El principio de funcionamiento y el dispositivo de los transformadores trifásicos.

La corriente trifásica se puede transformar mediante tres transformadores monofásicos completamente separados. En este caso, los devanados de las tres fases no están conectados magnéticamente entre sí: cada fase tiene su propio circuito magnético. Pero la misma corriente trifásica se puede transformar con un transformador trifásico, en el que los devanados de las tres fases están conectados magnéticamente entre sí, ya que tienen un circuito magnético común.

Para aclarar el principio de funcionamiento y dispositivo de un transformador trifásico, imagine tres transformador monofásico, unidas entre sí de modo que sus tres varillas formen una varilla central común (Fig. 1). En cada una de las otras tres barras, se superponen los devanados primario y secundario (en la Fig. 1 no se muestran los devanados secundarios).

Suponga que los devanados primarios en todas las patas del transformador son exactamente iguales y están enrollados en la misma dirección (en la Fig. 1, los devanados primarios están enrollados en el sentido de las agujas del reloj cuando se ven desde arriba).Conectamos todos los extremos superiores de las bobinas al neutro O y llevamos los extremos inferiores de las bobinas a los tres terminales de la red trifásica.

Foto 1.

Las corrientes en los devanados del transformador crearán flujos magnéticos variables en el tiempo, cada uno de los cuales se cerrará en su propio circuito magnético. En la varilla compuesta central, los flujos magnéticos sumarán en total cero porque estos flujos son creados por corrientes trifásicas simétricas, respecto de las cuales sabemos que la suma de sus valores instantáneos es cero en todo momento.

Por ejemplo, si la corriente en la bobina AX I, fuera la mayor y tuviera lugar en el indicado en la fig. 1 dirección, entonces el flujo magnético sería igual a su valor más grande Ф y se dirigiría hacia la barra compuesta central de arriba hacia abajo. En las otras dos bobinas BY y CZ, las corrientes I2 y Az3 en el mismo momento son iguales a la mitad de la corriente más alta y tienen la dirección opuesta con respecto a la corriente en la bobina AX (esta es la propiedad de tres- corrientes de fase). Por ello, en las varillas de las bobinas BY y CZ, los flujos magnéticos serán iguales a la mitad del flujo máximo, y en la varilla compuesta central tendrán el sentido contrario al flujo de la bobina AX. La suma de caudales en el momento en cuestión es cero. Lo mismo ocurre con cualquier otro momento.

Sin flujo en la barra central no significa que no haya flujo en las otras barras. Si destruimos la varilla central y conectamos los yugos superior e inferior en yugos comunes (ver Fig. 2), entonces el flujo de la bobina AX encontrará su camino a través de los núcleos de las bobinas BY y CZ, y las fuerzas magnetomotrices de estos las bobinas se sumarán con la fuerza magnetomotriz de la bobina AX. En este caso, obtendríamos un transformador trifásico con un circuito magnético común para las tres fases.

Figura 2.

Dado que las corrientes en las bobinas están desfasadas en 1/3 del período, los flujos magnéticos producidos por ellas también están desfasados ​​en 1/3 del período, es decir los mayores valores de los flujos magnéticos en las varillas y bobinas se suceden después de 1/3 del período...

La consecuencia del cambio de fase de los flujos magnéticos en los núcleos por 1/3 del período es el mismo cambio de fase y las fuerzas electromotrices inducidas en los devanados primario y secundario impuestas sobre las barras. Las fuerzas electromotrices de los devanados primarios casi equilibran la tensión trifásica aplicada.Las fuerzas electromotrices de los devanados secundarios, con la correcta conexión de los extremos de las bobinas, dan una tensión secundaria trifásica que se alimenta al circuito secundario.

En cuanto a la construcción del circuito magnético, los transformadores trifásicos, como los monofásicos, se dividen en varillas figs. 2. y blindado.

Los transformadores trifásicos de varilla se clasifican en:

a) transformadores con circuito magnético simétrico y

b) transformadores con circuito magnético asimétrico.

En la Fig. 3 muestra esquemáticamente un transformador deslizante con un circuito magnético simétrico, y en la fig. 4 muestra un transformador de varilla con un circuito magnético desequilibrado. Como se ve por las tres barras de hierro 1, 2 y 3, sujetas arriba y abajo por placas de yugo de hierro. Hay bobinas primarias I y secundarias II de una fase del transformador en cada pata.

Figura 3.

En el primer transformador, las varillas se ubican en los vértices de los ángulos de un triángulo equilátero; el segundo transformador tiene las barras en el mismo plano.

La disposición de las varillas en los vértices de las esquinas de un triángulo equilátero da resistencias magnéticas iguales para los flujos magnéticos de las tres fases, ya que las trayectorias de estos flujos son las mismas. De hecho, los flujos magnéticos de las tres fases pasan por separado a través de una barra vertical completamente ya través de las otras dos barras hasta la mitad.

