En los transformadores
de potencia es
necesario formar conductos de refrigeración en el interior del
núcleo, para aumentar la capacidad de disipación
del calor, esto se
lo realiza colocando separadores aislantes, de espesor
conveniente para la circulación del aceite.
Con una idea de la composición de los núcleos,
se explicara la forma de estos y sus características. Los
tipos de núcleos son: tipo núcleo y tipo
acorazado.
Tipo Núcleo. El tipo núcleo tiene tres
columnas ubicadas paralelamente, unidas en sus partes inferior y
superior por medio de láminas de metal dispuestas de forma
horizontal como se ve en la figura.
Transformador trifásico de tipo
núcleo
Sobre cada columna se devana el conductor primario y
secundario de la fase correspondiente. Existe un desequilibrio
debido a las corrientes magnetizantes de las tres fases que son
distintas entre sí, dado a que el circuito
magnético de la columna central es corto que las columnas
laterales. Este desequilibrio tiene influencia solamente para las
condiciones de operación en vacío.
Tipo Acorazado. Este tipo de núcleo, a
comparación con el núcleo tipo columna tiene la
ventaja con respecto al llamado tipo columna, de reducir la
dispersión magnética, su uso es más
común en los transformadores monofásicos. En el
núcleo acorazado, los devanados se localizan sobre la
columna central.
Dado que las tenciones en el transformador tipo acorazado
presentan menos distorsiones en las salidas de las fases este
trasformador es mejor que el trasformador tipo núcleo.
Transformador trifásico de tipo
acorazado:
Formas de los
devanados
La forma de los devanados de los transformadores
dependen en parte del nivel de voltaje que manejan
pudiéndolos clasificar en devanados de baja y alta
tensión, la razón principal por la que los hemos
clasificado los devanados de esta manera es por que los criterios
que se toman en cuenta al momento del diseño
de los devanados en baja tensión son diferentes a los
usados en el diseño de los devanados de alta
tensión.
Devanados en alta tensión. Los transformadores
de alta tensión son usados principalmente en líneas
de distribución en el cual ingresa 22000V al
primario y se obtiene 220V al secundario, donde se puede observar
una gran diferencia de tensiones razón por la que los
criterios de diseño son diferentes a los usados en los
transformadores de baja tensión.
Devanados en baja tensión. Generalmente los
devanados que trabajan en baja tensión están
constituidos de dos o tres capas sobrepuestas de espiras, estas
espiras están aisladas entre si por papel o mas
generalmente se usan cables esmaltados.
Devanados en alta tensión. Los
devanados de alta tensión, tienen muchas más
espiras que los devanados de baja tensión. Estos devanados
se pueden encontrar comúnmente constituido de dos maneras:
la primera se conoce como tipo bobina y está formado de
varias capas de cable, estas bobinas tienen forma discoidal y se
conectan en serie para obtener el total de espiras de
una fase; la segunda forma de construcción es la de capas, que es una
sola bobina con varias capas, la longitud de esta bobina es
equivalente a las varias bobinas discoidales necesarias para
conformar el devanado equivalente, por lo general, el
número de espiras por capa en este tipo de devanado; es
superior al constituido de varias bobinas discoidales.
Disposición de los devanados. En el
transformador los devanados deben estar colocados de manera que
se encuentren bien aislados y que eviten en todo lo posible la
dispersión del flujo. Esto se logra de mejor manera cuando
existe una buena separación entre las espiras de la bobina
y colocando al primario lo más cerca posible del
secundario. Pa alcanzar estos requerimientos tenemos estos tres
tipos de disposición de devanados:
El devanado concéntrico simple, donde cada uno
de los devanados está distribuido a lo largo de toda la
columna del núcleo, el devanado de tensión
más baja se encuentra en al parte interna, más
cerca del núcleo y aislado de este, mientras que el de
tensión más elevada, sobrepuesto a este pero
debidamente aislados.
En el devanado tipo alternado, los dos devanados
están subdivididos cada uno en cierto número de
bobinas que están dispuestas en las columnas en forma
alternada.
El devanado concéntrico doble, se consigue
cuando el devanado de menor tensión se divide en dos
mitades dispuestas respectivamente al interior y al exterior uno
de otro. Esta configuración de devanado tiene la ventaja
de que el valor de la
reactancia de dispersión es la mitad del valor de la
reactancia de dispersión que produce el concéntrico
simple, mientras que el tipo alternado, en cambio,
permite variar tales reactancias, repartiendo en forma distinta
las posiciones de las bobinas de los dos devanados.
