TRANSFORMADOR TRIFASICO

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS ESTATICAS

PROFESOR: Ing. Tarazona, Bernabé

SECCION : B

FECHA DE ENTREGA: 8 de Abril del 2013

GRUPO: N° 3

INTEGRANTES:

Escate Terrones, David 20102025G

Gago Chávez, Joaquín 20104113K

Gamboa Palomino, Oscar 20100188F

Milla Beteta, Steven 20100224B

Lima – Perú

2013

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

Laboratorio N°1: El transformador trifásico

LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS ESTATICAS UNI-FIM

ÍNDICE

Objetivos 03

Fundamento Teórico 04

Materiales 14

Procedimiento 18

Cuestionario 22

Conclusiones 21

Recomendaciones 22

Bibliografía 23

Hoja de Datos 24

2


OBJETIVOS

Realizar el ensayo de vacío y de cortocircuito en el transformador trifásico

(3Ø) para determinar los parámetros del circuito equivalente del

transformador.

Determinar las pérdidas en el hierro y en el cobre, que ocurren en el

transformador.

Hallar el rendimiento del transformador.

Familiarización con el transformador trifásico, relacionado a las formas de

conexión posibles y diferencias entre ellas.

Identificación de bornes homólogos (igual polaridad relativa).

Pronosticar el comportamiento del transformador trifásico bajo carga,

utilizando el circuito equivalente.

Determinación de las características de regulación.

3


FUNDAMENTO TEORICO

EL TRANSFORMADOR TRIFASICO

Actualmente casi todos los sistemas principales de generación y distribución de

potencia en el mundo son trifásicos de CA. Para transformar la corriente alterna

trifásica se puede hacer uso de tres transformadores monofásicos. En el sistema

trifásico estos tres transformadores deben trabajar como una sola unidad. Es

lógico preguntarse si no sería posible unir los tres transformadores monofásicos

en un solo artefacto trifásico y con ello conseguir economía de material.

Imaginémonos tres transformadores independientes. Uniéndolos en un solo

transformador trifásico, dejamos sin modificación aquella parte de los núcleos que

llevan los arrollamientos y unimos los demás lados de los tres núcleos en un

camino magnético común. Tal sistema magnético puede ser comparado con la

conexión en estrella de tres circuitos eléctricos.

Pero en el sistema trifásico con carga uniforme el conductor neutro resulta

superfluo; prescindiendo de él, habremos conseguido economía de cobre. En el

sistema magnético al conductor neutro corresponde el tronco central común. El

flujo en el hierro del transformador puede ser considerado como directamente

proporcional a la tensión y atrasado en fase con respecto a la misma en un ángulo

casi igual a 90°. En consecuencia, las tres tensiones primarias deben dar lugar a

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tres flujos de igual amplitud desfasados entre sí 120°. La suma de estos tres flujos

en el tronco común es igual a cero, lo que permite suprimirlo. El núcleo simétrico

indicado en la figura no se presta a la fabricación y actualmente se lo reemplaza

por el indicado en la siguiente figura:

Tanto los tres bobinados primarios como los tres secundarios se pueden conectar

de cualquiera de las dos formas trifásicas conocidas: estrella o triángulo. Estas

formas de conexión si bien en teoría se las conoce de la siguiente forma:

estrella triángulo

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En la práctica para transformadores trifásicos las conexiones anteriores se hacen

de la siguiente forma:

estrella triángulo

El aspecto de un transformador trifásico en aire sería el siguiente:

La mayor parte de los transformadores trifásicos son de media y de alta tensión

por lo tanto los bobinados no se pueden ejecutar en aire porque no tienen

6


suficiente aislación, por esa razón se los construye inmersos en aceite aislante. El

aceite aislante es un aceite mineral que posee una rigidez dieléctrica muy superior

a la del aire.

Constitución

Al tratar del transformador trifásico suponemos que sus devanados, tanto de alta

como de baja tensión, se hallan conectados en estrella. Según la aplicación a que

se destine un transformador, deben considerarse las posibilidades de establecer

otras conexiones distintas, las cuales ofrecen sobre todo especial interés desde el

punto de vista del acoplamiento en paralelo con otros transformadores.

