Laboratorio 4 - Transformador Trifásico

TECSUP

Laboratorio de Máquinas Eléctricas y Transformadores

OPERACIÓN DE MAQUINAS ELECTRICAS Y TRANSFORMADORES

Laboratorio 4 “EL TRANSFORMADOR TRIFASICO”

2016

41

Laboratorio de Máquinas Eléctricas y Transformadores

TECSUP

“EL TRANSFORMADOR TRIFASICO” OBJETIVOS: 1. Al finalizar la práctica de laboratorio el alumno será capaz de usar el transformador trifásico y mediante pruebas básicas a esta máquina podrá calcular su rendimiento y comprender su principio de funcionamiento además de conectarle cargas simulando una situación real de operación. FUNDAMENTO TEORICO: EL TRANSFORMADOR TRIFASICO El transformador trifásico es el de más extensa aplicación en los sistemas de transportes y distribución de energía eléctrica. Dado que los niveles de energía eléctrica que se manejan en estos casos son elevados, este tipo de transformadores se construyen para potencias nominales también elevadas. Se puede decir que un transformador trifásico está constituido por tres transformadores monofásicos montados en un núcleo magnético común. Los principios teóricos que se han expuesto para los sistemas monofásicos son totalmente aplicables a los trifásicos, teniendo en cuenta que ahora se aplicarán para cada una de las fases de estos.

Figura 1

También es posible la elaboración de un transformador trifásico a partir de tres transformadores monofásicos constituyendo lo que se conoce como banco de tres transformadores monofásicos. Con las tres bobinas primarias conectadas en estrella o delta, se forma el primario trifásico; y con las tres secundarias monofásicas, conectadas también en estrella o delta se forma el secundario trifásico.

42

TECSUP

Laboratorio de Máquinas Eléctricas y Transformadores

Figura 2: Banco de transformadores: Conexión Dy, Conexión Yy.

ENSAYO DE VACIO DE UN TRANSFORMADOR TRIFASICO Se lleva cabo de la misma manera que para un transformador monofásico, en la figura 3 se muestra la el esquema eléctrico del ensayo de vacío, de preferencia el ensayo se debe realizar en el lado de baja tensión.

Figura 3: Ensayo de Vacio, lado de baja

Por desequilibrio magnético en un transformador trifásico de un solo núcleo, la corriente de vacío en la rama central es menor que en las bobinas ubicadas en las ramas de los extremos, por lo tanto. I0= (IA0+IB0+IB0)/3 Donde: IA0, IB0 y IC0 Corrientes de fases en el circuito monofásico. Z1, de seguirse la recomendación, sería la impedancia en el lado de baja tensión. I1

A

Z1

Z´2

I2

I0 V1

43 Z0

V´2

Laboratorio de Máquinas Eléctricas y Transformadores

TECSUP

Figura 4. Circuito monofásico del transformador En vacio la impedancia predominante es Z0 , por lo cual las otras impedancias pueden despreciarse, por lo cual podríamos considerar el siguiente circuito. I1

A

Z1

Z´2 I0

V1

RC

IC

IM XM

I2

V´2

0 Figura 5. Circuito monofásico del transformador Detalle de rama de excitación Para encontrar la corriente de vacío del ensayo de un transformador, debemos tener en cuenta el tipo de conexión. CONEXIÓN ESTRELLA CONEXIÓN TRIÁNGULO Donde: RC Resistencia equivalente por histéresis y pérdidas en el núcleo y por corrientes parásitas que produce el flujo mutuo alterno ϕm en el núcleo. XM Reactancia mutua que produce el flujo mutuo en ohms. I0 Corriente sin carga, en fase con el voltaje de suministro, que produce las pérdidas en el núcleo debidas a histéresis y a corrientes parásitas. IM Corriente de magnetización en el núcleo, que produce el ϕm.

Del siguiente circuito podemos determinar la potencia trifásica que consume RC

Podemos despejar RC

44

TECSUP

Laboratorio de Máquinas Eléctricas y Transformadores

Donde: Tener cuidado con el tipo de conexión: CONEXIÓN ESTRELLA CONEXIÓN TRIÁNGULO Además:

Encontramos:

ENSAYO DE CORTOCIRCUITO DE UN TRANSFORMADOR TRIFASICO De la misma manera que para el transformador monofásico, se tiene que cortocircuitar el secundario y mediante una fuente alterna regulable, se hace que circule por el primario la intensidad nominal, se recomienda realizar en ensayo en el lado de alta tensión.