Para los esfuerzos mecánicos son mejor las
disposiciones de tipo alternado, pues permite que el
transformador soporte mejor los esfuerzos mecánicos.
Las consideraciones que se deben toma en cuenta desde el punto
de vista de diseño, para la disposición de los
devanados, son aquellos referentes al enfriamiento, el
aislamiento, la reactancia de dispersión y a los esfuerzos
mecánicos.
Conexiones de
transformadores trifásicos
Para decidir la conexión más apropiada para
acoplar las fases, se deben tener en cuenta muchas
consideraciones, que en ocasiones podrían ser
contradictorias a simple vista. Para realizar una conexión
conveniente es necesario un estudio a detalle de las posibles
soluciones,
sus ventajas y desventajas, y cuando se aplican.
CONEXIÓN ESTRELLA-ESTRELLA
Ventajas.
Conexión más económica para
transformadores de alta tensión que de pequeña
potencia.
Pueden conectarse neutros a los dos bobinados, tanto con
la tierra,
como para una distribución equilibrada con cuatro cables.
Una de las conexiones más sencillas para poner "en fase",
en el funcionamiento en paralelo.
Debido al tamaño relativamente grande de los
conductores, la capacidad electrostática entre las espiras es
elevada, de manera que los esfuerzos debidos a las ondas producidas
por sobretensiones momentáneas que afectan a los
enrollamientos, se disminuyen considerablemente.
Si una fase en cualquier bobinado funciona defectuosa, las dos
fases restantes pueden funcionar resultando una
transformación monofásica. La carga que
podría suministrar seria del 58 por ciento de la potencia
normal trifásica.
Inconvenientes.
Los neutros negativos son muy inestables, a menos
que sean sólidamente conectados a una toma de tierra.
Las unidades trifásicas o baterías
de polaridad opuesta no pueden funcionar en paralelo, a no ser
que la conexión de las fases del primario o del secundario
de un transformador o batería se invierta.
Una avería en una fase hace que una unidad
trifásica no pueda trabajar en una distribución de
tres fases hasta que se repare. La construcción de los
enrollamientos es más dificultosa y su coste, más
elevado. Especialmente cuando es para corrientes altas.
Aplicaciones.
Los transformadores conectados de estrella-estrella encuentran
su mayor aplicación como unidades de núcleo
trifásico para suministrar una potencia relativamente
pequeña. En la práctica, es generalmente
difícil conseguir que una carga de iluminación por distribución
trifásica de cuatro hilos resulte siempre equilibrada y,
por esta razón esta conexión no es apropiada para
tales cargas. Para la distribución de fuerza; esta
conexión es completamente apropiada desde el punto de
vista de su funcionamiento, con tal que se empleen
transformadores de núcleo trifásico, pues los
transformadores tipo de concha y monofásicos en
tándem a menudo producen perturbaciones debidas a los
armónicos.
Conexión estrella-estrella con triangulo
terciario
El devanado con triangulo terciario, consiste en un
enrollamiento auxiliar adicional empleado en ciertas condiciones
con los transformadores o baterías de transformadores
trifásicos y este enrollamiento queda separado y es
distinto de los enrollamientos primario y secundario, aunque va
devanado sobre los mismos núcleos. La conexión
auxiliar consiste en un solo enrollamiento por fase; los tres
enrollamientos van conectados formando un circuito en triangulo
cerrado en la forma usual, el cual puede estar alejado
enteramente de cualquier circuito externo, o al que se pueden
conectar terminales, los que podrán ser empleados para los
fines que se citan más abajo.
Ventajas.
Estas serán mejor comprendidas estudiando las
aplicaciones de esta conexión, la cual, como se
verá, resulta bastante limitada en la práctica.
Inconvenientes.
Enrollamientos adicionales, que dependen en su tamaño
de los fines para que se diseñen, lo cual aumenta el
tamaño de la estructura y
el coste inicial de los aparatos. Las características del
enrollamiento terciario son las mismas que las de un
enrollamiento en triangulo ordinario. Si se emplea para alimentar
una carga externa en los transformadores en que ambos bobinados
son para altas tensiones, el circuito auxiliar puede alcanzar una
diferencia de potencia elevada con respecto a la tierra, debido a
la carga electroestática inducida, a menos que el circuito
sea conectado a la tierra, bien por medio de un terminal, bien
mediante un compensador trifásico con neutro a la tierra.