Grupos de conexión

Las combinaciones básicas que han de ser tenidas en cuenta por lo que se refiere

a sus particularidades para los acoplamientos en paralelo, forman esencialmente

7


cuatro grupos. Cada grupo se caracteriza en particular por el desfase que el

método de conexión introduce entre las f.e.m. primarias y las homólogas

secundarias.

8


9

Nº GrupoSímbolo Conexionado

Primario Secundario Primario Secundario

0

Dd0

Yy0

Dz0

5

Dy5

Yd5

Yz5

6

Dd6

Yy6

Dz6

11

Dy11

Yd11

Yz11


En la tabla se detallan los grupos de conexiones normalizados para

transformadores de potencia trifásicos. Debe tenerse en cuenta que el esquema

de conexionado es válido solamente en el caso que los devanados tengan el

mismo sentido de arrollamiento.

Ensayos de transformadores trifásicos

Hay pocas diferencias entre los transformadores trifásicos y monofásicos, en lo

que respecta a los ensayos a realizar. Por lo pronto, las especificaciones sobre

temperatura, aislación, etc., no pueden ser diferentes, pues las normas no hacen

distingos sobre el número de fases.

Para las caídas de tensión y regulación, también pueden estudiarse como si se

tratara de uno monofásico, con solo considerar separadamente cada fase. Ya

sabemos cómo se combinan los resultados para hacer un diagrama unico,

trifásico. De modo que la característica de carga o externa, que da la tensión en

los bornes secundarios al variar la carga, se tomara para una fase, pues es igual

prácticamente, para las otras.

Para determinar el rendimiento aparece la primera diferencia de consideración. En

efecto, las perdidas en el hierro son distintas para las tres fases, cuando el núcleo

es asimétrico, lo que es común. Y como para calcular el rendimiento había que

medir las perdidas en el hierro y en el cobre, ya vemos que habrá alguna

diferencia con respecto a los monofásicos. Por lo cual se realizaran los ensayos

en vacío y cortocircuito.

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Ensayo de vacío

Se utiliza para encontrar las perdidas en el hierro en un transformador, pero en la

forma indicada en la siguiente figura.

Se conectan 2 vatimetros monofásicos o uno trifásico, según el conocido método

de medición de potencia total trifásica, un voltímetro para verificar la tensión

normal, y, opcionalmente, amperímetros para poder determinar la corriente de

vacío, y con ella, el ángulo de fase en vacío. Si el vatimetro es trifásico dará

11


directamente en su escala la potencia total absorbida por el transformador, pero si

se trata de dos monofásicos, hay que tener cuidado con un detalle que

recordaremos.

En el método de medida de los dos vatimetros, según se estudio en electricidad,

se sumaban las indicaciones cuando el desfasaje entre la corriente y la tensión era

menor de 60º, pues si ese ángulo era superado, había que retar ambas lectura. En

un transformador en vacío, es seguro que el angula de desfasaje supera los 60º,

por lo cual hay que tener presente esta circunstancia, restando las lecturas de

ambos instrumentos.

Finalmente, la potencia total de vacío representa las perdidas en el hierro de todo

el transformador, y el ángulo de desfasaje de la corriente de vacío será:

cosƟ=W 0/ (√3∗V∗I0)

Debiendo tenerse presente que el ángulo cuyo coseno da la ultima formula, no es

el que corresponde a una fase particular, sino que a un intermedio entre las tres

fases, ya sabemos que son distintos. Para tener el valor exacto de cada uno,

habría que conectar tres juegos de instrumentos, uno en cada fase, y calcular el

angulo por el método de medida que se conoce y que se vio en la sección

correspondiente a los monofásicos.

Ensayo de corto circuito

Se utiliza para determinar las perdidas en el cobre, pero en este caso no es

menester medir las pérdidas en las tres fases, pues como son iguales en todas,

basta medir en una fase y multiplicar por tres. Se emplea el esquema que se

muestra en la siguiente figura.

