Formas de Conexión
Conexiones en Estrella (Y)
Conexiones en Triángulo (D)
Conexión transformadores monofásicos Configuración para corriente monofásica Existen configuraciones diferentes para sistemas monofásicos y trifásicos. Los transformadores monofásicos son empleados frecuentemente para suministrar energía eléctrica para alumbrado residencial, toma-corrientes, acondicionamiento de aire, y calefacción. Un transformador con un devanado secundario de 120 volts CA puede asegurar el alumbrado y las tomas. Pero, un transformador con un devanado secundario de 240 volts CA puede manejar todas las necesidades residenciales mencionadas. Un devanado secundario de 240 volts CA puede manejar los requerimientos de energía eléctrica más elevados de 240 volts relacionados con el aire acondicionado y la calefacción. El mismo secundario de 240 volts CA puede manejar las necesidades de 120 volts CA mediante la derivación del devanado secundario en el centro. Los transformadores monofásicos pueden ser todavía más versátiles si tienen tanto el devanado primario como el devanado secundario fabricados en dos partes iguales. Las dos partes de cualquiera de los devanados pueden entonces
ser reconectadas en serie o en paralelo, Configuración en Serie, configuración en Paralelo. Los transformadores monofásicos tienen habitualmente sus devanados divididos en dos o más secciones. Cuando los dos devanados secundarios están conectados en serie, se agregan sus tensiones. Cuando los devanados secundarios están conectados en paralelo, se agregan sus intensidades. Por ejemplo: Consideremos que cada devanado secundario está calibrado a 120 volts y 100 amperes. En el caso de una conexión en serie, sería 240 volts a 100 amperes, o 24KVA. Cuando la conexión es en paralelo, sería 120 volts a 200 amperes, o bien 24KVA. En el caso de conexiones en serie, se debe tomar precauciones para conectar los devanados de tal manera que sus tensiones se agreguen. Si ocurre lo contrario, una corriente de corto circuito fluirá en el devanado secundario, provocando que el devanado primario cause un corto circuito a partir de la fuente. Esto podría dañar el transformador, así como la fuente, y tal vez el conector. La corriente puede ser suministrada a través de un transformador que contiene un circuito trifásico en donde un grupo de tres transformadores monofásicos se emplea, o bien en donde se emplea un transformador trifásico. La utilización de tres transformadores monofásicos para lograr este objetivo es laboriosa, pero puede efectuarse. Cuando se emplea de esta forma, La instalación se conoce como una Batería de Transformadores. Cuando una cantidad considerable de energía está involucrada en la transformación de energía trifásica, es más económico utilizar un transformador trifásico. La colocación única de los devanados y del núcleo ahorra una gran cantidad de hierro, evita pérdidas, ahorra espacio y dinero. Configuración Delta y Configuración Y Existen dos configuraciones de conexión para la energía trifásica: Delta e Y (estrella). Delta e Y son letras griegas que representan la forma como los conductores en los transformadores están configurados. En una conexión delta, los tres conductores están conectados extremo a extremo en un triángulo o en una forma delta. En el caso de una conexión Y, todos los conductores radian desde el centro, lo que significa que están conectados en un punto común.
Tanto el devanado primario como el devanado secundario pueden tener cualquiera de estas configuraciones. Las cuatro configuraciones de conexión posibles son las siguientes: DEVANADO DEVANADO PRIMARIO SECUNDARIO Delta Y Y Delta YY Pueden utilizarse con tres transformadores monofásicos o bien con un transformador trifásico. Los transformadores monofásicos en una configuración Y - Y. Los transformadores trifásicos, en configuración Y - Delta y en configuración Delta - Delta, respectivamente. Los símbolos delta e Y son frecuentemente utilizados para indicar las conexiones de devanado primario y devanado secundario en un diagrama unificar. Muchas instalaciones utilizan una batería de transformadores reductores con conexión Y-Y, La versatilidad de la potencia es la clave de su popularidad. El sistema proporciona una energía trifásica de 208 volts para cargas de motores trifásicos, como por ejemplo un equipo pesado en el departamento de Educación Industrial. Ofrece también energía monofásica de 208 volts para cargas pequeñas de motores monofásicos, por ejemplo equipo de laboratorio de ciencia. Evidentemente puede producir también una corriente monofásica de 120 volts para cargas de alumbrado, que se emplean en todos el edificio.