Si el triangulo queda aislado, se puede presentar la misma
tensión anormal, pero como esta se reduce al enrollamiento
auxiliar, fácilmente puede evitarse este
inconveniente.
Una avería en el circuito en triangulo auxiliar, puede
hacer que el transformador o batería resulte inservible
como consecuencia del fenómeno del tercer armónico
o también los enrollamientos principales pueden resultar
averiados como consecuencia de una ruptura en el circuito en
triangulo.
Aplicaciones.
Usado conjuntamente con transformadores trifásicos de
conexión estrella-estrella, estrella con estrella
interconectada y estrella interconectada con estrella, del tipo
de concha o bien baterías trifásicas de
transformadores con núcleo monofásico, el bobinado
terciario aislado en triangulo facilita el corto circuito de la
componente del tercer armónico de la corriente
magnetizante. Lo cual elimina a este tercer armónico de
los enrollamientos principales. Los puntos neutros de tales
enrollamientos son, por esta razón, estables y pueden ser
conectados con la tierra sin originar efectos perniciosos para el
transformador o distribución. En este caso, el bobinado
terciario en triangulo está proyectado para facilitar la
F.M.P. (fuerza magnética principal) correspondiente a la
que se requiere para eliminar al tercer armónico. Los
transformadores del tipo de núcleo trifásico, con
las conexiones previamente mencionadas, no requieren este
circuito terciario en triangulo, pues el tercer armónico
es despreciable.
Además de facilitar el corto circuito del tercer
armónico de la corriente magnetizante. El bobinado
terciario en triangulo puede ser utilizado para alimentar una
carga externa, tal como motores, y
también para fines generales de distribución. Si
los motores son del tipo sincrónico. puede resultar un
aumento muy importante del factor de potencia del primario del
transformador y la intensidad de la corriente en el circuito
primario puede reducirse apreciablemente. El bobinado terciario
en triangulo, cuando alimenta una carga externa, tanto puede
aplicarse a los transformadores trifásicos del tipo de
núcleo, como a los tipo acorazado y también a las
baterías de transformadores, es de particular interés en
los casos en que la tensión necesaria para la carga
auxiliar, es considerablemente más baja que la
tensión del enrollamiento secundario.
Comparado con la conexión de triangulo a estrella, el
bobinado terciario en triangulo ayuda a limitar las corrientes
anormales en el caso de un corto circuito de línea a
neutro y esto depende de la impedancia entre el bobinado
terciario y los enrollamientos principales.
Conexión de triangulo-estrella
interconectada
Ventajas.
Las tensiones del tercer armónico quedan
eliminadas por la circulación de las corrientes del tercer
armónico en el bobinado primario en triangulo.
El neutro del secundario puede ser conectado a la
tierra, o puede ser utilizado para fines de la carga, o puede
servir de neutro para una distribución de corriente
continua trifilar.
Se puede obtener una distribución
desequilibrada de cuatro cables, y las tensiones de desequilibrio
son relativamente pequeñas, siendo proporcionales
solamente a la impedancia interna de los bobinados, lo que
permite alimentar simultáneamente circuitos
equilibrados y desequilibrados.
Inconvenientes.
No se dispone de neutro para la toma de tierra en el primario,
aunque esto no constituya de modo necesario un inconveniente pues
la alimentación en el lado del primario del
transformador está conectada a la tierra en el generador o
en el secundario del transformador elevador de
tensión.
Una avería en una fase impide el funcionamiento de una
batería o unidad trifásica.
El enrollamiento en triangulo puede resultar débil
mecánicamente en el caso de un transformador reductor con
una tensión muy grande en el primario, o con una
tensión en el primario medianamente alta, y pequeña
potencia.
Debido al desplazamiento de la fase entre las mitades de los
enrollamientos, que están conecta-dos en serie para formar
cada fase, los enrollamientos en estrella interconectada
requieren un 15.5% más de cobre, con el
consiguiente aumento del aislamiento total. El tamaño del
armazón, también por esta razón es mayor con
el aumento consiguiente del coste del transformador.
Aplicación.
La aplicación principal de esta conexión tiene
efecto en transformadores reductores de tensión para
alimentar convertidores sincrónicos trifásicos y,
al mismo tiempo,
proporcionar en el lado de la estrella interconectada, un neutro
para la distribución de corriente continua. A causa de la
interconexión en él secundario, se puede tener una
corriente continua muy desequilibrada sin que produzca efectos
nocivos en la característica magnética del
transformador.
