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TEMA: TRANSFORMADOR TRIFÁSICO

1. OBJETIVOS

Comprobar el funcionamiento y características al vacío del

transformador trifásico, así como sus diferentes formas de

conexión.

Analizar las características de cada configuración.

Identificar las diferentes conexiones ∆-∆, Y-Y, ∆-Y, Y-∆.

Determinar las relaciones de transformación para las

diversas configuraciones

2. EQUIPOS

2.1. EQUIPOS DE MEDICIÓN

Fuente de poder TF-123.

Fuente de poder PS-12.

Voltímetro AC.

Transformador trifásico TT222.

Transformador trifásico TR-33.

3. MARCO TEÓRICO:

TRANSFORMADOR TRIFÁSICO

GENERALIDADES

La transformación de tensiones y corrientes en los sistemas trifásicos puede

realizarse de dos maneras distintas.

La primera de ellas consiste en emplear un transformador monofásico

en cada una de las tres fases, de tal manera que se formen

circuitos magnéticos independientes. Este sistema es poco

económico, ya que emplea mucho volumen de hierro, a la par

que espoco práctico por ser necesario incorporar tres unidades

idénticas para realizar la transformación total.

La segunda manera consiste en emplear un solo núcleo

magnético en el que se incorporan todos los devanados

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necesarios. En este caso, el sistema está formado por tres

columnas iguales sobre las que se arrollan las espiras que

constituyen los bobinados primario y secundario de cada fase,

como indica la figura 1a.

Se puede considerar que este núcleo trifásico es el resultado de

la unión de tres sistemas monofásicos de acuerdo con el proceso

de simplificación que se observa en las Figuras 2 b. c. y d., donde

para dar sencillez a la figura se ha prescindido de los devanados

correspondientes.

Si el sistema de alimentación es trifásico equilibrado, los tres flujos

son iguales en magnitud, estando desfasados 120° en el tiempo,

resultando un flujo total øt en la columna central cuyo valor es

cero, y se puede suprimir por tanto esta columna de retomo,

como muestra la Figura 1d.

El sistema resultante a) se obtiene como proyección sobre un

mismo plano del núcleo d); tal disposición es la que se utiliza en la

práctica pese a que presenta una asimetría en la columna

central, merced al menor recorrido del flujo. Este hecho produce

un equilibrio en las corrientes de vacío de las tres fases, pero su

efecto en carga es prácticamente despreciable.

Figura 1. Circuito magnético de un trasformador trifásico y su génesis a partir de

tres transformadores monofásicos.

TIPOS DE CONEXIONES DE LOS TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

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Figura 2. Conexiones de los transformadores trifásicos.

Estudio de la transformación trifásica en conexión estrella-estrella (Y-

Y) con arrollamiento terciario.

La conexión estrella – estrella tiene la gran ventaja de disminuir la

tensión por fase del transformador, pero presenta inconvenientes

cuando las cargas no están equilibradas. Para eliminar estos

inconvenientes se dispone de un arrollamiento terciario el cual está

conectado en triángulo y cerrado en cortocircuito sobre sí mismo.

Las fuerzas magnetomotrices, primaria y secundaria, debidas a esta

sobrecarga, se compensan en cada columna, con lo que

desaparecen los flujos adicionales y, con ellos, los inconvenientes

que resultaban de las cargas desequilibradas.

Figura 3. Transformador trifásico en conexión estrella-estrella con devanado terciario.

Estudio de la transformación trifásica en conexión triángulo- estrella (Dy)

Existen cuatro formas de montaje con lo que respecta a la estrella

secundaria:

Desfase de 30º (Dy1).

Desfase de 150º (Dy5).

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Desfase de -30º (Dy11).

Desfase de -150º (Dy7).

De estos grupos de conexión se utilizan en la práctica el Dy5 y el Dy11.

Este sistema de conexión es el más utilizado en los transformadores

elevadores de principio de línea, es decir en los transformadores de

central. En el caso de cargas desequilibradas no provoca la circulación

de flujos magnéticos por el aire, ya que el desequilibrio se compensa

magnéticamente en las tres columnas. Como se puede disponer de

neutro en el secundario, es posible aplicar este sistema de conexión a

transformadores de distribución para alimentación de redes de media y

baja tensión con cuatro conductores.

Figura 4. Transformador trifásico en conexión triángulo-estrella y desfase de 150º.

Figura 5. Reparto de las corrientes en los arrollamientos de un transformador trifásico en

conexión triángulo estrella, con una carga desequilibrada.

Estudio de la transformación trifásica en conexión estrella triángulo (Yd)

Existen cuatro posibilidades de conexión:

Desfase de 30º (Yd1).

Desfase de 150º (Yd5).

Desfase de -30º (Yd11).

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Desfase de -150º (Yd7).

