Tipos Aplicaciones y Conexiones de Transformadores Trifásicos 1. 2. 3. 4. $. &. (. ). *. 1,. 11. 12. 13. 14. 1$. 1&. 1(. 1). 1*. 2,. 21. 22.
Abstract Desarrollo Transformadorr de distribución Transformado Transformadores Transformado res Hermticos de !lenado "nte#ral Transformadores %ubterráneos Transformadorr de corriente TT'CC Transformado Transformadorr Toroidal Transformado Transformadorr de #rano orientado Transformado Transformadorr de n+cleo de aire Transformado Transformadorr Trifásico de tipo -+cleo Transformado Transformadorr Trifásico de tipo Acora Transformado Acoraado ado Transformadorr de n+cleo distribuido Transformado /rupos de Conexión 0studio de la transform transformación ación trifásica en conexión estrella trián#ulo d 0studio de la transformación trifásica en conexión estrellai#a# 0studio de la transform transformación ación trifásica en conexión trián#ulotrián#ulo Dd Transformación trifásica utiliando dos transformadores Conexión en abierta abierta Conexión %cottT Conexión trifásica en T Conclusiones 5iblio#raf6a
A. Abstract
0n el si#uiente si#uiente ensayo ensayo se dará a conocer al#unos de los muc7os tipos de transforma transformadore dores s trifásicos 8ue existen en el medio clasificándolos por su aplicación9 su construcción y el tipo de n+cleo. De los transformadores trifásicos trifásicos 8ue se trataran a continuación se detallara potencias 8ue mane:a mane:an n aplica aplicabil bilidad idad99 y al#uno al#unos s datos datos tcni tcnicos cos propio propios s de cada cada trans transfo forma rmador dor 8ue 7emos 7emos consid considera erado do import important ante e menci menciona onar. r. ;or otra otra parte parte se dará dará a conoc conocer er los tipos tipos de conexi conexión ón com+nmente usados para este tipo de transformadores por e:emplo tenemos el deltadelta9 delta estrella9 estrellaestrella9 estrellaestrella9 y estrelladelta estrelladelta por mencionar al#unos. B. Desarrollo
PARA transformar un sistema trifásico de energía eléctrica, se puede recurrir a la utilización de tres transformadores monofásicos uno para cada una de las fases. Sin embargo también se puede recurrir a otra opción la utilización utilización de un solo transformador transformador trifásico trifásico compuesto de un único núcleo núcleo magnético en el que se an dispuesto tres columnas sobre las que sitúan los arrollamientos primario ! secundario de cada una de las fases. "n único único transfo transformad rmador or funcion funciona a e#actamen e#actamente te igual igual que lo arían arían tres tres transfo transformad rmadore oress monofási monofásicos cos separados, siempre que el sistema trifásico sea equilibrado.
$ig%. &ransformador &rifásico sobre un mismo 'úcleo
Aora si se fusionara los tres transformadores monofásicos para formar un transformador trifásico se tendrían ( columnas pero tendríamos un peque)o incon*eniente por una de ella no pasaría flu+o magnético, dado que al ser el sistema equilibrado, los flu+os también lo serían, siendo su suma nula, por lo que podría prescindirse de la cuarta columna compuesta por la fusión de una de las columnas de cada transformador monofásico.