Esta conexión solamente resulta
aconsejable tratándose de transformadores
trifásicos del tipo de acorazado o de baterías de
tres transformadores monofásicos. La interconexión
en el secundario no es necesaria en los transformadores
trifásicos del tipo de núcleo usual, pues, al
emplear un enrollamiento simple en estrella, se produce un flujo
magnético que circula siguiendo el circuito
magnético en la misma dirección, en los tres brazos, y como el
flujo continuo correspondiente debe encontrar un camino de
retorno a través del aire o a
través del depósito del transformador y del aceite,
resulta que sus efectos magnéticos son despreciables.
Conexión estrella-triangulo
Ventajas.
Se eliminan las tensiones del tercer armónico por la
circulación de la corriente de este tercer armónico
en el secundario en triangulo.
El neutro del primario se puede conectar con la tierra.
El neutro del primario se mantiene estable por el secundario
en triangulo.
Es la conexión más conveniente para los
transformadores reductores de tensión, debido a las
características inherentes de los enrollamientos en
estrella para altas tensiones y de los enrollamientos en
triangulo para las bajas tensiones.
Inconvenientes.
No se puede disponer de un neutro en el secundario para
conectar con la tierra o para una distribución de cuatro
cables, a menos que se disponga un aparato auxiliar.
Un defecto en una fase hace que no pueda funcionar la
batería o unidad trifásica hasta que se la
repare.
El enrollamiento en triangulo puede resultar débil
mecánicamente en el caso de un transformador elevador con
una tensión en el secundario muy alta, o con una
tensión secundaria medianamente alta y potencia
pequeña.
Aplicaciones.
La aplicación principal de esta conexión tiene
efecto en los transformadores reductores para alimentar una carga
equilibrada trifásica, por ejemplo, motores.
Conexión de triangulo-estrella
Ventajas.
Se eliminan las tensiones del tercer armónico al
circular la corriente de iste tercer armónico por el
primario en el triangulo. El neutro del secundario se puede
conectar con la tierra o puede ser utilizado para tener un
suministro de cuatro cables.
Se puede tener un suministro desequilibrado de cuatro
cables, y las tensiones desequilibradas resultantes son
relativamente pequeñas, siendo solamente proporcionales a
las impedancias interna de los enrollamientos. Por esta
razón se pueden alimentar simultáneamente cargas
equilibradas y desequilibradas.
Inconvenientes.
No se dispone de neutro en el primario para conectarlo con la
tierra. Esto no es precisamente un inconveniente, pues, por lo
general en el circuito del primario del transformador hay una
toma de tierra, sea en el generador, sea en el secundario del
transformador elevador de tensión.
Una avería en una fase hace que una batería o
unidad trifásica no pueda funcionar hasta que se la
repare.
El enrollamiento en triangulo puede ser débil
mecánicamente en el caso de un transformador reductor de
tensión con el primario a tensión muy alta o con
una tensión mediana en el primario y potencia
pequeña.
Aplicaciones.
La aplicación principal tiene efecto como reductor de
tensión para alimentar una distribución de cuatro
cables, con carga equilibrada o desequilibrada. Con esta
conexión se puede alimentar una carga mixta, como para
motores e iluminación.
Esta conexión es igualmente aplicable para elevar la
tensión con miras a alimentar una distribución de
alta tensión o línea de transmisión, pues
son eliminadas las tensiones del tercer armónico, puede
disponerse de un neutro en la A.T. para conectar con la tierra, y
los enrollamientos de A.T. poseen las características
más robustas.
Conexión de estrella
interconectada-estrella
Ventajas.
Puede disponerse de neutros para conectar con la tierra tanto
en el primario como en el secundario, lo que permite alimentar
distribuciones de cuatro cables con cargas equilibradas y
desequilibradas.
Las tensiones del tercer armónico entre las
líneas y el neutro en el primario, se alimentan por la
oposición entre tales tensiones en las mismas de los
enrollamientos que están conectadas en serie para
constituir una fase.
Ambos enrollamientos son muy robustos mecánicamente. En
este aspecto, esta conexión es prácticamente tan
buena como la de estrella-estrella.
Inconvenientes.
Se requiere en el enrollamiento primario un 15,5 % de cobre
adicional, con el aumento correspondiente en el aislamiento
total. El tamaño de la armazón debe, por
consiguiente, ser mayor y el coste del transformador es
más elevado.