Figura 6. Conexión de instrumentos para ensayo de cortocircuito, lado de alta ILÍNEA= (Ia + Ib + Ic)/3 Donde: ILÍNEA Corriente de línea en el lado cortocircuitado El equivalente monofásico se muestra en la siguiente figura I1

A

Z1

Z´2

45 V1

I2

I0 Z0

V´2

Laboratorio de Máquinas Eléctricas y Transformadores

TECSUP

Figura 7. Equivalente monofásico Donde la rama de magnetización es despreciable Entonces, la potencia total absorbida en ensayo de cortocircuito (PCC) trifásica.

Donde: I1N

Corriente por fase que circula por el lado cortocircuitado.

Además: CONEXIÓN ESTRELLA

CONEXIÓN TRIÁNGULO

Para encontrar XCC

CONEXIÓN ESTRELLA CONEXIÓN TRIÁNGULO

Como el multímetro está en el lado que no está cortocircuitado, el VCC encontrado es V2CC, para encontrar el V1CC 46

TECSUP

Laboratorio de Máquinas Eléctricas y Transformadores

Siendo: V1 Lado de Baja tensión V2 Lado de Alta tensión Adicionalmente:

Siguiendo esto procedimientos los resultados obtenidos serán valores reflejados en el lado secundario del transformador. EQUIPOS Y MATERIALES: Cantidad 01 03 01 05 Varios

Descripción Fuente de alimentación variable Transformador 220/110 v Vatímetro digital Multímetro digital Conductores de conexión

Marca

Modelo

Observación

EN ESTE LABORATORIO TRABAJARÁ CON TENSIONES PELIGROSAS. NO MODIFIQUE NI HAGA NINGUNA OTRA CONEXIÓN, SALVO QUE SU PROFESOR LO AUTORICE. ANTES DE ENERGIZAR, SOLICITE LA AUTORIZACIÓN A SU PROFESOR.

PROCEDIMIENTO A

1. Coger los transformadores monofásicos proporcionados e identificar sus puntos de polaridad. 2. Conectar los transformadores para obtener el índice horario proporcionado por el profesor.

A

11 10

12

1 2 47

9

3

B

C

U

V

W

X

Y

Z

Laboratorio de Máquinas Eléctricas y Transformadores

TECSUP

3. Colocar los instrumentos como indica la figura y graficar los fasores de voltaje.

¿Qué secuencia indica la gráfica?: ___________________________________ ¿Cuál es el ángulo de desfasaje entre los voltajes?______________________ 4. Colocar los instrumentos como indica la figura y graficar los fasores de voltaje.

48

TECSUP

Laboratorio de Máquinas Eléctricas y Transformadores

¿Qué secuencia indica la gráfica?: ___________________________________ ¿Cuál es el ángulo de desfasaje entre los voltajes?______________________ ¿Cuál es la relación de transformación teórica y experimental?, ¿Coinciden?, ¿Por qué? __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ _____________________________________________________ 5. Colocar los instrumentos como indica la figura y graficar los fasores de voltaje.

49

Laboratorio de Máquinas Eléctricas y Transformadores

TECSUP

¿Cuál es el ángulo entre el voltaje de línea primario y el voltaje de línea secundario? _________________________________________________________ ¿Coincide con el desfasaje que debe haber en la conexión Dyn5? ______________ ¿Cuál es la diferencia entre el voltaje primario y el secundario? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ PROCEDIMIENTO B. 1. Ensayo de Vacio a) Conectar un vatímetro, tres amperímetros y un voltímetro en el lado de menor tensión de un transformador, además, conectar un voltímetro en el lado del circuito abierto, tal como se muestra en la figura 3. 50

TECSUP

Laboratorio de Máquinas Eléctricas y Transformadores

b) Tensionar el devanado de menor tensión al valor nominal, manteniendo en circuito abierto el devanado de mayor tensión. c) Proceder a medir el valor de la potencia total trifásica Po (W1+W2) y las intensidades por línea. IA, IB e IC. Considerar que ILINEA = (IA+IB+IC)/3 W1

W2

IA

IB

IC

ILINEA

Aplicando las fórmulas mostradas en el fundamento teórico, encontramos los valores de RC y XM para el lado de baja tensión. P0

RC

XM

2. Ensayo de Cortocircuito a) Realizar la conexión según la figura 6, donde se tensionará el lado de alta tensión. b) Tensionar en forma gradual y reducida el devanado de mayor tensión hasta que la lectura de los amperímetros en el lado de baja tensión correspondan a los valores nominales. c) Tomar lecturas de: Tensión de Cortocircuito, Vcc en el devanado de mayor tensión (Voltímetro) Corrientes en el devanado cortocircuitado Ia, Ib, e Ic (corrientes nominales) ILÍNEA= (IA + IB + IC)/3 Donde: ILÍNEA Corriente de línea en el lado cortocircuitado V2CC

ILINEA

Utilizando las fórmulas mostradas en el fundamento teórico, encontrar los valores: VCC

RCC

XCC

d) Dibujar Circuito Equivalente monofásico para reflejado al lado primario del transformador trifásico:

51

Laboratorio de Máquinas Eléctricas y Transformadores

TECSUP

e) Encontrar lo siguiente:

PCu

Cos ΦCC

uCC (%)

uRcc (%)

uXcc (%)

f) Determinar las corrientes de cortocircuito para el lado primario y para el lado secundario.

