Maquinas Electricas

1. 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
pág. 1

2. 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
pág. 2

3. Figura 2. Conexiones de los transformadores trifásicos.
Estudio de la transformación trifásica en conexión estrella-estrella (YY) 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).
pág. 3

4. 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).
pág. 4

5. 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.
pág. 5

6. 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
corresponden a las siguientes condiciones.
de
conexión
que
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.
pág. 6

7. 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 triángulotriángulo, con un arrollamiento interrumpido.
4. PROCEDIMIENTO:
pág. 7

8. 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:
pág. 8

9. Tensión
VRN
CIRCUITO N° 1: Conexión estrella - delta [Y - ∆]
Estrella Y (Primario)
Delta ∆ (Secundario)
Fase
Tensión
Línea
Tensión
Línea
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 - ∆.
Tensión
VRN
VSN
VTN
CIRCUITO N° 2: Conexión estrella - delta [Y - Y]
Estrella Y (Primario)
Estrella Y (Secundario)
Fase
Tensión
Línea
Tensión
Fase
Tensión
122 [v]
VAB
210 [V]
Van
71 [v]
Vab
122 [v]
VBC
210 [V]
Vbn
71 [v]
Vbc
122 [v]
VCA
210 [V]
Vcn
71 [v]
Vca
Línea
124 [V]
124 [V]
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
VAB
210 [V]
Van
124 [V]
Vab
VBC
210 [V]
Vbn
124 [V]
Vbc
VCA
210 [V]
Vcn
124 [V]
Vca
Línea
215 [V]
215 [V]
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]
pág. 9

10. Delta ∆ (Primario)
Tensión
Línea
VAB
210 [V]
VBC
210 [V]
VCA
210 [V]
Tensión
Van
Vbn
Vcn
Vab
Vbc
Vca
Valor
66 [V]
66 [V]
66 [V]
132 [V]
132 [V]
132 [V]
Zeta Z (Secundario)
Tensión
Valor
Vax
132 [V]
Vbx
66 [V]
Vcx
66 [V]
Vay
66 [V]
Vby
66 [V]
Vcy
132 [V]
Tensión
Vaz
Vbz
Vcz
Vxy
Vxz
Vyz
Valor
66 [V]
132 [V]
66 [V]
114 [V]
114 [V]
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 - ∆]
Relación de
Estrella Y (Primario)
Delta ∆ (Secundario)
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]
pág. 10

11. Estrella Y
(Primario)
Tensión
Fase
VRN
122 [v]
VSN
122 [v]
VTN
122 [v]
Estrella Y
(Secundario)
Tensión
Fase
Van
71 [v]
Vbn
71 [v]
Vcn
71 [v]
Relación de tensiones de
fase
Vp/ Vs
1.5844
1.5844
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
Estrella Y
Relación de tensiones de
(Primario)
(Secundario)
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]
Relación de tensiones de
Estrella Y (Secundario)
línea
Tensión Fase Tensión Línea
Vp/ Vs
210 [V]
Van
124 [V]
Vab
215 [V]
0.9767
210 [V]
Vbn
124 [V]
Vbc
215 [V]
0.9767
210 [V]
Vcn
124 [V]
Vca
215 [V]
0.9767
Delta ∆
(Primario)
Tensión Línea
VAB
VBC
VCA
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
210 [V]
VAB
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]
pág. 11

12. Delta ∆ (Primario)
Tensión
Línea
VAB
210 [V]
Valor
Van
Vbn
Vcn
Vab
Vbc
Vca
210 [V]
VCA
Tensión
210 [V]
VBC
Zeta Z (Secundario)
Tensión
Valor
Tensión
Valor
66 [V]
Vax
132 [V]
Vaz
66 [V]
66 [V]
Vbx
66 [V]
Vbz
132 [V]
66 [V]
Vcx
66 [V]
Vcz
66 [V]
132 [V]
Vay
66 [V]
Vxy
114 [V]
132 [V]
Vby
66 [V]
Vxz
114 [V]
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
Tensión
Línea
Línea
Vp/ Vs
210 [V]
132 [V]
1.5909
VAB
Vab
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.
pág. 12

13. 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.
pág. 13