$ig. &ransformador trifásico mediante - transformadores monofásicos abe recalcar que los circuitos equi*alentes del transformador trifásico, es e#actamente igual al del monofásico en donde cada columna se la considerara un transformador monofásico independiente, debido a que todos los circuitos equi*alentes que se utilizan lo son por fase así que se considerara tres circuitos iguales. /n nuestro medio e#iste una gran *ariedad de transformadores trifásicos los cuales los emos clasificado en tres grandes grupos para e#plicarlos de una me+or forma ! se detallan a continuación. segun su aplicacion C. Transformador de distribución
0os transformadores de potencias iguales o inferiores a 122 34A ! de tensiones iguales o inferiores a 56 222 4 tanto monofásicos como trifásicos entran en el grupo de transformadores de distribución. 0a ma!oría de estos transformadores están dise)ados para ser utilizados sobre postes sin embargo también se fabrican transformadores muco más grandes para estaciones los cuales mane+an *olta+es ma!ores a los %784 0as aplicaciones típicas son para alimentar residencias, edificios o almacenes públicos, talleres ! centros comerciales. Datos Técnicos:
Se fabrican en potencias normalizadas desde 1 asta %222 34A ! tensiones primarias de %-., %1, 1, -! -1 34. Se constru!en en otras tensiones primarias según especificaciones particulares del cliente. Se pro*een en frecuencias de 12952 :z. 0a *ariación de tensión, se realiza mediante un conmutador e#terior de accionamiento sin carga. Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión.
$ig-. &ransformador &rifásico de ;istribución
D. Transformadores Herméticos de Llenado Integr al
Se utilizan para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo mu! útiles en lugares donde los espacios son reducidos. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, e#plotaciones petroleras, grandes centros comerciales ! toda acti*idad que requiera la utilización intensi*a de energía eléctrica. ;atos &écnicos< Su principal característica es que al no lle*ar tanque de e#pansión de aceite no necesita mantenimiento, siendo esta construcción más compacta que la tradicional. Se fabrican en potencias normalizadas desde %22 asta %222 34A, tensiones primarias de %-., %1, 1, -- ! -1 34 ! frecuencias de 12 ! 52 :z.
$ig(. &ransformadores :erméticos de 0lenado =ntegral E. Transformadores Subterráneos
&ransformador de construcción adecuada para ser instalado en cámaras, en cualquier ni*el, pudiendo ser utilizado donde a!a posibilidad de inmersión de cualquier naturaleza. ;atos &écnicos< Potencia< %12 a 22284A Alta &ensión< %1 o (,84 >a+a &ensión< %5,1?%1@2?%6@-72?2@(22?-%4
$ig1. &ransformador Subterráneo . Transformador de corriente TT!CC
0os transformadores de corriente se utilizan para tomar muestras de corriente de la línea ! reducirla a un ni*el seguro ! medible, para las gamas normalizadas de instrumentos, aparatos de medida, u otros dispositi*os de medida ! control. iertos tipos de transformadores de corriente protegen a los instrumentos al ocurrir cortocircuitos. 0os *alores de los transformadores de corriente son< 9arga nominal< .1 a 22 4A, dependiendo su función. 9orriente nominal< 1 ! %A en su lado secundario. Se definen como relaciones de corriente primaria a corriente secundaria. "nas relaciones típicas de un transformador de corriente podrían ser< 522?1, 722?1, %222?1.
9"sualmente estos dispositi*os *ienen con un amperímetro adecuado con la razón de transformación de los transformadores de corriente, por e+emplo< un transformador de 522?1 está disponible con un amperímetro graduado de 2 9 522A.
$ig5. &ransformadores de orriente Según su construcción Autotransformador /l primario ! el secundario del transformador están conectados en serie, constitu!endo un bobinado único. Pesa menos ! es más barato que un transformador ! por ello se emplea abitualmente para con*ertir 24 a %14 ! *ice*ersa ! en otras aplicaciones similares. &iene el incon*eniente de no proporcionar aislamiento entre el primario ! el secundario. Se usa principalmente para conectar dos sistemas de transmisión de tensiones diferentes, frecuentemente con un de*anado terciario en triángulo.
$ig6. Autotransformador ". Transformador Toroidal
Peque)o transformador con núcleo toroidal. /l bobinado consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario ! el secundario. Son más *oluminosos, pero el flu+o magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flu+os de dispersión mu! reducidos ! ba+as pérdidas por corrientes de $oucault.