Debido a las dificultades de fabricación en la
construcción de las bobinas, el enrollamiento en estrella
interconectada debe ser siempre de baja tensión. Por esta
razón, esta conexión no resulta apropiada para
transformadores reductores de tensión. La tolerancia en los
desequilibrios de la carga es mayor cuando el enrollamiento en
estrella interconectada es el secundario.
Aplicaciones. Esta conexión se ha aplicado
como substituye de las de estrella-triangulo o de
triangulo-estrella. Se deseaba una conexión con la cual se
pudieran alimentar cargas desequilibradas y también
eliminar las tensiones del tercer armónico con un
enrollamiento que poseyese la rigidez mecánica de la conexión en
estrella.
La combinación de estrella interconectada a estrella
resulto que daba los resultados deseados, con la excepción
de que no se eliminaban las tensiones del tercer armónico
en el bobinado en estrella. La conexión de estrella
interconectada a estrella puede, por esta razón,
utilizarse para los fines en que resulte apropiado emplear la
conexión de triangulo-estrella o de estrella a triangulo,
teniendo siempre presente que con ciertos tipos de
transformadores no es conveniente conectar con la tierra el
neutro de la estrella, mientras que con todos los tipos, el
enrollamiento en estrella deberá ser el de alta
tensión.
Conexión de estrella-estrella
interconectada
Ventajas, inconvenientes y
aplicaciones.
Como esta combinación es exactamente la inversa de la
de estrella interconectada a estrella y, asimismo, es tan similar
a ella, lo que se ha dicho respecto a esta última
conexión se aplica igualmente a la que describimos, Debe
observarse de todas maneras, que, cuando las observaciones
referentes a la conexión estrella interconectada a
estrella se aplique a la conexión estrella a estrella
interconectada, las palabras "primario" y "secundaria"
deberán intercambiarse. En la Gran Bretaña, por lo
menos, la conexión estrella-estrella interconectada se ha
empleado para substituir la de triangulo a estrella en los
transformadores reductores de tensión de potencia
relativamente pequeña y tensiones primarias altas, con las
cuales un enrolamiento en triangulo no tendría estabilidad
mecánica. La carga desequilibrada que
admite esta conexión, es mayor que con la
combinación estrella interconectada a estrella.
Conexión de estrella-estrella
interconectada
Ventajas, inconvenientes y
aplicaciones.
Como esta combinación es exactamente la inversa de la
de estrella interconectada a estrella y, asimismo, es tan similar
a ella, lo que se ha dicho respecto a esta última
conexión se aplica igualmente a la que describimos, Debe
observarse de todas maneras, que, cuando las observaciones
referentes a la conexión estrella interconectada a
estrella se aplique a la conexión estrella a estrella
interconectada, las palabras "primario" y "secundaria"
deberán intercambiarse. En la Gran Bretaña, por lo
menos, la conexión estrella-estrella interconectada se ha
empleado para substituir la de triangulo a estrella en los
transformadores reductores de tensión de potencia
relativamente pequeña y tensiones primarias altas, con las
cuales un enrolamiento en triangulo no tendría estabilidad
mecánica. La carga desequilibrada que admite esta
conexión, es mayor que con la combinación estrella
interconectada a estrella.
Conexión de estrella a doble estrella
Ventajas.
Las características del enrollamiento son
similares a las de la conexión de estrella a estrella en
algunos aspectos.
Puede disponerse de neutros, en el primario, para la
conexión con la tierra, y en el secundario, para el neutro
de la distribución, tanto en corriente continua como en
corriente
alterna.
Al alimentar convertidores rotativos, se eliminan las
tensiones del tercer armónico por las corrientes del
tercer armónico que circulan en los enrollamientos del
transformador y del convertidor rotativo. En los convertidores de
polos desdoblados, la tensión del tercer armónico
es utilizada para regular la tensión del convertidor.
Un secundario de doble estrella solamente
requiere tres enrollamientos, en vez de los seis del de doble
triangulo. La Figura muestra una
conexión diametral, pues el verdadero enrollamiento en
doble estrella consiste en dos enrollamientos separados de
polaridad opuesta.)
Las derivaciones para el arranque en los
transformadores que alimentan convertidores rotativos, pueden
sacarse con más facilidad en un secundario de doble
estrella.
Inconvenientes.
El único inconveniente de esta
conexión es que un fallo en una fase hace que la
batería o unidad trifásica no funcione hasta que se
repare la avería.
Aplicaciones.
