Circuitos transformadores trifásicos

Dado que los sistemas trifásicos se utilizan con tanta frecuencia para los sistemas de distribución de energía, tiene sentido que necesitemos transformadores trifásicos para poder subir o bajar voltajes.

Esto es solo parcialmente cierto, ya que los transformadores monofásicos regulares se pueden agrupar para transformar la energía entre dos sistemas trifásicos en una variedad de configuraciones, eliminando el requisito de un transformador trifásico especial.

Sin embargo, los transformadores trifásicos especiales están construidos para esas tareas y pueden funcionar con menos requisitos de material, menos tamaño y menos peso que sus contrapartes modulares.

Conexiones y devanados de transformadores trifásicos

Un transformador trifásico está hecho de tres conjuntos de devanados primarios y secundarios, cada conjunto enrollado alrededor de una pata de un conjunto de núcleo de hierro. Básicamente, parece tres transformadores monofásicos que comparten un núcleo unido, como se muestra en la Figura siguiente.

El núcleo del transformador trifásico tiene tres juegos de devanados.

Esos conjuntos de devanados primarios y secundarios se conectarán en configuraciones Δ o Y para formar una unidad completa. Las diversas combinaciones de formas en que estos devanados se pueden conectar entre sí será el tema central de esta sección.

Ya sea que los conjuntos de devanados compartan un conjunto de núcleo común o que cada par de devanados sea un transformador separado, las opciones de conexión de devanados son las mismas:

Principal - Secundario

• Y - Y
• Y - Δ
• Δ - Y
• Δ - Δ

Las razones para elegir una configuración Y o Δ para las conexiones del devanado del transformador son las mismas que para cualquier otra aplicación trifásica:las conexiones Y brindan la oportunidad de múltiples voltajes, mientras que las conexiones Δ disfrutan de un mayor nivel de confiabilidad (si un devanado falla al abrirse, los otros dos aún pueden mantener voltajes de línea completos a la carga).

Probablemente el aspecto más importante de conectar tres conjuntos de devanados primarios y secundarios juntos para formar un banco de transformadores trifásicos es prestar atención a la correcta puesta en fase de los devanados (los puntos que se usan para denotar la "polaridad" de los devanados).

Recuerde las relaciones de fase adecuadas entre los devanados de fase de Δ e Y:(Figura siguiente)

(Y) El punto central de la “Y” debe unir todos los puntos de bobinado “-” o “+”. (Δ) Las polaridades de los devanados deben apilarse de manera complementaria (+ a -).

Lograr que esta fase sea correcta cuando los devanados no se muestran en la configuración regular Y o Δ puede ser complicado. Permítanme ilustrar, comenzando con la figura siguiente.

Entradas A ₁ , B ₁ , C ₁ puede estar cableado "Δ" o "Y", al igual que las salidas A ₂ , B ₂ , C ₂ .

Cableado de fase para transformador "Y-Y"

Se deben conectar tres transformadores individuales para transformar la energía de un sistema trifásico a otro. Primero, mostraré las conexiones de cableado para una configuración Y-Y:

Cableado de fase para transformador "Y-Y".

Observe en la Figura anterior cómo todos los extremos de los devanados marcados con puntos están conectados a sus respectivas fases A, B y C, mientras que los extremos sin puntos están conectados entre sí para formar los centros de cada "Y".

Tener conjuntos de devanados primarios y secundarios conectados en formaciones de "Y" permite el uso de conductores neutros (N ₁ y N ₂ ) en cada sistema de energía.

Cableado de fase para transformador “Y-Δ”

Ahora, veremos una configuración Y-Δ:

Cableado de fase para transformador “Y-Δ”.

Observe cómo los devanados secundarios (conjunto inferior, Figura anterior) están conectados en una cadena, el lado "punto" de un devanado conectado al lado "sin puntos" del siguiente, formando el bucle Δ.

En cada punto de conexión entre pares de devanados, se realiza una conexión a una línea del segundo sistema de energía (A, B y C).

Cableado de fase para transformador "Δ-Y"

Ahora, examinemos un sistema Δ-Y en la figura siguiente.

Cableado de fase para transformador “Δ-Y”.

Tal configuración (Figura anterior) permitiría la provisión de múltiples voltajes (línea a línea o línea a neutro) en el segundo sistema de energía, desde un sistema de fuente de energía que no tiene neutro.

Cableado de fase para transformador “Δ-Δ”

Y finalmente, pasamos a la configuración Δ-Δ:

Cableado de fase para transformador “Δ-Δ”.

Cuando no hay necesidad de un conductor neutro en el sistema de energía secundario, se prefieren los esquemas de conexión Δ-Δ (Figura anterior) debido a la confiabilidad inherente de la configuración Δ.

Cableado de fase para transformador "V" o "abierto-Δ"

Teniendo en cuenta que una configuración Δ puede funcionar satisfactoriamente sin un devanado, algunos diseñadores de sistemas de energía optan por crear un banco de transformadores trifásicos con solo dos transformadores, lo que representa una configuración Δ-Δ con un devanado faltante tanto en el lado primario como en el secundario:

“V” o “open-Δ” proporciona potencia 2-φ con solo dos transformadores.

Esta configuración se llama "V" o "Open-Δ". Por supuesto, cada uno de los dos transformadores tiene que ser sobredimensionado para manejar la misma cantidad de energía que tres en una configuración estándar Δ, pero las ventajas generales de tamaño, peso y costo a menudo valen la pena.

Sin embargo, tenga en cuenta que con un conjunto de devanados que falta en la forma Δ, este sistema ya no proporciona la tolerancia a fallas de un sistema Δ-Δ normal. Si uno de los dos transformadores fallara, el voltaje y la corriente de carga definitivamente se verían afectados.

Ejemplo de la vida real

La siguiente fotografía (figura siguiente) muestra un banco de transformadores elevadores en la represa hidroeléctrica Grand Coulee en el estado de Washington.

Se pueden ver varios transformadores (de color verde) desde este mirador, y se han agrupado en tres:tres transformadores por generador hidroeléctrico, conectados entre sí en alguna forma de configuración trifásica.

La fotografía no revela las conexiones del devanado primario, pero parece que los secundarios están conectados en una configuración en Y, es que solo hay un aislante grande de alto voltaje que sobresale de cada transformador.

Esto sugiere que el otro lado del devanado secundario de cada transformador está en o cerca del potencial de tierra, lo que solo podría ser cierto en un sistema Y.

El edificio de la izquierda es la casa de máquinas, donde se encuentran los generadores y las turbinas. A la derecha, el muro de hormigón inclinado es la cara corriente abajo de la presa:

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

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