De estos grupos de conexión, el más utilizado en la práctica es el Yd5 y

el Yd11. El empleo más frecuente y eficaz de este tipo de conexión es

en los transformadores reductores para centrales, estaciones

transformadoras y finales de línea conectando en estrella el lado de alta

tensión y en triángulo el lado de baja tensión.En lo que se refiere al

funcionamiento con cargas desequilibradas, el desequilibrio de cargas

secundarias, se transmite al primario en forma compensada para cada

fase.

Figura 6. Transformador trifásico en conexión estrella triángulo y desfase de 150º (grupo

de conexión Yd5).

Estudio de la transformación trifásica en conexión estrella-zigzag (Yz)

Para evitar el inconveniente de cargas desequilibradas se conecta el

arrollamiento secundario en zigzag. Esta conexión consiste en hacer que

la corriente circula por cada conductor activo del secundario, afecte

siempre igual a dos fases primarias, estas corrientes se compensan

mutuamente con las del secundario.

Designando arbitrariamente los terminales del primario y con respecto a

estas designaciones el secundario ofrece cuatro posibilidades distintas

de conexión, dos de ellas que proceden del neutro. Estos grupos de

conexión son:

Desfase de 30º (Yz1).

Desfase de 150º (Yz5).

Desfase de -30º (Yz11).

Desfase de -150º (Yz7).

De estos grupos de conexión los más utilizados son el Yz5 y el Yz11. Este

tipo de conexión se emplea para transformadores reductores de

distribución, de potencia hasta 400KVA; para mayores potencias resulta

más favorable el transformador conectado en triángulo estrella.

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Figura 7. Representación esquemática y diagrama vectorial de un transformador

trifásico en conexión estrella zig-zag.

Figura 8. Transformador trifásico en conexión estrella zig-zag y desfase de 150º (grupo

de conexión Yz5).

Estudio de la transformación trifásica en conexión triángulo-triángulo

(Dd)

También ahora existen cuatro posibilidades de conexión que

corresponden a las siguientes condiciones.

a) Los terminales de la red primaria y secundaria pueden ser

homólogos o de opuesta polaridad.

b) La sucesión de estos terminales en el circuito interno puede ser la

misma para ambos sistemas o inversa.

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En la práctica se emplean solamente dos grupos de conexión que

corresponden, respectivamente a un desfase de 0º y a un desfase de

180º.Cada aislamiento debe soportar la tensión total de la línea

correspondiente y, si la corriente es reducida, resulta un número elevado

de espiras, de pequeña sección.Si se interrumpe un arrollamiento, el

transformador puede seguir funcionando aunque a potencia reducida,

con la misma tensión compuesta y con una intensidad de línea a la que

permite una sola fase. Se limita a transformadores de pequeña potencia

para alimentación de redes de baja tensión, con corrientes de línea

muy elevadas por la ausencia de neutro en ambos arrollamientos.

Figura 9. Transformador trifásico en conexión triángulo-triángulo y desfase de 0º (grupo

de conexión Dd0).

Figura 10. Funcionamiento de un transformador trifásico en conexión triángulo-

triángulo, con un arrollamiento interrumpido.

4. PROCEDIMIENTO:

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4.1. Con el diagrama de la figura11 complementado en el trabajo

preparatorio arme el circuito de manera que el transformador

mantenga una conexión ∆-∆.

4.2. Con la fuente sin energía, arme el circuito de manera que mantenga

la configuración ∆-∆.

4.3. Energizar el circuito activando la fuente de poder trifásica fija.

4.4. Leer y registrar los valores de tensión de línea y de fase, tanto en el

primario como en el secundario.

4.5. Apague la fuente de poder.

4.6. Armar el circuito con el trasformador en conexión ∆-Y y repetir el

procedimiento anterior.

4.7. Armar el circuito con el trasformador en conexión Y-Y y repetir el

procedimiento anterior.

4.8. Armar el circuito con el trasformador en conexión Y-∆ y repetir el

procedimiento anterior.

4.9. Con la fuente sin energía, arme el circuito de manera que mantenga

la configuración Y-Z.

4.10. Energizar el circuito activando la fuente de poder trifásica fija

4.11. Leer y registrar los valores de tensión de línea y de fase, tanto en el

primario como en el secundario.

Figura 11. Circuito para la práctica.

5. VALORES MEDIDOS:

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CIRCUITO N° 1: Conexión estrella - delta [Y - ∆]

Estrella Y (Primario) Delta ∆ (Secundario)

Tensión Fase Tensión Línea Tensión Línea

VRN 122 [v] VAB 210 [V] Vab 72 [V]

VSN 122 [v] VBC 210 [V] Vab 72 [V]

VTN 122 [v] VCA 210 [V] Vac 72 [V]

Tabla 1. Datos tomados en el laboratorio de la conexión Y - ∆.

