TRANSFORMADORES TRIFSICOSLUIS ALBERTO CALDAS PABLO PORTOCARRERO UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANAI. INTRODUCCIN En la mayora de los sistemas de generacin de corriente elctrica del mundo son sistemas de corriente alterna trifsicos, 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 econmico, de espacio en las instalaciones y confiabilidad en los equipos, se puede decir, que en general, es preferida la solucin del uso de transformadores trifsicos en las instalaciones elctricas. II. CONSTITUCION DE LOS TRANSFORMADORES TRIFSICOS. Los transformadores para circuitos trifsicos pueden construirse de dos maneras. Estas son: a. Tomando tres transformadores monofsicos y conectndolos en un grupo trifsico. Para el anlisis de su circuito equivalente se debe representar cada uno de los transformadores monofsicos que componen un banco trifsico (Conjunto de los tres transformadores monofsicos) por un circuito equivalente; entonces se podr utilizarse cualquiera de los circuitos equivalentes deducidos para el caso de los monofsicos.Figura 2 Transformador Trifsico: Modelos Equivalentes.

cortocircuito tomados a uno u otro lado del transformador, y estos valores se pueden emplear, sin modificacin, o en el circuito equivalente de la figura 2a o en el circuito equivalente de la figura 2b.

b. Haciendo un transformador trifsico que consiste en tres juegos de devanados enrollados sobre un ncleo comn.

Figura 3 Transformador Trifsico: Tres devanados.

Figura 1 Transformador Trifsico: 3 Transformadores Monofsicos.

A Cada columna del transformador trifsico se la puede considerar como un transformador monofsico. As, cuando en un banco o un transformador trifsico funciona con cargas equilibradas, todos los transformadores monofsicos del banco o todas las columnas del transformador estn igualmente cargados y con ello solo tendramos con estudiar solo uno de ellos mediante su circuito equivalente. III. FORMAS DEL NUCLEO

Los valores de los elementos de los circuitos equivalentes se pueden obtenerse a partir de los datos de diseo o por las pruebas en circuito abierto o en

Si la transformacin se hace mediante un transformador trifsico, con un ncleo comn, podemos ver que la columna central de la figura 4 est recorrida por un flujo F que, en cada instante, es la suma de tres flujos sinusoidales, iguales y desfasados 120.Figura 7 Forma del Nucle: Diagrama a bloques.

Como sabemos esto se aplicara para que en un transformador trifsico cada columna est formada por un transformador monofsico, entonces toda la teora para los transformadores monofsicos es vlida para los trifsicos, teniendo en cuenta que las magnitudes que all aparecen hace referencia ahora a los valores por fase.

Figura 4 Forma del Nucle: Flujos magneticos.

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

Figura 8 Forma del Nucle: Diagrama real.

Figura 5 Forma del Nucle: Flujos magneticos.

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

Como esta disposicin en la figura 5 se hace difcil para su construccin, los transformadores se construyen con las tres columnas en un mismo plano figura 6.

Figura 6 Forma del Nucle: Flujos magneticos.

Esta disposicin crea cierta asimetra en los flujos y por lo tanto en las corrientes en vaci.

Figura 8 Transformador Trifsico Acorazado.

IV. FORMAS DE LOS DEVANADOS Como sabemos un transformador trifsico est constituido por tres transformadores, que se encuentran separados o combinados sobre un solo ncleo. Los primarios y secundarios de cualquiera de ellos pueden tener diferentes formas en los devanados, as que se pueden conectarse en estrella o en delta, dando lugar a un total de cuatro posibilidades de conexin en el transformador trifsico: Estrella-estrella, delta-estrella, estrella/zig-zag, estrella-delta, delta-delta. Cuando los devanados primario y secundario de un transformador trifsico tienen conexiones distintas, la relacin entre las dos tensiones de vaco (sin carga) en las terminales, no es igual a la relacin 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 tensin y el de Baja tensin. La seleccin de la combinacin de las conexiones depende de consideraciones econmicas y de las exigencias que impone la operacin. Por ejemplo, en las redes de distribucin que usan tres fases con neutro, es necesario el uso de devanados secundarios en estrella, ya que stos tienen un punto accesible para el neutro. V. CONEXIONES DE TRANSFORMADORES TRIFSICOS Conexin Delta-Delta:

tensiones mantienen un buen equilibrio. Los voltajes primarios de lnea y de fase son iguales:

Las tensiones secundarias cumplen la siguiente relacin:

La relacin entre tensiones de fase es:

La relacin entre los voltajes de lnea es:

Grfica Explicativa:

Figura 9 Grafica Explicativa: Conexin Delta-Delta.

