Laboatorio N°4 Bancada trifásica.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA DE POTENCIA

INFORME CURSO: Laboratorio de Máquinas Eléctricas Estáticas– ML223 A PERIODO ACADÉMICO: 2014-II EXPERIMENTO: Banco de transformadores monofásicos conectados en Dd,Yy REALIZADO POR:     

García Vásquez, Andy Steven Grandy Gonzales, Emilio Roger Salas Cárdenas, Pablo Cesar Oré Diaz, Deivis Mundaca Malca, Alex

20111300G 20112601K 20111248E 20100164J 20100125D

EXPERIMENTO DIRIGIDO POR: Ing. Bernabé Alberto Tarazona Bermúdez ENTREGA DEL INFORME: lunes 06/09/2014

INFORME CALIFICADO POR: Ing. Bernabé Alberto Tarazona Bermúdez

Lima, Octubre del 2014

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Indice I.

OBJETIVOS .............................................................................................................................. 3

II.

FUNDAMENTO TEORICO ..................................................................................................... 3

III.

MATERIALES ..................................................................................................................... 11

IV.

PROCEDIMIENTO ............................................................................................................. 14

V.

CUESTIONARIO .................................................................................................................... 18

VI.

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES ....................................................................... 30

VII.

RECOMENDACIONES...................................................................................................... 30

VIII.

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................... 31

2 LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICAS Banco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd

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I.

OBJETIVOS  Analizar y evaluar el comportamiento en forma experimental de las conexiones tipo Yy y Dd de dos bancos trifásicos.  Realizar el ensayo de cortocircuito y de circuito abierto de un banco trifásico y calcular el valor de sus parámetros respectivamente.  Determinar el circuito equivalente y verificar el reparto de carga trifásica.

II.

FUNDAMENTO TEORICO

BANCO

DE

TRANSFORMADORES

MONOFASICOS

EN

CONEXIÓN

TRIFASICA Dd Yy Un sistema trifásico se puede transformar empleando 3 transformadores monofásicos. Los circuitos magnéticos son completamente independientes, sin que se produzca reacción o interferencia alguna entre los flujos respectivos. Otra posibilidad es la de utilizar un solo transformador trifásico compuesto de un único núcleo magnético en el que se han dispuesto tres columnas sobre las que sitúan los arrollamientos primario y secundario de cada una de las fases, constituyendo esto un transformador trifásico.

ELEMENTOS DE UNA CONEXIÓN TRIFÁSICA 3 LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICAS Banco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd

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Una transformación trifásica-trifásica consta de un primario, en conexión trifásica equilibrada, que alimenta un sistema trifásico. Para abreviar, a este tipo de transformación le llamaremos simplemente transformación trifásica. Una transformación trifásica puede efectuarse de dos formas: a) mediante tres transformadores monofásicos independientes, unidos entre si en conexión trifásica. b) mediante un solo transformador trifásico que, en cierto modo, reúne a tres transformadores monofásicos. En este caso, la interconexión magnética de los núcleos puede adoptar diversas disposiciones, que examinaremos más adelante. Transformación Trifásica mediante tres Transformadores Monofásicos. Para esta transformación, se utiliza tres transformadores monofásicos de igual relación de transformación. Los primarios se conectan a la red trifásica de donde toman la energía y los secundarios alimentan el sistema trifásico de utilización.

Los transformadores son completamente independientes entre si, por lo que los circuitos magnéticos también lo son, no produciéndose, por lo tanto, ninguna interferencia o interacción entre los flujos magnéticos producidos. 4 LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICAS Banco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd

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Cada transformador lleva dos bornes de lata y dos de baja que se conectan entre si de forma que pueda obtenerse la transformación trifásica deseada, para obtener una transformación estrella-estrella, con neutro. FORMAS MÁS FRECUENTES DE CONEXIÓN DE LOS DEVANADOS Conexión estrella En la conexión estrella se unen en un mismo punto los tres extremos de los devanados que poseen la misma polaridad, existiendo dos formas básicas según se unan, (U, V, W) o bien (U', V', W'). Conexión triángulo En la conexión en triángulo se unen sucesivamente los extremos de polaridad opuesta de cada dos devanados hasta cerrar el circuito. Según sea el orden de sucesión se obtienen dos configuraciones. Conexión zig-zag La conexión zig-zag en la práctica sólo se emplea en el lado de menor tensión. Consiste en subdividir en dos partes iguales los devanados secundarios, una parte se conecta en estrella y luego cada rama se une en serie con las bobinas invertidas de las fases adyacentes, siguiendo un determinado orden cíclico.

