UNIVERSIDAD METROPOLITANA.ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA.MQUINAS ELCTRICAS.

PRCTICA #5:

CORRIENTES DE EXCITACIN EN CIRCUITOS TRIFSICOS YBANCOS TRIFSICOS DESEQUILIBRADOS.

a) Corrientes de excitacin en bancos trifsicos

En los transformadores monofsicos, suelen despreciarse los armnicos de lacorriente de excitacin a causa de su baja magnitud. Sin embargo, las peculiaridades de losfenmenos armnicos en sistemas trifsicos pueden ocasionar efectos importantes sobre lascaractersticas el sistema.

Las corrientes de excitacin pueden separarse, por medio de un anlisis de Fourier,en sus distintas componentes armnicas. Como sabemos, estas componentes son demagnitud menor a la fundamental y de frecuencia proporcional a la misma. Lascomponentes ms importantes son la fundamental, la tercera componente y la quintacomponente armnica.

Los terceros armnicos tienen la particularidad de estar en fase concordante en todaslas fases del circuito trifsico. A esto se le llama circuito homopolar. Esto se debe a sufrecuencia tres veces mayor que la fundamental. Por lo tanto, al multiplicar 120, 240 y360 por tres, el resultado es siempre un mltiplo de 360; por esta razn, los tercerosarmnicos estn siempre en fase. Por consiguiente, en vez de cancelarse como el resto delas armnicas de las corrientes, se suman. Las magnitudes de esta armnica pueden llegar aniveles importantes y es necesario manejarlas con cuidado.

Cada tipo de conexin tiene su comportamiento particular en ste respecto:

1) Conexin D-Y:

Los terceros armnicos de las corrientes de excitacin de los primarios conectadosen delta originan cadas de tensin con la misma frecuencia en las impedancias de fuga decada transformador. Al conectar el secundario en estrella con el neutro aislado, los tercerosarmnicos de la corriente de excitacin quedan confinados en el tringulo del primario y lascadas de tensin que ellas generan permanecen en las impedancias de fuga del primario.

2Su efecto en el secundario es de una pequea componente de ruido y generalmente puededecirse que no se manifiestan en las corrientes de lnea de salida.

2) Conexin Y-D :

Las conexiones en estrella generan un problema en particular con el tercer arm-nico cuando no se les conecta su neutro con el neutro de la red. Como no se proporciona uncamino abierto a las corrientes de tercera armnica, no se manifiestan en el flujo magnticoy esto genera deformaciones en la tensin inducida de salida..

Como se dijo, este problema puede solucionarse simplemente conectando al neutrode la estrella con el neutro de la fuente trifsica, pero sto no siempre es posible. Cuando sepresenta este problema, se soluciona conectando el secundario en configuracin delta. Eldelta del secundario proporciona un camino para las corrientes de tercera armnica,permitiendo as la generacin de ondas sinusoidales en el flujo magntico interno deltransformador. Como resultado, se originan tensiones sinusoidales en los terminales desalida con frecuencia fundamental.

3) Conexin Y-Y:

Consideremos un banco de transformadores monofsicos conectados en Y-Y, con elneutro de la estrella primaria conectado con el neutro del generador trifsico. Al aplicarseuna tensin sinusoidal, aparece el fenmeno de los armnicos. La corriente que fluye por elconductor neutro es la suma de las corrientes debidas al tercer armnico en cada uno de lostransformadores.

An cuando las caractersticas de un banco estrella-estrella suelen ser satisfactoriascuando se conecta el neutro a la fuente de tensin, los terceros armnicos en el conductordel neutro generan interferencia inductiva molesta para circuitos cercanos de comuni-caciones.

La conexin Y-Y sin conductor de neutro se emplear en casos muy particulares, yaque esta conexin tiene caractersticas que pueden ser perjudiciales e incluso peligrosas.