Conexin Delta-estrella:

Con una conexin 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 conexin es que se reduce considerablemente el gasto econmico en el aislamiento interno del transformador. Sin embargo, la desventaja del desfase de 30 puede ser negativa, pues la conexin en paralelo con otra fuente de energa es imposible, por otro lado, en el caso de que este banco de transformadores tenga que alimentar a un grupo de cargas aisladas no representara ningn inconveniente el desfase. Asimismo, podemos apreciar en la figura 10 que el secundario tiene un neutro. Este tipo de conexin se utiliza en aplicaciones de elevacin de tensiones. Los voltajes de lnea y de fase son iguales en el primario y en el secundario:

Este tipo de conexin tiene la desventaja de no disponer de ningn neutro, ni en el primario ni en el secundario. Otra desventaja es el aislamiento elctrico que resulta ms caro que otro de conexin (estrella), para las mismas especificaciones tcnicas. En este tipo de conexin las tensiones de entrada y salida se encuentran en fase. Este sistema de conexin es utilizado en sistemas trifsicos donde la tensin no es muy elevada. La principal ventaja de este modo de conexin es que aunque las cargas no estn bien equilibradas las

Los voltajes de lnea de primario y secundario guardan la siguiente relacin: Grfica Explicativa:

Figura 11 Grafica Explicativa: Conexin Estrella- Delta.

Conexin Estrella-estrella:

Con este tipo de conexin se tienen dos neutros, uno en las bobinas primarias y otro en las bobinas secundarias. El problema surge cuando no se conectan estos neutros a la masa o tierra, porque las seales u ondas senoidales salen por el secundario distorsionadas. Solamente no es necesario conectar los neutros a tierra cuando el sistema trifsico esta muy equilibrado. Asimismo, debemos indicar que no hay un desplazamiento de fase entre las tensiones de entrada y las tensiones de salida. Los voltajes de lnea se relacionan con los voltajes de fase segn las expresiones:

Figura 10 Grafica Explicativa: Conexin Delta-Estrella.

Conexin Estrella-delta:

Con este tipo de conexin la corriente en el devanado de las bobinas secundarias es de un 58% de la corriente carga. Las distorsiones de las tensiones de salida no resultan tan severas como en una conexin estrella-estrella. Tambin tenemos que sealar que existe un desplazamiento de fase entre las tensiones de entrada y de salida de 30 . Este tipo de conexin se puede utilizar en aplicaciones de reduccin. Los voltajes primarios de lnea y de fase cumplen la relacin:

Los voltajes de lnea de primario y secundario guardan la siguiente relacin:

Grfica Explicativa:

Las tensiones secundarias de lnea y fase son iguales:

La relacin de tensiones de fase es:

Figura 12 Grafica Explicativa: Conexin Estrella- Estrella.

La relacin entre los voltajes de lnea del primario y secundario es:

Un caso particularmente especial es la conexin Delta - Abierta Conexin Delta-abierta:

Grfica Explicativa:

Figura 13 Grafica Explicativa: Conexin Delta - abierta.

La nomenclatura a1a2-b1b2-c1c2 me indica que la parte izquierda representa el secundario del transformador (en una conexin Delta o Tringulo en el secundario) y la parte derecha representa un conjunto de cargas con impedancia Z que hemos colocado en este caso en configuracin tambin Delta o Tringulo. Ya que es una conexin Dd, mas a la izquierda del secundario del transformador que se ha indicado lneas arriba est ubicado el primario del transformador que no se dibuj por razones de espacio. En este caso la tensin entre los puntos a1(c2) y b2(c1) sigue siendo la misma que la que se tendra si no se hubiese quitado el bobinado c1c2. Es decir, si con todo el sistema completo, la tensin de lnea V c1c2 era U, luego, con el sistema sin el arrollamiento c1c2 la tensin de lnea sigue siendo U. La explicacin de esto reside en el hecho que se tiene que realizar una suma vectorial de voltajes para obtener el voltaje final resultante entre los puntos requeridos. En la figura 14 vemos tres vectores correspondientes al voltaje en cada fase que tienen un punto comn y estn separados 120. Si tuviramos el sistema completo al realizar la suma de voltajes en todo el tringulo obtendramos 0.

Figura 15 Conecion Delta-abierta

VI. INDICE HORARIOPara indicar el desfase existente entre las tensiones simples, se suele utilizar el llamado ndice horario (ngulo formado por la aguja grande y la pequea de un reloj cuando marca una hora exacta), expresado en mltiplos de 30 (ngulo entre dos horas consecutivas, 360/12=30). El conocimiento del desfase (ndice horario) es muy importante cuando se han de conectar transformadores en paralelo, dado que entonces, todos los transformadores deben tener el mismo ndice horario, para evitar que puedan producirse corrientes de circulacin entre los transformadores cuando se realice la conexin. Dependiendo del tipo de conexin, las tensiones simples del primario y del secundario pueden no estar en fase, cosa que siempre ocurre en los transformadores monofsicos. A continuacin veremos algunas de las formas ms frecuentes de conexin (el desfase se obtiene multiplicando el nmero que acompaa la denominacin por 30, ejemplo: en Yy6 el desfase es 6*30=180), Adema utilizaremos la siguiente simbologa para reducir las formulas expuestas: VFP = Tensin fase primario; VFS = tensin fase secundario; VLP = Tensin lnea primario; VLS = tensin lnea secundario: Conexin Estrella-Estrella (Yy0)

Figura 14 Grafica Fasorial: Conexin Delta - abierta.