ICC1(L)

I2L

g) Calcular los parámetros de eficiencia y caída de tensión del transformador trifásico cuando opere al 75% de su carga nominal con un F.P. de 0.75 en atraso.

ε

η

CUESTIONARIO 1) ¿Cuál es la importancia de conocer el índice horario de un transformador trifásico? …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………..…………………………………………………… ………………………………………………………………… 2) ¿Por qué es importante determinar los parámetros de corto y vacío de un transformador trifásico? …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………..…………………………………………………… ………………………………………………………………… 3) ¿Cuándo y qué tipo de refrigeración debe tener un transformador trifásico? …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………..…………………………………………………… ………………………………………………………………… 52

TECSUP

Laboratorio de Máquinas Eléctricas y Transformadores

…………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………..………………………… …………………………………………………………………………………………… 4) Al diagnosticar un transformador trifásico con un ensayo de vacío y un ensayo de corto se obtienen los siguientes resultados: Transformador Conexión Sn (VA) V1 (V) V2 (V) VCC (V) P0 (W) PCC (W) Cos φ

1° Yy 4000 420 240 20 50 150 0.8 inductivo

Se pide calcular: a. m = _________________ b. I1n = _________________ c. I2n = _________________ d. Rcc = _________________ e. Xcc = _________________ f.

Zcc = _________________

g. uCC = _________________ h. uRcc = _________________ i.

uXcc = _________________

j.

ICC1(L) = _________________

k. ICC2(f) = _________________ l.

ε = _________________

m. PFe = _________________ n. PCu = _________________ o. Tensión a plena carga en el secundario = _________________ p. Rendimiento a plena carga para el factor de potencia indicado. n = _________________

53

Laboratorio de Máquinas Eléctricas y Transformadores

TECSUP

c. Conducen pruebas, analizan e interpretan sus resultados, para evaluar y mejorar sistemas

Resultado:

electromecánicos.

e. Trabajan eficazmente en equipo. Criterio de desempeño :

C1. Realizan pruebas con instrumentos y equipos en sistemas de diversa tecnología, utilizando procedimientos y normas establecidas. e2 Entrega informes y presenta proyectos como resultado de un trabajo en equipo. Máquinas eléctricas I

Curso:

LABORATORIO Nº4 : El Transformador Trifásico

Actividad: Nombre y apellido del alumno:

La actividad se realiza en grupo de dos alumnos.

Observaciones

Sección:

C10

Periodo:

2016-I

Ciclo:

IV

Semana:

07

Docente:

Pedro Benites

Fecha:

Documento de Evaluación Hoja de Trabajo

Archivo informático

x

Informe Técnico Caso

Planos Otros:

CRITERIOS DE EVALUACIÓN Excelente

Bueno

Requiere Mejora

No aceptable

Realizó una conexión de transformadores trifásicos. (procedimiento, conexiones, precisión)

4

3

2

0

Determinó el rendimiento y eficiencia del transformador (Procedimiento, Conexiones, Precisión)

4

3

2

0

Demostró conocimiento acerca de los temas tratados.

3

2

1

0

Aplica procedimientos seguros.

3

2

1

0

a. Capacidades tecnológicas

Puntaje parcial

Puntaje Logrado

Puntaje alcanzado 1

Excelente

Bueno

Requiere Mejora

No aceptable

Presenta informe (presentación, redacción, ortografía, resultados y conclusiones)

3

2

1

0

Trabaja con orden e iniciativa respetando las normas de laboratorio.

3

2

1

0

b.-Procedimiento y actitudes

Puntaje Total

Puntaje Logrado

Puntaje alcanzado 2 PUNTAJE TOTAL 1 + 2

Comentarios al o los alumnos: (De llenado obligatorio) Excelente Bueno Requiere Mejora No aceptable

Descripción

Completo entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo todos los requerimientos. Entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo la mayoría de requerimientos. Bajo entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo pocos de los requerimientos. No demuestra entendimiento del problema o de la actividad.

54

TECSUP

Laboratorio de Máquinas Eléctricas y Transformadores

55