Trasnformador trifásico

Facultad de Ingenierías
Ingeniería Electrónica
Q2 = 3Vφ I φ sen(30 − 60) Q1 = 3Vφ I φ sen (150 − 120) Pabierta∆
3Vφ I φ
1
=
=
= 0.577
Q2 = 3Vφ I φ cos( −30) Q1 = 3Vφ I φ cos(30)
P3 fase
3Vφ I φ
3
1
1
Q2 = − Vφ I φ
Q2 = Vφ I φ
2
2
P2 = 3Vφ I φ cos(30 − 60) P = 3Vφ I φ cos(150 − 120) P = 3Vφ I φ cos θ
3
P2 =
Vφ I φ
2
P2 = 3Vφ I φ cos( −30)
P = 3Vφ I φ cos 30
P = 3Vφ I φ
3
Vφ I φ
2
P = 3Vφ I φ cosθ ∆ VC = −V A − VB
P2 =
P=
VC = −V∠ 0 0 − V∠120 0
3
Vφ I φ
2
VφP
VLP
3VφS V LP
= a 3 V LP =
=
V LS
3VφS
V LS
VφS VLS
VC = −V − (0.5V − j 0.866V )
VC = −0.5V + j 0.866V
VC = V∠120 0
V LP V LP VφP
3VφP
V LP
=
=a
=
= a V LS = rt ⋅ V LP = a
V LP VφS
V LS
3VφS
Universidad Politécnica
Salesiana
Maquinas eléctricas
Ing. Omar Álvarez
Transformador Trifásico
INTRODUCCION
En el presente trabajo se trata de dar un
breve análisis sobre los transformadores
trifásicos, ya que en la actualidad debido
conectar independientemente en ye (Y) o
en delta (Δ), de lo cual se obtienen
cuatro
tipos
de
conexiones
en
transformadores trifásicos, los cuales
son:
a su fácil fabricación y bajo costo, se los
1. Delta-Delta (Δ- Δ)
utiliza
2. Delta-Ye(Δ-Y)
en
industrias,
diferentes
la
mayor
vamos
tipos
de
parte
a
de
analizar
conexiones,
las
los
los
beneficios que nos presentan cada uno
de ellos y sus desventajas.
Tipos
de
conexión
transformador trifásico
3. Ye-Delta(Y- Δ)
4. Ye-Ye (Y-Y)
A continuación se muestran las ventajas
y desventajas de cada conexión trifásica.
en
un
Los primarios y secundarios de cualquier
transformador trifásico se pueden
Conexión Delta-Delta (Δ- Δ)
Esta conexión también se denomina
triangulo-triangulo, donde la relación de
1
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voltajes entre primario y secundario
viene dada por:
línea primario multiplicado por el inverso
de la relación de transformación a (o por
rt).
Observe como van las polaridades
El voltaje de salida disponible en el
secundario es el voltaje de línea del
primario
por
la
relación
de
transformación individual.
Las corrientes que circulan por cada
“bobina” (fase) son 3 veces menores que
las correspondientes de línea. Esto se
cumple para primario y secundario.
Las corrientes de línea en el secundario
son iguales a las del primario por a(o por
1/rt).
Observe que se
debe respetar las
polaridades
Esta conexión no tiene desplazamiento
de fase y tiene la ventaja que no tiene
problemas con cargas desequilibradas o
armónicos, además se puede quitar un
transformador para mantenimiento o
reparación y queda funcionando con dos
transformadores pero como banco
trifásico, este tipo de configuración se
llama triangulo abierto, delta abierta o
configuración en V, en esta configuración
entrega voltajes y corriente de fase con
las relaciones correctas, pero la
capacidad del banco representa el
57.74% (1/√(3)) de la capacidad nominal
total disponible con tres transformadores
en servicio.
Conexión Ye-Ye (Y-Y)
La conexión ye-ye o estrella-estrella al
igual que la triangulo-triangulo el voltaje
de línea secundario es igual al voltaje de
La relación primario a secundario viene
dada por:
Vfs=rt*Vfp=Vfp/a
Vls=rt*Vlp=Vlp/a
Los cálculos de los voltajes en la salida
se hacen como en los transformadores
monofásicos, tanto para delta-delta como
estrella-estrella.