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Tal como se vio en ensayo para transformadores monofásicos, hay que aplicar al

primario una tensión reducida, que se gradúa de manera de tener en el secundario

la carga normal, acusada por el amperímetro. El vatimetro indica la potencia que

absorbe una fase del transformador con secundario en cortocircuito. Las pérdidas

totales en el cobre se calculan multiplicando esa lectura por tres.

Y una vez que conocemos las pérdidas totales en el hierro y en el cobre de

nuestro transformador trifásico, para determinar el rendimiento no hay más que

conocer la potencia normal secundaria y aplicar la siguiente formula

n = W2 / (W2 + Pf + Pc)

Donde W2 es la potencia total trifásica para el secundario, en watt.

Pf son las pérdidas totales en el hierro

Pc pérdidas totales en el cobre

Para tener el rendimiento en porcentaje, vasta multiplicar el resultado por 100.

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MATERIALES

Multímetro digital []

Cables de conexión

14


Pinza amperimétrica

3 Condensadores de 20 uF

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Vatímetro trifásico

Motor monofásico

PANEL DE LAMPARAS INCANDESCENTES

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Cosfímetro trifásico

Motor trifásico de 380 V

Transformador trifásico de 3 KVA, 220/380 V

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Autotransformador trifásico variable de 5 KVA

PROCEDIMIENTO

Previamente se obtendrán los datos del transformador trifásico a estudiar.

Mediremos con anticipación las resistencias de los bobinados tanto como de alta y

baja tensión.

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Relación de transformación:

1.- Se conectara el autotransformador con el voltaje de salida al 100 % al lado de

baja tensión del transformador.

2.- Disminuiremos gradualmente la salida del autotransformador para que de esta

manera, obtendremos 5 puntos de relación de transformación en el transformador

trifásico.

3.- Con el multímetro se medirá los voltajes de entrada y de salida en cada fase

del transformador.

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Prueba de vacío:

1.- Se armara el circuito que se muestra en el esquema.

2.- Se conectara el lado de baja 220V a la salida del autotransformador y los

bornes de 380V se dejaran abiertos.

3.- Se instalara el vatímetro así como el cosfimetro trifásico en el lado de baja del

transformador para de esta manera obtener el factor de potencia.

4.- Con la

pinza amperimetrica medir cada una de las corrientes de línea en el lado de baja

tensión.

5.- Medir con el multímetro los voltajes de línea en lado de baja y alta tensión.

6.- Regularemos el voltaje de salida del autotransformador y de esta manera

obtener 5 puntos de prueba.

20


Prueba de Cortocircuito

1.- Se tendrá en cuenta el circuito del siguiente esquema.

2.- Se conectara la salida del autotransformador a los bornes de alta tensión

(380V) del transformador y se cortocircuitara los bornes de baja tensión.

3.- Instalar el cosfimetro trifásico en el lado de alta del transformador para medir el

factor de potencia.

4.- Instalar el vatímetro trifásico en el lado de alta para de esta manera obtener las

pérdidas totales en el cobre.

5.- Medir con la pinza amperimetrica las corrientes de línea en cada una de las

fases de alta (380V)

6.- Disminuir gradualmente la salida del autotransformador y obtener múltiple

puntos de prueba.

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Prueba con carga

1.-Del siguiente esquema

Se instalara las siguientes cargas:

- Tres focos conectados en delta

- Motor trifásico

- Condensadores en delta

2.-Para cada caso se medirán el voltaje de fase en los bornes de la carga tanto

como las corrientes de línea.

3.-Con el cosfimetro y vatímetros instalados se anotara el valor del factor de

potencia y potencia activa de la carga.

22


CUESTIONARIO

Prueba de vacío y cortocircuito:

1. Realizar el esquema de conexiones para realizar la prueba de Circuito

Abierto en un transformador, que condiciones son validas para realizar la

prueba de vacío

Al aplicar al primario las tensiones nominales, los vatímetros indicarán las pérdidas

en el hierro por fase. Las pérdidas totales serán:

PFe = W1 + W2 + W3.

El ensayo en vacío permite hallar la relación de transformación por fase o simple

ms, como cociente entre las lecturas del voltímetro V1 y V2:

En los sistemas trifásicos habrá que diferenciar la relación de tensiones simples

ms (por fase) de la compuesta mc (entre fases).