$ig7. &ransformador de núcleo en*ol*ente
/stán pro*istos de núcleos de ferrita di*ididos en dos mitades que, como una conca, en*uel*en los bobinados. /*itan los flu+os de dispersión. H. Transformador de grano orientado
/l núcleo está formado por una capa de ierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de ierro dulce separadas abituales. Presenta pérdidas mu! reducidas pero es caro. 0a capa de ierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados capa en /B, reduciendo sus perdidas.
$igC. &ransformador de grano orientado I. Transformador de n#cleo de aire
/n aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un peque)o cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para a+ustar su inductancia. &ransformador piezoeléctrico Para ciertas aplicaciones an aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flu+o magnético para transportar la energía entre el primario ! el secundario, sino que se emplean *ibraciones mecánicas en un cristal piezoeléctrico. &ienen la *enta+a de ser mu! planos ! funcionar bien a frecuencias ele*adas. Se usan en algunos con*ertidores de tensión para alimentar los fluorescentes del bac3ligt de ordenadores portátiles. Según el tipo de 'úcleo 0os transformadores trifásicos pueden ser construidos mediante la unión de - transformadores monofásicos conocido como los bancos de transformadores. /ste tipo de cone#ión seria mu! útil en el caso de que se desee tener un transformador monofásico de repuesto para los casos de a*erías, pero la realidad es que los transformadores trifásicos resultan más económicos, es decir, un transformador trifásico es más barato que tres transformadores monofásicos. Además, esta la relación de tama)o, un único transformador trifásico siempre será más peque)o que un banco de transformadores monofásicos. Según el tipo de núcleo se mocionará los - siguiente transformadores. $. Transformador Trifásico de ti%o &#cleo
0os de*anados rodean al núcleo. Dste está constituido por láminas rectangulares o en forma de 0 que se ensamblan ! solapan alternati*amente en capas ad!acentes. /n este tipo de transformadores e#isten tres núcleos unidos por sus partes superior e inferior mediante un !ugo ! sobre cada núcleo se de*anan el primario ! el secundario de cada fase. /ste dispositi*o es posible porque, en todo momento, la suma de los flu+os es nula.
$ig.%2 &ransformador trifásico de tipo núcleo. =n*irtiendo las cone#iones de las bobinas centrales en el transformador trifásico acorazado, las secciones de los núcleos entre las *entanas es igual al *alor que se obtendría sin in*ertir las cone#iones, di*idido por raiz de -. /l transformador trifásico es más compacto ! ligero que los tres transformadores monofásicos
equi*alentes, pero disminu!e la fle#ibilidad del sistema. /n un auto transformador, parte del de*anado es común a primario ! secundario. &an solo se transforma una parte de la potencia, !endo la restante de la carga por conducción. '. Transformador Trifásico de ti%o Acora(ado
Al igual que en el transformador monofásico el núcleo rodea al de*anado. 0a diferencia de un transformador trifásico de tipo núcleo ! de otro de tipo acorazado, esta en que en un transformador trifásico de tipo acorazado las tensiones están menos distorsionadas en las salidas de las fases. 0o cual ace me+or al transformador trifásico de tipo acorazado.