Esta conexión es poco usada debido a
las dificultades que presenta:
1. Si las cargas en el circuito del
transformador
no
están
equilibradas
(es
lo
que
comúnmente ocurre), entonces
los voltajes en las fases del
transformador pueden llegar a
desequilibrarse severamente.
2. Los
voltajes
de
terceros
armónicos son grandes. Estos
problemas
son
resueltos
utilizando estas dos técnicas:
- Conectando sólidamente a tierra los
neutros de los transformadores, en
especial el neutro del devanado primario,
esta
conexión
permite
que
los
componentes aditivos de los terceros
armónicos causen un flujo de corriente
en el neutro en lugar de acumular
grandes voltajes, el neutro también
suministra un camino de regreso para
cualquier
desequilibrio
de
corriente en la carga.
2
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Ingeniería Electrónica
- Añadir un tercer devanado conectado
en delta al banco de transformadores.
Con esta las componentes de voltajes de
la tercera armónica en delta se sumaran
y causaran un flujo de corriente
circulante dentro del devanado. Esto
suprime los componentes de voltaje de la
tercera armónica de la misma manera
que el hacer tierra con los neutros de los
transformadores.
Conexión delta-Ye
triangulo-estrella.
(Δ-Y)
conexión
También denominado grupo de conexión
triangulo-estrella.
Donde el voltaje de línea del secundario
es igual al voltaje de línea del primario
multiplicado por el factor √(3) y el inverso
de la relación de transformación.
Vls=rt*Vls/3
Ils=3*Ilp/rt
Esta conexión no presenta problemas
con los componentes en sus voltajes de
terceros armónicos, puesto que se
consume una corriente circulante en el
lado de la delta (triangulo). Esta conexión
se establece con respecto a cargas
desequilibradas, debido a que la delta
redistribuye cualquier desequilibrio que
se presente.
Esta conexión tiene como desventaja
que el voltaje secundario se desplaza 30
con respecto al voltaje primario del
transformador.
Tipos de núcleo del Transformador
trifásico:
Transformador trifásico de tipo núcleo
Vls=rt*3Vlp
Ils=Ilp/ Rt*3
Conexión Ye-Delta(YΔ).
La conexión estrelladelta o estrella-triangulo, se usa
generalmente para bajar de un voltaje
alto a uno medio o bajo. Una razón de
ello es que se tiene un neutro para
aterrizar el lado de alto voltaje lo cual es
conveniente
y
tiene
grandes
ventajas.
Transformador
acorazado
La relación de
tensiones entre primario y secundario
viene dada por:
3
trifásico
de
tipo
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Ingeniería Electrónica
Transformador
de
distribución
auto
protegido, del tipo poste con capacidad
para
25KVA,
12740
Tierra
Y/720-
120/240 V, elevación de 65˚
La
diferencia
de
un
transformador
trifásico de tipo núcleo y de otro de tipo
acorazado,
está
en
que
en
un
transformador trifásico de tipo acorazado
las
tensiones
están
menos
distorsionadas en las salidas de las
fases.
Lo
transformador
cual
hace
trifásico
mejor
de
al
tipo
acorazado.
convencional
de
poste:
Los
transformadores de este tipo constan de
núcleo y bobinas montados, de manera
segura, en un tanque cargado con
aceite; llevan hacia fuera las terminales
necesarias que pasan a través de bujes
apropiados.
pero lo más común es usar un solo buje
además de una terminal de tierra en la
pared del tanque conectada al extremo
de tierra del devanado de alto voltaje
para usarse en circuitos de varias tierras.
El tipo convencional incluye solo la
estructura básica del transformador sin
equipo
de
protección
alguna.
La
protección deseada por sobre voltaje,
Transformadores de tipo poste.
Tipo
Los bujes de alto voltaje pueden ser dos,
sobrecarga y cortocircuito se obtiene
usando aparta rayos e interrupciones
primarias
de
fusibles
montados
separadamente en el poste o en la
cruceta muy cerca del transformador. La
interrupción
primaria
del
fusible
proporciona un medio para detectar a
simple vista los fusibles quemados en el
sistema primario, y sirve también para
sacar el transformador de la línea de alto
voltaje, ya sea manual, cuando así se
desee, o automáticamente en el caso de
falla interna de las bobinas.