CIRCUITO N° 2: Conexión estrella - delta [Y - Y]

Estrella Y (Primario) Estrella Y (Secundario)

Tensión Fase Tensión Línea Tensión Fase Tensión Línea

VRN 122 [v] VAB 210 [V] Van 71 [v] Vab 124 [V]

VSN 122 [v] VBC 210 [V] Vbn 71 [v] Vbc 124 [V]

VTN 122 [v] VCA 210 [V] Vcn 71 [v] Vca 124 [V]

Tabla 2. Datos tomados en el laboratorio de la conexión Y - Y.

CIRCUITO N° 3: Conexión delta - estrella [∆-Y]

Delta ∆ (Primario) Estrella Y (Secundario)

Tensión Línea Tensión Fase Tensión Línea

VAB 210 [V] Van 124 [V] Vab 215 [V]

VBC 210 [V] Vbn 124 [V] Vbc 215 [V]

VCA 210 [V] Vcn 124 [V] Vca 215 [V]

Tabla 3. Datos tomados en el laboratorio de la conexión ∆ - Y.

CIRCUITO N° 4: Conexión delta - delta [∆-∆]

Delta ∆ (Primario) Delta ∆ (Primario)

Tensión Línea Tensión Línea

VAB 210 [V] Vab 124 [V]

VBC 210 [V] Vbc 124 [V]

VCA 210 [V] Vca 124 [V]

Tabla 4. Datos tomados en el laboratorio de la conexión ∆ - ∆.

CIRCUITO N° 5: Conexión delta - zeta [∆ - Z]

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Delta ∆ (Primario) Zeta Z (Secundario)

Tensión Línea Tensión Valor Tensión Valor Tensión Valor

VAB 210 [V] Van 66 [V] Vax 132 [V] Vaz 66 [V]

Vbn 66 [V] Vbx 66 [V] Vbz 132 [V]

VBC 210 [V] Vcn 66 [V] Vcx 66 [V] Vcz 66 [V]

Vab 132 [V] Vay 66 [V] Vxy 114 [V]

VCA 210 [V] Vbc 132 [V] Vby 66 [V] Vxz 114 [V]

Vca 132 [V] Vcy 132 [V] Vyz 114 [V]

Tabla 5. Datos tomados en el laboratorio de la conexión ∆ - Z.

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Según como se observa en las tablas 1,2 3, 4 y 5; en la conexión

estrella se obtuvo valores en tensión de línea y de fase, que se

relacionan así:

Voltaje de línea=√3 Voltaje de fase

Las conexiones en delta solo presentan voltaje de línea, y no poseen

un neutro, a diferencia de la conexión en estrella.

La conexión en z presenta salidas de línea que son a, x, b, y, c, z; que

permitieron obtener los diferentes valores de la tabla 5.

7. CUESTIONARIO

7.1. Determinar las tensiones de fase y de línea y relación de

transformación de tensión voltajes para cada configuración.

CIRCUITO N° 1: Conexión estrella - delta [Y - ∆]

Estrella Y (Primario) Delta ∆ (Secundario) Relación de

tensiones de línea

Tensión Fase Tensión Línea Tensión Línea Vp/ Vs

VRN 122 [v] VAB 210 [V] Vab 72 [V] 2.91667

VSN 122 [v] VBC 210 [V] Vab 72 [V] 2.91667

VTN 122 [v] VCA 210 [V] Vac 72 [V] 2.91667

Tabla 6. Datos tomados en el laboratorio de la conexión Y - ∆, con sus

respectivas relaciones de tensiones.

CIRCUITO N° 2: Conexión estrella - delta [Y - Y]

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Estrella Y

(Primario)

Estrella Y

(Secundario)

Relación de tensiones de

fase

Tensión Fase Tensión Fase Vp/ Vs

VRN 122 [v] Van 71 [v] 1.5844

VSN 122 [v] Vbn 71 [v] 1.5844

VTN 122 [v] Vcn 71 [v] 1.5844

Tabla 7. Datos tomados en el laboratorio de la conexión Y - Y, con sus

respectivas relaciones de tensiones.

CIRCUITO N° 2: Conexión estrella - delta [Y - Y]

Estrella Y

(Primario)

Estrella Y

(Secundario)

Relación de tensiones de

línea

Tensión Línea Tensión Línea Vp/ Vs

VAB 210 [V] Vab 124 [V] 1.6935

VBC 210 [V] Vbc 124 [V] 1.6935

VCA 210 [V] Vca 124 [V] 1.6935

Tabla 8. Datos tomados en el laboratorio de la conexión Y - Y, con sus

respectivas relaciones de tensiones.