Como el neutro de la estrella est aislado del neutro del generador, la sumainstantnea de las corrientes de excitacin suministradas al banco de transformadores debeser cero. Sin embargo, las corrientes de tercera armnica, al no tener por donde circular, nose manifiestan en la lnea. La suma instantnea de corrientes debe ser nula por el neutroaislado, por lo tanto, en las corrientes de excitacin no podr manifestarse el tercerarmnico y esto deforma la onda de flujo magntico dentro del ncleo del transformador.Como es necesario tener el tercer armnico para lograr una variacin sinusoidal del flujomagntico, al suprimirlo, la onda de flujo los genera dentro de s. Esto influye en amboslados del transformador.

3A valores ordinarios de induccin, estos terceros armnicos generados por el flujosuelen ser entre un 30% hasta un 70% del valor de la magnitud de la fundamental. Por lotanto, las formas de onda de voltaje en los terminales del transformador no sernsinusoidales, aunque la tensin de alimentacin si lo sea.

Una manera de arreglar ste problema es la conexin Y-Y aadindole un terciario.

En esencia, se coloca entre ambas conexiones en estrella un tercer bobinadoconectado en delta, denominado bobinado terciario. Esta conexin le proporcionar uncamino por donde manifestarse a las corrientes de tercera armnica. El resultado es que seatrapan las corrientes en el delta y permanecen fluyendo por l.

Una ventaja de esta configuracin es que de esta manera se pueden utilizar lascorrientes de tercera armnica, y de hecho en aplicaciones industriales se utiliza para suplircargas auxiliares tales como iluminacin de las subestaciones.

b) Bancos trifsicos desequilibrados:

Para el trabajo de laboratorio a seguir, se utilizar un banco de transformadoresmonofsicos en conexin Yy0, cargado monofsicamente en el secundario. Las demsfases permanecen en circuito abierto.

A partir de la Ley de Ampere, se sabe que debe cumplirse un balance de fuerzasmagneto-motrices en ambos lados del transformador:

N * IH = N * I X

4Observaremos el comportamiento de esta configuracin para las siguientesmodalidades:

1) Neutro el primario conectado con el neutro de la red:

Sin importar el tipo de la carga, el punto neutro del diagrama fasorial de los voltajesy corrientes permanece inalterable. La corriente que circula por el transformador cargadoretorna a travs del conductor al neutro, sin afectar la otras dos fases.

Al estar conectado el neutro, las corrientes de tercera armnica pueden circular, porlo tanto las tensiones inducidas son sinusoidales.

En esta configuracin cada transformador acta de forma independiente.

2) Neutro del primario desconectado:

Al suprimirse el camino de retorno para los terceros armnicos, las onda funda-mentales y de quinta armnica de la corriente pueden circular, pero no las tercerasarmnicas. Como se explic anteriormente, la ausencia de la tercera armnica ocasiona unflujo magntico no sinusoidal y el banco trifsico se convierte en un generador dearmnicas.

En consecuencia, la corriente de excitacin extra requerida por la carga deltransformador debe ser compensada por las otras dos fases (Ley de Ampere); al aumentar lacorriente de excitacin de las otras dos fases, tambin aumentan sus tensiones inducidas. Enstas condiciones, el punto neutro del diagrama fasorial se desplaza del centro detensiones.

3) Conexin de bobinado terciario:

Como se discute anteriormente, la adicin de un bobinado terciario resuelve elproblema de las terceras armnicas, dndoles un camino por donde circular. Las corrientesde compensacin generadas por el primario son equilibradas con las del terciario y as sepermite la carga monofsica del secundario.

En conclusin, la conexin Y-Y, compuesta por un banco de transformadoresmonofsicos, debe cumplir con una de las siguientes condiciones:

- Neutro del primario conectado con el neutro de la red.- Bobinado terciario en delta.

De lo contrario, los voltajes del secundario perdern su balance.

5PROCEDIMIENTO.

a.- Conexin estrella-estrella.

-Conecte en banco de tres transformadores monofsicos en estrella-estrella con elneutro del primario conectado al de la fuente.

-En una fase del primario y en el conductor del neutro intercale ampermetroscuidando que estn en su escala mxima.

-Energice el transformador y conecte el osciloscopio para observar la forma de ondade:

-La corriente de fase.

-La corriente del neutro.

-La tensin fase a neutro.