4
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Transformador auto protegido.
también
Transformador auto protegido trifásico.
monofásicas
Estos transformadores son similares a
Transformadores de distribución del "tipo
las
la
estación": estos transformadores tienen,
emplea
un
por lo general, capacidad para 250,333 ó
polos.
El
500KVA. Para la distribución a redes de
cortocircuito está dispuesto de manera
bajo voltaje de c.a. en áreas de alta
que abra los tres polos en caso de una
densidad de carga, hay transformadores
sobrecarga seria o de falla en alguna de
de red disponibles en capacidades aún
las fases.
mayores.
unidades
excepción
monofásicas,
de
cortocircuito
que
de
tres
con
se
hacen
y
Transformador
Transformador
de
distribución
auto
protegido, del tipo poste con capacidad
para 25KVA, 12740Tierra Y/720-120/240
para
de
unidades
trifásicas.
distribución
auto
protegido, del tipo poste con capacidad
para 25KVA, 12740Tierra Y/720-120/240
V, elevación de 65˚
V, elevación de 65˚
Transformador
auto
protegido
para
bancos de secundarios. Está en otra
variante en la que se proporcionan los
transformadores
cortacircuitos
con
los
secundarios
dos
paras
Comparación
de
grupo
de
transformadores monofásicos VS. Los
transformadores trifásicos.
Conceptos
Generales
Sobre
Las
Transformaciones Polifásicas.
seccionar los circuitos de bajo voltaje,
confinar
la
salida
de
operación
únicamente a la sección averiada o
sobrecargada y dejar toda la capacidad
del
transformador
disponible
para
alimentar las secciones restantes. Estos
Los sistemas de energía eléctrica de
corriente
alterna,
nunca
son
monofásicas. Actualmente, se utilizan
casi
exclusivamente
los
sistemas
trifásicos, tanto para la producción como
5
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para el transporte y la distribución de la
energía eléctrica. Por esta razón, resulta
de ineludible interés el estudio de los
transformadores
trifásicos.
Elementos De Una Transformación
Trifásica-Trifásica.
Una
transformación
trifásica-trifásica
consta de un primario, en conexión
trifásica equilibrada, que alimenta un
Los transformadores son completamente
sistema trifásico. Para abreviar, a este
independientes entre si, por lo que los
tipo de transformación le llamaremos
circuitos magnéticos también lo son, no
simplemente transformación trifásica.
produciéndose, por lo tanto, ninguna
Una
interferencia o interacción entre los flujos
transformación
trifásica
puede
efectuarse de dos formas:
a)
mediante
monofásicos
tres
magnéticos
producidos.
transformadores
unidos
Cada transformador lleva dos bornes de
trifásica.
lata y dos de baja que se conectan entre
transformador
si de forma que pueda obtenerse la
trifásico que, en cierto modo, reúne a
transformación trifásica deseada, para
tres transformadores monofásicos. En
obtener
este caso, la interconexión magnética de
estrella,
los núcleos puede adoptar diversas
El sistema es costoso y las pérdidas en
disposiciones, que examinaremos más
vacío resultan elevadas, a causa de la
adelante.
presencia de tres circuitos magnéticos
Transformación Trifásica mediante tres
independientes; desde este punto de
Transformadores Monofásicos.
vista, es preferible la instalación de un
Para esta transformación, se utiliza tres
solo
transformadores monofásicos de igual
embargo, en muchas ocasiones pueden
relación de transformación. Los primarios
resultar
se conectan a la red trifásica de donde
transformadores
toman la energía y los secundarios
ejemplo,
alimentan
seguridad en el servicio es necesario
entre
b)
independientes,
si
en
mediante
utilización.
el
conexión
un
solo
sistema
trifásico
de
una
transformación
estrella-
con
transformador
más
neutro.
trifásico.
económicos
cuando,
Sin
los
tres
independientes;
por
por
razones
de
disponer de unidades de reserva: con
tres transformadores monofásicos basta
6
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otro
transformador
monofásico,
con
potencia un tercio de la potencia total,
mientras que un transformador trifásico
necesitaría otro transformador trifásico
de reserva, con potencia igual a la de la
unidad
Este
instalada.
sistema
de
transformación
se
emplea, sobre todo, en instalaciones de
gran potencia, en las cuales, puede
resultar determinante el coste de la
unidad de reserva.