$ig.%% &ransformador trifásico de tipo acorazado L. Transformador de n#cleo distribuido
Posee un núcleo central ! cuatro ramas e#teriores. Se denomina transformadores de distribución, generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 122 34A ! de tensiones iguales o inferiores a 56 222 4, tanto monofásicos como trifásicos. 0la ma!oría de tales unidades están pro!ectadas para monta+e sobre postes, algunos de los tama)os de potencia superiores, por encima de las clases de %7 34, se constru!en para monta+e en estaciones o en plataformas. one#iones ;e 0os &ransformadores &rifásicos /n los sistemas polifásicos, se entiende por cone#ión la forma de enlazar entre sí los arrollamientos de las distintas fases. /n transformadores trifásicos los arrollamientos pueden estar montados de las siguientes formas< aB cone#ión abierta ===B bB cone#ión en triángulo ;B cB cone#ión en estrella EB dB cone#ión en zigzag FB /l con*enio sobre la utilización de letras para designar abre*iadamente las diferentes cone#iones es el siguiente< - one#ión en triángulo< ; en el primarioB d en el secundarioB - one#ión en estrella< E en el primarioB ! en el secundarioB - one#ión en zigzag< F en el primarioB z en el secundarioB /G/HP0IS< - "n transformador estrella 9 triángulo se designa E d - "n transformador estrella 9 estrella se designa E ! - "n transformador estrella9zigzag se designa E z - "n transformador triángulo9estrella se designa ; ! /l tipo abierto ===B tiene aplicación solamente en el caso de transformadores suplementarios o adicionales. 0as cone#iones en estrella EB ! en triángulo ;B son de en empleo general@ la cone#ión en zigzag FB solamente se utiliza en ba+a tensión. /n la cone#ión en zigzag, cada uno de los arrollamientos está di*idido en dos partes, que se bobinan entre dos columnas diferentes del transformador, con in*ersión de las entradas ! de las salidas al pasar de una columna a otra@ es decir, que se montan en posición, siguiendo un orden de permutación circular de núcleos. 0a fuerza electromotriz correspondiente a cada fase resulta de la composición de dos fuerzas electromotrices desfasadas entre sí en %2J.
). "ru%os de Cone*ión
0as cone#iones utilizadas en la práctica están normalizadas en grupos de cone#ión. /l grupo de cone#ión caracteriza las cone#iones de los dos arrollamientos ! el desfase entre las fuerzas electromotrices correspondientes a ambos arrollamientos. ada grupo se identifica con una cifra o índice de cone#ión que multiplicada por -2J, da como resultado el desfase δ , en retraso, que e#iste entre las tensiones del mismo genero simples o compuestasB del secundario respecto al primario del transformador en cuestión. /studio de la transformación trifásica en cone#ión estrella9estrella E!B con arrollamiento terciario 0a cone#ión estrella K estrella tiene la gran *enta+a de disminuir la tensión por fase del transformador, pero presenta incon*enientes cuando las cargas no están equilibradas. Para eliminar estos incon*enientes se dispone de un arrollamiento terciario el cual esta conectado en triángulo ! cerrado en cortocircuito sobre sí mismo. 0as fuerzas magnetomotrices, primaria ! secundaria, debidas a esta sobrecarga, se compensan en cada columna, con lo que desaparecen los flu+os adicionales !, con ellos, los incon*enientes que resultaban de las cargas desequilibradas. /l de*anado terciario puede utilizarse para suministrar cargas locales con la tensión más con*eniente. Puede alimentar los circuitos de control ! las instalaciones au#iliares en las estaciones transformadoras.
$ig%. &ransformador trifásico en cone#ión estrella9estrella con de*anado terciario /studio de la transformación trifásica en cone#ión triángulo estrella ;!B /#isten cuatro formas de monta+e con lo que respecta a la estrella secundaria< - ;esfase de -2J ;!%B. - ;esfase de %12J ;!1B. - ;esfase de 9-2J ;!%%B. - ;esfase de 9%12J ;!6B. ;e estos grupos de cone#ión se utilizan en la práctica el ;!1 ! el ;!%%. /ste sistema de cone#ión es el más utilizado en los transformadores ele*adores de principio de línea, es decir en los transformadores de central. /n el caso de cargas desequilibradas no pro*oca la circulación de flu+os magnéticos por el aire, !a que el desequilibrio se compensa magnéticamente en las tres columnas. omo se puede disponer de neutro en el secundario, es posible aplicar este sistema de cone#ión a transformadores de distribución para alimentación de redes de media ! ba+a tensión con cuatro conductores.
$ig%-9 &ransformador trifásico en cone#ión triángulo9estrella ! desfase de %12J
$ig%(. Reparto de las corrientes en los arrollamientos de un transformador trifásico en cone#ión triángulo estrella, con una carga desequilibrada &. Estudio de la transformación trifásica en cone*ión estrella triángulo +,d-
/#isten cuatro posibilidades de cone#ión< - ;esfase de -2J Ed%B. - ;esfase de %12J Ed1B. - ;esfase de 9-2J Ed%%B. - ;esfase de 9%12J Ed6B. ;e estos grupos de cone#ión, el más utilizado en la práctica es el Ed1 ! el Ed%%. /l empleo más frecuente ! eficaz de este tipo de cone#ión es en los transformadores reductores para centrales, estaciones transformadoras ! finales de línea conectando en estrella el lado de alta tensión ! en triángulo el lado de ba+a tensión. /n lo que se refiere al funcionamiento con cargas desequilibradas, el desequilibrio de cargas secundarias, se transmite al primario en forma compensada para cada fase.
$ig%1. &ransformador trifásico en cone#ión estrella triángulo ! desfase de %12J grupo de cone#ión Ed1B . Estudio de la transformación trifásica en cone*ión estrella/(ig(ag +,(-
Para e*itar el incon*eniente de cargas desequilibradas se conecta el arrollamiento secundario en zigzag. /sta cone#ión consiste en acer que la corriente circula por cada conductor acti*o del secundario, afecte siempre igual a dos fases primarias, estas corrientes se compensan mutuamente con las del secundario. ;esignando arbitrariamente los terminales del primario ! con respecto a estas designaciones el secundario ofrece cuatro posibilidades distintas de cone#ión, dos de ellas que proceden del neutro. /stos grupos de cone#ión son< - ;esfase de -2J Ez%B. - ;esfase de %12J Ez1B. - ;esfase de 9-2J Ez%%B. - ;esfase de 9%12J Ez6B. ;e estos grupos de cone#ión los más utilizados son el Ez1 ! el Ez%%. /ste tipo de cone#ión se emplea para transformadores reductores de distribución, de potencia asta (2284A@ para ma!ores potencias resulta más fa*orable el transformador conectado en triángulo estrella.
$ig%5. Representación esquemática ! diagrama *ectorial de un transformador trifásico en cone#ión estrella zig9zag
$ig%6.9 &ransformador trifásico en cone#ión estrella zig9zag ! desfase de %12J grupo de cone#ión Ez1B 0. Estudio de la transformación trifásica en cone*ión triángulo/triángulo +Dd-
&ambién aora e#isten cuatro posibilidades de cone#ión que corresponden a las siguientes condiciones. aB los terminales de la red primaria ! secundaria pueden ser omólogos o de opuesta polaridad bB la sucesión de estos terminales en el circuito interno puede ser la misma para ambos sistemas o in*ersa.
/n la práctica se emplean solamente dos grupos de cone#ión que corresponden, respecti*amente a un desfase de 2J ! a un desfase de %72J. ada aislamiento debe soportar la tensión total de la línea correspondiente !, si la corriente es reducida, resulta un número ele*ado de espiras, de peque)a sección. Si se interrumpe un arrollamiento, el transformador puede seguir funcionando aunque a potencia reducida, con la misma tensión compuesta ! con una intensidad de línea a la que permite una sola fase. Se limita a transformadores de peque)a potencia para alimentación de redes de ba+a tensión, con corrientes de línea mu! ele*adas por la ausencia de neutro en ambos arrollamientos.
$ig%7. &ransformador trifásico en cone#ión triángulo9triángulo ! desfase de 2J grupo de cone#ión ;d2B
$ig%C. $uncionamiento de un transformador trifásico en cone#ión triángulo9triángulo, con un arrollamiento interrumpido 1. Transformación trifásica utili(ando dos transformadores
Además de las cone#iones estándar de los transformadores e#isten otras cone#iones para lograr una transformación trifásica solamente con dos trasformadores< Algunas de las más importantes son< 9 one#ión abierta o 494B 9 one#ión en E abierta 9 ∆ abierta 9 one#ión Scout9& 9 one#ión trifásica en & A continuación describiremos las características más importantes de cada una de estas cone#iones.
one#ión
∆ abierta
o 494B
$ig2..9 one#ión
∆ abierta
o 494B
/sta transformación puede utilizarse cuando por e+emplo en una cone#ión ∆9 ∆ de transformadores separados, una fase tiene una falla, la cual debe remitirse para ser reparada. /ntonces< Si los dos *olta+es secundarios que permanecen son< /ntonces esta quiere decir que a pesar de que se remue*a una fase el sistema sigue manteniendo sus características primordiales Aplicación de la cone#ión abierta /s usada fundamentalmente para suministrar una peque)a cantidad de potencia trifásica a una carga monofásica, como se muestra en la siguiente figura<
$ig%. Aplicación de la cone#ión abierta
2. Cone*ión en , abierta / ∆ abierta
0a cone#ión E abierta K ∆ delta abierta es mu! similar a la cone#ión delta abierta con la única *ariante que los *olta+es primarios se deri*an de dos fases ! el neutro. Su aplicación primordial es la de pro*eer de un sistema trifásico en donde solo e#iste la presencia de dos fases. 0a des*enta+a es este tipo de sistemas es que la corriente de retorno es mu! grande ! debe fluir por el neutro del ciercito primario. S.
Cone*ión Scott/T
0a cone#ión Scott9& es una forma de deri*ar de una fuente trifásica, dos fases desfasadas 90 0 . 0a aplicación fundamental es producir la potencia necesaria para cubrir cualquier necesidad. 0a cone#ión Scott9& consta de dos transformadores trifásicos de idénticas capacidades@ uno de ellos tiene una toma en su de*anado primario a 75.5L del *alor del *olta+e pleno. /sta toma se conecta a la toma central del otro transformador@ los *olta+es aplicados se colocan como se muestra la siguiente figura.
$ig. one#ión Scott Puesto que los *olta+es están desfasados lo que se produce es un sistema bifásico. &ambién con esta cone#ión es posible con*ertir potencia bifásica en potencia trifásica. T. Cone*ión trifásica en T
/sta cone#ión es una peque)a *ariante de la cone#ión Scott9& para con*ertir potencia trifásica en potencia trifásica pero a diferente ni*el de *olta+e. /sta cone#ión se nuestra en la figura siguiente. omo en la cone#ión Scott9& los *olta+es en los de*anados primarios están desfasados 90 0 al igual que los *olta+es secundarios con la única diferencia de las dos fases se recombinan para darnos un sistema trifásico. 0a *enta+a de esta cone#ión con respecto a las demás cone#iones con dos transformadores es que en esta se puede conectar el neutro tanto en los de*anados primarios como secundarios.
$ig-. one#ión trifásica en & 3. Conclusiones
Puedo concluir diciendo que todas las cone#iones que se realizan en los transformadores son importantes, cada uno tiene distintas *enta+as ! des*enta+as, las cuales deben ser puestas en una balanza para que al rato de elegir, optemos por la me+or opción. &ambién debemos tener en cuenta que mucos de los transformadores +unto con sus cone#iones están construidos para aplicaciones específicas en alta ! ba+a tensión por lo que no tendremos que pensar muco al momento de elegir. on lo estudiado en este traba+o pudimos notar que e#isten cone#iones se realizan solo con dos transformadores monofásicos lo cual en ciertos casos es fa*orable ! produce algunas *enta+as, las cuales a! que saber utilizarlas de la me+or manera para poder obtener un óptimo traba+o requerido. 4. Bibliograf5a
M%N ttp
M(N r3< i 7%. M1N /A S.A. /diciones Q&ransformadores ! con*ertidores