Para alimentar convertidores rotativos de seis
fases.
Para una distribución de baja
tensión con tres circuitos separados monofásicos
trifilares.
Conexión de triangulo-doble triangulo
Ventajas.
Si falla una fase en una unidad trifásica o
batería, puede seguir funcionando en una conexión
de V a doble V, pudiendo suministrar el 58% de la potencia total,
en una distribución de tres a seis fase. La fase averiada
deberá tratarse de la misma manera que se especifico en la
conexión triangulo-triangulo, y las mismas limitaciones
deben aplicarse con los diferentes tipos de transformadores.
Esta conexión es la más económica para
primarias y secundarios de baja tensión y
corrientes intensas.
Las tensiones del tercer armónico se eliminan por la
circulación de las corrientes de este tercer
armónico en los enrollamientos primarios y secundario en
triangulo.
Inconvenientes.
No se dispone de neutro, ni en el primario ni en el
secundario, para conectar con la tierra o para tener un neutro en
la distribución de corriente continua o alterna.
Para altas tensiones, los primarios en triangulo no son
fuertes mecánicamente y las dificultades de
construcción de los enrollamientos son mayores y de un
coste más elevado.
Se necesitan seis enrollamientos en el secundario, lo que hace
que el transformador sea algo mayor y más costoso.
Las derivaciones para el arranque no se pueden combinar tan
fácilmente como con la conexión en doble
estrella.
Aplicaciones.
Para alimentar convertidores rotativos de seis
fases.
CONEXIÓN DE ESTRELLA INTERCONECTADA-DOBLE
TRIANGULO
Ventajas, inconvenientes y
aplicaciones.
Esta conexión puede resultar ventajosa en lo que se
refiere a los transformadores que alimentan convertidores
rotativos construidos para altas tensiones en el primario, pero
de una potencia relativamente pequeña y también
cuando se desea una ausencia completa de tensión del
tercer armónico: al mismo tiempo, permite que el
transformador funcione en paralelo con otros transformadores, los
cuales pueden estar conectados en estrella a doble estrella o en
triangulo a doble triangulo.
CONEXION DE ESTRELLA A DOBLE TRIANGULO
Ventajas.
El enrollamiento primario posee gran resistencia
mecánica, y necesita solo una aislación
mínima, tanto en condiciones normales de funcionamiento,
como con sobrecargas transitorias inherentes a la conexión
en estrella.
El neutro del primario puede conectarse con la
tierra.
Los enrollamientos secundarios poseen las
ventajas correspondientes a las conexiones en triangulo para
corrientes intensas de baja tensión.
Se eliminan las tensiones del tercer
armónico por la circulación de las corrientes de
este tercer armónico en los secundarios conectados en
triangulo.
Inconvenientes.
No se dispone de neutro en el secundario para una
distribución de corriente continua o alterna.
El fallo en una fase hace que la batería o unidad
trifásica no funcione hasta que se repare la
avería.
Aplicaciones .Para alimentar convertidores rotativos
de seis fases.
CONEXION DE TRIANGULO A DOBLE ESTRELLA
Ventajas.
Se eliminan las tensiones del tercer armónico por la
circulación de estas corrientes en el primario en
triangulo.
Las conexiones de doble estrella re-quieren solo tres
enrollamientos, en vez de seis que son necesarios para los de
doble triangulo.
Las derivaciones para el arranque en los transformadores que
alimentan convertidores rotativos, se pueden sacar
fácilmente del inducido en doble estrella.
Se dispone de neutro para una distribución
corriente continua o alterna.
Inconvenientes.
No se dispone de neutro en el primario para conectar con la
tierra.
Para altas tensiones, el primario en triangulo no es fuerte
mecánicamente, y también las dificultades de
construcción de los enrollamientos son mayores y el coste,
más elevado.
Si falla una fase, una batería o unidad
trifásica no puede funcionar hasta que aquella se
repare.
Aplicaciones.
Para alimentar convertidores rotativos de seis
fases.
Para una distribución de baja
tensión con tres circuitos separados monofásicos
trifilares.
CONEXION DE ESTRELLA INTERCONECTADA A DOBLE
ESTRELLA
Ventajas.
En circunstancias excepcionales esta conexión puede
emplearse en lugar de la de estrella-doble estrella. Se puede
presentar el caso de que el cable que alimenta al transformador
posea una gran capacidad electrostática, y de que interese
conectar con la tierra el neutro del primario del transformador.
