes delínea y las de fase: UL = 3 · Uf UL = Uf UL = 3 · Uf IL = If IL = 3 · If IL = If Relación de transformaciónUna característica propia de cualquier transformador trifásico es la relación de transformación que presenta: rt L =UL1 / UL2 rt f = N1 / N2 = Uf 1 / Uf 2

3. 3. En un transformador trifásico es importante conocer la relación entre las tensiones de línea de primario y desecundario. Dependerá del tipo de conexión realizada porque la relación entre las fases no cambia. La relación detransformación de línea será por tanto proporcional a la de fase dependiendo de la conexión utilizada e inclusoserán iguales para una conexión estrella-estrella o triángulo-triángulo. Índices horarios Indica el desfase existente,expresado en grupos de 30º, entre la tensión de fase de un terminal de primario y la tensión de fase del terminal

correspondiente del secundario cuando al primario se le aplica un sistema directo de tensiones. Circuitoequivalente El estudio teórico del transformador trifásico lo efectuaremos obteniendo el circuito equivalente de unade las fases y trabajando con ella como si se tratase de un sistema monofásico, utilizando la relación detransformación de fase. Las ecuaciones serán las mismas que utilizamos para el trafo monofásico, trabajandosiempre con parámetros de fase. Cargas desequilibradas No todos los modos de conexionado empleados en lostransformadores trifásicos confieren un correcto comportamiento ante cargas desequilibradas, provocando la

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aparición de flujos superfluos. Un buen comportamiento ante un desequilibrio de cargas supone la verificación deigualdades entre las f.m.m.’s

4. 4. REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA ENSAYOS EN VACÍO 1. DETERMINACIÓN DE LARELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Datos obtenidos: - Conexión Y-d: Y UL = 3 Uf IL= If d IL =3 If UL= Uf V1 = 380 V V2 = 251 V rtL = U1L / U2L = 3 U1f / U2f= 3 rtf rtf = rtL / 3 N1/N2 =(380/251)/ 3 = 0.874 - Conexión D-z: D IL = 3 If UL= Uf z IL = If UL= 3 Uf V1 = 220 V V2 = 382 VrtL = U1L / U2L = U1f / (3 · U2f) = (2 · N1) / (3 · N2) = 2/3 · rtf rtf = 3 rtL /2 N1 / N2 = 3 · (220/382) / 2 =0.864 Vemos que nos sale aproximadamente igual, teniendo en cuenta el error que hemos podido cometer alefectuar las mediciones.

5. 5. 2. ENSAYO DE VACÍO Las pérdidas de vacío son constantes para una tensión de alimentación cualquieraque sea la carga y al factor de potencia. Las pérdidas en el hierro serán también constantes para una mismatensión de alimentación. Para determinarlas hacemos el ensayo de vacío. Este ensayo consiste en aplicar al primario del transformador la tensión nominal, estando el secundario en circuito abierto. Al mismo tiempo debemedirse la potencia absorbida Po (W) y la corriente de vacío Io (A), de acuerdo con el esquema. Utilizamos eneste caso conexión triángulo-triángulo y aumentamos la tensión del autotransformador hasta 220V que es latensión de primario nominal. Resultados obtenidos: Po = 95 W Io = 0.95 A V1n = 220 V cos0 = 0.26 Comolas pérdidas R1Io2 en vacío son despreciables (debido al pequeño valor de Io), la potencia absorbida en vacíocoincide prácticamente con las pérdidas en el hierro. Comprobamos que se cumple la relación entre los valores:

Po = 3 · V1n · Io · cos0 = 3 · 220 · 0.95 · 0.26 = 94.2 95 W En este caso las dos componentes de Iovalen: cos 0 = 0.26 0 = 74.787º If = IL / 3 = 0.95 / 3 = 0.548 A IFe = Iof cos 0 = 0.548 · 0.26 =0.142 A I = Iof sen 0 = 0.548 · 0.96 = 0.529 A De donde pueden obtenerse ya, los valores de los parámetros RFe y X : U1n f = U1n L porque la conexión es en triángulo RFe = U1n f / IFe = 220 / 0.142 =1549.3 X = U1n f / I = 220 / 0.529 = 415.88

6. 6. 3. ASIMETRÍA DE LAS CORRIENTES DE VACÍO Conexión del transformador estrella-estrella. Lacorriente que circula en vacío por las columnas del transformador no es simétrica, debido a la diferencia de laslongitudes de las columnas del transformador. La de la 2ª fase será menor debido a que su reluctancia es menor yse requiere menor corriente de magnetización. Resultados obtenidos: I1 = 1.49 A I2 = 1.03 A I3 = 1.43 A