Conexión en paralelo de transformadores
monofásicos.
7
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Ingeniería Electrónica
8
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Transformación
trifásica
utilizando
dos transformadores.
Algunas
de
las
conexiones
más
La conexión Δ abierta (o V-V)
importantes con dos transformadores son
En ciertas situaciones no puede utilizarse
4:
un banco de transformadores completo
1. La conexión Δ abierta (o V-V)
para realizar una transformación trifásica.
2. Conexión Y abierta-Δ abierta
Por ejemplo, supóngase que un banco
3. Conexión Scott-T
de transformadores Δ-Δ que consta de
4. Conexión trifásica en T
transformadores separados tiene una
9
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fase dañada que se debe retirar para su
entonces la potencia máxima que puede
reparación. La situación resultante se
suministrar a la carga es:
muestra en la siguiente figura, si dos
voltajes secundarios que permanecen
El ángulo entre el voltaje V, Y la corriente
son VA= V ∟0° Y VB= V ∟-120° V,
l, en cada fase es 0°, por lo que la
entonces el voltaje que pasa a través de
potencia
la
transformador es:
abertura
que
dejó
el
tercer
total
suministrada
por
el
transformador está dado por:
En la siguiente figura
se muestra un
Éste es el mismo voltaje que estaría
transformador con delta abierta. Debido a
presente
que
si
el
tercer
transformador
falta
una
de
las
fases
del
siguiera ahí.
transformador, la corriente de línea de
A menudo, a la fase C se le llama fase
transmisión es igual a la corriente de fase
fantasma.
en cada transformador y las corrientes y
Entonces,
posibilita
la
conexión
que
un
delta
abierta
banco
de
voltajes en el banco del transformador
tienen un ángulo que difiere por 30°.
transformadores siga funcionando con
Para el transformador 1 el voltaje tiene
sólo
transformadores.
un ángulo de 150° y la corriente tiene un
Permitiendo que fluya cierta potencia aun
ángulo de 120°, por lo que la expresión
cuando se haya removido una fase
para
dañada.
transformador es:
dos
Conexión
de
de
sus
un
transformador
la
potencia
en
abierta o V-V. Muestra el banco de
transformadores en operación normal
conectado a una carga resistiva.
Si el
voltaje nominal de un transformador en el
banco es VФ y la corriente nominal es IФ
10
máxima
en
el
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a)Voltajes y corrientes en un banco de
reactiva del banco delta abierta. La
transformador
potencia reactiva del transformador 1 es:
Δ-Δ.
b)
Voltajes
y
corrientes en un banco de
La potencia reactiva del transformador 2
Transformador Δ abierta.
es:
Para el transformador 2, el voltaje tiene
un ángulo de 30° y la corriente tiene un
ángulo de 60°, por lo que la potencia
Entonces,
un
transformador
produce
máxima es:
potencia reactiva que consume el otro.
Este intercambio de energía entre los
Por lo tanto, la potencia máxima total
dos transformadores es lo que limita la
para el banco delta abierta está dada
potencia de salida a 57.7% del valor
por:
nominal del banco original en lugar del
esperado 66.7%.
La corriente nominal es la misma en
cada transformador, sin importar si son
Otra manera de ver el valor nominal de la
dos o tres, y el voltaje es el mismo en
conexión delta abierta es que se puede
cada transformador; por lo que la razón
utilizar 86.6% del valor nominal de los
entre la potencia de salida disponible del
dos transformadores restantes.
banco
Las conexiones delta abierta se utilizan
delta
abierta
y
la
potencia
disponible del banco trifásico normal es:
ocasionalmente
cuando
se
desea
suministrar una pequeña cantidad de
potencia
trifásica
a
una
carga
La potencia disponible que sale del
monofásica. En tal caso, se puede utilizar
banco delta abierta es sólo 57.7% del
la conexión de esta figura, donde el
valor nominal del banco original.
transformador T2es mucho más grande
¿Qué pasa con el resto del valor nominal
que el transformador TI.