Y si realizamos una suma vectorial desde a1 hasta b2 se obtendr el mismo voltaje que en un sistema sin el bobinado c1c2. El siguiente dibujo representa a dos transformadores monofsicos conectados entre si en la manera denominada tringulo abierto o delta abierta.

Figura 15 Conexin Estrella-Estrella (Yy0)

VFP / VFS = m VLP / VLS = (3 * VFP) / (3 * VFS) = m Conexin Estrella-Estrella (Yy6)

VFP / VFS = m VLP / VLS = (3 * VFP) / VFS VLP / VLS = (3 * m) Conexin Triangulo-Estrella (Dy11)

Figura 16 Conexin Estrella-Estrella (Yy6)

VFP / VFS = m VLP / VLS = (3 * VFP) / (3 * VFS) = m Conexin Triangulo-Triangulo (Dd0)

Figura 19 Conexin Delta-Estrella (Dy11)

VFP / VFS = m VLP / VLS = VFP / (3 * VFS) VLP / VLS = m /3

VII. BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFSICOS.Los bancos de transformadores monofsicos son utilizados en sistemas elctricos trifsicos como sustitucin de un transformador trifsico. Por ejemplo, en el transporte a largas distancias de la energa elctrica.Figura 17 Conexin Delta-Delta (Dd0)

VFP / VFS = m VLP = VFP VLS = VFS VLP / VLS = VFP / VFS = m Conexin Estrella-Triangulo (Yd11)

Asimismo, el banco de transformadores monofsicos tambin sirve para poder cambiar el nmero de fases del sistema, es decir, un sistema trifsico lo podemos convertir en un sistema bifsico, de 6 fases, de doce fases, etc. Por lo que respecta a las bobinas primarias y secundarias, las podemos conectar de varias formas, teniendo cuatro posibles casos: Y/Y, Y/, /Y, /. Es decir, podemos conectar las bobinas primarias en estrella o en tringulo al igual que las bobinas secundarias. Dependiendo como lo hagamos tendremos unas caractersticas tcnicas u otras. De esta forma, la relacin de las tensiones de entrada y de salida no solamente depender de la relacin de vueltas (espiras) de las bobinas primarias y secundarias, sino que tambin depender de cmo estn conectadas las bobinas primarias y las bobinas secundarias.

Figura 18 Conexin Estrella-Delta (Yd11)

Conclusiones: Al tratar del transformador trifsico suponemos que sus devanados, tanto de alta como de baja tensin, se hallan conectados en estrella. Segn la aplicacin a que se destine un transformador, deben considerarse las posibilidades de establecer otras conexiones distintas, las cuales ofrecen sobre todo especial inters desde el punto de vista del acoplamiento en paralelo con otros transformadores. Las combinaciones bsicas que han de ser tenidas en cuenta por lo que se refiere a sus particularidades para los acoplamientos en paralelo, forman esencialmente cuatro grupos. Cada grupo se caracteriza en particular por el desfase que el mtodo de conexin introduce entre la f.e.m. primaria y las homlogas secundarias.N Grup o Dd0 Smbolo Primario Secundario Conexionado Primario Secundario

En la tabla se detallan los grupos de conexiones normalizados para transformadores de potencia trifsicos. Debe tenerse en cuenta que el esquema de conexionado es vlido solamente en el caso que los devanados tengan el mismo sentido de arrollamiento. Adems podremos decir las siguientes caractersticas de los transformadores trifsicos: En bajas capacidades los transformadores trifsicos son ms pesados. El costo de los transformadores trifsicos siempre es ms bajo (solo el 10% en bajas capacidades pero en altas capacidades llega a ser hasta el 25% menos en comparacin con los transformadores monofsicos). Por estas razones la industria ha preferido usar los transformadores trifsicos ya que esta opcin implica un ahorro significativo que conlleva a minimizar los costos de produccin. VIII. BIBLIOGRAFIA

0

Yy0

Dz0

Dy5

5

Yd5

MQUINAS ELCTRICAS---Stephen J. ChapmanTercera Edicin. MAQUINAS ELECTRICAS--Jesus Fraile Mora --- Quinta Edicin. www.El transformador.mht

Yz5

Dd6

6

Yy6

Dz6

Dy11

11

Yd11

Yz11

Anexo: