Conexiones de transformadores trifásicos

El transformador trifásico consta de tres transformadores separados o combinados con un núcleo. El primario y el secundario del transformador se pueden conectar independientemente en estrella o triángulo. Hay cuatro conexiones posibles para un banco de transformadores trifásicos.

1. Conexión Δ – Δ (Delta – Delta)
2. Conexión Υ – Υ (Estrella – Estrella)
3. Conexión Δ – Υ (triángulo – estrella)
4. Conexión Υ – Δ (Estrella – Triángulo)

La elección de la conexión de un transformador trifásico depende de diversos factores, como la disponibilidad de una conexión neutra para protección de puesta a tierra o conexiones de carga, aislamiento a tierra y tensión de tensión, disponibilidad de un camino para el flujo de terceros armónicos, etc. Los diversos tipos de conexiones se explican a continuación en detalle.

1. Conexión Delta-Delta (Δ-Δ)

La conexión delta-delta de tres transformadores monofásicos idénticos se muestra en la siguiente figura. El devanado secundario a1a2 corresponde al devanado primario A1A2, y tienen la misma polaridad. La polaridad del terminal. a conectando a1 y c2 es lo mismo que conectar A1 y C2. La siguiente figura muestra el diagrama fasorial para el factor de potencia en atraso cosφ.

Se han despreciado la corriente de magnetización y las caídas de tensión en las impedancias. En condiciones equilibradas, la corriente de línea es √3 veces la corriente de devanado de fase. En esta configuración, la línea correspondiente y el voltaje de fase son idénticos en magnitud tanto en el lado primario como en el secundario.

El voltaje secundario de línea a línea está en fase con el voltaje primario de línea a línea con una relación de voltaje igual a la relación de vueltas.

Si la conexión de los devanados de fase se invierte en cualquier lado, se obtiene la diferencia de fase de 180° entre el sistema primario y el secundario. Tal conexión se conoce como conexión de 180º.

La conexión triángulo-triángulo con desfase de 180º se muestra en la siguiente figura. El diagrama fasorial de un transformador trifásico muestra que el voltaje secundario está en oposición de fase con el voltaje primario.

El transformador delta-delta no tiene cambio de fase asociado y problemas con cargas desequilibradas o armónicos.

Ventajas de la conexión delta-delta del transformador

Las siguientes son las ventajas de la configuración delta-delta de los transformadores.

1. El transformador delta-triángulo es satisfactorio para una carga balanceada y desbalanceada.
2. Si un transformador falla, los dos transformadores restantes continuarán suministrando energía trifásica. Esto se llama una conexión delta abierta.
3. Si hay terceros armónicos, entonces circula en un camino cerrado y por lo tanto no aparece en la onda de voltaje de salida.

La única desventaja de la conexión delta-delta es que no hay neutro. Esta conexión es útil cuando ni el primario ni el secundario requieren neutro y los voltajes son bajos y moderados.

2. Conexión estrella-estrella (Υ-Υ) del transformador

La conexión estrella-estrella de tres transformadores monofásicos idénticos en cada uno de los primarios y secundarios del transformador se muestra en la siguiente figura. El diagrama fasorial es similar al de la conexión delta-delta.

La corriente de fase es igual a la corriente de línea y están en fase. El voltaje de línea es tres veces el voltaje de fase. Hay una separación de fase de 30º entre la línea y la tensión de fase. El desfase de 180º entre el primario y el secundario del transformador se muestra en la figura anterior.

Problemas asociados con la conexión estrella-estrella

La conexión estrella-estrella tiene dos problemas muy serios. Ellos son

1. La conexión YY no es satisfactoria para la carga desequilibrada en ausencia de una conexión neutra. Si no se proporciona el neutro, entonces los voltajes de fase se desequilibran severamente cuando la carga está desequilibrada.
2. La conexión YY contiene un tercer armónico y, en condiciones equilibradas, estos armónicos son iguales en magnitud y fase a la corriente de magnetización. Su suma en el neutro de la conexión en estrella no es cero y, por lo tanto, distorsionará la onda de flujo que producirá un voltaje que tendrá armónicos en cada uno de los transformadores.

Los problemas de desequilibrio y terceros armónicos de la conexión YY se pueden resolver utilizando la tierra sólida del neutro y proporcionando devanados terciarios.

3. Conexión Delta-Estrella (Δ-Υ)

La conexión ∆-Y del transformador de tres devanados se muestra en la siguiente figura. El voltaje de la línea primaria es igual al voltaje de la fase secundaria. La relación entre los voltajes secundarios es VLS= √3 VPS.

El diagrama fasorial de la conexión ∆-Y del transformador trifásico se muestra en la siguiente figura. En el diagrama fasorial se ve que el voltaje de la fase secundaria Van adelanta al voltaje de la fase primaria VAN en 30°. De manera similar, Vbn se adelanta a VBN en 30º y Vcn se adelanta a VCN en 30º. Esta conexión también se denomina conexión de +30º.

Al invertir la conexión en cualquiera de los lados, se puede hacer que el voltaje del sistema secundario se retrase con respecto al sistema primario en 30°. Por lo tanto, la conexión se llama conexión -30°.

4. Conexión estrella-triángulo (Υ-Δ)

La conexión estrella-triángulo del transformador trifásico se muestra en la figura anterior. El voltaje de la línea primaria es √3 veces el voltaje de la fase primaria. El voltaje de la línea secundaria es igual al voltaje de la fase secundaria. La relación de tensión de cada fase es

Por lo tanto, la relación de voltaje línea a línea de la conexión Y-∆ es

El diagrama fasorial de la configuración se muestra en la figura anterior. Existe un cambio de fase de 30 conductores entre el voltaje de fase respectivo. De manera similar, existen conductores de 30° entre el voltaje de fase respectivo. Por eso la conexión se llama conexión +30º.

La fase muestra la conexión estrella-triángulo del transformador para un desfase de 30° de retraso. Esta conexión se llama – conexión de 30°. Esta conexión no tiene problema con la carga desequilibrada y los terceros armónicos. La conexión delta proporcionó una fase equilibrada en el lado Y y proporcionó un camino equilibrado para la circulación de terceros armónicos sin el uso del cable neutro.

Conexión delta abierta o VV

Si un transformador de la conexión delta-triángulo se daña o se abre accidentalmente, se retira el transformador defectuoso y el transformador restante continúa funcionando como un banco trifásico. La calificación del banco de transformadores se reduce al 58% de la del banco real. Esto se conoce como delta abierta o delta VV. Por lo tanto, en el transformador de devanado abierto, se utilizan dos transformadores en lugar de tres para la operación trifásica.

Sean Vab, Vbc y Vca el voltaje aplicado al devanado primario del transformador. La tensión inducida en el secundario del transformador o en el devanado uno es Vab. El voltaje inducido en el devanado dos de bajo voltaje es Vbc. No hay devanado entre los puntos a y c. El voltaje se puede encontrar aplicando KVL alrededor de un camino cerrado formado por los puntos a, b y c. Por lo tanto,

Dejar,

Donde Vp es la magnitud de la línea en el lado primario.

Al sustituir el valor de Vab y Vbc en la ecuación, obtenemos

La Vca es igual en magnitud a la tensión del terminal secundario y separada en el tiempo 120º de ambas. El voltaje de línea trifásico balanceado produjo un voltaje trifásico balanceado en el lado secundario.

Si los tres transformadores están conectados en configuración delta-triángulo y están suministrando la carga nominal y si la conexión se convierte en un transformador VV, la corriente en cada devanado de fase se incrementa en √3 veces. La corriente de línea completa fluye en cada uno de los devanados de dos fases del transformador. Por lo tanto, cada transformador en el sistema VV está sobrecargado en un 73,2 %.

Debe tenerse en cuenta que la carga debe reducirse √3 veces en el caso de un transformador conectado en triángulo abierto. De lo contrario, puede producirse un sobrecalentamiento grave y la avería de los dos transformadores.

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