Entendiendo el Transformador Scott-T: Conversión entre Sistemas Bifásicos y Trifásicos

¿Qué es la Conexión Scott o Transformador Scott-T?

Conexión Scott

La conexión Scott es un tipo de conexión de transformador para obtener alimentación bifásica a partir de una fuente trifásica o viceversa. También se conoce como Transformador Scott-T. Este método fue inventado por Charles F. Scott, de ahí su nombre.

Diagrama de Conexión del Transformador Scott-T

En la conexión Scott, dos transformadores monofásicos están conectados eléctricamente pero separados magnéticamente. Uno es el transformador principal y el segundo es el transformador auxiliar (también llamado transformador teaser). El diagrama de conexión se muestra a continuación.

El devanado primario del transformador principal tiene toma central en el punto D. Las dos líneas (Y y B) de una alimentación trifásica se conectan al primario del principal. El secundario del principal se conecta entre los puntos a1 y a2.

El primario del transformador auxiliar se conecta entre la toma central D y la línea restante (fase R). El secundario del auxiliar se conecta entre b₁ y b₂.

El primario del principal tiene toma central en partes iguales. Por tanto, el número de espiras en YD y BD es el mismo.

Diagrama Fasorial del Transformador Scott

Los voltajes de línea de una alimentación trifásica (V_RY, V_YB, V_BR) son iguales en magnitud y están a 120°. El diagrama fasorial se muestra a continuación.

El diagrama fasorial trifásico puede dibujarse como un triángulo equilátero. La magnitud de todos los voltajes de línea es la misma:

V_RY = V_YB = V_BR = V_L

Para cálculos, consideramos el fasor YB como referencia:

V_YB = V_L∠0°

V_RY = V_L∠120°

V_BR = V_L∠−120°

La toma central D divide el primario en partes iguales. Si el número de espiras del primario es N_P:

N_YD = N_BD = N_P/2

El voltaje en las porciones YD y BD es el mismo y en fase con V_YB:

V_YD = V_BD = V_L/2 ∠0°

Ahora hallamos el voltaje del primario del transformador teaser (V_RD). Del diagrama fasorial:

V_RD = V_RY + V_YD

V_RD = 0.866 V_L ∠90°

El voltaje aplicado al primario del teaser es 0.866 veces el del principal. El voltaje en el secundario del teaser es V_2T y en el del principal V_2M. Como V_RD se aplica al primario del teaser, V_2T adelanta a V_2M en 90°. Ambas magnitudes son iguales. El diagrama fasorial de la conexión Scott se muestra a continuación.

El voltaje por espira debe ser igual en ambos devanados para crear el mismo flujo. Por tanto, para igualar el voltaje por espira en los primarios, el número de espiras en el primario del teaser debe ser:

N_RD = 0.866 N_YD

Por tanto, la relación de transformación en el transformador teaser es:

N_RD / N_S = 0.866 N_YD / N_S

Así, los devanados secundarios de cada transformador tienen la misma magnitud de voltaje con 90° de diferencia de fase, creando un sistema bifásico balanceado.

Posición del Punto Neutro N

Si el punto neutro está disponible en la alimentación trifásica, se proporciona una toma en el primario del teaser. Por ejemplo, toma en punto N. El voltaje entre RN es:

V_RN = V_RD / 3 = 0.289 V_L ∠90°

De las ecuaciones anteriores, V_RD = 0.866 V_L ∠90°.

El voltaje entre ND es:

V_ND = 2/3 V_RD = 0.577 V_L ∠90°

Para la misma relación voltaje/espira, el número de espiras se elige como:

N_RN : N_ND = 2 : 1

Por tanto, el punto neutro N divide el primario del teaser en proporción 2:1.

Relación entre Corrientes de Entrada y Salida

Las corrientes de línea de la entrada trifásica son I_R, I_Y, I_B. Con dos transformadores, cada uno con primario y secundario, las corrientes son:

• I_1M = Corriente primaria del transformador principal
• I_2M = Corriente secundaria del transformador principal
• I_1T = Corriente primaria del transformador teaser
• I_2T = Corriente secundaria del transformador teaser

Del diagrama, la corriente por el primario del teaser es la corriente de línea I_R:

I_1T = I_R

Los devanados secundarios son idénticos, por lo que la magnitud de corriente en ambos es la misma:

|I_2M| = |I_2T|

Ecuación de equilibrio MMF del teaser (despreciando corriente de magnetización):

I_1T N_RD = I_2T N_S

I_R = 1.15 K I_2T = I_1T

Ecuación de equilibrio MMF para el principal:

I_1M N_YD − I_1M N_BD = I_2M N_S

I_Y − I_B = 2 K I_2M

Para sistema trifásico balanceado:

I_R + I_Y + I_B = 0

I_B = −I_R − I_Y

Sustituyendo y resolviendo:

I_R + 2I_Y = 2 K I_2M

Estas ecuaciones son válidas para cargas balanceadas y desbalanceadas.

Aplicaciones de la Conexión Scott

• Conectar un sistema trifásico con uno bifásico; la potencia fluye en ambas direcciones.
• Alimentar cargas monofásicas (trenes eléctricos) desde una alimentación trifásica balanceada.
• Convertir potencia trifásica en monofásica para hornos eléctricos monofásicos.