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TRANSFORMACIONES 1. OBJETIVO Verificación experimental de las transformaciones pasivas de fase (C1) y de conmutación (C2), tanto como de corriente, para lograr una mejor comprensión de su sentido físico. 2. FUNDAMENTO TEORICO Principio De Funcionamiento Del Transformador Scott El circuito de la Figura N°1 es probablemente el más empleado para la transformación de potencia de un sistema trifásico a uno bifásico. Fue ideado por F. C. SCOTT, y se conoce con el nombre de conexión SCOTT. Consiste en dos transformadores, como se indica en la Figura N°1. El transformador M llamado transformador principal tiene un devanado único en su lado bifásico bb’ y un devanado con toma central BOC en su lado trifásico, mientras el transformador T - llamado excitador tiene un solo devanado a cada lado. Según se verá líneas abajo, los dos transformadores tienen transformación diferentes.

razones

de

Aun cuando el sentido usual de circulación de la potencia es del sistema trifásico al bifásico, es más sencillo explicar el funcionamiento del transformador suponiendo que los devanados bifásicos aa’ y bb’ son los primarios. Si se aplican a los devanados bifásicos tensiones bifásicas equilibradas Vaa’ y Vbb’ (Ver Figura N°2), y se desprecian las caídas de tensión en las impedancias de fuga, los vectores representativos de las tensiones en los tres devanados del lado trifásico son los indicados por V AO, VBO, VOC en la Figura N°3 donde los vectores representan caídas de potencial en los sentidos indicados por el orden de los subíndices, según las marcas de polaridad VAO está en fase con Vaa’ y VBO, VOC está en fase con Vbb según se ve en la Figura N°1. Obsérvese que en la Figura N°1 las tensiones entre línea y línea del lado trifásico son: VAB = VNO + VOB

…(1)

VBC = VBO + VOC

…(2)

VCA = VCO + VOA

…(3) Por tanto, estos vectores de tensión son como los indicados en la Figura N°3. Se han de formar un sistema trifásico equilibrado, los ángulos θ de la Figura N°3 deben de ser 60° y por tanto: VAO = sen( 60° ) = 0.866 VAB

En su lado trifásico, el transformador excitador T opera al 86.6% de la tensión trifásica entre línea y línea. Por tanto, si los transformadores principal y excitador tienen igual número de espiras en sus devanados bifásicos, el número de espiras del devanado trifásico AO deberá ser igual al producto de 0.866 por el número de espiras del devanado completo BC del transformador principal. Del diagrama vectorial, que puede dibujarse como un triángulo equilátero según se indica en la Figura N°4, puede verse que la tensión VAO del excitador está en fase con la tensión entre la fase A y el neutro de un sistema simétrico de tensiones en estrella y por tanto se podrá obtener un neutro trifásico simétrico y en el devanado trifásico del transformador T se localiza un puente N de forma tal que las tensiones VAN, VBN, VCN sean iguales. Como de la ecuación: VAO =

y como para un sistema trifásico equilibrado

3 VLINEA 2

VAN =

1 3

VLINEA

Se tiene: VAN 1 2 2 = × = VAO 3 3 3

En consecuencia, si se practica una toma con un punto N del devanado trifásico del transformador excitador T tal que entre los tres puntos A y N de la Figura N°1 se hallen las dos terceras partes del número de espiras, el punto N es el neutro de un sistema trifásico equilibrado. Número Efectivo De Vueltas Del Arrollamiento Armado En El Estator r

:

Número de ranuras (capa simple)

p

:

Número de polos

q

:

Número de fases del devanado

τ

:

Paso de bobina

b

:

Número de bobinas

m

:

Número de bobinas por grupo

δ

:

Paso de grupo

Nb

:

Número de espiras por bobina

Nef

:

Número efectivo de vueltas por fase

Luego tenemos: Factor de Distribución:  mγ '  sen   2  Kd =  γ ' m sen   2

Factor de Paso:  τ'  K p = sen   2

Angulo de ranura:

γ GEOM = γ =

Angulo magnético:

γ MAG = γ ' =

Además: τ' =

τp 2

; τ = (Paso Bobina) ×

Finalmente:

360 r

360 r

γp 2

NEFECT = NTOTAL (vueltas de la fase) × Kp × Kd

CIRCUITO A UTILIZAR

3. PROCEDIMIENTO 4.1 TRANSFORMACIONES DE TENSIONES. 4.1.1 Colocar las escobillas de manera adecuada para recoger tensiones del conmutador usando las escobillas d1-d2 y q1-q2. 4.1.2 Poner en marcha el motor de accionamiento y llevarlo a la velocidad de 3600 R.P.M. Inyectar una corriente continua de 0.5 Amp. Aproximadamente en el devanado estatórico. 4.1.3 Medir la tensión inducida entre el par de escobillas d1-d2 y q1-q2 para diferentes posiciones del anillo porta escobillas (medir el ángulo correspondiente a cada posición). 4.1.4 Medir el valor eficaz de la tensión bifásica recogido de un par de anillo (D1-D2 ó G1-G2), bajo las mismas condiciones de flujo y velocidad del caso anterior y con el Osciloscopio observar la forma de onda de la tensión. 4.1.5 Medir el valor eficaz de la tensión trifásica recogida de un par de anillos (D1-E1-F1) bajo las mismas condiciones anteriores y observar su forma de onda.

4.2 TRANSFORMACIONES DE CORRIENTE. 4.2.1 Sin detener el motor de accionamiento cambiar la alimentación estatórica al devanado rotórico a través de un par de taps separados 180 grados (D1-D2 ó G1-G2) con una corriente aproximadamente de 0.4 amp. A continuación medir y observar la forma de onda del voltaje y observar los terminales de: a) Una espira de prueba en el estator. b) Una bobina del estator. c) El arrollamiento estatórico bipolar.

Detener el motor de accionamiento y desconectarlo.

4.2.2 Alimentar el transformador scott con tensión trifásica variable y conectar la tensión bifásica variable y conectar la tensión bifásica de salida de los taps adecuados del rotor (D1-D2 y G1G2). El rotor para este caso se mantiene estacionariamente. Cuidadosamente

elevar

la

corriente bifásica hasta obtener en el arrollamiento estatórico bipolar una tensión igual al doble que el obtenido en 4.2.1.C medir dicha corriente. Observar la forma de onda de la tensión con el Osciloscopio.

4.2.3 Conectar la fuente de tensión trifásica variable a los taps correspondientes (D1-E1-F1) Incrementar cuidadosamente corriente

la

trifásica

hasta obtener en el arrollamiento estatórico

Bipolar

igual tensión a la del apartado 4.2.2 medir dicha corriente.

Observar la forma de onda de la tensión.