A pesar de la circulación de la corriente del tercer
armónico que tiene efecto entre el secundario del
transformador y los enrollamientos del convertidor, pueden
aparecer pequeños residuos de tensiones de este tercer
armónico en los neutros de la conexión de
estrella-doble estrella, de manera que, si con esta
conexión el neutro del primario se conectase con la
tierra, aparecerían tensiones del tercer armónico
en cada terminal de la línea, y esto podría
producir corrientes de carga excesivas con interferencia sobre
las líneas telefónicas. No obstante, si el
enrollamiento primario es en estrella interconectada, no aparecen
tensiones del tercer armónico, ni en el neutro ni en los
terminales de la línea.
Inconvenientes.
Los enrollamientos en estrella interconectada
requieren un 15,5% más de cobre que los enrollamientos, en
estrella para la misma tensión de la línea.
En el bobinado en estrella interconectada, con objeto de
mantener las impedancias lo más bajas posible entre las
mitades de los enrollamientos de un mismo brazo del
núcleo, es necesario entrelazar las bobinas individuales,
y esto introduce una cantidad considerable de dificultades de
construcción con tensiones elevadas y un aumento
apreciable en el tamaño de la armazón del
transformador.
Aplicaciones.
Para alimentar convertidores rotativos de seis
fases.
Para distribución de baja tensión
con tres circuitos separados monofásicos trifilares.
Conexión Scott
Las características de sus enrollamientos son
similares, en el aspecto de la rigidez mecánica, a las de
la conexión de estrella a estrella. En el bobinado
trifásico se dispone de un neutro para conectar con la
tierra y para la red de distribución.
En el bobinado bifásico, se pueden conectar los
enrollamientos para tener un suministro con tres o cuatro cables,
según se desee. Las mitades de los enrollamientos del
transformador en el lado trifásico pueden entrelazarse,
con objeto de evitar una reactancia excesiva, Debido al factor de
potencia interna en el lado trifásico, y aunque la carga
tenga un factor de potencia igual a la unidad, dos unidades
monofásicas que forman una conexión Scott pueden
solo producir el 88,6% de la potencia en kVA que
proporcionarían por separado.
Aplicaciones.
Para alimentar, con sistemas
trifásicos, cargas bifásicas o
monofásicas.
Para unir sistemas trifásicos y
bifásicos.
CONEXIÓN DOBLE SCOTT
Las características de esta conexión son muy
similares a las de la conexión Scott. Se eliminan
prácticamente las tensiones del tercer armónico por
la circulación de estas corrientes en los enrollamientos
del convertidor rotativo y del transformador, y en el lado de las
seis fases se dispone de un neutro para conectar con la tierra o
sistema de
distribución.
Aplicaciones.
Para alimentar convertidores rotativos de seis fases por medio
de sistemas bifásicos.
Autotransformadores
A causa de su coste inicial relativamente bajo, los
autotransformadores llaman la atención de muchas personas que utilizan
estos elementos eléctricos, y aunque la cuestión
del coste resulta de mucha importancia, hay otras consideraciones
técnicas que muchas veces constituyen los
factores decisivos para adoptar estos transformadores. Los
autotransformadores se construyen con un solo enrollamiento por
fase, de manera que una parte de este es común para el
primario y el secundario.
Las conexiones de los autotransformadores trifásicos,
pueden resumirse de este modo:
Conexión de estrella a
estrella.
Esta conexión del autotransformador es quizá la
que se emplea más extensamente, siendo la más
sencilla, la más robusta, y con ella puede disponerse de
un neutro para conectar con la tierra y para un transformador del
tipo acorazado trifásico, o una distribución con
cuatro cables, Si el aparato es un transformador del tipo
acorazado trifásico, o bien una batería compuesta
de tres transformadores monofásicos, puede aparecer la
interferencia del tercer armónico cuando se conecte con la
tierra el neutro. Tal como ocurre con los transformadores usuales
de doble bobinado; pero, si se adopta el tipo de núcleo
trifásico, este inconveniente desaparece. La
conexión de la figura se aplica igualmente a
autotransformadores elevadores como reductores, y solo es
cuestión de intercambiar los terminales a, b, c,
y A. B. C, respetivamente. Las características de los
enrollamientos son similares a las de los transformadores de
doble bobinado con conexión de estrella a estrella.
Conexión de triangulo-
triangulo.
El esquema a) del grupo de
conexiones de triangulo a triangulo en los autotransformadores,
muestra la disposición mas simétrica posible, pero
solo es factible en la relación de dos a uno.