-Dibuje la forma de onda a escala y mida las frecuencias. Explique en su informe loobservado.

-Retire la conexin entre el neutro del primario y el de la fuente y repita los pasosanteriores.

b.- Conexin estrella-delta.

-Desenergice el transformador y conecte el secundario en delta, adems intercale unampermetro en la delta.

-Observe con el osciloscopio la forma de onda de la corriente de lnea en el primarioy los voltajes de fase tanto en el primario como en el secundario.

-Dibuje en su informe sus observaciones y en todos los casos mida la frecuencia.

-Conecte el neutro del primario con el neutro de la fuente a travs de unampermetro y observe la forma de onda de la corriente del neutro. Explique lo observado.

-Abra la delta y observe la tensin entre los puntos abiertos y sin los neutros delprimario y la fuente conectados. Repita todas las observaciones anteriores. Dibuje yexplique en su informe lo observado.

6c.- Conexin delta-estrella.

-Arme una conexin delta-estrella e intercale un ampermetro en la lnea delprimario.

-Observe con el osciloscopio la forma de onda de la corriente del primario y de lastensiones de fase del primario y del secundario. Dibuje y mida la frecuencia.

-Intercale un ampermetro en la delta y mida la corriente. Explique lo que ocurre.

d.- Conexin Y con el neutro del primario conectado al de la red.

-Prepare la conexin trifsica mostrada en la figura.

-Energice el transformador con una fase cargada con una resistencia de 110 W , lacual se obtendr (por razones trmicas) de la conexin en paralelo de tres restatos de 330W c/u.

-Mida las corrientes indicadas como A1, A2, A3 y A4.

-Mida los voltajes de cada fase del primario y del secundario respecto a surespectivo neutro y mida los voltajes entre las fases, tanto en el primario como en elsecundario.

-Retire la carga resistiva dejando el transformador en vaco y repita las medicionesde corriente en el primario y de tensiones tanto en el primario como en el secundario.

-En su informe, aparte de colocar un cuadro esquemtico donde indique todos losvalores medidos, compare la magnitud de la corriente A3 con respecto a la de las corrientesA1 y A2. Explique lo que ocurre en cada caso (en vaco y con carga).

7e.- Conexin Y con neutro del primario aislado.

-Retire la conexin entre neutros de la fuente y del primario y mida las corrientes A1y A2, as como los voltajes de fase a fase y fase a neutro tanto del primario como delsecundario (manteniendo el secundario en vaco).

-Mida el voltaje entre neutros del primario, del secundario y de la fuente.

-En su informe dibuje el diagrama fasorial de voltajes del primario y del secundario.

-Conecte la carga resistiva y mida las corrientes A1, A2 y A4, as como todos losvoltajes tanto en el primario como en el secundario (mida tambin los voltajes entre neutrosdel primario, del secundario y de la fuente).

-Dibuje el diagrama fasiorial y concluya.

f.- Visualizacin de la forma de onda.

-Retire la carga resistiva y energice el transformador en vaco.

-Conecte una resistencia pequea (menor a 10 W ) en serie entre el neutro delprimario y la fuente.

-En un canal del osciloscopio observe la forma de onda de la tensin de fase aneutro del secundario y de la corriente de neutro del primario en el otro canal. Dibjela ensu informe y mida la frecuencia.

-Conecte la carga resistiva y visualice la forma de onda de la tensin de fase aneutro de la fase cargada. Compare con el caso anterior y dibuje lo observado en suinforme. Mida la frecuencia.

-Retire la conexin entre neutros y desconecte la carga. Visualice ahora la tensinde fase a neutro en el secundario.

-Conecte de nuevo la carga y vuelva a visualizar la tensin de fase a neutro en lafase cargada. Explique lo que ocurre, dibuje sus observaciones y mida la frecuencia.

-Por ultimo, visualice la forma de onda de la tensin del neutro del secundariorespecto al de la fuente. Explique lo que ocurre y dibuje la forma de onda.

-Retire la carga y observe una vez mas la forma de onda de la tensin del neutro delsecundario. Dibjela y mida la frecuencia.