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Conexiones de los transformadores Las conexiones básicas de los transformadores trifásicos son: Y‐y; Y‐d; D‐y; D‐d; Y‐z. En este laboratorio vamos a analizar las ventajas e inconvenientes de los tipos conexión Dd y Yy. Dependiendo de los tipos de conexión, pueden aparecer diferencias de fase entre las tensiones compuestas del primario y secundario. Se denomina grupo al desplazamiento o desfasaje entre las estrellas equivalentes del primario y secundario. En lugar de considerar el valor del desplazamiento en grados se utiliza un número que se obtiene de la siguiente relación: N° Grupo = Desplazamiento angular en grados / 30° Este número debe tenerse en cuenta para conectar en paralelo dos o más transformadores trifásicos, transformación,

impedancia

además relativa

de

la

misma

relación

de

de cortocircuito, secuencia de fase y

frecuencia de diseño

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CONEXIÓN Yy: En la figura se muestra el transformador trifásico ó de tres transformadores monofásicos formando un banco trifásico en conexión estrella tanto para el primario como para el secundario. Se puede apreciar que para obtener el circuito equivalente “por fase”, basta con considerar una de las tres fases, ya que existe un punto común (neutro).

La Figura muestra el circuito equivalente por fase correspondiente, donde:

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Req1=req1 Xeq1=xeq1 aT=a y para la experiencia :

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CONEXIÓN Dd: La Figura muestra un transformador ó banco trifásico en conexión delta-delta. Como se observa, no es posible considerar una sola fase ya que no existe un punto común. Si se cortocircuita el secundario; desde el primario se ve el circuito de la Figura a), el que puede transformarse en una estrella equivalente, tal como el de la Figura b), donde se puede obtener un “punto común” o “punto neutro”. Este punto no es real; sin embargo, permite considerar una sola fase del transformador trifásico.

Y para la experiencia: 9 LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICAS Banco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd

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III.

MATERIALES  3 transformadores monofásicos 1KVA 220/110 V

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 Multímetro digital

 1 Analizador monofásico

 1 Autotransformador monofásico

 1Analizador trifásico

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 3 resistencias (Focos incandescentes)

 3 condensadores

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IV.

PROCEDIMIENTO  Medimos la resistencia del bobinado tanto de alta como de baja (Rcc).

 Calculamos el valor de la relación de transformación de los tres transformadores con ayuda del multímetro y del autotransformador.

 Realizamos la prueba de cortocircuito con ayuda del autotransformador, para alcanzar la corriente nominal, y luego tomamos datos del analizador monofásico. (Los datos son similares puesto que los 3 transformadores son iguales 1 KVA 220/110v)

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Icc aprox. 4.52

 Determinación de los puntos homólogos (polaridad). Según la guía de laboratorio.

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Polaridad

 Conectamos los diversos circuitos (Dd, Yy) y tomamos datos del analizador trifásico. Aquí podremos notar la potencia activa, reactiva y el fdp.

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CONEXIÓN nDd

conexión Yy : COMPROBANDO LAS CORIENTES DE LINEA Y TOMA DE DATOS

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V.

CUESTIONARIO

1. ¿Qué tipos de conexiones trifásicas de transformadores monofásicos existen? ¿Para qué sirven? Tipos de conexiones  Simétricas: Yy Yd,Dy Dd Yz  Asimétricas Vv (triangulo abierto) Del tipo de conexión dependerá la relación entre las tensiones y corrientes de línea y fase. A través del tipo de conexión determinamos el sistema de tensiones, si es de secuencia directa o inversa. 

Conexión Yy:



Conexión Yd:



Conexión Dy:

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

Conexión Dd:



Conexión Yz:



Conexión delta abierto:

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2. ¿A qué es debido el ruido que genera un transformador? El bloque metálico del transformador no es macizo sino que está formado por una serie de láminas metálicas o placas pegadas unas a otras e impregnadas con un barniz aislante. Estas placas tienden a vibrar a 50 Hz por el efecto de la corriente alterna provocando el ruido.