En la Fig. 3 la línea de puntos muestra las formas de cerrar el flujo magnético de la varilla fase 2. Es fácil ver que para los flujos de las fases de las varillas 1 y 3, las formas de cerrar sus flujos magnéticos son exactamente las mismas. Esto significa que el transformador considerado tiene las mismas resistencias magnéticas para los flujos.

La disposición de las varillas en un plano conduce al hecho de que la resistencia magnética para el flujo de la fase intermedia (en la Fig. 4 para la fase de la varilla 2) es menor que para los flujos de las fases finales (en la Fig. 4 — para las fases de las varillas 1 y 3).

Figura 4.

De hecho, los flujos magnéticos de las fases finales se mueven a lo largo de trayectorias ligeramente más largas que el flujo de la fase intermedia. Además, el flujo de las fases terminales que salen de sus varillas pasa enteramente por una mitad del yugo y sólo por la otra mitad (después de ramificarse en la varilla central) pasa la mitad. El flujo de fase intermedia en la salida de la varilla vertical se divide inmediatamente en dos mitades y, por lo tanto, solo la mitad del flujo de fase intermedia pasa a las dos partes del yugo.

Así, los flujos de las fases finales saturan el yugo en mayor medida que el flujo de la fase intermedia y, por tanto, la resistencia magnética para los flujos de las fases finales es mayor que para el flujo de la fase intermedia.

La consecuencia de la desigualdad de las resistencias magnéticas para los flujos de diferentes fases de un transformador trifásico es la desigualdad de las corrientes en vacío en fases individuales a la misma tensión de fase.

Sin embargo, con una saturación de hierro del yugo baja y un buen ensamblaje de las varillas de hierro, esta desigualdad de corriente es insignificante. Porque Dado que la construcción de transformadores con un circuito magnético asimétrico es mucho más simple que la de un transformador con un circuito magnético simétrico, los primeros transformadores resultaron ser los más utilizados.Los transformadores de circuito magnético simétrico son raros.

Teniendo en cuenta la fig. 3 y 4 y suponiendo que las corrientes fluyen a través de las tres fases, es fácil ver que todas las fases están acopladas magnéticamente entre sí. Esto significa que las fuerzas magnetomotrices de las fases individuales se influyen entre sí, cosa que no tenemos cuando la corriente trifásica es transformada por tres transformadores monofásicos.

El segundo grupo de transformadores trifásicos son los transformadores blindados. Un transformador blindado se puede considerar como si estuviera compuesto por tres transformadores blindados monofásicos unidos entre sí con un yugo.

En la Fig. 5 representa esquemáticamente un transformador trifásico blindado con un núcleo interno ubicado verticalmente De la figura es fácil ver que a través de los planos AB y CD se puede dividir en tres transformadores blindados monofásicos, cuyos flujos magnéticos pueden ser cerrado cada uno en su propio circuito magnético. Los caminos de flujo magnético en la fig. 5 se indican con líneas discontinuas.

Figura 5.

Como se puede ver en la figura, en las varillas verticales centrales a, en las que se superponen los devanados primario I y secundario II de la misma fase, pasa todo el flujo, mientras que en los yugos b-b y las paredes laterales pasa la mitad del flujo . Con la misma inducción, las secciones transversales del yugo y las paredes laterales deben ser la mitad de la sección transversal de la barra central a.

En cuanto al flujo magnético en las partes intermedias c — c, su valor, como veremos a continuación, depende del método de inclusión de la fase intermedia.

La principal ventaja de los transformadores de armadura sobre los transformadores de barra es el corto recorrido de cierre del flujo magnético y, por lo tanto, las bajas corrientes sin carga.

Las desventajas de los transformadores blindados incluyen, en primer lugar, la baja disponibilidad de devanados para reparar, debido a que están rodeados de hierro y, en segundo lugar, las peores condiciones para enfriar el devanado, por la misma razón.

En los transformadores de tipo varilla, los devanados están casi completamente abiertos y, por lo tanto, más accesibles para inspección y reparación, así como para el medio de refrigeración.

Transformador trifásico de aceite con tanque tubular: 1 — poleas, 2 — válvula de drenaje de aceite, 3 — cilindro aislante, 4 — devanado de alta tensión, 5 — devanado de baja tensión, 6 — núcleo, 7 — termómetro, 8 — terminales para bajo voltaje, 9 — terminales de alto voltaje, 10 — contenedor de aceite, 11 — relés de gas, 12 — indicador de nivel de aceite, 13 — radiadores.

Más detalles sobre el dispositivo de transformadores trifásicos: Transformadores de potencia: dispositivo y principio de funcionamiento.