CIRCUITO N° 3: Conexión delta - estrella [∆-Y]

Delta ∆

(Primario) Estrella Y (Secundario)

Relación de tensiones de

línea

Tensión Línea Tensión Fase Tensión Línea Vp/ Vs

VAB 210 [V] Van 124 [V] Vab 215 [V] 0.9767

VBC 210 [V] Vbn 124 [V] Vbc 215 [V] 0.9767

VCA 210 [V] Vcn 124 [V] Vca 215 [V] 0.9767

Tabla 9. Datos tomados en el laboratorio de la conexión ∆ - Y, con sus

respectivas relaciones de tensiones.

CIRCUITO N° 4: Conexión delta - delta [∆-∆]

Delta ∆ (Primario) Delta ∆ (Primario) Relación de tensiones de línea

Tensión Línea Tensión Línea Vp/ Vs

VAB 210 [V] Vab 124 [V] 1.6935

VBC 210 [V] Vbc 124 [V] 1.6935

VCA 210 [V] Vca 124 [V] 1.6935

Tabla 10. Datos tomados en el laboratorio de la conexión ∆ - ∆, con sus

respectivas relaciones de tensiones.

CIRCUITO N° 5: Conexión delta - zeta [∆ - Z]

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Delta ∆ (Primario) Zeta Z (Secundario)

Tensión Línea Tensión Valor Tensión Valor Tensión Valor

VAB 210 [V] Van 66 [V] Vax 132 [V] Vaz 66 [V]

Vbn 66 [V] Vbx 66 [V] Vbz 132 [V]

VBC 210 [V] Vcn 66 [V] Vcx 66 [V] Vcz 66 [V]

Vab 132 [V] Vay 66 [V] Vxy 114 [V]

VCA 210 [V] Vbc 132 [V] Vby 66 [V] Vxz 114 [V]

Vca 132 [V] Vcy 132 [V] Vyz 114 [V]

Tabla 11. Datos tomados en el laboratorio de la conexión ∆ - Z.

CIRCUITO N° 5: Conexión delta - zeta [∆ - Z]

Delta ∆ (Primario) Zeta Z (Secundario) Relación de tensiones de línea

Tensión Línea Tensión Línea Vp/ Vs

VAB 210 [V] Vab 132 [V] 1.5909

VBC 210 [V] Vbc 132 [V] 1.5909

VCA 210 [V] Vca 132 [V] 1.5909

Tabla 12. Datos tomados en el laboratorio de la conexión ∆ - Z, con sus

respectivas relaciones de tensiones.

8. CONCLUSIONES:

Todas las conexiones que se realizan en los transformadores son

importantes, cada uno tiene distintas ventajas y desventajas, las

cuales deben ser puestas en una balanza para que al rato de

elegir, optemos por la mejor opción.

Los transformadores trifásicos son dispositivos que constande tres

fases, como lo indica su nombre, que sirve para bajar el nivel de

tensión, en cualquiera de sus configuraciones, estrella o delta;

siendo la diferencia fundamental entre ambos el tipo de conexión

de sus bobinas, pues en la conexión estrella se tiene un punto

común que se llama neutro, y que absorbe la diferencia de

corriente que pueda llegar a circular por las fases, así otorga

protección, lo que no presenta la conexión delta.

Se debe tener en cuenta que muchos de los transformadores

junto con sus conexiones están construidos para aplicaciones

específicas, en alta y baja tensión, por lo que se nos facilita al

momento de escoger una opción.

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La conexión delta-estrella puede trabajar con dos tensiones

distintas, de fase o de línea por lo que es muy utilizado en sistemas

de distribución de energía.

La conexión delta-delta se utiliza en limitado número de circuitos,

de manera frecuente aparece en aquellos que trabajan con

voltajes no muy elevados.

La conexión que nos permite bajar el voltaje en mayor magnitud

es la de estrella-delta, mientras la que baja en mayor magnitud es

la de delta-estrella.

La razón de transformación del voltaje entre el bobinado primario

y el secundario depende del número de vueltas que tenga cada

uno.

9. RECOMENDACIONES

Comprobar el funcionamiento correcto de los equipos en nuestro

puestos de trabajo antes de empezar con la práctica.

Para una práctica pertinente se debe disponer del conocimiento

para llevarla a cabo, realizando antes un preparatorio o estudio

del tema.

Se debe trabajar cuidadosamente en el laboratorio, ya que se

manipula voltajes y corrientes elevadas, pues los equipos son

caros e indispensables.

Desconectar el circuito de la fuente o apagarla antes de realizar

cualquier medición.

10. BIBLIOGRAFÍA

Máquinas eléctricas y transformadores, Irving L. Kosow, PH.D

1976.

Máquinas eléctricas Estifan Chapman, 1976.

Máquinas eléctricas M.P. Kostenko, LM Riotrouski 1975.

Máquinas eléctricas, Jesús Freile Mora, 5ta edición, 2003.