TRANSFORMADORES PARA CIRCUITOS TRIFÁSICOS. Los principales sistemas de generación y distribución de potencia en el mundo son sistemas trifásicos de corriente alterna (ca), debido a las grandes ventajas que presentan. Los transformadores son una parte principal en sistemas trifásicos de ca. Por lo que para su utilización en estos sistemas, se pueden considerar dos
configuraciones, la primera consiste en tomar tres transformadores monofásicos y conectarlos en un banco trifásico, es decir, tres transformadores por separados, unidos mediante algún tipo de conexión, esta configuración presenta la desventaja de ser más caro que utilizar un solo transformador trifásico, y tiene como ventaja que cualquier unidad del banco puede ser reemplazada individualmente. En un sistema trifásico las tensiones están desplazadas 120 grados eléctricos, además la relación de transformación “a” de cualquier transformador viene dada por:
V1 es la tensión del primario; secundario
N1 es la relación de vueltas del
V2 es la tensión en el secundario secundario.
N2 es la relación de vueltas del
TIPOS DE CONEXIÓN EN UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO. Los primarios y secundarios de cualquier transformador trifásico se pueden conectar independientemente en ye (Y) o en delta (∆ ), de lo cual se obtienen cuatro tipos de conexiones en transformadores trifásicos, los cuales son: 1. Delta – Delta (∆ - ∆ ) 2. Delta – Ye (∆ - Y) 3. Ye – Delta (Y - ∆ ) 4. Ye – Ye ( Y – Y) A continuación se muestran las ventajas y desventajas de cada conexión trifásica. Conexión Delta – Delta (∆ - ∆ ) Esta conexión también se denomina triangulo – triangulo, donde la relación de voltajes entre primario y secundario viene dada por:
Figura N° 1: Conexión Delta – Delta. (El devanado de la izquierda es el primario y el devanado de la derecha es el secundario) Esta conexión no tiene desplazamiento de fase, y tiene la ventaja que no tiene problemas con cargas desequilibrada o armónicos, además se puede quitar un transformador para mantenimiento o reparaciones 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 corrientes de fase con las relaciones correctas, pero la capacidad del banco representa el 57,74% (1/ ) de la capacidad nominal total disponible con tres transformadores en servicio. Conexión Delta – Ye (∆ - Y). También denominado grupo de conexión triangulo – estrella. Donde el voltaje de línea de secundario es igual al voltaje de línea del primario multiplicado por el factor
y el inverso de la relación de transformación.
En esta conexión el voltaje secundario se desplaza 30° en retraso con respecto al voltaje primario del transformador, y no presenta problemas con las componentes en sus voltajes de terceros armónicos. Esta conexión se utiliza normalmente para elevar el voltaje a un valor alto.
Figura N° 2: Conexión Delta – Ye. (El devanado de la izquierda es el primario y el devanado de la derecha es el secundario) Conexión Ye – Delta (Y - ∆ ). La conexión estrella – delta 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.
Figura N° 3: Conexión Ye – Delta. (El devanado de la izquierda es el primario y el devanado de la derecha es el secundario)
La relación de tensiones entre primario y secundario viene dada por:
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 es estable 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 en retraso 30° con respecto al voltaje primario del transformador, lo cual ocasiona problemas en los secundarios si se desea conectar en paralelo con otro transformador, siendo uno de los requisitos para conectar en paralelo, que los ángulos de fase de los secundarios del transformador deben ser iguales. 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 línea primario multiplicado por el inverso de la relación de transformación.
Figura N° 4: Conexión Ye – Ye. (El devanado de la izquierda es el primario y el devanado de la derecha es el secundario)
La relación primario a secundario viene dada por:
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.
1. 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. Añadir un tercer devanado conectado en delta al banco de transformadores. Con esto las componentes de voltaje de la tercera armónica en delta se sumarán y causarán 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.