3. ¿Se pueden obtener diferentes relaciones de transformación con un transformador trifásico? ¿Y con un monofásico? Explícalo. Las relaciones de transformación en fase no cambia, pero dependiendo del tipo de conexión puede cambian la relación entre línea y fase; por lo tanto en un transformador trifásico podemos tener diferentes relaciones de transformación. En un transformador monofásico solo tenemos un devanado primario y secundario con lo que no es posible hacer combinaciones

4. ¿Qué requisitos deben cumplir los transformadores monofásicos para formar la conexión trifásica? 

Las relaciones nominales de transformación deben ser iguales.



Deben tener igual potencia aparente nominal.



Las tensiones porcentuales de cortocircuito deben ser iguales para un reparto de carga adecuado.

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5.¿Por qué existe una asimetría en las corrientes de vacío?

Según el circuito mostrado el flujo que pasa por la columna central tiene menos recorrido, lo que da lugar una asimetría en dicha columna. Esto produce un desequilibrio en las corrientes de vacío de las tres fases

6. 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; por ejemplo si alimentamos una carga desequilibrada, hay tipos de conexiones que no responden adecuadamente. Además si cambiamos el tipo de conexión podemos cambiar de secuencia directa a inversa y viceversa. Por lo tanto, la salida depende fundamentalmente del tipo de conexión a realizarse. 7. Indique las ventajas y desventajas de los bancos monofásicos en conexión trifásica respecto a los transformadores trifásicos. VENTAJAS DEL BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFOSICOS La ventaja más lógica es si una fase entra en circuito abierto, las otras dos fases siguen funcionando dando energía a la carga. La carga que ahora podría suministrar seria

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aproximadamente el 58% de la potencia nominal trifásica, teniendo cuidado porque estaríamos sobrecargando corrientes en los conductores. Se puede conectar neutro a los bobinados, ya que la configuración es externa muy al contrario de un transformador trifásico que su configuración ya viene diseñada e indicada en la placa. La opción de trabajar con 4 conductores en trifásicas es para obtener una distribución más equilibrada. Por lo que respecta a las bobinas primarias y secundarias, las podemos conectar de varias formas, teniendo cuatro posibles casos: Y/Y, Y/Δ, Δ/Y, Δ/Δ. 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. 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. DESVENTAJAS DEL BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS Resulta un costo elevado para conversiones de tensiones. Además es importante el peso para la instalación de una sub-estación aérea donde claramente el transformador trifásico tiene una clara ventaja.

8. ¿En qué casos es conveniente usar la conexión Yy y Dd? Conexión Yy: Con este tipo de conexión se tienen dos neutros, uno en las bobinas primarias y otro en las bobinas secundarias. El problema surge cuando no se conectan estos neutros a la masa o tierra, porque las señales u ondas senoidales salen por el secundario distorsionadas. Solamente no es necesario conectar los neutros a tierra cuando el sistema trifásico está muy equilibrado. Asimismo, debemos indicar que no hay un desplazamiento de fase entre las tensiones de entrada y las tensiones de salida Conexión Dd: Este tipo de conexión tiene la desventaja de no disponer de ningún neutro, ni en el primario ni en el secundario. Otra desventaja es el aislamiento eléctrico que 22 LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICAS Banco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd

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resulta más caro que otro de conexión (Y), para las mismas especificaciones técnicas. En este tipo de conexión las tensiones de entrada y salida se encuentran en fase. Este sistema de conexión es utilizado en sistemas trifásicos donde la tensión no es muy elevada. La principal ventaja de este modo de conexión es que aunque las cargas no estén bien equilibradas las tensiones mantienen un buen equilibrio, muy buena regulación.

9. ¿Qué diferencias relevantes se encontraron al trabajar con la conexión Yy0 y Yy6? Las formas de conexiones fueron diferentes, se realizaron como se muestra en las siguientes gráficas:

Como se puede ver en las características de desfase en Yy0 no hay desfase, en Yy6 hay un desfase de 180º. Además es diferente la configuración en la polaridad. 10. ¿Qué diferencias relevantes se encontraron al trabajar con la conexión Dd0 y Dd6?

