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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