ENSAYO DE CORTOCIRCUITO En este ensayo se cortocircuita el devanado secundario y se aplica al primario una tensión que se va elevando gradualmente desde cero hasta que circula la corriente nominal deltransformador por los devanados (ensayo normalizado). Se obtienen las pérdidas en el cobre y el resto de los parámetros del circuito equivalente. La conexión es estrella-estrella. Además habrá que tener en cuenta que latensión de cortocircuito será proporcional a la corriente a la que se haya efectuado el ensayo. La tensión aplicadanecesaria en esta prueba representa un pequeño porcentaje respecto a la nominal por lo que el flujo en el núcleoes pequeño, siendo en consecuencia despreciables las pérdidas en el hierro. Datos medidos: I1n = 7.65 A Vcc =11.2 V Pcu = 124.7 W coscc = 0.84 De las medidas efectuadas, se puede obtener: Pcu = Pcc porque es unensayo normalizado Pcc = 3 · V1cc · I1n · cos cc = 3 · 11.2 · 7.65 · 0.84 = 124.7 W Los datos sonvalores de línea. Los paso a valores de fase para trabajar con ellos: Y UL= 3 Uf U1f = 11.2/ 3 = 6.47 V If = IL If = 7.65A

7. 7. Zcc = Vccf / I1n = 6.47 / 7.65 = 0.85 Rcc = Zcc · c = 0.85 · 0.84 = 0.714 Xcc = Zcc · sen cc = 0.85· 0.54 = 0.461 VRcc = Vccf · cos cc = 6.47 · 0.84 = 5.435 V VXcc = Vccf · sen cc = 6.47 · 0.54 = 3.51V cc = Vcc/V1n · 100 = 11.2 / 380 · 100 = 2.95 % Rcc = VRcc/V1n · 100 = 5.435 / 220 · 100 = 2.47 %Xcc = VXcc/V1n · 100 = 3.51 / 220 · 100 = 1.6 % Con los resultados obtenidos obtenemos el circuitoequivalente del transformador ensayado: I1 I2 ’ Io Rcc Xcc IFe I V1 V’2 RFe X I1n f = 7.65 A I2’ = I2n f /rtf = 7.5 / 0.87= 8.62 A Iof = 0.548 A IFe = 0.142 A I = 0.529 A RFe = 1549.3 X = 415.9 V1nf =220 V V2’ = V2nf · rtf = 220 · 0.87 = 191.4 V Rcc = 0.714 Xcc = 0.461 ENSAYO EN RÉGIMENDE CARGA CON COS = 1 Acoplamos una carga trifásica adecuada en el secundario del transformador, y le

aplicamos tensión de forma progresiva hasta llegar a la nominal, 380V. Este ensayo nos permitirá obtener elrendimiento del transformador, la relación entre la potencia consumida por la red y la potencia cedida a la carga.

8. 8. Datos medidos: U1linea = 381 V U2 linea = 246V I2 = 8.4 A P2 = 3600 W Determinación del rendimiento:De los ensayos anteriores tenemos Po = 95 W y Pcc = 124.7 W Sn = 3 * V2nf I2nf I2nf = Sn / 3·V2nf =5000/ (3 *220) = 7.57 A Triángulo: I2nL = I2nf · 3 = 7.57 · 3 = 13.11 A P2 = 3 · V2L · I2L · cos 2 cos 2 = P2 / (3 · V2L · I2L) = 3600 / (3·246·8.4) cos 2 1 porque es una carga resistiva C = I2f / I2nf 

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= (8.4/3) / 7.57 = 0.64 = P2 / (P2 + (V1/V1n)2 Po + C2 Pcc) = 3600 / [3600 +(381/380) 2 ·95 + (0.64)2·124.7] = 3600 / 3746.58 = 0.961 = 96.1 % Rendimiento máximo: Po = Pccn * C2 Copt = (Po/Pccn) = (95 / 124.7) = 0.873 P2n = 3 · V2L · I2nL · cos 2 = 3 · 220 · 13.11 · 1 5000 W = P2 /(P2 + (V1/V1n)2 Po + C2 Pcc) = 5000 / [5000 +(381/380) 2 ·95 + (0.873)2 ·124.7] = 5000 / 5190.54 =0.963 max = 96.3 %

9. 9. ÍNDICES HORARIOS Habrá que determinar mediante un osciloscopio el desfase existente entre la tensiónde la fase “A” de primario y la tensión de la fase “a” de secundario. Mostramos a continuación las conexiones quehemos tenido que realizar para obtener los índices horarios que nos pedían. 1. Conexión Y-y 0: a b c A B C ao bo co L1 L2 L3 l1 l2 l3 a’ b’ c’ Ao Bo Co ao’ bo’ co’ 2. Conexión Y-y 6: a b c A B C ao bo co L1 L2 L3 l1 l2

l3 a’ b’ c’ Ao Bo Co ao’ bo’ co’ 3. Conexión Y-d 1: a b c A B C ao bo co L1 L2 L3 l1 l2 l3 a’ b’ c’ Ao Bo Coao’ bo’ co’