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2. Realizar el esquema de conexiones para realizar la prueba de

Cortocircuito en un transformador, que condiciones son validas para

realizar la prueba de Cortocircuito.

Dado que las tres resistencias del devanado primario son iguales, así como las del

secundario, para averiguar las pérdidas en el cobre del transformador será

suficiente aplicar la tensión de cortocircuito a un devanado y conectar el otro en

cortocircuito. La lectura del vatímetro W1 indicará las pérdidas por fase; las

pérdidas totales en el cobre serán: PCu = 3 · W1.

También pueden determinarse las pérdidas en el cobre, con dos vatímetros,

utilizando la conexión Aaron: PCu = W1 + W2.

Para realizar el ensayo en cortocircuito, es necesario disponer de una fuente de

c.a. trifásica de tensión regulable.

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3. Determinar los parámetros que representan el transformador real, las

pérdidas en el mismo y la eficiencia del transformador trifásico.

voltajes

(v)

corrientes

(A)

potencia

hierro(W) w1

205.000 0.824 292.569 450

190.000 0.525 172.767 150

162.000 0.296 83.053 100

153.000 0.201 53.264 20

124.000 0.145 31.141

; W2=3W1

4. Del ensayo de vacío trazar las curvas del

factor de potencia Cos θ (%); Potencia

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w1 (W) W2(W)

450 1350

150 450

100 300

20 60

N(eficiencia

%)

82.19

72.26

78.32

52.97


consumida P0 (W) y corriente en vacío I0 (A) en función de la tensión de

alimentación.

100.000 120.000 140.000 160.000 180.000 200.000 220.0000.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.7000.8000.9001.000

voltaje vs cos(ө)

voltaje primario

cos (

O)

100.000 120.000 140.000 160.000 180.000 200.000 220.0000.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.7000.8000.900

voltaje vs corriente

voltaje primario

Corr

ient

e

26


100.000 120.000 140.000 160.000 180.000 200.000 220.0000.000

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

voltaje vs potencia

voltaje primario

Pote

ncia

5. Del ensayo de cortocircuito graficar a partir de las lecturas la potencia

consumida PCC (W), la tensión de la impedancia VCC (V) como funciones de la

corriente de cortocircuito ICC (A)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 180

50100150200250300350400450500

corriente vs potencia

corriente cc

pote

ncia

27


0 2 4 6 8 10 12 14 16 1802468

1012141618

corriente vs voltaje

corriente cc

volta

je cc

6. Calcular la regulación de tensión para una carga nominal con Cos θ = 0.91

inductivo. Asímismo calcular la eficiencia del transformador para estas

condiciones:

voltajes

(v)

corrientes

(A)

potencia

hierro(W) w1 cos θ n(%)

205.000 0.824 292.569 450 0.910

80.765543

5

190.000 0.525 172.767 150 0.910 70.328560

28


6

162.000 0.296 83.053 100 0.910

76.674007

6

153.000 0.201 53.264 20 0.910

50.619206

4

CONCLUSIONES

La eficiencia y regulación del transformador tienden a disminuir a medida

que nos alejamos de los valores nominales, siendo la eficiencia máxima

registrada de 82.19% y regulación máxima registrada de 80.76% a un valor

de tensión en el primario de 208 V.

Se completó la familiarización con el transformador trifásico, relacionado a

las formas de conexión posibles y diferencias entre ellas.

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RECOMENDACIONES

Se recomienda conectar con mucho cuidado el motor monofásico, ya que

una mala conexión podría dañar el mismo. A su vez al momento del

encendido del motor, sujetarlo fuertemente para que no salte y perjudique

las conexiones hechas.

Seguir las especificaciones indicadas en el vatímetro y cosfímetro para su

adecuado funcionamiento.

30


Verificar el buen estado de los cables de conexión para evitar

interrupciones en el desarrollo del laboratorio.

BIBLIOGRAFIA

Máquinas Eléctricas. Fitzgerald, A. E. 2005

Máquinas Eléctricas. Jesus Fraile Mora. 2008

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HOJA DE DATOS

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Documents

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