El esquema b) del grupo muestra las conexiones de un
autotransformador elevador, con las cuales la relación de
transformación puede tener el valor que se desee. El
Angulo de fase entre los terminales del primario y del secundario
depende de la relación de transformación.
El esquema c) del grupo muestra las conexiones de un
transformador reductor para cualquier valor de la relación
de transfiguración. En este caso, también el
ángulo de fase entre los terminales del primario y del
secundario depende de la relación de
transformación. Todas estas conexiones de
triangulo-triangulo presentan el inconveniente de que no hay
neutro disponible para conectar con la tierra o red de
distribución. Las características de los
enrollamientos son semejantes a las de los transformadores de
doble bobinado en conexión de triangulo a triangulo.
Conexión de V a V.
La conexión de V a "V no se emplea con mucha
frecuencia, pues, aunque su coste inicial es bajo, adolece de los
mismos inconvenientes que los transformadores trifásicos
usuales de doble bobinado, del grupo con conexión de V a
V. Esta conexión es electrostáticamente
desequilibrada, no se dispone de neutro, y las
características del enrollamiento son parecidas a las de
los transformadores de doble bobinado del grupo con conexiones de
V a V.
Conexión de T a T.
Esta conexión se emplea también muy raramente en
los autotransformadores trifásicos, pero ofrece sobre la
de V a V la ventaja de que se puede disponer de un neutro, por lo
que el equilibrio de
la tensión puede mantenerse estable. Las
características del enrollamiento son similares a las del
grupo de doble bobinado con conexión de T con T, pero los
neutros no coinciden y solo se puede conectar con la tierra uno
de ellos.
Conexión de estrella a estrella
interconectada o de estrella interconectada a estrella.
Esta conexión puede a veces ser útil por el
hecho de que semejante autotransformador se puede montar en
paralelo con un transformador de doble bobinado en
conexión de estrella a triangulo o de triangulo a
estrella.
El esquema a) del grupo muestra las conexiones de un
autotransformador elevador de estrella-estrella interconectada al
reductor de estrella interconectada a estrella. Se dispone de un
neutro para conectar con la tierra o una red de
distribución, y las tensiones del tercer armónico
no se presentan en el lado de la estrella interconectada. Para
las conexiones del esquema, la relación de
transformación debe ser de 1 a 1,73.
El esquema b) del grupo muestra las conexiones de
estrella-estrella interconectada o de estrella
interconectada-estrella en transformadores elevadores o
reductores, respectivamente. Para los transformadores de:
estrella-estrella interconectada, la tensión primaria se
aplica a los terminales a, b. c, mientras que en los de
estrella interconectada-estrella, la tensión primaria se
aplica a los A, B, C. Las características de los
enrollamientos son similares a las de los transformadores de
doble bobinado die estrella a estrella interconectada.
La siguiente tabla muestra algunas de las conexiones expuestas
anteriormente, conjuntamente con los ángulos de desfase
que se produce entre el primario y el secundario de cada
transformador.
Conclusiones
No podemos elegir a un transformador como el mejor en su
tipo de núcleo, disposición de devanado, tipo
de conexión, ya que cada una de estas
características puede ser la mejor en su tipo, debido
a que depende de la aplicación donde vayamos a
usar.El tipo de núcleo más eficaz es el tipo
acorazado. gracias a su forma, las tenciones en el
transformador tipo acorazado presentan menos distorsiones en
las salidas de las fases.El transformador trifásico es una maquina muy
útil y con un campo de aplicación bastante
grande y casi total dentro de la electrónica y la
electricidad, ya que tiene una amplia gama de configuraciones
en su conexión y diferentes métodos de
disposición en la construcción de la parte
física.El estudio de los transformadores y cada uno de los tipos
de conexión, es muy necesario para resolver
situaciones que en la vida practica se presentan, y el
completo entendimiento de las posibles conexiones nos
ayudaran a resolver estos inconvenientes.
Bibliografía
[1] Transformadores, J. Rosslyn, Editorial DALMAU Y
JOVER S.A. 1952[2] Maquinas eléctricas, Stephen Champan,
Tercera Edición.[3] TRANSFOMADORES ELÉCTRICOS INDUSTRIALES,
Pedro Camarena M. 2 Edición, Editorial Continental
S.A.[4] TRANSFORMER BOOK, "Johnson and Phillips,
Ltd."'
Autor:
Xavier Méndez
Esteban Arguello
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