del banco delta abierta? Después de
todo, la potencia total que los dos
generadores
juntos
pueden
producir
equivale a dos tercios del valor nominal
del banco original. Para encontrar la
respuesta se debe examinar la potencia
11
Facultad de Ingenierías
Ingeniería Electrónica
La
utilización
de
una
transformador
en
A
conexión
abierta
de
para
suministrar una pequeña cantidad de
potencia trifásica y mucha potencia
monofásica. El transformador T2, es
mucho mayor que el transformador T1,
La conexión ye abierta-delta abierta
Conexión Y abierta-Δ abierta
La conexión ye abierta-delta abierta es
muy parecida a la conexión delta abierta
excepto en que los voltajes primarios se
derivan de dos fases y el neutro.
Se utiliza para dar servicio a pequeños
clientes
comerciales
que
necesitan
servicio trifásico en áreas rurales donde
no están disponibles las tres fases.
Con esta conexión un cliente puede
obtener el servicio trifásico provisional
basta que la demanda haga necesaria la
instalación de la tercera fase.
Una gran desventaja de esta conexión es
que debe fluir una corriente de retorno
muy grande en el neutro del circuito
primario.
Diagrama de cableado de la conexión del
transformador
Y
abierta-Δ
abierta.
Nótese que esta conexión es idéntica a
la conexión Y –Δ de la figura 2-38b.
Excepto por la ausencia del tercer
transformador y por la presencia del hilo
del neutro.
La conexión Scott-T
La conexión Scott-T es una manera de
obtener dos fases separadas 90° a partir
de un suministro de potencia trifásica.
La
Scott-T
consta
transformadores
de
dos
monofásicos
con
idéntica capacidad. Uno tiene una toma
en su devanado primario a 86.6% de su
voltaje a plena carga. Están conectados
como se muestra en la figura 2-43a. La
toma de 86.6% del transformador T2está
conectada
a
la
transformador T1.
12
toma
central
del
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Ingeniería Electrónica
La conexión T trifásica
La
conexión
Scott-T
utiliza
dos
transformadores para convertir potencia
trifásica en potencia bifásica con un nivel
diferente de voltaje.
•Mediante una sencilla modificación de
esta
conexión,
transformadores
los
mismos
pueden
dos
convertir
potencia trifásica en potencia trifásica
con otro nivel de voltaje.
•Esta conexión se muestra en la figura 244.
En este caso, tanto el devanado primario
como
secundario
del
transformador
T2tienen una toma al 86.6% y las tomas
están conectadas a las tomas centrales
de los devanados correspondientes del
transformador T1.
En esta conexión a T1se le llama
transformador principal y a T2se le llama
transformador de conexión en T.
Conexión del transformador Scott-T a)
Diagrama de cableado; b) voltajes de
entrada trifásicos; c) voltajes en los
devanados primarios del transformador;
d) voltajes secundarios bifásicos.
13
Facultad de Ingenierías
Ingeniería Electrónica
Los
transformadores
tienen
cuatro
valores nominales principales: potencia
aparente, voltaje, corriente y frecuencia.
Conclusiones
Conexión
trifásica
en
T
del
transformador. a) Diagrama de cableado;
Luego
de
haber
analizado
los
transformadores
trifásicos
podemos
resaltar que las principales aplicaciones
de los transformadores trifásicos de hoy
en día, pueden usarse en instalaciones
comerciales, contratando el servicio en
alta o media tensión, que sale mas
barato, y el transformador nos dará los
niveles que necesitamos en media o
baja tensión para el consumo. En pocas
palabras, conforman una subestación.
Entre
el
principal
tipo
de
transformadores trifásicos es el tipo
poste, estos lo encontramos en todas las
ciudades en el mundo, y nos dan una
idea de la importancia de estos
transformadores en nuestro medio.
b) voltajes de entrada trifásicos; c)
voltajes en los devanados primarios del
transformador;
devanados
d)
voltajes
en
secundarios
los
BIBLIOGRAFIA
del
http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador
transformador; e) voltajes secundarios
trifásicos resultantes.
Valores
nominales
y
problemas
relacionados con los transformadores
http://www.asifunciona.com/tablas/transfo
rmadores/simb_transf.htm
Stephen J. Chapman, Fundamentos de
circuitos eléctricos. 4th_Edition
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