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Las formas de conexiones fueron diferentes, se realizaron como se muestra en las siguientes gráficas:

Como se puede ver en las características de desfase en Dd0 no hay desfase, en Yy6 hay un desfase de 180º. Además es diferente la configuración en la polaridad. 11. Enumera algunas de las normas de seguridad a tener en cuenta en los ensayos de transformadores. Las normas de seguridad los cuales pudimos experimentar son de corto circuito y circuito abierto. En el ensayo de corto circuito debe ser necesariamente en el de AT y poner en corto circuito el bobinado de BT para evitar corrientes altas en los conductores y producir accidentes, así también podemos mencionar que debemos a empezar esta prueba con la menor tensión posible. En el de circuito abierto no tuvimos complicación pero debemos tener en cuenta la resistividad a la temperatura ambiente, acomodar este factor a la temperatura de 75ºC que es lo normado para estos dos tipos de ensayos. Las pruebas tipo o de diseño y recepción de los transformadores de corriente serán de acuerdo con lo indicado en las normas IEC-60044 y ANSI/IEEE C57.13. El fabricante deberá adjuntar con su oferta, las pruebas tipo IEC o ANSI/IEEE. 24 LABORATORIO DE MAQUINAS ESTATICAS Banco de transformadores monofásicos en conexión trifásico: Yy, Dd

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12. ¿En qué casos se utiliza la conexión Delta abierto? Cuando en un banco de transformadores trifásico tienes avería en una fase y se retira el transformador para reparación, los dos transformadores restantes se conectan en delta abierto siendo este nombre por el espacio que quedó al retirar el transformador dañado, esto permite que puedas utilizar parte de la potencia instalada aún cuando se haya retirado el transformador. El siguiente dibujo representa a dos transformadores monofásicos conectados entre sí en la manera denominada triángulo abierto o delta abierta.

Esta forma de conectar dos transformadores monofásicos no es muy empleada. Solamente se utiliza cuando se nos ha estropeado un transformador, es decir, en casos de emergencia. El problema de esta conexión es que se pierde potencia en las líneas, en torno al 13.4%, por ello no se utiliza. El funcionamiento es el mismo al de una conexión Δ/Δ.

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13. Tomando como referencia los valores suministrados por la red, las corrientes medidas por el amperímetro y el circuito equivalente aproximado de cada transformador, plantear y resolver el circuito respectivo. Determinar las potencias consumidas por cada carga y su respectivo factor de potencia. Comparar los resultados obtenidos al resolver el circuito con los medidos por los respectivos instrumentos (vatímetro y cosfímetro), indicar el % de error y las posibles causas de los mismos caracteristicas del transformador IN(A)

Vcc(V) Icc(A) Pcc(W) 4.54 16.13 4.61 74 4.54 15.52 4.55 70 4.54 15.6 4.62 70 SE OBTIENE

T1: T2: T3:

prom

Yy

Zeq 3.4989154 3.41098901 3.37662338 3.4288426

punto Yy6

VRS(V) VST(V) VTR(V)

BAJA Vrn(V) Vsn(V) Vtn(V)

Req 3.48200884 3.38123415 3.27954873 3.38093057

Xeq 0.343545406 0.449557174 0.803831779 0.532311453

no punto Yy0 ALTA VRN(V) VSN(V) VTN(V)

228.9 227.9 227.2

82.9 74.1 79

139.5 142.5 135.4

RELAC TRANS a 1.6827503 1.92307692 1.71392405

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Dd ALTA VRS(V) VST(V) VTR(V)

punto Dd0

no punto Dd6

228.2 227.9 227.2

BAJA Vrs(V) Vst(V) Vtr(V)

132 122.7 130

RELAC TRANS a 1.72878788 1.85737571 1.74769231

CONEXIÓN Dd Caso 1: Lámparas incandescentes

a) Lámparas incandescentes conectadas en delta

con carga Dd 220:127 Vrs(V) Vst(V) Vtr(v) V(v) fdp Z

130.8 121.5 130.6 127.6333333 1 120.66865

Ir(A) Is(A) It(A) I(A) P

0.644 0.654 0.599 0.632333333 135

Pasando al circuito monofásico equivalente:

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circuito monofásico eqivalente Veq 73.68913936 zeq req xeq Ieq

1.142947532 1.126976858 0.177437151 0.632333333

Vz=Veq-Ieq(Zeq + Z) Vz=107.81123 %r=31.6583 b) Lámparas con condensadores

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Pasando al circuito equivalente:

Itr Its Itt

prom

I

rz

125.833923

1.96 1.86 1.84

1.88666667

vrs vst vts

v

xz

131.4 121.5 130.8

127.9

41.5188071

Vz=Veq-Ieq(Zeq + Z) Vz=213.9625