Transformadores Trifasicos

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

LUIS ALBERTO CALDAS – PABLO PORTOCARRERO

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

I. INTRODUCCIÓN

En la mayoría de los sistemas de generación de corriente eléctrica del mundo son sistemas de corriente alterna trifásicos, por lo que es necesario entonces conocer la forma como los transformadores se utilizan en ella.

Por razones importancia en la sociedad, por razones de tipo económico, de espacio en las instalaciones y confiabilidad en los equipos, se puede decir, que en general, es preferida la solución del uso de transformadores trifásicos en las instalaciones eléctricas.

II. CONSTITUCION DE LOS TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS.

Los transformadores para circuitos trifásicos pueden construirse de dos maneras. Estas son:

a. Tomando tres transformadores monofásicos y conectándolos en un grupo trifásico.

Para el análisis de su circuito equivalente se debe representar cada uno de los transformadores monofásicos que componen un banco trifásico (Conjunto de los tres transformadores monofásicos) por un circuito equivalente; entonces se podrá utilizarse cualquiera de los circuitos equivalentes deducidos para el caso de los monofásicos.

Los valores de los elementos de los circuitos equivalentes se pueden obtenerse a partir de los datos de diseño o por las pruebas en circuito abierto o en cortocircuito tomados a uno u otro lado del transformador, y estos valores se pueden emplear, sin modificación, o en el circuito equivalente de la figura 2a o en el circuito equivalente de la figura 2b.

b. Haciendo un transformador trifásico que consiste en tres juegos de devanados enrollados sobre un núcleo común.

A Cada columna del transformador trifásico se la puede considerar como un transformador monofásico. Así, cuando en un banco o un transformador trifásico funciona con cargas equilibradas, todos los transformadores monofásicos del banco o todas las columnas del transformador están igualmente cargados y con ello solo tendríamos con estudiar solo uno de ellos mediante su circuito equivalente.

III. FORMAS DEL NUCLEO

Si la transformación se hace mediante un transformador trifásico, con un núcleo común, podemos ver que la columna central de la figura 4 está recorrida por un flujo F que, en cada instante, es la suma de tres flujos sinusoidales, iguales y desfasados 120º.

El flujo F será pues siempre nulo. En consecuencia, se puede suprimir la columna central figura 5.

Como esta disposición en la figura 5 se hace difícil para su construcción, los transformadores se construyen con las tres columnas en un mismo plano figura 6.

Esta disposición crea cierta asimetría en los flujos y por lo tanto en las corrientes en vació.

Como sabemos esto se aplicaría para que en un transformador trifásico cada columna está formada por un transformador monofásico, entonces toda la teoría para los transformadores monofásicos es válida para los trifásicos, teniendo en cuenta que las magnitudes que allí aparecen hace referencia ahora a los valores por fase.

La diferencia de un transformador trifásico de tipo núcleo y de otro de tipo acorazado, esta en que en un transformador trifásico de tipo acorazado las tensiones están menos distorsionadas en las salidas de las fases. Lo cual hace mejor al transformador trifásico de tipo acorazado.

IV. FORMAS DE LOS DEVANADOS

Como sabemos un transformador trifásico está constituido por tres transformadores, que se encuentran separados o combinados sobre un solo núcleo. Los primarios y secundarios de cualquiera de ellos pueden tener diferentes formas en los devanados, así que se pueden conectarse en estrella o en delta, dando lugar a un total de cuatro posibilidades de conexión en el transformador trifásico:

• Estrella-estrella,

• delta-estrella,

• estrella/zig-zag,

• estrella-delta,

• delta-delta.

Cuando los devanados primario y secundario de un transformador trifásico tienen conexiones distintas, la relación entre las dos tensiones de vacío (sin carga) en las terminales, no es igual a la relación entre las espiras de una fase primaria y secundaria.

Para relacionar las tensiones y/o corrientes primarias con las secundarias se debe indicar los desfases relativos entre las tensiones de una misma fase entre el lado de Alta tensión y el de Baja tensión.

La selección de la combinación de las conexiones depende de consideraciones económicas y de las exigencias que impone la operación. Por ejemplo, en las redes de distribución que usan tres fases con neutro, es necesario el uso de devanados secundarios en estrella, ya que éstos tienen un punto accesible para el neutro.

V. CONEXIONES DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

• Conexión Delta-Delta:

Este tipo de conexión tiene la desventaja de no disponer de ningún neutro, ni en el primario ni en el secundario. Otra desventaja es el aislamiento eléctrico que resulta más caro que otro de conexión (estrella), para las mismas especificaciones técnicas.

En este tipo de conexión las tensiones de entrada y salida se encuentran en fase. Este sistema de conexión es utilizado en sistemas trifásicos donde la tensión no es muy elevada.

La principal ventaja de este modo de conexión es que aunque las cargas no estén bien equilibradas las tensiones mantienen un buen equilibrio. Los voltajes primarios de línea y de fase son iguales:

Las tensiones secundarias cumplen la siguiente relación:

La relación entre tensiones de fase es:

La relación entre los voltajes de línea es:

Gráfica Explicativa:

• Conexión Delta-estrella:

Con una conexión de este tipo se consigue un adelanto de fase de 30 ° de las tensiones de salida respecto a las tensiones de entrada.

La principal ventaja de este tipo de conexión es que se reduce considerablemente el gasto económico en el aislamiento interno del transformador. Sin embargo, la desventaja del desfase de 30° puede ser negativa, pues la conexión en paralelo con otra fuente de energía es imposible, por otro lado, en el caso de que este banco de transformadores tenga que alimentar a un grupo de cargas aisladas no representaría ningún inconveniente el desfase.

Asimismo,

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