10. 10. 4. Conexión Y-d 11: a b c A B C ao bo co L1 L2 L3 l1 l2 l3 a’ b’ c’ Ao Bo Co ao’ bo’ co’ 5. Conexión Y-d 5: a b c A B C ao bo co L1 L2 L3 l1 l2 l3 a’ b’ c’ Ao Bo Co ao’ bo’ co’ 6. Conexión Y-z 1: a b c A B C ao bo co L1 L2 L3 l1 l2 l3 a’ b’ c’ Ao Bo Co ao’ bo’ co’

11. 11. ESTUDIO DE DESEQUILIBRIO DE CARGAS Vamos a observar los desequilibrios que puedenaparecer en las corrientes del transformador al conectar en su secundario una carga monofásica. Aplicaremos elensayo para tres modos de conexión: estrella-estrella, triángulo-estrella, estrella-zigzag. Esquema de la conexiónestrella-estrella Datos obtenidos: Y-y: IL1 = 1.47 A IL2 = 7.6 A IL3 = 6.25 A I2 = 5.87 A D-y: IL1 = 5.72 A

IL2 = 7.74 A IL3 = 2.33 A I2 = 3.27 A Y-z: IL1 = 2.84 A IL2 = 4.64 A IL3 = 7.43 A I2 = 6.25 A En cadauno de los casos hemos aumentado la corriente hasta que al menos en una de las fases del primario se alcanzase laintensidad nominal (7.6 A). Observamos que la conexión que nos permite que por el secundario circule másintensidad es la última, la conexión estrella-zigzag. El desequilibrio en este caso no es muy grande. Sin embargo,observamos que en el primer caso (conexión estrella- estrella), hay una gran diferencia entre la intensidad quecircula por la primera fase del primario (que es casi exclusivamente la intensidad de vacío) y las otras dos; conneutro en ambos devanados, al sobrecargar una fase en el secundario, aumentará proporcionalmente la corrienteen la fase del devanado de la misma columna del primario y por tanto, provocará un caída de tensión mayor en unconductor de línea que en los otros dos. La segunda conexión, la de triángulo-estrella, nos permite una intensidad

en el secundario muy baja. Podemos sacar como conclusión que la conexión que tiene peor respuesta ante undesequilibrio de cargas es la de estrella-estrella. Hemos comprobado la gran influencia que tiene en conexionadocuando nos encontramos en una situación en la que se produce un desequilibrio en la carga conectada alsecundario, y habrá que tenerlo en cuenta a la hora de construir un transformador, porque repercutirá en laseguridad de los aparatos conectados al sistema.

12. 12. CUESTIONES 1. ¿Por qué existe una asimetría en las corrientes de vacío? Un trafo trifásico tiene lasiguiente geometría: Se ve que en la columna central el flujo tiene menos recorrido, lo que dará lugar a unaasimetría en dicha columna central. Esto produce un desequilibrio en las corrientes de vacío de las tres fases, perosu efecto en carga es prácticamente despreciable 2. ¿Qué tipos de conexiones existen? ¿para qué sirven? Hemosvisto ya en el resumen teórico que hay tres tipos de conexiones: estrella, triángulo y zig-zag. De la conexióndependerá la relación entre las tensiones e intensidades de línea y las de fase, y por tanto, la relación detransformación de línea del trafo. Además mediante las conexiones también determinamos el sistema de tensiones,si es de secuencia directa o inversa, y si existen desequilibrios. 3. ¿A qué es debido el ruido que genera untransformador? El ruido es producido por las chapas, que vibran debido al campo magnético 4. ¿Se puedenobtener diferentes relaciones de transformación con un transformador trifásico? ¿Y con un monofásico? Explícalo.La relación de transformación de fase no cambia, será siempre N1/N2. Pero como con las conexiones cambianlas relaciones entre línea y fase, en un trafo trifásico podremos tener diferentes relaciones de transformación (delínea) dependiendo del conexionado. En un trafo monofásico solo tenemos un devanado primario y un secundario,con lo que no es posible hacer combinaciones. 5. Si formamos un transformador trifásico a partir de tres

transformadores monofásicos iguales y lo alimentamos con un sistema trifásico equilibrado de secuencia directa,¿obtendremos a la salida siempre un sistema equilibrado de tensiones de secuencia directa?. No necesariamente.Si alimentamos una carga desequilibrada, hay conexionados que no responden adecuadamente. Además, sicambiamos la conexión podemos cambiar de secuencia directa a inversa y viceversa. Por lo tanto, la salidadepende fundamentalmente de las conexiones realizadas.

13. 13. CONCLUSIONES En esta práctica hemos estudiado como se comporta el transformador monofásico

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ante diferentes regímenes de carga. Hemos realizado los ensayos de vacío y cortocircuito para hallar los valoresdel circuito equivalente del trafo estudiado y hemos visto su alto rendimiento trabajando en carga. Además hemosmanejado los diferentes tipos de conexionado y las características de cada uno, así como su influencia en larelación de transformación y ante un desequilibrio de cargas. Durante esta práctica hemos aprendido a manejar satisfactoriamente el transformador monofásico, y hemos podido comprobar sus diferencias y similitudes con elanteriormente estudiado trafo monofásico.

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